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土地是最重要的农业资源,农田环境质量成为制约农业可持续发展的关键因子之一。随着城市化、工业化进程的发展,农田尤其是城市附近农田正面临着越来越严峻的污染问题。据统计,我国目前受重金属污染的耕地面积已近2.0×107hm2,约占耕地面积的1/5,每年被重金属污染的粮食多达1.2×107t,因重金属污染而造成粮食减产超过1.0×107t,每年由此造成的经济损失至少达200亿元以上。另外,重金属不能被土壤微生物所分解,生物体又可以富集重金属,通过食物链在较高营养层中富集,最终严重危害人类健康。因此,农田重金属污染问题受到了广泛关注。
本文以斜纹夜蛾SpodopteralituraFabricius及其幼虫寄生蜂—侧沟茧蜂Microplitissp.为模式昆虫,研究了两种重金属离子Ni2+和Zn2+对植物—昆虫—天敌的影响。
运用高等植物毒理试验的方法,首先测定了Ni2+和Zn2+对水稻、白菜种子的发芽率、根尖、芽的生长长度、侧根数及鲜质量的影响。结果表明,Ni2+、Zn2+胁迫对水稻和白菜种子发芽率影响较小,主要影响水稻和白菜根的伸长、芽的生长长度、侧根数及鲜质量。具体表现为,低浓度Ni2+处理能促进水稻根的伸长,侧根数增加;但浓度过高时,则抑制水稻根的伸长,刺激芽的伸长;鲜质量随处理浓度的增高而降低;Ni2+对白菜根和芽的生长没有明显的影响。Zn2+对水稻和白菜根、芽的伸长、侧根的数量和苗的鲜重均表现为抑制作用。
通过对斜纹夜蛾幼虫表皮、脂肪体、血淋巴、粪便的ICP等离子测定表明,昆虫在取食重金属离子后,能将大部分通过粪便排出,进入体内的重金属离子可以在不同的组织中富集,且不同组织对不同离子的富集能力不同:Ni2+,血淋巴>脂肪体>表皮;Zn2+,表皮>脂肪体>血淋巴。随胁迫时间延长,幼虫体内各组织中Ni2+、Zn2+含量亦增加。
Ni2+、Zn2+胁迫不仅对幼虫体重、蛹重、蛹发育历期、羽化率及成虫寿命、产卵量、卵孵化率等有不同程度的影响,而且对种群生命表参数也有一定的影响。结果表明,Ni2+、Zn2+胁迫对蛹重、蛹发育历期影响较小,主要影响4龄幼虫体重、成虫寿命、孵化率。对幼虫体重的影响为低浓度促进斜纹夜蛾体重增长,高浓度抑制其增长;Ni2+明显缩短了斜纹夜蛾第一代成虫寿命,Zn2+对成虫寿命也产生一定的影响,但没有明显的规律性。Ni2+、Zn2+对孵化率的影响也表现不同,Ni2+为低浓度促进卵孵化,高浓度抑制卵孵化;而Zn2+主要表现为高浓度抑制卵孵化。另外,Ni2+、Zn2+胁迫还影响其种群生命表参数。Ni2+胁迫表现为低浓度促进斜纹夜蛾的生长发育,加速种群的增殖;高浓度表现为抑制生长发育,减慢种群的增殖速度。而Zn2+胁迫在种群增殖方面则表现为Zn2、Zn4、Zn5处理抑制了第一代种群净生殖率,第二代起,各处理降低了斜纹夜蛾种群的净生殖率、内禀增长率、周限增长率、延长了种群倍增所需时间。
Ni2+、Zn2+胁迫可以诱导幼虫血细胞的凋亡。2种离子在低剂量时均未能诱导凋亡细胞的产生,但随着处理浓度加大,Ni2+、Zn2+均诱导了细胞的凋亡。Ni2+在Ni3(1.5mg/L)和Ni5(30mg/L)处理均诱导了大量凋亡的血细胞产生,细胞凋亡率均显著高于对照,但是Ni3、Ni5处理血细胞凋亡率差异不显著,没有表现出明显的剂量-反应关系;Zn2+在Zn5(1000mg/L)时诱导了细胞的凋亡。
Ni2+、Zn2+对斜纹夜蛾幼虫的胁迫,可以间接影响幼虫寄生蜂—侧沟茧蜂的寄生率、发育历期、羽化率和寄生蜂成虫寿命等,以寄生率和成虫寿命受影响较为严重,且第二代寄生蜂钻出斜纹夜蛾幼虫体外后,大多不能结茧。
本文获得的是一些初步的结果,尚有许多有待进一步研究的问题,如在自然条件下,重金属在食物链各营养层间的转移规律以及多种重金属复合胁迫的协同效应等等。