中波紫外辐射对两栖动物的生物学效应研究进展

陈智强 俞耀飞 李 雪 盛 夏 李银蝶

(浙江丽水学院生态学院 323000)

紫外辐射(ultraviolet radiation)俗称紫外线，波长为100～400 nm，占太阳辐射的8%左右，具有强烈的生物学效应[1]。根据波长和不同的生物学效应，紫外线可分为三种：长波紫外线(UV-A, 320～400 nm)、中波紫外线(UV-B, 280～320 nm)和短波紫外线(UV-C, 100～280 nm)[1]。大气中臭氧能完全吸收UV-C和90%的UV-B，只透过适量的紫外线供生物的生长所需，但臭氧仅占大气总量的0.3%～0.4%，且90%以上主要集中在大气平流层中[2]。随着人类的活动，越来越多的含氟物质被排放到大气中，并在平流层受紫外线照射活化后与臭氧发生链式反应，从而导致大量臭氧的损耗，对臭氧层造成了严重的破坏[3]。臭氧层变薄使得照射到地面的UV-B辐射增加，过量的UV-B将对生物活动产生严重的影响，会引起生物的大量死亡，甚至造成某些物种的灭绝[4]。

两栖动物的卵、鳃和皮肤渗透性很强，对水质的变化极为敏感。皮肤呼吸是两栖动物特殊生理学特性。通过呼吸活动，两栖动物能快速代谢污染物并及时表现出受害症状[5]。本文概述UV-B辐射对两栖动物的胚胎、蝌蚪和变态后幼体所产生的生物学效应及其机理，为两栖动物的保护研究提供基本资料。

1 UV-B辐射对两栖动物胚胎的生物学效应

1.1 致死效应 研究表明，高强度UV-B辐射对两栖动物的胚胎具有致死和亚致死作用，能造成胚胎基因发生突变，导致机体癌变、细胞周期延长甚至停滞或凋亡等不利生物学效应[6]；而低强度(80 μW/cm2)的UV-B照射大中华蟾蜍(Bufogargarizans)的早期胚胎，却反而对胚胎发育有促进作用：能够通过促进细胞因子磷酸脂酶的产生刺激胚胎的生长[7]；使发育胚胎的死亡率降低，畸胚出现较少且畸变程度较低；能够诱导两栖动物体内具有生长刺激作用的酶类的合成，例如，鸟氨酸脱羧酶(ODC)的表达会有所增强[8]。

1.2 致畸效应 两栖动物胚胎的不同部位在经UV-B照射后，会导致胚胎畸形的产生 。刘洁通过研究发现UV-B辐射导致两栖动物胚胎畸形的主要原因是：在高强度的UV-B辐射下，Caspase3(一种细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶)，过高或过低的表达会导致细胞推迟凋亡或不发生凋亡，最终产生胚胎的畸形，从而影响两栖动物的生长发育。

2 UV-B辐射对两栖动物蝌蚪的生物学效应

2.1 对生长发育的影响 不同发育期蝌蚪在生长发育上对UV-B辐射的效应存在差异。研究者用UV-B连续照射昆嵛林蛙(Ranakunyuensis)蝌蚪210 min后，发育期处于23期(唇和牙齿分化、鳃盖遮盖鰓基部)的蝌蚪表现出一种突发性的严重损伤，而UV-B辐射对发育期位于26～28期(后肢牙基长度在0.5-1.5倍牙基宽度范围内)的蝌蚪的损伤程度随发育期的增加而递增；GS23期蝌蚪的致死照射时间却是GS26～28期蝌蚪的一倍，这些现象表明蝌蚪处于发育早期时对UV-B辐射的抵抗能力较强或其机体的修复能力较强[9]。此外，UV-B辐射还会与其他因素产生联合作用，例如，微量的辛基酚与低剂量UV-B辐射能使蝌蚪更快发育，更早进入变态阶段[10]；在20 mg/L硝酸盐与UV-B的共同作用下，太平洋雨蛙(Hyla regilla)蝌蚪的质量远小于无UV-B照射的蝌蚪质量，而仅以20 mg/L硝酸盐来作用于蝌蚪则蝌蚪质量略高于对照组蝌蚪[11]。

2.2 对行为的影响 UV-B辐射对于两栖动物而言通常是有害的，因此其蝌蚪通过行为反应能够有效躲避UV-B的直接照射[12]。研究者以林蛙(Lithobatessylvaticus)蝌蚪为实验对象，发现在人为提供UV-B辐射的环境下蝌蚪会采取远离的方式尽量避免直接暴露在UV-B辐射下，其反应时间短且产生快速游动的行为应答[13]。研究者认为两栖类动物通过行为机制可有效缓解UV-B辐射所带来的亚致死效应[12]，但会对蝌蚪造成钙代谢的负面影响，使得骨骼不能积极地合成维生素D3，从而影响蝌蚪的生长发育。研究表明，低强度的UV-B辐射对两栖动物蝌蚪在维生素D3的合成上具有促进作用[14]，因此在人工饲养蝌蚪的过程中若缺乏有效的UV-B辐射则需在饲料中适量添加维生素D3，以确保蝌蚪的正常发育[15]。

3 UV-B辐射对两栖动物变态后幼体的生物学效应

两栖动物从水生变态成陆生的过程中，幼体对UV-B的致死敏感性要远高于胚胎发育时，而且胚胎时期用UV-B处理所造成的影响可能会在蝌蚪变态后才会表现出来，但不同物种的表现情况并不完全相同[16，17]。有研究让长趾蝾螈(Ambystomamacrodactylum)和太平洋树蛙(Hyla regilla)蝌蚪在经历相同的UV-B辐射和硝酸盐的联合作用，然后再让前者仅用硝酸盐处理。结果显示，仅用硝酸盐处理会增加前者的个体体重，而后者的存活和个体大小在两因素共同作用下均表现出一定的负面影响。由此，研究者认为UV-B辐射能够加强硝酸盐对两栖动物的不利影响，从而产出个体相对较小、存活率较低的幼体[11]。Belden等[18]对不同地理种群的长趾蝾螈幼体用UV-B辐射进行处理，发现在相同UV-B辐射暴露下山谷种群个体的存活率仅为7%，而山脉种群的存活率却高达74%。该结果表明，山谷种群的长趾蝾螈幼体对UV-B的辐射更为敏感，这与该种群长期不会受到UV-B的辐射有关，也同样与不同地理种群个体间的修复DNA损伤酶和黑色素水平存在一定差异有密切关系[18]。另外，不论是山谷种群还是山脉种群个体在缺乏UV-B辐射下的生长长度为UV-B辐射下的2倍，这表明UV-B对不同种群个体均有抑制生长的影响[18]。尽管多数研究证实UV-B辐射对两栖动物幼体是有害的，但仍有少数研究得出相反的结论。例如，每天施行UV-B处理亚马逊牛奶蛙(Trachycephalusresinifictrix)比不照射或短期照射UV-B的个体具有更大的体重、头宽、脊椎长度以及股骨长度，造成该现象的主要原因是UV-B促进了体内钙的合成，从而促进了个体的生长[19]。

4 展望

纵览UV-B辐射对两栖动物影响的研究报道，发现在不同发育阶段均有一定的研究工作在进行且主要涉及宏观水平，也取得了一些研究结论和阶段性的成果。利用胚胎进行的研究主要集中于UV-B辐射的致畸和致死效应及其作用机理；利用蝌蚪进行的研究则主要集中于对生长发育的影响及蝌蚪应对UV-B辐射的行为应答；利用幼体进行的研究较少，主要关注UV-B辐射处理蝌蚪导致对变态后幼体个体大小的影响。通过继续研究UV-B辐射对两栖动物的生物学效应，并进一步探究其生理和分子机理，不仅可了解暴露于UV-B辐射对两栖动物可能产生的益处和害处，而且还能为两栖动物的保护提供一定的参考。

(基金项目：浙江省自然科学基金项目，No. LQ15C040002；浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划，No. 2016R431009；*通讯作者)