王 蕾,張怡婷,張圣新,范德玲,汪 貞,石利利,劉濟(jì)寧

環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境保護(hù)研究所,南京 210042

環(huán)境條件對(duì)伸展搖蚊實(shí)驗(yàn)種群繁育的影響

王 蕾,張怡婷,張圣新,范德玲,汪 貞,石利利,劉濟(jì)寧*

環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境保護(hù)研究所,南京 210042

以伸展搖蚊為研究對(duì)象,重點(diǎn)考察了溫度、光強(qiáng)對(duì)各生命階段存活率和發(fā)育速率、成蟲性別比和繁殖力以及種群動(dòng)態(tài)的綜合影響。通過F檢驗(yàn)不同溫度相同光照條件下?lián)u蚊卵、幼蟲和蛹的存活率的回歸方程和和回歸系數(shù),發(fā)現(xiàn)了在相同的光強(qiáng)(800 lx或2000 lx)條件下,15—35 ℃溫度范圍內(nèi),搖蚊幼蟲和蛹兩種形態(tài)存活率與溫度之間均呈顯著相關(guān),而幼蟲期搖蚊的存活率比蛹期更易受溫度影響,但是,溫度變化并沒有顯著影響卵的存活率；且15 ℃和35 ℃兩個(gè)極端溫度不適合搖蚊的生存和繁育。其次通過正交試驗(yàn),對(duì)在2個(gè)溫度(15 ℃和30 ℃)和2種光強(qiáng)(800 lx和2000 lx)兩種因素組合作用下的搖蚊存活率和發(fā)育速率進(jìn)行極差分析和雙因素方差分析,得到伸展搖蚊種群繁育的最佳條件為25 ℃,800 lx的結(jié)論,且兩種因素對(duì)于搖蚊成蟲的雌雄比影響并不顯著,但是溫度對(duì)三者(存活率、發(fā)育速率和雌雄比)的影響遠(yuǎn)大于光強(qiáng)。最后通過單因素方差分析關(guān)于不同光照和溫度下對(duì)成蟲繁殖力的結(jié)果, 以及相同光照和溫度下不同濕度(45%、65%、85%和95%)對(duì)成蟲繁殖力的結(jié)果,總結(jié)出在25—30 ℃,800 lx光強(qiáng)下伸展搖蚊維持良好生命活力、順利完成繁殖發(fā)育過程,85%—95%的相對(duì)濕度可以使羽化成蟲保持較高的產(chǎn)卵水平。并根據(jù)所觀察的種群生殖力資料計(jì)算得到相應(yīng)溫度(25 ℃和30 ℃)和光照條件(800 lx和2000 lx)組合下的實(shí)驗(yàn)種群繁殖特征生命表。結(jié)果表明在800 lx光強(qiáng)、25—30 ℃條件下,搖蚊能維持較高的種群凈增殖率(R0)與內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm)。綜上所述,25 ℃溫度,800 lx光強(qiáng)和85%的濕度的條件更適合伸展搖蚊種群繁育。此結(jié)果為建立伸展搖蚊室內(nèi)繁育的標(biāo)準(zhǔn)化條件及相應(yīng)的種群發(fā)展規(guī)律和構(gòu)建本土搖蚊種的毒性測(cè)試方法奠定了基礎(chǔ)。

伸展搖蚊；溫度；光照強(qiáng)度；繁殖發(fā)育；種群動(dòng)態(tài)

環(huán)境生物的生存繁育受到溫度、光照、濕度等多種環(huán)境因子的影響。而對(duì)于搖蚊這類經(jīng)歷卵—幼蟲—蛹—成蟲多次變態(tài)發(fā)育、生存空間在水—沉積物層、上層水體和水面轉(zhuǎn)換的昆蟲而言,溫度和光照是影響其全生命周期的重要環(huán)境因素,且成蟲羽化后還會(huì)受到空氣濕度的影響[1]。搖蚊的世代周期短,一代搖蚊慢性毒性試驗(yàn)一般為20—65 d,比選用魚類作試驗(yàn)生物節(jié)省時(shí)間和經(jīng)費(fèi),用其作為模式生物進(jìn)行生態(tài)毒理學(xué)研究具有重要的科學(xué)意義。

根據(jù)已有研究,不同搖蚊物種對(duì)環(huán)境溫度、光照等條件適應(yīng)性不同,每一代的羽化時(shí)間20—65 d不等,種群發(fā)展規(guī)律有差異[2]。其中溫度和光照對(duì)搖蚊生長(zhǎng)繁殖影響最為顯著[1]。因此雖然不同搖蚊種的繁育條件對(duì)本土種的研究有一定參考價(jià)值,但為了建立穩(wěn)定的室內(nèi)繁育技術(shù)和毒性測(cè)試技術(shù),探索區(qū)域典型搖蚊種生理特性、研究其繁殖發(fā)育條件和種群變化規(guī)律仍十分必要。鑒于搖蚊在水生態(tài)毒性測(cè)試中的諸多優(yōu)勢(shì),且物種地理分布的差異性對(duì)化學(xué)物質(zhì)的生態(tài)危害評(píng)估結(jié)果有重要影響[3],而影響地域分布差異的主要因素包括溫度、光照強(qiáng)度和濕度,所以雖然OECD已建立了C.riparius、C.yoshimatsui、C.dilutus等搖蚊種的急慢性毒性試驗(yàn)方法[4- 6],但是關(guān)于OECD提供的溫度和光照等外部條件并不一定是用于本土物種。美國(guó)EPA和OECD等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)的化學(xué)物質(zhì)生態(tài)危害評(píng)估導(dǎo)則也明確要求充分考慮本土物種的生態(tài)危害性[7- 8]。因此建立關(guān)于本土生物穩(wěn)定的室內(nèi)繁育技術(shù)是構(gòu)建其毒性測(cè)試方法的基礎(chǔ)。

伸展搖蚊(Chironomustentans)廣泛分布于我國(guó)新疆,青海,西藏,甘肅,內(nèi)蒙古,山西,陜西,河南,安徽,河北,山東,江蘇等地,是我國(guó)常見的搖蚊種之一[9]。由于缺少伸展搖蚊繁殖發(fā)育條件的系統(tǒng)研究,因此無法構(gòu)建相應(yīng)的毒性測(cè)試方法,特別是全生命周期毒性測(cè)試方法和多代繁殖毒性測(cè)試方法。所以為了評(píng)估有毒有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)我國(guó)本土生物的危害性、建立我國(guó)廣布搖蚊種——伸展搖蚊的室內(nèi)繁育技術(shù)和急慢性毒性及全生命周期毒性測(cè)試方法,系統(tǒng)研究溫度、光照、濕度等多種環(huán)境因子對(duì)伸展搖蚊生存繁育影響顯得非常必要。

本研究以伸展搖蚊為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究溫度、光照條件對(duì)其發(fā)育率、存活率、性別比和種群動(dòng)態(tài)的影響,在此基礎(chǔ)上提出伸展搖蚊室內(nèi)繁育的標(biāo)準(zhǔn)化條件及相應(yīng)的種群發(fā)展規(guī)律,為構(gòu)建本土搖蚊種的毒性測(cè)試方法奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)生物

伸展搖蚊(Chironomustentans)取自上?；ぱ芯吭?已在本實(shí)驗(yàn)室馴養(yǎng)幾十代。馴養(yǎng)條件參考Chironomusriparius的養(yǎng)殖條件[6]。將搖蚊幼蟲放入18 L玻璃缸中,缸中加入與試驗(yàn)基質(zhì)相同的水—沉積物系統(tǒng),體積不超過缸容積的一半；缸口用紗網(wǎng)罩蓋,溫和曝氣；每日為搖蚊幼蟲飼喂粉末狀魚食,每隔3 d用虹吸法更換一次上覆水,更換時(shí)避免帶起缸中的幼蟲及其所筑的巢。以此建立的實(shí)驗(yàn)種群作為供試蟲源。

1.2 試驗(yàn)基質(zhì)

卵置于Elendt M7溶液中孵化,幼蟲和蛹選用Elendt M7溶液和人工沉積物組成的水—沉積物系統(tǒng)作為培養(yǎng)基質(zhì)。其中Elendt M7溶液的制備方法參考OECD化學(xué)品測(cè)試導(dǎo)則TG233[6]。人工沉積物的配方包括5%(干重)泥炭(pH值5.9；粉末狀,磨細(xì)(顆粒大小≤1 mm)且風(fēng)干)、20%(干重)高嶺土、75%(干重)石英砂(粒徑在50—200 μm的細(xì)砂占60%)和50%水。

具體配制方法為：首先將泥炭在烘箱內(nèi)烘干后用粉碎機(jī)磨成細(xì)粉,在使用旋轉(zhuǎn)攪拌器用去離子水制備所需的泥炭懸浮液,懸浮液的pH值為5.9；然后將懸浮液在(20±2) ℃條件下溫和攪拌2 d進(jìn)行馴化以穩(wěn)定pH值并建立穩(wěn)定的微生物群。馴化后的泥炭懸浮液pH值為6.0±0.5。最后將泥炭懸浮液與Elendt M7溶液混合,得到均一的水—沉積物系統(tǒng)。采用1 L燒杯盛放水—沉積物系統(tǒng),并確保水層和沉積物層體積比為4∶1。使用人工配方沉積物具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)構(gòu)建了可重復(fù)的“標(biāo)準(zhǔn)化基質(zhì)”,無需再找未污染和清潔沉積物,降低實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變異性；(2)不受沉積物季節(jié)性變動(dòng)的影響,且不需預(yù)處理沉積物以去除本土動(dòng)物群系。

1.3 試驗(yàn)方法

將濕度和光周期分別設(shè)置為85%和16∶8(光∶暗),設(shè)置4個(gè)溫度(15、25、30、35 ℃)和兩種光照強(qiáng)度(800 lx、2000 lx),考察溫度和光照強(qiáng)度對(duì)伸展搖蚊繁育的影響。試驗(yàn)在人工氣候箱(MMM Climacell)中開展,同一測(cè)試條件的測(cè)試容器隨機(jī)放置。將Elendt M7溶液置于培養(yǎng)皿中在上述環(huán)境條件下恒溫2 h后,投入不足24 h的新卵開始試驗(yàn)。每種測(cè)試條件下放置3個(gè)培養(yǎng)皿,每皿投入1個(gè)卵串。試驗(yàn)開始時(shí)每12 h在S8APO體式顯微鏡(德國(guó)Leica)下統(tǒng)計(jì)每個(gè)卵串的孵化情況(每個(gè)卵串中大概200—350粒卵)。待卵孵化為一齡幼蟲后,在同一時(shí)刻隨機(jī)選取100條一齡幼蟲投入盛有水—沉積物系統(tǒng)并已事先恒溫的燒杯中,同時(shí)對(duì)上覆水進(jìn)行輕微曝氣并用紗網(wǎng)封口。每日喂食磨細(xì)的魚食,每3 d換一次水,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)剛開始10 d內(nèi)日喂食量控制在0.25—0.5 mg/只,后期幼蟲長(zhǎng)大后將日飼喂量增至0.5—1 mg/只。每天在體式顯微鏡底下觀察搖蚊的發(fā)育情況,記錄每種形態(tài)(卵、幼蟲、蛹、成蟲)的發(fā)育時(shí)間(發(fā)育歷期即發(fā)育時(shí)間,發(fā)育速率即發(fā)育時(shí)間的倒數(shù)),死亡數(shù)和羽化數(shù)。并將所有羽化的搖蚊取出并置于新的盛有Elendt M7溶液的燒杯中,在同一測(cè)試條件下的人工氣候箱中開始產(chǎn)卵,記錄雌雄成蟲的個(gè)數(shù)和死亡時(shí)間,每天將新產(chǎn)出的卵移至培養(yǎng)皿中,統(tǒng)計(jì)產(chǎn)卵歷期間、卵數(shù)及其孵化情況,以方便統(tǒng)計(jì)成蟲的繁殖力(所有卵的粒數(shù)/雌成蟲的個(gè)數(shù))。

按照試驗(yàn)結(jié)果剔除2個(gè)極端的溫度梯度并按照正交試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)因素,即溫度和光照強(qiáng)度,以此篩選出對(duì)伸展搖蚊種群繁育的最佳試驗(yàn)條件。正交試驗(yàn)的每個(gè)因素有2個(gè)水平,采用正交表L4(22),見表1。

表1 正交試驗(yàn)中的影響因素及水平

鑒于成蟲羽化后的繁育除溫度和光照外,還可能受到空氣濕度的影響,因此在正交試驗(yàn)的最佳水平下選取相應(yīng)的溫度和光照條件,在上述條件的人工氣候箱中分別放入剛羽化的5對(duì)成蟲,設(shè)置4種空氣濕度(45%、65%、85%和95%),以此進(jìn)一步考察濕度對(duì)成蟲繁殖力的影響。

1.4 數(shù)據(jù)處理

(1)利用SPSS 19.0(IBM,USA)對(duì)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：不同溫度相同光照條件下對(duì)伸展搖蚊的卵、幼蟲和蛹的存活率計(jì)算所得回歸方程和回歸系數(shù)進(jìn)行F檢驗(yàn)；對(duì)不同溫度、不同光照條件下正交試驗(yàn)所得的發(fā)育歷期和搖蚊總存活率以及雌雄比的結(jié)果采用雙因素方差分析；采用單因素方差分析(one-way ANOVA)分析4種情況(25 ℃：800 lx、2000 lx；30 ℃：800 lx、2000 lx)下的伸展搖蚊雌雄比和繁殖力的變化。以上數(shù)據(jù)分析的顯著性水平均為0.05。

(2)參照相關(guān)文獻(xiàn)[10- 11]中的方法,計(jì)算得到相應(yīng)溫度和光照條件下的種群凈增殖率(R0)、平均世代周期(T)、內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm)、周限增長(zhǎng)率(λ)和種群翻倍時(shí)間(t),組建不同溫度、不同光照的伸展搖蚊實(shí)驗(yàn)種群繁殖特征生命表。

2 結(jié)果

2.1 單因素試驗(yàn)

表2,表3分別表示在相同光照強(qiáng)度(800 lx或2000 lx)下?lián)u蚊各形態(tài)存活率和4個(gè)溫度水平(15、25、30、35 ℃)的關(guān)系。通過模擬出的溫度與搖蚊各形態(tài)的存活率的方程計(jì)算可知,在光照強(qiáng)度為800 lx(表2)情況下,溫度在15 ℃和35 ℃時(shí),幼蟲和蛹的存活率均受到抑制,35 ℃條件下,所有測(cè)試組卵孵化為一齡幼蟲后即死亡；15 ℃條件下的6個(gè)測(cè)試組中,5組幼蟲停止發(fā)育,另一組幼蟲雖啟動(dòng)發(fā)育,但發(fā)育速率緩慢。試驗(yàn)進(jìn)行到第45 d時(shí),該組幼蟲僅發(fā)育至三齡期,所以高溫(35 ℃)和低溫(15 ℃)條件均無法維持幼蟲正常發(fā)育。幼蟲和蛹的存活率在25 ℃達(dá)到最高值,分別為92.5%和98.87%,當(dāng)溫度高于25 ℃時(shí),各存活率明顯下降。幼蟲和蛹的存活率的回歸方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.99,顯著性差異均小于0.05,說明所得模型在15—35 ℃范圍內(nèi),搖蚊幼蟲和蛹兩種形態(tài)存活率與溫度之間均呈顯著相關(guān)。

表2 伸展搖蚊各形態(tài)存活率(Y,%)和溫度(X, ℃)的擬合模型(800 lx)

*表示差異顯著(P<0.05)

在光照強(qiáng)度為2000 lx(表3)情況下,15 ℃時(shí),幼蟲的存活率高于光照強(qiáng)度為800 lx時(shí),但是在25—35 ℃范圍內(nèi),卵、幼蟲和蛹的存活率均低于搖蚊暴露于800 lx光照強(qiáng)度下。而在2000 lx 光照下,15 ℃更適合于搖蚊卵的孵化,卵的存活率達(dá)到98.93%,幼蟲和蛹的存活率同樣在25 ℃達(dá)到最高值,且回歸方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.99,顯著性差異均小于0.05,說明所得模型在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi),搖蚊幼蟲和蛹兩種形態(tài)存活率與溫度之間均呈顯著相關(guān),而與暴露于800 lx光照強(qiáng)度下相同的是,當(dāng)光照強(qiáng)度為2000 lx時(shí),幼蟲期搖蚊的存活率比蛹期更易受溫度影響,這也反映了幼蟲對(duì)環(huán)境條件變化響應(yīng)更加敏感的特性。

表3 伸展搖蚊各形態(tài)存活率(Y,%)和溫度(X, ℃)的擬合模型(2000 lx)

*表示差異顯著(P<0.05)

圖1 溫度和光照強(qiáng)度對(duì)伸展搖蚊卵的死亡率的影響 Fig.1 Effects of egg mortality of C.tentans at different temperature and light intensity

通過圖1可知,在15—35 ℃范圍內(nèi),卵都能保持較高的存活率。在15 ℃、800 lx條件下,卵死亡率最高,但也僅為5.36%。而在25 ℃時(shí),800 lx和2000 lx光照強(qiáng)度下的存活率分別為99.4%和99.2%,所以在這4種溫度中25 ℃屬于存活率最高的溫度條件；而在低溫(15 ℃)和高溫(35 ℃)條件下,卵的存活率均有所下降。由此可見,在本試驗(yàn)條件下,隨著溫度的升高,卵的存活率逐漸升高；當(dāng)超過某一臨界溫度時(shí),卵的存活率又逐漸下降。結(jié)合表2和表3分析可以看出,搖蚊卵的存活率與溫度變化并沒有顯著相關(guān),所以本試驗(yàn)所設(shè)置的4種溫度和兩種光強(qiáng)對(duì)伸展搖蚊卵的存活率影響不大。

2.2 正交試驗(yàn)

由于較高和較低的溫度(15 ℃和35 ℃)條件下,幼蟲不能完成世代發(fā)育,所以為了確定在多因素條件下伸展搖蚊種群繁育的最佳條件,在單因素的基礎(chǔ)試驗(yàn)上,剔除了兩個(gè)極端溫度后,選取適合的參數(shù)范圍,對(duì)溫度(A)、光照強(qiáng)度(B),采用L4(22)進(jìn)行正交試驗(yàn),優(yōu)化最佳條件見表4。表4中列出了不同溫度和光照組合的搖蚊存活率和發(fā)育時(shí)間的的測(cè)定結(jié)果,直觀的分析可以看出,71.43%的存活率最高,最佳試驗(yàn)條件為A1B1(25 ℃,800 lx),且由于RA>RB,因此因素重要性為A>B(溫度比光照重要)。

在25 ℃條件下,卵的平均孵化時(shí)間為1—2 d,幼蟲期為26.1—26.6 d,全世代歷期為32—35 d；30 ℃時(shí),卵的平均孵化時(shí)間縮短為1—1.3 d,幼蟲期縮短為14.7—17.2 d,全世代歷期縮短為20.4—24.5 d。且從表4上看,可知發(fā)育速率最快的最佳試驗(yàn)條件為A2B2(30 ℃,2000 lx),因素重要性為A>B(溫度比光照重要)?？梢?溫度和光照的增加有利于縮短發(fā)育歷期,提高發(fā)育速率。

表4 L4(22)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5是對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析的結(jié)果,從表中可以直觀的看出,2個(gè)因素對(duì)搖蚊存活率和發(fā)育速率的影響中,溫度對(duì)其的影響均大于光照(PA

所以綜上所述,極差分析(表4)和方差分析(表5)得出的結(jié)論一致,在影響搖蚊存活率和發(fā)育速率的因素中,溫度為最為重要的因素。在2種適當(dāng)?shù)臈l件下,伸展搖蚊能順利完成世代過程。在該溫度(25—30 ℃)范圍內(nèi),升高溫度將會(huì)可小幅度縮短搖蚊各階段(卵、幼蟲、蛹及成蟲)發(fā)育歷期,提高發(fā)育速率,但是這種影響并不顯著,而溫度能顯著影響搖蚊的存活率,因此,在2種因素條件下伸展搖蚊種群繁育的最佳條件是A1B1(25 ℃,800 lx)。

表5 L4(22)正交試驗(yàn)極差分析表

*表示顯著(P<0.05)

圖2 溫度和光照強(qiáng)度對(duì)伸展搖蚊性別比的影響 Fig.2 Sex ratio of C.tentans at different temperature and light intensity*表示差異顯著(P<0.05)

圖2是25 ℃和30 ℃條件下溫度和光強(qiáng)對(duì)伸展搖蚊性別比的影響結(jié)果。800 lx時(shí),雌雄比均接近于1。而對(duì)4種情況就雌雄比進(jìn)行單因素方差分析的結(jié)果,在25 ℃、2000 lx時(shí)雌性顯著偏少(雌雄比為0.65),而在30 ℃、2000 lx試驗(yàn)條件下,搖蚊的雌性顯著偏多,性別比嚴(yán)重偏離1(雌雄比為2.4)。

根據(jù)正交試驗(yàn)關(guān)于雌雄比的方差分析(表6)結(jié)果,可以看出溫度和光照對(duì)于搖蚊成蟲的雌雄比影響并不顯著,但是從兩者的顯著性水平上看,溫度的重要性遠(yuǎn)大于光照強(qiáng)度(P：0.430<0.735),所以,溫度對(duì)搖蚊性別比的影響遠(yuǎn)大于光照對(duì)其的影響。結(jié)合圖2也可以看出,在相同的光照條件下,不同的溫度水平對(duì)雌雄比的影響差異極大；而在相同溫度下,兩種光照強(qiáng)度對(duì)雌雄比的影響遠(yuǎn)小于前一種情況。所以,綜合圖2和表6,可知溫度和光照強(qiáng)度對(duì)搖蚊雌雄比均有影響,但其影響均不顯著,但溫度的影響更大,所以控制好溫度范圍對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的正確性和合理性更為重要。

表6 L4(22)正交試驗(yàn)方差分析表

*表示差異顯著(P<0.05)

2.3 多因素對(duì)成蟲繁殖力的影響

兩種溫度和兩種光強(qiáng)對(duì)伸展搖蚊繁殖力的影響結(jié)果如表7所示。產(chǎn)卵歷期指羽化后開始產(chǎn)卵直至產(chǎn)卵結(jié)束所持續(xù)的時(shí)間。由結(jié)果可知,25 ℃和30 ℃條件下,產(chǎn)卵歷期隨溫度升高而縮短、隨光強(qiáng)增加而縮短。但根據(jù)4種情況的分析結(jié)果表明,僅30 ℃、2000 lx光強(qiáng)條件下產(chǎn)卵歷期顯著低于其他測(cè)試組,其他測(cè)試組之間并無顯著差異。而30 ℃時(shí)每雌產(chǎn)卵量略低于25 ℃時(shí),但在本實(shí)驗(yàn)條件下差異并不顯著。

表7 不同溫度和光照強(qiáng)度下伸展搖蚊成蟲繁殖力

*表示顯著(P<0.05)

鑒于成蟲羽化后的繁育除溫度和光照外,還可能受到空氣濕度的影響,因此圖3表明了在25 ℃、800 lx條件下的4種空氣濕度(45%、65%、85%和95%)和成蟲繁殖力的關(guān)系。如圖所示,85%和95%濕度時(shí)每雌產(chǎn)卵量顯著高于其他兩個(gè)濕度條件,其中85%濕度時(shí)每雌產(chǎn)卵量最大。所以可以初步判斷4個(gè)濕度中,85%的空氣濕度更適合于搖蚊產(chǎn)卵繁育。

圖3 濕度對(duì)伸展搖蚊成蟲繁殖力的影響Fig.3 Sex ratio of C.tentans at different relative humidity*表示差異顯著(P<0.05)

2.4 溫度和光照強(qiáng)度對(duì)實(shí)驗(yàn)種群參數(shù)的影響

根據(jù)25 ℃和30 ℃不同光強(qiáng)條件下所觀察的種群生殖力資料,計(jì)算出種群凈增殖率(R0)、平均世代周期(T)、內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm)、周限增長(zhǎng)率(λ)和種群翻倍時(shí)間(t)(表8)。結(jié)果表明,種群凈增殖率(R0)與內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm)表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì),在800 lx時(shí)明顯高于2000 lx時(shí),30 ℃、2000 lx時(shí)最小。周限增長(zhǎng)率(λ)均大于1,表明種群在25 ℃和30 ℃不同光強(qiáng)條件下均作幾何級(jí)數(shù)增加。30 ℃時(shí)種群的平均時(shí)代周期明顯短于25 ℃時(shí),30 ℃、800 lx時(shí)種群翻倍時(shí)間(t)最短。雖然30 ℃時(shí)每雌產(chǎn)卵量略低于25 ℃時(shí),但30 ℃時(shí)雌性子代比例增加,說明種群通過調(diào)整雌雄比來抵御外在環(huán)境的變化。

表8 不同溫度和光照強(qiáng)度下伸展搖蚊的實(shí)驗(yàn)種群生命表參數(shù)

3 討論

根據(jù)上面的試驗(yàn)分析結(jié)果可知溫度和光強(qiáng)對(duì)伸展搖蚊各生命階段存活率和發(fā)育率、成蟲性別比和繁殖力均有影響,其中溫度是最主要的因素。而本試驗(yàn)所設(shè)置的4種溫度和兩種光強(qiáng)對(duì)伸展搖蚊卵的存活率影響不大,搖蚊卵的存活率與溫度變化并沒有顯著相關(guān),出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是由于卵外包被的卵殼在一定程度隔絕了外界不良環(huán)境條件的影響有關(guān)[12]。25—30 ℃是確保伸展搖蚊順利完成世代發(fā)育過程的適宜溫度范圍,在此溫度范圍內(nèi)升溫有助于縮短其發(fā)育歷期。25 ℃、800 lx光強(qiáng)可以維持伸展搖蚊雌雄比接近于1,從而確保種群穩(wěn)定發(fā)展。高溫(30—35 ℃)和強(qiáng)光(2000 lx)是導(dǎo)致伸展搖蚊死亡率提高的重要原因,25 ℃、800 lx時(shí)卵、幼蟲、蛹的死亡率均最低,可以作為搖蚊種繁育的最佳條件。25—30 ℃、800—2000 lx條件未對(duì)伸展搖蚊成蟲單雌繁殖量產(chǎn)生顯著影響,但高溫(30 ℃)、強(qiáng)光(2000 lx)的綜合作用顯著縮短了成蟲產(chǎn)卵歷期。而對(duì)于羽化成蟲而言,85%—95%的相對(duì)濕度可以保證較高的產(chǎn)卵水平。

種群參數(shù)的變化是種群動(dòng)態(tài)的重要體現(xiàn),而生命表則是獲取種群參數(shù)的重要工具。根據(jù)不同溫度和光強(qiáng)條件下伸展搖蚊實(shí)驗(yàn)種群生命表的研究結(jié)果,800 lx光強(qiáng)、25—30 ℃時(shí)實(shí)驗(yàn)種群均維持較高的凈增殖率(44.26—56.16),且在此范圍內(nèi)升溫可將平均時(shí)代周期從29.58 d縮短至19.65 d,并由此導(dǎo)致內(nèi)稟增長(zhǎng)率由0.136升高至0.193.這說明伸展搖蚊在高溫下采取了縮短壽命的生態(tài)對(duì)策,從而抵消了高溫下生殖力降低的不利影響。在此條件下,伸展搖蚊種群數(shù)量每日增長(zhǎng)1.145—1.213倍,并在3.59—5.10 d實(shí)現(xiàn)種群翻倍。

綜合考慮溫度和光強(qiáng)對(duì)伸展搖蚊各生命階段存活率和發(fā)育速率、成蟲性別比和繁殖力以及種群動(dòng)態(tài)的影響,800 lx光強(qiáng)、25—30 ℃是保證搖蚊維持良好生命活力、順利完成繁殖發(fā)育過程并維持穩(wěn)定種群動(dòng)態(tài)的適宜環(huán)境條件。為了保證羽化成蟲較高的產(chǎn)卵水平,還應(yīng)維持85%—95%的相對(duì)濕度。值得注意的是,本研究也證實(shí)伸展搖蚊幼蟲是對(duì)外界脅迫響應(yīng)最為敏感的生命階段。因此保持適宜環(huán)境條件確保其存活率、發(fā)育率的基礎(chǔ)上采用幼蟲作為伸展搖蚊急性毒性測(cè)試的材料是比較合適的。本研究所得到的溫度、光強(qiáng)及濕度對(duì)伸展搖蚊生長(zhǎng)繁育的影響規(guī)律與前人所得到的環(huán)境條件對(duì)其他搖蚊種(Chironomusriparius、Chironomuskiiensis、Chironomusdorsalis)的影響規(guī)律相似,但最適宜的繁育條件參數(shù)有所不同[1,13- 16]。

4 結(jié)論

以我國(guó)廣布搖蚊種——伸展搖蚊為研究對(duì)象,本研究重點(diǎn)考察了溫度、光強(qiáng)對(duì)各生命階段存活率和發(fā)育速率、成蟲性別比和繁殖力以及種群動(dòng)態(tài)的綜合影響,結(jié)果表明：

(1)在相同的光強(qiáng)(800 lx或2000 lx)條件下,15—35 ℃溫度范圍內(nèi),搖蚊幼蟲和蛹兩種形態(tài)存活率與溫度之間均呈顯著相關(guān),而幼蟲期搖蚊的存活率比蛹期更易受溫度影響,這也反映了幼蟲對(duì)環(huán)境條件變化響應(yīng)更加敏感的特性。但是在試驗(yàn)條件范圍內(nèi),溫度的變化對(duì)伸展搖蚊卵的存活率影響不大,卵的存活率與溫度變化并沒有顯著的相關(guān)性。且15 ℃和35 ℃兩個(gè)極端溫度不適合搖蚊的生存和繁育。

(2)通過雙因素作用下?lián)u蚊存活率和發(fā)育速率的分析,我們得出溫度的重要性遠(yuǎn)大于光照強(qiáng)度,伸展搖蚊種群繁育的最佳條件是25 ℃,800 lx的結(jié)論。且溫度和光照對(duì)于搖蚊成蟲的雌雄比影響并不顯著,而在最佳條件下(25 ℃,800 lx),搖蚊的雌雄比為1.05,更接近于1。

(3)800 lx光強(qiáng)、25—30 ℃是保證伸展搖蚊維持良好生命活力、順利完成繁殖發(fā)育過程,而85%—95%的相對(duì)濕度是保證羽化成蟲較高的產(chǎn)卵水平的必要條件。

(4)伸展搖蚊幼蟲是對(duì)外界脅迫響應(yīng)最為敏感的生命階段。在保持適宜環(huán)境條件確保其存活率、發(fā)育率的基礎(chǔ)上采用幼蟲作為伸展搖蚊急性毒性測(cè)試的材料是比較合適的。

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EffectsofenvironmentalconditionsonthereproductionanddevelopmentofChironomustentans(Diptera)

WANG Lei, ZHANG Yiting, ZHANG Shengxin, FAN Deling, WANG Zhen, SHI Lili, LIU Jining*

NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China

The comprehensive influence of survival rate, growth rate of each life stage, adult sex ratio and fertility, and population dynamics of the experimental populations ofChironomustentanswere observed under different conditions of temperature and light intensity. Under the condition of different temperatures and same light intensities, the regression equation and regression coefficient of the survival rates of the eggs, larvae, and pupae ofC.tentanswere tested byF-test. The results showed that the survival rates of the larvae and pupae ofC.tentanswere significantly correlated with temperature, and the survival rate of larval stage was more likely to be affected by temperature than that of the pupal stage. However, the changes in temperature showed no significant effect on the survival rate of eggs. Two extreme temperatures (15 and 35 ℃) were not found suitable for the survival ofC.tentans. Secondly, through two combined factors (two temperatures: 15 and 30 ℃ and two light intensities: 800 and 2000 lx) of orthogonal experiments, we concluded that the best breeding conditions ofC.tentanswere 25 ℃ and 800 lx. Moreover, these two factors showed no significant influence on the female male ratio ofC.tentans. However, the influence of temperature on the three aspects (survival rate, growth rate, and female male ratio) was greater than that of light intensity. At last, we performed the single factor analysis of variance of the results of adult fecundity under different conditions (two temperatures: 15 and 30 ℃; two light intensities: 800 and 2000 lx; and four relative humidity levels: 45%, 65%, 85%, and 95%). The results showed thatC.tentanscan accomplish complete reproductive development under the conditions of 25—30 ℃ and 800 lx. Additionally, a relative humidity between 85% and 95% was another necessary condition to guarantee high oviposition rate. Furthermore, the life tables of the experimental population ofC.tentansat two temperatures (25 and 30 ℃) and two light intensities (800 and 2000 lx) were established in our laboratory. The net reproductive rate (R0) and intrinsic rate of natural increase (rm) reached high levels under the conditions of 25—30 ℃ and 800 lx. To sum up, the conditions of 25 ℃, 800 lx, and 85% relative humidity were found to be optimal forC.tentansbreeding. These results laid the foundation for establishing the standard conditions for the indoor breeding ofC.tentans, corresponding population development rule, and toxicity testing method of localChironomusspecies.

Chironomustentans; temperature; light intensity；reproduction and development; population dynamics

江蘇省青年自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20151100)

2016- 08- 10; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 07- 11

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ljn@nies.org

10.5846/stxb201608101639

王蕾,張怡婷,張圣新,范德玲,汪貞,石利利,劉濟(jì)寧.環(huán)境條件對(duì)伸展搖蚊實(shí)驗(yàn)種群繁育的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(21):7152- 7160.

Wang L, Zhang Y T, Zhang S X, Fan D L, Wang Z, Shi L L, Liu J N.Effects of environmental conditions on the reproduction and development ofChironomustentans(Diptera).Acta Ecologica Sinica,2017,37(21):7152- 7160.