两栖动物在抚仙湖水体变化生物监测中的应用

摘要：两栖动物对环境的改变非常敏感，环境污染会引起其种群及机体结构发生变化。利用两栖动物对环境污染的反应以及所检测环境的变化特点，通过对抚仙湖生态环境中两栖动物的种群变化、形态、行为以及细胞遗传学等方面进行动态研究，可以对抚仙湖实施水体变化的生物监测，为湖泊生态环境的生物监测提供依据。

关键词：两栖动物；水体变化；生物监测；抚仙湖

中图分类号：Ｑ９５９．５；Ｘ８３５文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０11）13－2713-03

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｐｈｉｂｉａｎ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ Ｆｕｘｉａｎ Ｌａｋｅ

ＬＩ Ｈｏｎｇ－ｍｅｉ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｙｕｘｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒsｉｔｙ， Ｙｕｘｉ ６５３１００， Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｎｇｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ ｃｏｕｌｄ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Tｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｅｓｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ， ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ， ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｃｙｔｏｇｅｎｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅd ｔｏ ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ｆｕｘｉｎ ｌａｋｅ， ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｋｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｍｐｈｉｂｉａｎ； ｗａｔｅｒ changes； ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒ； Ｆｕｘｉａｎ ｌａｋｅ

抚仙湖是我国已知的第二深水湖泊，位于云南省中部，玉溪市境内。湖泊面积２１６．６ ｋｍ２， 最大水深１５８．９ ｍ，湖岸线长１００．８ ｋｍ［１］。该湖位于盆地之中，盆地四周群山环抱，湖水主要靠降雨和四周山间小溪补给。抚仙湖目前为Ⅰ类水质，但是随着生产生活的发展，湖周围的污染也在逐日加重。近几年对抚仙湖的水质监测工作也在积极开展。生物对低浓度甚至痕量的污染物反应迅速，同时一些作用缓慢的污染物也可以通过生物的长期生长变化得以观测，而且生物监测能较好地反映出环境中多种污染物协同作用之后的综合效应。与传统的理化监测方法相比较，生物监测克服了理化监测的局限性和连续取样的繁琐性，能够直观、综合地反映整个时期环境因素改变的情况。所以，在对抚仙湖水质进行监测时，生物监测方法受到了重视。

合理选择指示生物是生物监测中的关键问题。抚仙湖的入湖河流、人工湿地、湖滨带以及周围的山地、农田等生态环境中两栖动物资源丰富。由于水陆两栖的独特生活史以及躯体结构的特殊性，使两栖类对环境改变的敏感性高于其他类群，现已成为一种重要的生态环境变化指示者［２－５］。结合抚仙湖生态环境中两栖动物的调查研究、室内初步试验现状以及目前利用两栖动物监测环境的一些方法，对两栖动物在抚仙湖水体变化生物监测中的应用进行如下探讨。

１两栖动物种群动态变化监测

通过走访发现，历史上抚仙湖的两栖动物种类丰富、分布广泛，而且数量相对较多，但是缺乏对其种群生态学研究的详细资料。李红梅等［６］调查发现目前抚仙湖的两栖动物共计１４种，以黑眶蟾蜍、华西蟾蜍和牛蛙等分布相对广泛；蛙科的土著种类较多，但是分布狭窄。总体来看，两栖动物的种群结构与分布和水质状况关系密切。部分两栖动物出现了种群衰退现象，其数量变化超出了种群的自我恢复能力。究其原因是由于抚仙湖周边一些人类活动密集地如工业、旅游、农业的发展致使水体污染加重，部分两栖动物生境遭到破坏或者被片段化，导致了两栖动物种群生存能力下降，潜在的扩散能力受到限制，进而造成种群遗传多样性下降，对自然界变化适应性降低。另外，外来物种的引入也增大了土著物种的竞争压力，例如牛蛙（Ｒａｎａ ｃａｔｅｓｂｅｉａｎａ）在抚仙湖人工湿地中就是两栖动物的优势种。除此之外，在当地农业生产过程中，各种农药及化肥的使用时间常常与两栖动物的繁殖时间相重合。２０世纪８０年代以来，各国加强开展了农药和重金属等环境污染物对两栖动物影响的研究，证实了各种杀虫剂、除草剂、化学肥料以及重金属离子等环境污染物在两栖动物种群衰退中起到了关键性作用［７，８］。

根据以上发现，利用抚仙湖两栖动物种群、数量、地理分布以及生态学相关参数的变化特点，可以对抚仙湖水体进行监测研究。通过常规的野外生态学调查与采样、单因子的分析研究、室内多因子的交互试验研究、灵敏度分析等多种研究方法，对抚仙湖中两栖动物种群动态变化进行监测，从而建立并不断完善抚仙湖两栖动物数据共享信息系统。通过对比不同时期的监测资料，为抚仙湖水体生物监测以及物种保护措施的制定提供依据。

２两栖动物形态和行为变化监测

研究表明，许多环境污染物能对两栖动物的卵和幼体的存活及成长产生负面影响。如重金属、除草剂、杀虫剂等能导致雄性两栖动物个体的性腺异常发育、性别紊乱，并对青蛙和蟾蜍具有急性毒性作用，增加了两栖动物胚胎的畸形率和死亡率［９－１１］。

徐士霞等［１２，１３］详细阐述了主要水体污染物对部分两栖类动物的蝌蚪形态和行为的危害，主要包括煤渣污染会导致牛蛙畸形，并使其代谢率提高；杀虫剂杀螟硫磷会导致饰纹姬蛙畸形、行为异常、生长减缓；在０．００１ ｍｇ／Ｌ的ＤＤＴ中暴露３３ ｄ，会使欧洲林蛙蝌蚪脊柱扭结，尾巴向左侧扭曲，左腿完全伸直，膝关节僵化，生长发育速率加快；杀虫剂西维因３．５ ｍｇ／Ｌ可使楔头蛙蝌蚪９０％的活动能力降低，冲刺游动速度和距离显著降低，捕食能力和逃避天敌的能力会受到影响，生长速率和适应环境的能力也大大降低。李红梅等［１４］通过室内毒性试验研究发现，洗衣粉、洗涤剂、除草剂、总氮、总磷、Ｐｂ２＋、Ｃｕ２＋、Ｍｎ７＋、Ｃｄ２＋在一定浓度下对牛蛙蝌蚪具有毒性作用。李红梅等［１４］通过在野外条件下对牛蛙的产卵量、蝌蚪的孵化率、成活率及畸形率的调查发现，人群居住密集、旅游业发达、农作物种植较多地区的入湖河流周边水域与目前为Ⅰ类水质的抚仙湖周边多个人工湿地相比，蝌蚪的死亡率明显增高，还出现了少量畸形情况。

由于两栖动物对多数污染物非常敏感，污染物除了会引起其生长过程中的形态异常外，还能引发其直观的行为反应，例如摄食、逃避敌害或其他行为的改变。因此，可在自然状态下选择抚仙湖周边水域分布广泛的特定蝌蚪种类进行形态及行为变化的定期观察监测，并通过室内回避试验以及以蝌蚪死亡率和畸形率为指标的毒性试验来评价抚仙湖水体中一定时期污染物质的类别及相对量，再结合理化监测就可以更好地对水体环境进行质量监测。

３两栖动物细胞遗传学监测

水体污染、环境变化会引起生活在其中的生物有机体的细胞发生变化。目前用来评价化合物对生物体遗传毒性大小的方法主要有红细胞微核试验、染色体畸变、姊妹染色单体交换试验（Ｓｉｓｔｅｒ ｃｈｒｏｍａｔｉｄ ｅｘｃｈａｎｇｅ，ＳＣＥ）、彗星试验（Ｃｏｍｅｔ ａｓｓａｙ）等。其中，红细胞微核试验和彗星试验被较多地用于两栖动物对环境变化的监测中。红细胞微核试验技术是１９７５年Ｋｌｉｇｅｒｍａｎ等［１５］成功地以理化因素诱发荫鱼细胞染色体畸变以来，发展起来的应用动物分裂相细胞进行微核监测的技术，是检查环境污染物对染色体损伤效应的一种简便、快速而有效的方法。微核检出率高反映出染色体受损的程度高，检出率的高低和诱变剂的活性、剂量、处理时间及细胞有丝分裂的速度等因素有关［２，１６］，并且陈军建等［２］已将青蛙蝌蚪红细胞微核试验发展成监测水体污染物诱变活性的一种规范化、标准化的生物活体快速检测系统。彗星试验即单细胞凝胶电泳技术（Ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌ ｇｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ＳＣＧＥ），是一种在单细胞水平上检测有核细胞ＤＮＡ损伤和修复的方法［１７］。国外已经建立起了比较科学、规范、实用的以蝌蚪为试验材料进行ＳＣＧＥ试验监测水体污染的检测体系。如果细胞和ＤＮＡ受损严重，产生的片段多并且小，电泳时ＤＮＡ迁移量也就越大，迁移距离就越长，荧光显微镜下可观察到尾长增加、尾部荧光强度增强，通过测定迁移部分的光密度和迁移距离就可以测定单个细胞的ＤＮＡ损伤程度。

李红梅等［１８］在野外采集了抚仙湖多个入湖河流点的牛蛙蝌蚪进行了红细胞微核试验研究，结合水质检测结果，发现污染越严重的河流，其牛蛙蝌蚪外周血红细胞微核检出率也就越高，认为污染严重的入湖河流水质对牛蛙蝌蚪红细胞具有遗传毒性。由于蝌蚪红细胞较大，细胞分裂旺盛，对污染物反应灵敏，而且蝌蚪体内具有转化前诱变剂或前致癌剂为活性成分的污染物的微粒体活性系统，这使蝌蚪不仅能用于检测水体中的直接致突变物，还能检测水体中的前致突变物［５］。因此，通过对两栖动物蝌蚪进行细胞遗传学监测，可以快速简洁地对抚仙湖水体污染进行预警。

４小结

生物监测是利用生物组分、个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应来阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据［１９］。生物和其生存的环境是一个统一的整体，生物监测能反应一定时期内环境因素的改变情况以及各因素协同和拮抗作用的变化结果。两栖动物的皮肤具有水分渗透和气体交换能力，而且大多数生活在水中，化学及生物污染物通过水体积累对其产生胁迫，经食物链富集作用对其正常发育和生存产生影响。

调查及试验研究表明，在水体及其生态环境被污染的情况下，两栖动物的种群动态变化、形态和行为变化以及细胞遗传学变化明显，而且对两栖动物进行这些生物监测简便易行。因此，可从两栖动物成体的种群密度、种群结构、生殖力、食性以及卵的孵化率、蝌蚪的存活率和畸形率等宏观方面进行系统调查研究，并对两栖动物的红细胞微核、染色体及ＤＮＡ的变化等进行检测，通过生物学和环境科学、统计学等多学科结合，建立抚仙湖水体变化的两栖动物监测方法。其监测结果不仅能直接判断污染物对生物的潜在影响、实际毒性，而且还能由此对水体环境质量作出评价。

由于自然环境条件下水体中污染物的浓度要远远低于实验室毒理学方法中所采用的浓度，而且水体环境因子对两栖动物的影响是联合作用，因此，在实际监测中应注意实验室内外的研究相结合，把生物监测结果与理化监测结果结合起来分析。其次，要根据当地实际以及污染物类型、生物对污染物反应的情况选择监测物种。另外，环境污染具有时空性，污染物对生物的作用有直接的，也有间接的，有的甚至要经过很长时间才能表现出来。因此，利用两栖动物对抚仙湖的水质变化进行监测是一个长期的过程，需要长时间的研究和积累。

参考文献：

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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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