巨桉（Eucalyptus grandis）凋落物酚酸类化感物质对赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）的毒理研究

发布时间：2020-11-02 17:26

　　 桉树(Eucalyptus)以其生长速度快、轮伐期短、经济效益高、适应性强等特点被广泛引种到许多发展中国家。但大面积种植桉树也带来了许多生态问题,诸如林下生物多样性低、土壤肥力衰退、化感作用等,而桉树的化感作用备受争议。桉树可产生挥发性萜类和水溶性酚类化感物质,其中酚类化感物质具有较强的化感效应。目前对桉树水溶性酚类化感物质的研究多关注不同器官以及林下土壤水浸提液对受试植物的生理作用影响,而对土壤生物的作用研究较为缺乏。为此,本研究以不同林龄(2,4,6,8,10年)巨桉(Eucalyptus grandis)人工林为研究对象,采取其附近弃耕地土壤和不同林龄林下土壤,加入不同林龄和浓度的巨桉凋落物浸提液,研究并分析凋落物中水溶性化学物质对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的生长和生理指标影响。通过超高效液相色谱与质谱联用仪(UPLC-MS)鉴定巨桉凋落物和林下土壤中存在的酚酸类化感物质(7种),通过预备实验选择其中的2种酚酸类物质(水杨酸,6-甲基水杨酸)研究其在处理2天、7天及14天对赤子爱胜蚓生长、蛋白质含量、抗氧化酶(SOD,GST)和神经系统酶(AChE)活性、肠道显微结构的影响。研究将揭示巨桉人工林酚酸类化感物质对土壤动物的毒理作用,为巨桉人工林科学经营和可持续发展提供理论依据。结果表明:(1)将各林龄巨桉凋落物浸提液加入到弃耕地土壤中处理7,14,21,28天后,对赤子爱胜蚓存活率和生长指数均无明显影响;处理28天后2年和8年高浓度巨桉凋落物浸提液处理下对赤子爱胜蚓体内蛋白质的合成有明显促进作用,同时在8年或10年处理下对赤子爱胜蚓体内MDA也有明显促进作用,整体对GST活性有抑制作用但在4年和6年时随浓度增加显著升高,AChE活性在4年左右显著降低而后不断升高。此外,在最高浓度处理和6-8年较高浓度处理时,赤子爱胜蚓表现出明显的回避行为,而2年最低浓度处理时对赤子爱胜蚓具有吸引作用。(2)将各林龄巨桉凋落物浸提液加入到对应林龄林下根区土壤处理7,14,21,28天后,对蚯蚓存活率和蛋白质含量无显著影响,轮伐期后高浓度巨桉凋落物浸提液处理下赤子爱胜蚓体重显著降低;处理28天后SOD活性除C3浓度外均呈现8年左右显著降低,随林龄增加GST活性不断降低而AChE活性呈低林龄促进高林龄抑制。(3)仅各林龄林下根区土壤处理7,14,21,28天后,对赤子爱胜蚓存活率无显著影响,体重在2-4年和8-10年土壤处理中显著降低;处理28天后对蚯蚓体内蛋白质含量和GST活性无显著影响,SOD活性在4年和10年时显著降低而MDA含量和AChE活性在10年时显著升高。此外,赤子爱胜蚓在8-10年巨桉林下土壤中表现一定的回避行为。(4)通过超高效液相色谱与质谱联用(UPLC-MS)鉴定发现巨桉凋落物和林下土壤中有7种酚酸类物质,各物质含量在凋落物中均显著高于土壤中,同时凋落物中各物质含量在6-10年较高。通过预备实验筛选发现6-甲基水杨酸和水杨酸对赤子爱胜蚓的毒理作用较强,同时这两种酚酸类物质在土壤和凋落物中的含量变化与其生长有关。(5)在水杨酸和6-甲基水杨酸处理7 d后,随处理时间和浓度增加赤子爱胜蚓存活率显著降低,水杨酸处理7 d的半致死浓度为94.622 mg kg~(-1),处理14 d为67.192mg kg~(-1)。在6-甲基水杨酸处理7 d的半致死浓度为405.912 mg kg~(-1)。6-甲基水杨酸和水杨酸处理下对赤子爱胜蚓体重均有显著抑制作用,且随处理时间和浓度增加抑制作用逐渐增强。(6)在较高浓度6-甲基水杨酸处理2 d及低浓度处理7 d对赤子爱胜蚓体内蛋白质呈促进作用,而其余浓度处理及水杨酸各浓度处理下呈现抑制作用;对赤子爱胜蚓体内SOD活性均有促进作用,但在水杨酸处理14 d后SOD活性显著降低;各浓度6-甲基水杨酸处理7-14 d和高浓度处理2 d对AChE活性具有促进作用,而其余处理和水杨酸各浓度处理下均呈现抑制作用;水杨酸低浓度处理2 d和6-甲基水杨酸各浓度处理对赤子爱胜蚓体内GST活性呈促进作用,而水杨酸其余各处理对GST活性呈抑制作用;高浓度处理7 d和各浓度水杨酸处理14 d对赤子爱胜蚓体内MDA含量具有显著促进作用,而6-甲基水杨酸高浓度处理下MDA含量呈抑制作用。6-甲基水杨酸和水杨酸处理下,相较而言,水杨酸对赤子爱胜蚓生理指标的毒理作用更强。(7)实验表明,水杨酸和6-甲基水杨酸处理2 d后,对赤子爱胜蚓表皮和消化道显微结构具有一定的影响及损伤,导致赤子爱胜蚓体表出现红肿充血、环带肿大、断截等现象;此外,低浓度处理下因赤子爱胜蚓对其敏感性较低而直接摄食导致对其消化道造成损伤,而高浓度处理下因赤子爱胜蚓拒食导致仅对其表皮造成损伤。综上所述,巨桉凋落物浸提液对赤子爱胜蚓生长及生理指标具有一定毒害作用。其中巨桉人工林凋落物中的水杨酸和6-甲基水杨酸对赤子爱胜蚓具有较强的生态毒理影响。研究结果揭示了巨桉人工林水溶性酚酸类物质对土壤动物作用机制,为巨桉人工林科学经营和管理提供了理论依据。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S792.39
【部分图文】：

林下土壤 双控制实验 回避实验死亡率 分布率 死亡率CK 0 47.5% -2a 4% 52.11% 2%4a 6% 46.32% 2%6a 8% 54.67% 4%8a 2% 48.5% 4%10a 4% 52% 2%双控制实验中发现（表 2），赤子爱胜蚓的死亡率或逃逸率均小于 10%，赤子蚓在两侧土壤中的分布在 40%-60% 之间，表明林下土壤和弃耕地土壤在双控制中对赤子爱胜蚓的影响无显著性差异，满足后续实验的要求。各林龄林下根区土壤对赤子爱胜蚓产生的回避行为实验结果表明（图 1），在生林下土壤处理下赤子爱胜蚓表现出明显的回避行为，而 2-4 年处理时赤子爱没有回避行为。与各对照相比，赤子爱胜蚓在 8-10 年生林下土壤处理下产生了的回避反应，但均未达到 80% 的回避率。

2 不同林龄巨桉凋落物浸提液加入到弃耕地土壤处理 48h 蚯蚓的回避反应，*表示不同浓度挥发性有机化下与对照的显著差异(费舍尔精确检验， p < 0.05). 2 Avoidance behavior response of E. fetida after 48-h of exposures to litters aqueous extract across a chronosequ. grandis plantation ages (2，4，6，8，10 a) at various concentration levels. Error bars indicate standard deviatioans differ significantly from control (Fisher’s exact test, p < 0.05).1.2 巨桉凋落物浸提液对 E. fetida 存活率的影响通过秩和检验分析发现（附表 1），将巨桉凋落物浸提液分别加入到弃耕地土林下土壤中，对赤子爱胜蚓存活率的影响差异性显著。将各林龄各浓度凋落物浸提液加入到弃耕地土壤中，三因素方差分析结果显子爱胜蚓存活率随处理时间和浓度有显著变化，而随林龄无显著变化，林龄和浓交互作用对其有显著影响（附表 2）。进一步分析发现（表 3），各处理下凋落物对赤子爱胜蚓的存活率影响均不明显；随处理时间延长，2 年生凋落物浸提液 浓度、8 年生凋落物在 C4 浓度时，赤子爱胜蚓的存活率在 7-21 d 无显著变Fgi .1 The avoidance behavior response of E .eftida afetr 48h exposure ot hte threvoaltile chemcials with various concentraiton elvesl .Veritca lilnes nidciate satndarddevaition.C1 :Ocatne 1m lkg1- ,Undecane 25.m lkg1- ,24,-2t eritary buty lpheno l0.25 g kg1- ;C2:Ocatne 15.m lkg1- ,Undecane3 m lkg1- ,2,42-t eritaryb uty lpheno l0.5g k g1- ;Ocatne2 m lkg1- ,Undecane3 5.m lkg1- ,2,42-t eritaryb uty lphenol 01.g k g1- ;Ocatne 25.m lkg1- ,Undecane4m lkg1- ,2,42-t

3 弃耕地土壤中加入不同林龄巨桉凋落物（2，4，6，8，10年）浸提液对蚯蚓生理指标（A.蛋白质; B.MDAD; D. AChE; E.GST）的影响（注: 不同小写字母表示随浓度变化，不同大写字母表示随林龄变化。下同。. 3 The effects of the litter aqueous extracts with vairous E. grandis plantation ages (2, 4, 6, 8, 10a) on thesiological index of E. fetida （A: protein; B: MDA; C: SOD; D: AChE; E: GST）（note：different lowercase leant significant difference within the concentrations, and different capital letters meant significant difference withinntation ages at 0.05 level. The same below.）高于其余林龄处理；2，4，8 年和 6 年生凋落物的 C3 浓度处理下对 MDA 表现进作用，6 年和 8 年随浓度升高 MDA 含量显著上升，2，4 年时随浓度升高 M量变化不规律，但在 C2 和 C4 浓度处理时最高。在 CK 处理下 SOD 活性随林龄在 4 和 10 年时较低；而C3浓度处理下无明显变化；C1和C2呈现低林龄（2-4 化不明显而后显著降低；C4处理下在 8 年时SOD活性降低其余年龄无显著差异D 活性随浓度增加，6 年无显著变化；2 年和 8 年呈现 C1 和 C2 促进且无显著 C3 和 C4 降低；4 年时对 SOD 均为促进作用且随浓度增加而降低，但 C1 和 C3 和 C4 间无显著差异；10 年时均为促进作用且随浓度增加 C1-C3 无差异，
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本文编号：2867339