苯酚对多刺裸腹溞表皮和蜕皮的影响

刘文秀，高 菲，王 兰，王 茜

（山西大学生命科学学院，山西 太原 030006）

苯酚作为石油加工业、杀虫剂工厂、化工等许多工业点源的主要污染物之一，可通过食物链在生物体内富集，毒性大，腐蚀性强，难降解，是一种重要的环境危害化合物[1]。2017年苯酚市场报告显示，到2025年，全球对苯酚的需求将继续增加，此外苯酚泄漏事故的频繁发生，进一步增加了苯酚进入环境的可能性[2]。20 世纪70年代开始就有大量研究证实，苯酚对水生生物的代谢、生存和生长有不利影响。研究显示，苯酚明显抑制了多刺裸腹溞的活动，最终可导致其死亡[3]。即使低浓度的苯酚也会通过表皮、胃肠道和呼吸道进入动物机体[4]，对其健康造成严重的损伤[5-6]。所以，苯酚被列为水生系统优先控制污染物之一[7]。

多刺裸腹溞（Moina macrocopa）是浮游生物的一大类群，在水生生态系统食物链、生产力和能流中占关键性的位置。枝角类有类似于其他甲壳动物的表皮，不仅起保护作用，而且还与运动、生长发育、繁殖活动等生态习性相关[8]。但是表皮不会随着身体的生长而生长，当长到一定程度后，表皮会限制身体生长，这个时候就要蜕皮，蜕掉表皮，身体就会继续生长。表皮是生物抵御外界环境的第一道防线，其形态结构和相关的蜕皮行为容易受外界环境的改变，影响机体的生长[9]。咪唑类物质KK-42 显著增加了日本沼虾（Macrobrachium nipponense）的表皮厚度，促进了机体的生长[8]。斜纹夜蛾（Spodoptera litura）幼虫在RH-2485 的胁迫下，表皮明显变薄，且蜕皮行为不正常，次数减少，从而导致幼虫死亡[10]。多刺裸腹溞幼体受外界污染物的干扰后，表皮结构和蜕皮行为的改变会影响个体的生长发育，甚至影响整个水域生态系统[11]，从而反映水环境的污染情况[12]，因此，多刺裸腹溞表皮和蜕皮的研究对水产养殖和水域生态环境有着重要意义。

本试验选用多刺裸腹溞为材料，研究了苯酚对其表皮厚度和蜕皮次数的影响，为进一步研究甲壳动物蜕皮生长的调控机制提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

多刺裸腹溞（Moina macrocop）采自山西省太原市小店区北张村，在山西大学生命科学学院实验室经过3 代以上孤雌生殖培养，使其敏感度达到GB/T 13266—91[13]的要求。温度控制在（25±1）℃，pH 值为7.2，溶氧量为8.0～8.3 mg/L，每天光照10 h 左右。

1.2 试验方法

1.2.1 苯酚对多刺裸腹溞表皮的影响 选取健康状况良好的1日龄幼溞，分别接种到盛有不同质量浓度苯酚溶液（0，0.25，0.75，1.25，1.75，2.25 mg/L）的烧杯中，置于培养箱染毒24，48 h，光照周期为光∶暗＝16 h∶8 h。培养期间不喂食。苯酚染毒处理后，将存活的多刺裸腹溞过滤、清洗，用Bouin's液固定，琼脂预包埋，将预包埋好的溞体经系列酒精脱水，常规石蜡包埋、切片，HE 染色，光学显微镜观察、拍照，并记录表皮厚度数据。

1.2.2 苯酚对多刺裸腹溞蜕皮的影响 将0，0.25，0.75，1.25，1.75，2.25 mg/L 的苯酚溶液，置于 10 mL的试管中，内装相同体积的试验用水，每个管中放1 只1日龄幼溞，每个浓度有10 个平行，3 次重复。置于培养箱中，培养期间不喂食，分别观察和统计苯酚处理裸腹溞 12，24，36，48 h 的蜕皮情况，并进行统计分析。

1.3 数据分析

试验结果以3 次重复数据的平均值±标准差（Mean±SD）表示。利用SPSS 18.0 统计软件进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），P＜0.05 表示差异显著，P＜0.01 表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 苯酚对多刺裸腹溞表皮的影响

在苯酚胁迫24 h 后，多刺裸腹溞的表皮厚度呈现先升高后下降的趋势（图1，2），尤其在苯酚质量浓度为0.25 mg/L 时，表皮厚度达到最大值（P＜0.01）；在最高质量浓度2.25 mg/L 时，与对照组相比，表皮厚度显著降低（P＜0.05）；其他处理组与对照组相比，无统计学意义上的差异。

从图3，4 可以看出，在苯酚胁迫48 h 后，随着苯酚质量浓度的升高，多刺裸腹溞的表皮厚度下降。在质量浓度0.75～1.25 mg/L 时，表皮厚度显著低于对照组（P＜0.05）；在 1.75 ～2.25 mg/L 时，表皮厚度极显著低于对照组（P＜0.01）。

2.2 苯酚对多刺裸腹溞蜕皮的影响

由图5可知，苯酚胁迫24 h 时，随着苯酚质量浓度的增加，多刺裸腹溞的蜕皮次数下降，尤其在2.25 mg/L 的苯酚质量浓度下，蜕皮次数与对照组有极显著差异（P＜0.01），其他苯酚处理组与对照组间无统计学差异。

从图6可以看出，苯酚胁迫48 h 后，多刺裸腹溞的蜕皮与24 h 有相似的趋势。0.75 mg/L 苯酚处理组的蜕皮次数显著低于对照组（P＜0.05）；1.25～2.25 mg/L 苯酚处理组的蜕皮次数极显著低于对照组（P＜0.01）。

3 结论与讨论

甲壳动物为了生长发育，必须蜕去旧的外骨骼，形成新的更大的外骨骼[14]。在蜕皮周期中，表皮动态的变化主要表现为：表皮中有机和无机成分沉积量的多少、表皮各亚皮层的厚度以及上皮细胞的高度变化[15]。在这个过程中牵涉到旧表皮的降解和新表皮的形成，主要包括糖类、脂类、胶原纤维、蛋白质和钙盐的合成和降解。陈香丽[8]研究表明，日本沼虾蜕皮后期，咪唑类物质KK-42 促进了外表皮对水的吸附，内表皮中的糖类等有机物被降解后的重吸收，以及上皮细胞的重吸收作用，使得上皮细胞的厚度显著增加，表皮增厚，NAGase 活性增强。赤拟谷盗（Tribolium castaneum）随着UVA 辐射时间的增加，表皮分泌物先增加后减少，表皮先增厚后变薄，表皮结构受损[16]。在本研究中，苯酚胁迫24，48 h 后，多刺裸腹溞表皮厚度与对照组相比显著降低，说明苯酚对多刺裸腹溞的表皮结构产生影响，但具体的机制仍不清楚。

甲壳动物的蜕皮是个重要而复杂的生理过程，既受体内蜕皮激素的调控，又与营养水平、盐度、温度、光照等外界生态因子密切相关[17]。在蜕皮周期紊乱或环境恶劣导致营养不良的情况下，甲壳动物蜕皮后的个体会变小，甚至会出现负增长直至死亡[18]。环境污染物对甲壳类动物蜕皮的不良影响在20 世纪70年代首次被描述，此后有20 多种化学物质被报道[19]。新型非甾醇蜕皮激素类杀虫剂W200013使棉铃虫（Helicoverpa armigera）产生早熟、致死的蜕皮[20]。水中Ca2+，Mg2+和盐浓度波动幅度过大会影响凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）的蜕皮[21]。在大型溞（Daphnia magna）中，药物[22-23]、农药[24-26]、多溴二苯醚（PBDEs）[19]、多氯联苯（pcb）[24]、异种雌激素[27-28]和五氯酚[29]均对蜕皮有抑制作用，这与本研究的结果一致。这些化学物质改变枝角类动物蜕皮的机制在很大程度上仍不清楚，但可能反映了蜕皮过程中内分泌控制的紊乱[19]。

综上所述，用苯酚处理多刺裸腹溞的幼溞，能显著抑制表皮的厚度和蜕皮次数，推测多刺裸腹溞的蜕皮可能与表皮的厚度有一定的相关性，变薄的表皮可能提前抑制了蜕皮活动，尚待进一步研究。