Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的急毒性研究

林啟福 陈海峰 BillyK.Y.Kwan

摘要 [目的]研究Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的急毒性效应和安全浓度。[方法]从广西十万大山保护区采集石蚕蛾（Stenopsyche marmorata）幼虫，采用静水生物毒性试验法进行重金属离子Cu2+和Pb2+对其的急毒性试验。采用概率单位法分别计算Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的半致死浓度和安全浓度。[结果]Cu2+对石蚕蛾幼虫的24、48、72、96 h的半致死浓度（LC50）分别为123.651、112.975、84.536和70.509 mg/L，Pb2+对石蚕蛾幼虫的24、48、72、96 h的半致死浓度（LC50）分别为49.138、41.878、30.735和29.245 mg/L。Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的安全浓度分别为7.051和2.925 mg/L。[结论]研究结果可为将石蚕蛾幼虫用作水体重金属污染指示生物提供科学依据。

关键词 石蚕蛾；Cu2+；Pb2+；急毒性；半致死浓度

中图分类号 X174 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）18-0051-03

Abstract [Objective] To study the acute toxicity effects and safe concentration of Cu2+ and Pb2+ on Stenopsyche marmorata larvae. [Method] S. marmorata larvae were collected from the stream of Shiwan Mountains. Acute toxicity test of Cu2+ and Pb2+ ions were carried out by using the hydrostatic toxicity test method. [Result] Using probit method，LC50 of Cu2+ and Pb2+ on S. marmorata larvae at 24，48，72 and 96 h were calculated as 123.651， 112.975， 84.536， 70.509 mg/L and 49.138，41.878，30.735，29.245 mg/L， respectively. The safety concentrations of Cu2+and Pb2+ on S. marmorata larvae were 7.051 mg/L and 2.925 mg/L， respectively. [Conclusion] The research results can provide scientific basis for S. marmorata larvae as a biological indicator for monitoring heavy metal pollution.

Key words Stenopsyche marmorata；Cu2+；Pb2+；Acute toxicity；Semilethal concentration

重金属污染是水体环境污染之一，不仅影响着水生动植物的正常生长，而且经过食物链中的生物聚集效应使其进入人体个别器官中，严重威胁着人类的生活健康[1]。随着工业化进程的不断加快，水体重金属的污染对人类造成的威胁日益严重。若要消除或减轻重金属对水体生态环境的污染影响，如果只是采取污染后再治理的对策，就与目前提倡的生態环境与人类共存，坚持生态可持续发展的理念相违背，因此，不仅要及时地治理水体污染，而且要采取生物监测的手段来共同维护环境生态健康[2-5]。由于水生昆虫幼虫体型偏小，种群数量大，生存时间久，忍受范围广，加之其活动的范围与鱼类相比较小，监测水体环境中的重金属污染非常灵敏，逐渐开发出利用水生昆虫作为水体重金属污染指示生物的研究方法[6-8]。国内利用水生昆虫作为环境监测指示生物这一研究领域起步较晚。用于水体重金属检测的昆虫主要集中在双翅目的摇蚊科、蚊科及蜉蝣目的蜉蝣科，其中以摇蚊科的研究最為深入[9-11]。摇蚊科和蜉蝣科昆虫主要生长在温度较高的春夏季，生活史较短，因此大大限制了水污染的检测时期。目前，用于重金属检测的昆虫主要有弹尾目[12]、毛翅目[13]、鞘翅目[14]、鳞翅目[15-16]等，涉及到的金属包括Cd、Zn、Cu、Pb、Hg等。

笔者采用硫酸铜、三水合醋酸铅作为重金属离子Cu2+、Pb2+的来源，采用静态试验法对毛翅目昆虫石蚕蛾（Stenopsyche marmorata）幼虫进行急毒性研究，探讨Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的急毒性效应和安全浓度，旨在为利用石蚕蛾幼虫对重金属的敏感性评价和重金属污染治理提供数据支持，为利用石蚕蛾快速评价水体重金属污染状况提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物

从广西壮族自治区防城港市上思县十万大山保护区溪流中采集石蚕蛾（Stenopsyche marmorata）幼虫，运回实验室后，置于去离子水中过夜，备用，第2天挑选出健康的、个体大小均匀的幼虫进行试验，石蚕蛾幼虫平均长度约为1.44 cm，平均重量约为15.3 mg。

1.2 试剂 CuSO4·5H2O和（CH3COO）2Pb·3H2O均为分析纯，用去离子水配成所需浓度的溶液。

1.3 试验方法

1.3.1 预试验。分别设置浓度为1、25、50、75、100 mg/L的含 Cu2+和 Pb2+的溶液试验组，每组内放入8条石蚕蛾幼虫，采用静态方式进行试验，试验持续96 h，每隔12 h记录鱼缸内死亡的石蚕蛾幼虫数，并及时取出死亡的幼虫。计算 Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫24 h的最大耐受浓度和96 h的100%致死浓度。

1.3.2 正式试验。通过预试验得到 Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫24 h的最大耐受浓度分别为 50和25 mg/L，96 h的100%致死浓度分别为100和50 mg/L。分别在该浓度范围内设置6个浓度梯度，每个试验浓度设置3个平行组，同时设置1个空白对照组。每组内随机放入大小长度一致、活力好且健康的石蚕蛾幼虫8条。试验用水为去离子水，微充气。每隔 24 h观察1次，持续 96 h，试验过程中随时打捞起死亡的个体，观察并记录死亡条数，以幼虫身体瘫软，外界给予刺激无反应，打捞离开水后短时间内依然没有任何蠕动作为死亡认定标准。

1.4 数据处理

采用概率单位法[17]，运用SPSS 17.0统计软件对试验数据进行统计与分析，分别求出24、48、72、96 h的半致死浓度（LC50）。

2 结果与分析

2.1 急毒性效应分析

从图1、2可以看出，在各个时间段Cu2+浓度对石蚕蛾幼虫的死亡率都有极显著影响（P<0.01）。与对照组相比，当Cu2+浓度大于80 mg/L时，在各个时间段均对石蚕蛾幼虫的死亡率有显著影响（P<0.05）；当作用时间达到96 h，各浓度的Cu2+均对石蚕蛾幼虫的死亡率产生显著影响（P<0.05）。

从图3、4可以看出，在各个时间段Pb2+浓度对石蚕蛾幼虫的死亡率也都有极显著影响（P<0.01）。与对照组相比，

24 h，当Pb2+浓度大于35 mg/L时，对石蚕蛾幼虫的死亡率

有显著影响（P<0.05）；48 h，当Pb2+浓度大于30 mg/L时，对石蚕蛾幼虫的死亡率有显著影响（P<0.05）；72和96 h，当Pb2+浓度大于25 mg/L时，对石蚕蛾幼虫的死亡率有显著影响（P<0.05）；当作用时间大于72 h时，各浓度的Pb2+均对石蚕蛾幼虫死亡率有显著影响（P<0.05）。

2.2 浓度与死亡率的回归分析

从表1可以看出，Pb2+在24、48、72和 96 h时对石蚕蛾幼虫的半致死浓度（LC50值）分别为49.138、41.878、30.735和29.245 mg/L，而在同样的作用时间下Cu2+的LC50值分别为123.651、112.975、84.536和70.509 mg/L。根据安全浓度Sc =0.1 ×96 h LC50公式[18]，求得Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的安全质量浓度分别为7.051和 2.925 mg/L。通过对比发现，Pb2+对石蚕蛾幼虫的毒性作用要强于Cu2+。随着作用时间的延长，Cu2+和Pb2+对石蚕蛾幼虫的半致死浓度均表现出逐渐降低的趋势。

3 讨论与结论

毛翅目昆虫石蚕蛾（Caddisfly）幼虫为水栖性，常栖息在较清澈的河流，对水质污染敏感，特别是对多种重金属有较强的体内蓄积能力，可作为水体环境指示生物。石蚕蛾幼虫因具有以下优点：①水生昆虫石蚕蛾幼虫对重金属离子有着很强的累积能力，作为水体重金属污染指示生物有着先天优势。②石蚕蛾幼虫在河川底利用小石、树叶、木片等结网生息，其活动半径非常狭小，可以很好地反映当地采样区域的水环境状况。③石蚕蛾的生长发育温度在5～28 ℃，可终年在大多数河流中生息，所以具有不受季节气候等限制，随时采样随时调查的其他昆虫所不能比的巨大优势[19]。

重金属对生物的毒性主要是由于它能与生物体的金属硫基蛋白结合，使蛋白质变性，致畸、致癌或致突变[20]。水生毛翅目昆虫石蚕蛾对重金属储存积累的能力强，反应灵敏，耐受范围比较广，将其作为一种水體重金属污染指示生物，快速准确评价河川的重金属污染状况具有重要的生态意义。该试验结果表明，Pb2+和Cu2+对石蚕蛾幼虫的半致死浓度分别为49.138、41.878、30.735、29.245 mg/L和123.651、112.975、84.536和 70.509 mg/L。在各个时间段Pb2+表现出来的毒性都要强于Cu2+。该试验结果与国内外有关学者报道的Cu2+和Pb2+对水生双翅目昆虫幼虫的急毒性效应较为一致。Béchard等[21]报道，Pb2+对摇蚊幼虫的48 h LC50值为50 mg/L。Lagrana等[22]研究表明Pb2+对摇蚊幼虫的96 h LC50值为38.47 mg/L。李浩[23]测得Cu2+对羽摇蚊幼虫96 h的LC50值为91 mg/L。

石蚕种属丰富多样，不同的重金属对重金属的敏感度不同，比如该研究选用的研究对象S.marmorata 表现出对Pb2+敏感性要强于Cu2+。慢性金属胁迫和急性金属胁迫对同一种属的石蚕蛾也可能会存在差别。今后可开展不同种属不同胁迫形式下重金属对石蚕生命力的影响，研究重金属在石蚕体内的富集和对能量物质代谢的影响，对于全面掌握石蚕幼虫在水质重金属检测方面会有所帮助。

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