中波紫外輻射對兩棲動物的生物學效應研究進展

陳智強 俞耀飛 李 雪 盛 夏 李銀蝶

(浙江麗水學院生態學院 323000)

紫外輻射(ultraviolet radiation)俗稱紫外線，波長為100～400 nm，占太陽輻射的8%左右，具有強烈的生物學效應[1]。根據波長和不同的生物學效應，紫外線可分為三種：長波紫外線(UV-A, 320～400 nm)、中波紫外線(UV-B, 280～320 nm)和短波紫外線(UV-C, 100～280 nm)[1]。大氣中臭氧能完全吸收UV-C和90%的UV-B，只透過適量的紫外線供生物的生長所需，但臭氧僅占大氣總量的0.3%～0.4%，且90%以上主要集中在大氣平流層中[2]。隨著人類的活動，越來越多的含氟物質被排放到大氣中，并在平流層受紫外線照射活化后與臭氧發生鏈式反應，從而導致大量臭氧的損耗，對臭氧層造成了嚴重的破壞[3]。臭氧層變薄使得照射到地面的UV-B輻射增加，過量的UV-B將對生物活動產生嚴重的影響，會引起生物的大量死亡，甚至造成某些物種的滅絕[4]。

兩棲動物的卵、鰓和皮膚滲透性很強，對水質的變化極為敏感。皮膚呼吸是兩棲動物特殊生理學特性。通過呼吸活動，兩棲動物能快速代謝污染物并及時表現出受害癥狀[5]。本文概述UV-B輻射對兩棲動物的胚胎、蝌蚪和變態后幼體所產生的生物學效應及其機理，為兩棲動物的保護研究提供基本資料。

1 UV-B輻射對兩棲動物胚胎的生物學效應

1.1 致死效應 研究表明，高強度UV-B輻射對兩棲動物的胚胎具有致死和亞致死作用，能造成胚胎基因發生突變，導致機體癌變、細胞周期延長甚至停滯或凋亡等不利生物學效應[6]；而低強度(80 μW/cm2)的UV-B照射大中華蟾蜍(Bufogargarizans)的早期胚胎，卻反而對胚胎發育有促進作用：能夠通過促進細胞因子磷酸脂酶的產生刺激胚胎的生長[7]；使發育胚胎的死亡率降低，畸胚出現較少且畸變程度較低；能夠誘導兩棲動物體內具有生長刺激作用的酶類的合成，例如，鳥氨酸脫羧酶(ODC)的表達會有所增強[8]。

1.2 致畸效應 兩棲動物胚胎的不同部位在經UV-B照射后，會導致胚胎畸形的產生 。劉潔通過研究發現UV-B輻射導致兩棲動物胚胎畸形的主要原因是：在高強度的UV-B輻射下，Caspase3(一種細胞凋亡過程中最主要的終末剪切酶)，過高或過低的表達會導致細胞推遲凋亡或不發生凋亡，最終產生胚胎的畸形，從而影響兩棲動物的生長發育。

2 UV-B輻射對兩棲動物蝌蚪的生物學效應

2.1 對生長發育的影響 不同發育期蝌蚪在生長發育上對UV-B輻射的效應存在差異。研究者用UV-B連續照射昆崳林蛙(Ranakunyuensis)蝌蚪210 min后，發育期處于23期(唇和牙齒分化、鰓蓋遮蓋鰓基部)的蝌蚪表現出一種突發性的嚴重損傷，而UV-B輻射對發育期位于26～28期(后肢牙基長度在0.5-1.5倍牙基寬度范圍內)的蝌蚪的損傷程度隨發育期的增加而遞增；GS23期蝌蚪的致死照射時間卻是GS26～28期蝌蚪的一倍，這些現象表明蝌蚪處于發育早期時對UV-B輻射的抵抗能力較強或其機體的修復能力較強[9]。此外，UV-B輻射還會與其他因素產生聯合作用，例如，微量的辛基酚與低劑量UV-B輻射能使蝌蚪更快發育，更早進入變態階段[10]；在20 mg/L硝酸鹽與UV-B的共同作用下，太平洋雨蛙(Hyla regilla)蝌蚪的質量遠小于無UV-B照射的蝌蚪質量，而僅以20 mg/L硝酸鹽來作用于蝌蚪則蝌蚪質量略高于對照組蝌蚪[11]。

2.2 對行為的影響 UV-B輻射對于兩棲動物而言通常是有害的，因此其蝌蚪通過行為反應能夠有效躲避UV-B的直接照射[12]。研究者以林蛙(Lithobatessylvaticus)蝌蚪為實驗對象，發現在人為提供UV-B輻射的環境下蝌蚪會采取遠離的方式盡量避免直接暴露在UV-B輻射下，其反應時間短且產生快速游動的行為應答[13]。研究者認為兩棲類動物通過行為機制可有效緩解UV-B輻射所帶來的亞致死效應[12]，但會對蝌蚪造成鈣代謝的負面影響，使得骨骼不能積極地合成維生素D3，從而影響蝌蚪的生長發育。研究表明，低強度的UV-B輻射對兩棲動物蝌蚪在維生素D3的合成上具有促進作用[14]，因此在人工飼養蝌蚪的過程中若缺乏有效的UV-B輻射則需在飼料中適量添加維生素D3，以確保蝌蚪的正常發育[15]。

3 UV-B輻射對兩棲動物變態后幼體的生物學效應

兩棲動物從水生變態成陸生的過程中，幼體對UV-B的致死敏感性要遠高于胚胎發育時，而且胚胎時期用UV-B處理所造成的影響可能會在蝌蚪變態后才會表現出來，但不同物種的表現情況并不完全相同[16，17]。有研究讓長趾蠑螈(Ambystomamacrodactylum)和太平洋樹蛙(Hyla regilla)蝌蚪在經歷相同的UV-B輻射和硝酸鹽的聯合作用，然后再讓前者僅用硝酸鹽處理。結果顯示，僅用硝酸鹽處理會增加前者的個體體重，而后者的存活和個體大小在兩因素共同作用下均表現出一定的負面影響。由此，研究者認為UV-B輻射能夠加強硝酸鹽對兩棲動物的不利影響，從而產出個體相對較小、存活率較低的幼體[11]。Belden等[18]對不同地理種群的長趾蠑螈幼體用UV-B輻射進行處理，發現在相同UV-B輻射暴露下山谷種群個體的存活率僅為7%，而山脈種群的存活率卻高達74%。該結果表明，山谷種群的長趾蠑螈幼體對UV-B的輻射更為敏感，這與該種群長期不會受到UV-B的輻射有關，也同樣與不同地理種群個體間的修復DNA損傷酶和黑色素水平存在一定差異有密切關系[18]。另外，不論是山谷種群還是山脈種群個體在缺乏UV-B輻射下的生長長度為UV-B輻射下的2倍，這表明UV-B對不同種群個體均有抑制生長的影響[18]。盡管多數研究證實UV-B輻射對兩棲動物幼體是有害的，但仍有少數研究得出相反的結論。例如，每天施行UV-B處理亞馬遜牛奶蛙(Trachycephalusresinifictrix)比不照射或短期照射UV-B的個體具有更大的體重、頭寬、脊椎長度以及股骨長度，造成該現象的主要原因是UV-B促進了體內鈣的合成，從而促進了個體的生長[19]。

4 展望

縱覽UV-B輻射對兩棲動物影響的研究報道，發現在不同發育階段均有一定的研究工作在進行且主要涉及宏觀水平，也取得了一些研究結論和階段性的成果。利用胚胎進行的研究主要集中于UV-B輻射的致畸和致死效應及其作用機理；利用蝌蚪進行的研究則主要集中于對生長發育的影響及蝌蚪應對UV-B輻射的行為應答；利用幼體進行的研究較少，主要關注UV-B輻射處理蝌蚪導致對變態后幼體個體大小的影響。通過繼續研究UV-B輻射對兩棲動物的生物學效應，并進一步探究其生理和分子機理，不僅可了解暴露于UV-B輻射對兩棲動物可能產生的益處和害處，而且還能為兩棲動物的保護提供一定的參考。

(基金項目：浙江省自然科學基金項目，No. LQ15C040002；浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃，No. 2016R431009；*通訊作者)