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《南京农业大学》 2007年
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农业面源水污染对水生昆虫的波动性不对称的影响

常晓丽  
【摘要】: 外界环境压力、发育不稳定性和波动性不对称(Fluctuating asymmetry,FA)之间的关系一直是国际学者争论的焦点。水环境的理化变化和生物变化都会影响到水生生物的发育和生存。水生昆虫作为水环境的指示生物,不仅种群动态的变化对于水质监测具有重要的意义,形态上的变化也有助于分析水质。本文通过分析受环境胁迫影响的水生昆虫对称性特征的波动性不对称变化,取得了一系列具有重要意义的结果: 1.温度和杀虫剂对高龄白狭扇蟌稚虫波动性不对称和死亡率的影响 虽然已有学者研究了杀虫剂对豆娘成虫FA的影响,但是各种环境压力相互作用对豆娘稚虫FA的影响几乎无人研究。本文探讨了非化学因子(温度)和化学因子(杀虫剂)对豆娘稚虫Copera annulata的影响。本文以两种方式来测量压力:常用的的生活史特征(如死亡率)和发育不稳定性(用对称性特征的FA来衡量发育不稳定性)。结果表明,温度和不同浓度的杀虫剂仅仅对一些特征的发育稳定性产生显著的影响。在低浓度时,三个特征的FA下降,随杀虫剂浓度的增大然后又上升。随着温度的升高,四个特征的FA逐渐下降。杀虫剂和温度的互作对五个特征产生显著影响。杀虫剂对死亡率影响不显著。温度越高,死亡率越大。三个特征的FA同死亡率显著负相关。虽然我们没有发现杀虫剂浓度对死亡率的显著影响,但是本文研究结果可能同高的死亡率和处理时间短有关。因此,我们推断,如果饲养更长时间,可能诱导FA产生。如果我们保证在有压力的环境下饲养足够长时间,而又没造成幼虫大量死亡,FA有可能成为指示压力的生物指标。 2.杀虫剂1.8%阿维·吡乳油对低龄白狭扇蟌稚虫发育稳定性的影响 近年来,淡水系统中农药残留越来越引起人们的关注。为了建立水质监测系统,有必要测量生物对不同浓度农药的反应。本文通过探讨杀虫剂蚜螨克星(1.8%阿维·吡乳油)对白狭扇蟌(Copera annulata(Selys))低龄稚虫波动性不对称和死亡率的影响,结果表明,不同浓度的蚜螨克星对白狭扇蟌(Copera annulata)稚虫死亡率影响差异不显著。8个特征,仅触角第3、4节总长、侧尾鳃长度的波动性不对称受蚜螨克星浓度影响差异显著。前足左右腿节长度之差绝对值与其平均长度显著负相关,其余7个特征不显著负相关或正相关。8个特征左右两侧长度之差绝对值与体长均不相关。除侧尾鳃左右两侧长度均值与体长不相关,其他7个特征与体长均为显著正相关。波动性不对称同死亡率无显著相关。因此,在以波动性不对称为基础的生物监测有效实施之前,还需结合适合度、生理生化变化和分子生物学做进一步的研究。 3.杀虫剂使用同蟌科稚虫波动性不对称变化之间的关系 本研究用含不同浓度农药峰升(15%杀单·唑磷乳油)的水饲养蟌科(Ceriagrion sp)幼虫一段时间,对其波动性不对称(Fluctuating Asymmetry,简写为FA)和死亡率变化进行统计分析。结果表明,农药处理后的稚虫死亡率显著大于对照死亡率,但是不同浓度农药处理间的幼虫死亡率无显著差异;所测量的7个对称性特征(前足腿节长度、前足胫节长度、中足腿节长度、中足胫节长度、后足腿节长度、后足胫节长度、前颏宽度),仅前足胫节长度的波动性不对称受农药浓度影响差异显著,浓度为15×10~(-9)mg/L的农药处理的前足胫节长度的FA显著大于2个低浓度FA;所有特征左右两侧大小之差绝对值与两侧平均大小、体长无显著相关;所有特征左右两侧平均大小都与体长显著正相关;波动性不对称同死亡率无显著相关。因此我们得出结论,亚致死剂量的杀虫剂可以诱导蟌科Ceriagrion sp.稚虫前足胫节产生波动性不对称,也就是说,可以将前足胫节的FA作为监测杀虫剂压力的一种指标。 4.农业面源污染对蜉蝣稚虫对称性特征的影响 通过分析农业面源水污染对两种蜉蝣稚虫对称性特征的影响,我们得出以下结论:分布在溪流下游的红斑似动蜉5个特征(前足腿节长度、前足腿节宽度、前足胫节长度、前足胫节宽度、前足跗节长度)的波动性不对称(FA)显著小于上游FA,而溪流下游斜纹似动蜉前足胫节长度的波动性不对称显著大于上游FA。我们又对溪流下游两种蜉蝣稚虫的波动性不对称作了比较,结果发现斜纹似动蜉前足胫节宽度的FA显著大于红斑似动蜉的FA。由此我们推测,红斑似动蜉比较耐污染,斜纹似动蜉对水污染相对比较敏感。波动性不对称的变化不仅同农业面源污染程度有关,还同指示生物的耐污程度有关。同样遗传背景的生物体在最佳环境下波动性不对称变化最小。 5.安吉县面源水污染对三带短脉纹石蛾成虫对称性特征的影响 通过分析浙江省安吉县溪流上下游三带短脉纹石蛾Cheumatopsyche trifascia Li成虫对称性特征的变化,结果表明:三带短脉纹石蛾成虫触角2、3、4节总长和中足胫节长度的|R-L|与它们的大小(R+L)/2显著负相关;4个采样点雌雄成虫一些特征的波动性不对称Fluctuating asymmetry(FA)存在显著差异。点1雄成虫1个特征前翅第5叉长度FL5的波动性不对称显著大于雌成虫,而点1特征下颚须2、3、4节总长MPL、点2特征前足胫节长度TL1、点3特征下颚须2、3、4节总长MPL、前翅第5叉长度FL5,点4特征触角2、3、4节总长AL,雌成虫波动性不对称显著大于雄成虫;雌成虫下颚须2、3、4节总长和触角2、3、4节总长的FA下游显著大于上游;雄成虫下颚须2、3、4节总长的FA也是下游大于上游。 6.杀虫剂处理沼石蛾科幼虫41天后对其对称性特征的影响 本研究用含不同浓度杀虫剂1.8%阿维·吡乳油的水处理沼石蛾科Limnephilidae sp幼虫41天后,对其波动性不对称变化(Fluctuating asymmetry,FA)和死亡率进行了比较。结果表明,Limnephilidae sp中足爪长度TCL2的|R-L|与其大小显著负相关;19个特征中有18个特征受农药浓度影响差异显著,除了特征中足爪长度TCL2,其他特征基本都是低浓度波动性不对称相对对照稍微下降,高浓度农药波动性不对称大于对照。Bonferroni(Dunn)t tests表明180×10~8mg/L的杀虫剂处理的沼石蛾幼虫死亡率显著高于对照死亡率,其他两个浓度的死亡率跟对照和最高浓度的死亡率差异不显著。Pearson相关分析表明所有特征的FA与死亡率无显著相关。总之,虽然低浓度农药可能没有对沼石蛾幼虫造成压力,反而促使对称性特征更加对称,但是高浓度农药使得它们的波动性不对称上升。 7.杀虫剂处理沼石蛾科幼虫110天后对其对称性特征的影响 杀虫剂稻卫(20.2%阿维·唑磷乳油)处理沼石蛾科Limnephilidae sp幼虫110天后对其对称性特征的变化作了分析,结果表明幼虫任一特征的|R-L|与其大小(R+L)/2无显著相关;2个特征(第3腹节侧面长度ASL和中足爪长度TCL2)受农药浓度影响差异显著。对于ASL,Bonferroni(Dunn)t Tests检测到浓度为2.02×10~(-6)mg/L的杀虫剂处理的波动性不对称(Fluctuating asymmetry,FA)显著大于对照的FA。对于TCL2,Bonferroni(Dunn)t Tests检测到浓度为20.2×10~(-6)mg/L的杀虫剂处理的波动性不对称显著大于2.02×10~(-6)mg/L和对照的FA;不同浓度杀虫剂处理Limnephilidae sp幼虫60天、89天、110天后对死亡率的影响差异显著,浓度为2.02×10~(-6)mg/L的杀虫剂处理死亡率同对照无显著差异,但是高浓度死亡率同低浓度差异显著(P<0.05),随着杀虫剂浓度的增加,死亡率也呈上升趋势。我们没有发现FA同死亡率之间的关系。总之,通过长时间杀虫剂处理,沼石蛾科幼虫的一些对称性状确实受到了影响。 8.四种新型杀虫剂对黄色羽摇蚊老熟幼虫的急性毒性 本研究测定了四种新型杀虫剂峰升、稻卫、蚜螨克星和蔬卫对摇蚊科黄色羽摇蚊老熟幼虫的急性毒性。结果表明: (1)除了用杀虫剂峰升处理摇蚊幼虫24h,不同浓度间存活率无显著差异外,其余时间段(48h、72h、96h)均存在显著差异,其他农药在这4个时间段不同浓度间也存在显著差异。 (2)对于每一种杀虫剂,将每天不同浓度处理的摇蚊幼虫存活率结合起来分析比较发现,不同时间段摇蚊幼虫存活率差异显著。 (3)对于每一时间段,将每种杀虫剂不同浓度处理的摇蚊幼虫存活率结合起来分析比较发现,杀虫剂对摇蚊幼虫影响差异显著。 (4)峰升、稻卫、蚜螨克星、蔬卫对摇蚊幼虫48h的LC_(50)分别为:0.1573,0.0228,0.0014,0.0041mg/L。 从以上结果可以看出,四种杀虫剂对摇蚊幼虫存活均造成一定的影响。用杀虫剂峰升处理摇蚊幼虫后,幼虫不是在高浓度下表现为死亡,而是先变得行动迟缓,然后慢慢死去。而其他三种杀虫剂处理就不同了,一些较敏感的个体很快变得僵直,体色明显由红色变为淡红色乃至白色死去。由此可以推断,摇蚊幼虫的这种差别死亡同杀虫剂有效成分及作用方式有关,峰升作用方式相对较慢。通过分析这四种农药对摇蚊幼虫的急性毒性,可以为水环境中残留农药对其他水生生物造成的影响以及水质评价提供借鉴。 9.杀虫剂20.2%阿维·唑磷乳油对黄色羽摇蚊成虫对称性特征的影响 本研究用杀虫剂稻卫对黄色羽摇蚊Chironomus flaviplumus4龄幼虫作了处理,对成虫对称性特征的变化作了详细的分析,结果表明:黄色羽摇蚊成虫两个特征(前足第3跗节和第4跗节)长的|R-L|与其大小(R+L)/2显著负相关。成虫4个特征(前足腿节长FEL1,前足胫节长TIL1,前足第2跗节长TAL2,前翅第2叉至边缘长FOL2)受农药浓度影响差异显著。对于FEL1,浓度为1.62×10~(-4)mg/L处理的波动性不对称(Fluctuating asymmetry,FA)显著大于对照的FA;对于TIL1,对照处理的波动性不对称显著大于16.2×10~(-4)mg/L的FA;对于TAL2,浓度为1.62×10~(-4)mg/L和16.2×10~(-4)mg/L处理的波动性不对称显著大于对照的FA;对于FOL2,浓度为16.2×10~(-4)mg/L处理的波动性不对称显著大于1.62×10~(-4)mg/L和对照的FA。不同浓度杀虫剂处理幼虫后对成虫羽化率的影响差异显著。浓度为1.62×10~(-4)mg/L的杀虫剂处理成虫羽化率同对照无显著差异,但是高浓度处理成虫羽化率同1.62×10~(-4)mg/L的杀虫剂处理和对照的成虫羽化率差异显著,随着杀虫剂浓度的增加,成虫羽化率逐渐下降。Pearson相关分析表明前翅第1叉至边缘长FOL1的FA同成虫羽化率显著负相关,即FA越大,羽化率越小。 10.杀虫剂15%杀单·唑磷乳油对黄色羽摇蚊成虫对称性特征的影响 本研究用不同浓度的杀虫剂峰升(15%杀单·唑磷乳油)对黄色羽摇蚊Chironomus flaviplumus老熟幼虫作了处理,统计了成虫羽化率和成虫对称性特征的变化,结果表明:不同浓度杀虫剂处理幼虫后对成虫羽化率的影响差异显著。浓度为1.2×10~(-4)mg/L的杀虫剂处理成虫羽化率同对照无显著差异,但是高浓度处理成虫羽化率同对照的成虫羽化率差异显著,随着杀虫剂浓度的增加,成虫羽化率逐渐下降。没有检测到一个特征的|R-L|与其大小(R+L)/2显著相关。3个特征(前足第1跗节长TAL1F,前足第3跗节长TAL3F,前翅第1叉至边缘长FOL1)受农药浓度影响差异显著。对于TAL1F,浓度120×10~(-4)mg/L处理和对照的的波动性不对称(Fluctuating asymmetry,FA)显著大于浓度为12×10~(-4)mg/L的FA,后者可能是由于第一类错误;对于TAL3F,浓度120×10~(-4)mg/L处理的波动性不对称显著大于浓度12×10~(-4)mg/L和对照的FA;对于FOL1,浓度120×10~(-4)mg/L处理的波动性不对称显著大于浓度12×10~(-4)mg/L和对照的FA。也没发现成虫一个特征的波动性不对称同羽化率之间的显著相关。 总之,当杀虫剂浓度较大时,会对水生昆虫造成严重的急性毒性,大量的水生昆虫会立刻死掉,不能存活。当杀虫剂浓度较小时,也会对水生昆虫造成亚急性毒性或慢性毒性,这不仅体现在它们的羽化率变化和死亡率差异,还可以通过一些敏感物种的某些对称性特征的变化来表示。甚至可以在其他生物指数差异不显著时,通过研究波动性不对称的差异来反应压力的不同。利用波动性不对称来指示环境压力的大小和研究生物体的进化也具有重要的意义。研究水生昆虫对称性特征的变化将有助于进一步完善我国的水质生物监测系统。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X52

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