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矿产开发及冶炼、农药使用和工业污水的排放使得环境中砷污染物大量增加,造成了不同程度的污染。亚砷酸钠是典型的三价砷化合物,广泛用于杀虫剂和木材防腐剂,在现代工业中也有应用。目前关于土壤砷污染的研究主要侧重于砷形态及其环境行为,以及砷污染土壤的修复技术等,而对于砷的土壤生态毒理研究较少,砷污染防治的基础数据与理论尚显不足。蚯蚓是土壤中的主要动物类群之一,被誉为土壤生态工程师。蚯蚓通过掘穴活动可以重建表层土壤,改善土壤理化性质,增加农作物产量。关于砷对蚯蚓的生态毒理方面的研究主要是砷对蚯蚓体内一些常见生理生化指标的影响,而对于蚯蚓掘穴行的影响及其氧化应激机理等未见研究报道。基于以上原因,本文选取蚯蚓作为试验动物,研究了亚砷酸钠进入土壤后对蚯蚓掘穴行为及一些典型的分子指标的毒性作用,以及蚯蚓掘穴行为变化对土壤理化性质的影响,以期为土壤砷污染的监测、评价及治理等提供一定的理论依据和数据支撑。主要研究结果如下:1)砷对蚯蚓掘穴行为的影响采用滤纸法和人工土壤法分别测定了亚砷酸钠对蚯蚓的半数致死浓度(LC50),然后根据测定的LC50设定了一系列浓度梯度进行后续研究。结果表明,人工土壤法LC50为122 mg.kg-1干土。回避实验的结果表明蚯蚓对亚砷酸钠有一定的忍受能力。在此结果的基础上,探究了早期砷污染(5,10,20,40,80 mg.As kg-1)对两种蚯蚓（Metaphire californica和Eisenia foetida）二维（2D）掘穴行为的影响,长期砷胁迫(5,20,80 mg.As kg-1)对E.foetida 2D掘穴行为的影响。目前尚未可视化观测和连续记录蚯蚓在土壤三维（3D）空间中活动过程和轨迹的方法的报道。本文经过大量试验,研制了透明土壤及蚯蚓在此土壤中3D掘穴活动的观测方法,由于该方法刚刚建立,本文仅就20mg.kg-1的砷浓度胁迫下蚯蚓行为的变化进行了初步研究。结果表明蚯蚓累积掘穴距离随时间的延长而增加,但在不同砷污染土壤中掘穴能力不同,早期砷污染土壤,累积掘穴距离随砷浓度的增加而增加,而在长期砷污染土壤中则相反。M.californica的累积掘穴长度要大于E.foetida,每日平均掘穴距离也高于E.foetida,M.californica的最大掘穴深度要大于E.foetida,这可能与它们对砷敏感性有关。在长期砷胁迫的土壤和含砷透明土壤中,E.foetida的掘穴行为受到抑制。2)蚯蚓对亚砷酸钠的氧化应激响应在自然土壤中添加不同量的亚砷酸钠(以砷计,浓度分别为0,5,10,20,40,80 mg.kg-1),接种蚯蚓,分别在0,3,7,14,21,28 d取样,测定蚯蚓体内的氧化应激指标的响应。结果表明:经过培养,蚯蚓体内的砷可以从3.05 mg.kg-1增加至330 mg.kg-1,富集系数为0.79-3.8。蚯蚓体内的活性氧（ROS）含量随着砷浓度的增加而增加;超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性在砷胁迫下均随着砷污染浓度的增加而降低;蚯蚓体内的丙二醛（MDA）生成量随着砷污染浓度的增加而增加。蚯蚓体内的Nrf2信号通路的特征蛋白Nrf2和该通路下游的蛋白HO-1的表达随着砷暴露浓度和暴露时间的增加而增加;蚯蚓体内ROS生成量,SOD酶活性,CAT酶活性及MDA生成量与土壤砷浓度,暴露时间及两者的交互作用均显著相关。Nrf2和HO-1的表达与砷暴露时间,砷暴露浓度及二者的交互作用呈显著相关。结果表明蚯蚓经过砷暴露后,体内原来的抗氧化平衡遭到破坏,机体受到了一定的氧化损伤,这些损伤会对蚯蚓的行为造成一定的影响。3)砷胁迫对蚯蚓全蛋白表达的影响采用双向电泳技术,研究不同浓度的亚砷酸钠(0,5,10,20,40,80 mg.kg-1)对蚯蚓全蛋白质表达的影响。结果表明:共有36个蛋白点在处理组和对照组中的显著差异达到2倍以上,其中成功鉴定出24个蛋白点。鉴定的蛋白,根据其功能分为七大组分:（1）代谢相关蛋白,如ATP结合蛋白,金属结合蛋白和蚓激酶,占总数的33%;（2）应激反应蛋白,如热休克蛋白（HSP）等,占总数的8%;（3）运输相关蛋白,如蛋白质的转运和脂质运输的转铁蛋白和血清白蛋白,占总数的13%;（4）信号转导类蛋白,如中间丝蛋白,占总数的6%;（5）调节类蛋白,如扣带素蛋白,占总数的13%;（6）预测和假设蛋白,占总数的8%;（7）其他类蛋白,如抗肌萎缩蛋白等,占总数的13%。这些差异蛋白中跟蚯蚓行为变化有着密切的关系,肌动蛋白与蚯蚓的运动可能有直接关系,能与ATP结合的蚓激酶的表达下调,这说明蚯蚓在砷胁迫下ATP合成能力下降,有可能引起蚯蚓体重下降。抗肌萎缩蛋白的表达变化可能与蚯蚓在砷胁迫下蚯蚓的形态变化有关。4)砷污染土壤中蚯蚓活动的变化对土壤理化性质的影响将不同浓度的砷污染土壤(0,5,20,80 mg.kg-1)经过1个月的老化后,接种蚯蚓活动60 d,之后测定蚯蚓接种前后土壤砷形态及土壤理化性质的变化。结果表明:老化后土壤的砷形态所占比例发生变化,其中残渣态砷（Re-As）含量最高,松散结合态砷（Av-As）比例最低。接种蚯蚓并活动60 d后,Av-As所占比例升高,对应的残渣态砷比例下降。添加砷处理组,接种蚯蚓后,土壤砷形态之间的转化率低于对照组。土壤老化后,加砷处理组的土壤pH值要显著低于对照组;土壤电导率和硝态氮含量随砷浓度的增加而增加;速效钾含量显著降低且随砷浓度的增加而降低。接种蚯蚓60 d后,土壤氨态氮含量显著降低;土壤硝态氮含量随着砷浓度的增加而增加,且在80 mg.kg-1处理组中达到最大值,显著高于其他处理组。土壤中的速效磷含量经过蚯蚓活动后迅速上升,显著高于老化后土壤的速效磷含量;土壤速效钾含量显著高于相同处理组中土壤老化后的土壤速效钾含量。结果表明,砷污染引起的蚯蚓活动变化会间接影响土壤的理化性质。