氟化物污染对桑蚕的危害及其防治的研究进展


               魏兆军  王章娥
         (中国农业科学院蚕业研究所 江苏 镇江 212018)
                  林怀中
            (安徽省肥东县蚕桑办公室 231600)

  我国的主要蚕区如江苏、浙江、广东等地,由于乡镇企业的迅速发展,砖瓦厂、水泥厂、钢铁厂等排放出大量含氟化物的废气,严重污染了空气,蚕桑生产因此造成极大的损失。据场良玉[1]的调查,杭嘉湖污染严重的地区,80年代初期,家蚕张种产蚕量由40.1kg降为22.8kg,降低43%;由于茧质下降,茧价也下降了11.2%。目前氟化物污染已成为困扰我国蚕业的一项严重问题。本文就氟化物对桑蚕危害及防治等方面的研究进展进行综述。

  1 氟化物对桑树危害方面的研究

  1.l 氟化物对桑叶危害的症状
  氟化物危害桑树主要是通过空气中的气态HF、SiF4等侵害桑叶[2],土嚷中的氟化物对桑树根部没有毒害作用[3]。 HF气体从桑叶气孔进入后,被桑叶吸收并积累起来,与叶组织的元素反应生成难溶氟化物,局部沉淀下来。桑叶是耐氟植物之一,桑树的含氟量达几百PPm时桑树能正常生长,但引起家蚕中毒,一般对蚕危害的临界值为30ppm[4]。氟化物超过一定浓度就破坏桑叶细胞的原生质和叶绿体,扰乱酶的作用,外表呈现一定的症状。多数场合是叶缘变黄及黄褐色,受害重的逐渐扩大或萎缩脱落,偶有被害桑叶叶面全面出现褐色斑点。[5]
  1.2 氟化物在桑叶中的分布及累积情况
  桑叶吸收的氟化物在叶片中分布是不均匀的,叶尖叶绿部分大于中心部分[8]。同一枝条上叶的含氟量自上而下逐渐增多,说明氟化物是随叶生长时间的延长而积累的。桑叶中氟化物含量与叶位和大气中氟化物的浓度有一定的积累规律[7]:Q为桑叶中氟化物的含量(ug/叶),q为大气氟浓度(ug/m2D),新梢第一叶Q1=0.459+0.756q;新梢第2一5叶,Q2=1.308+1.081q;成熟叶每天氟增加量C(ppm/H)=1.259+1.270q。不同桑品种,对大气中的氟化物吸收和积累也有差异,早生早熟的品种在同样受污染条件下,桑叶含氟量偏高,中晚生偏低[8]
  1.3 氟化物危害桑叶致病机理的探讨
  目前有关这方面的研究报道还不多,仅有一些学者从理论上进行一些分析。据陈长乐[9]的分析,大气中的HF通过叶片气孔进入薄壁细胞,影响蒸腾作用,叶质降低,硬化早不耐储藏,HF在叶肉中以氢氟酸的形式通过扩散或由微管束把氟化物转移到其他细胞,夺取细胞中的Ca、Mg等元素,损伤这些:组织。另一方面氟化物又随着蒸腾的水分转移至叶尖叶缘的细胞膜、原生质、叶绿体处,破坏其组织结构。

  2 氟化物对家蚕危害方面的研究

  2.1 家蚕氟化物中毒症状
  氟化物危害家蚕,主要是通过蚕食下氟污染桑叶这条途径,空气中的氟化物通过接触蚕体几乎没有直接危害。蚕食下含氟浓度不同的桑叶危害不同,马德和[10]认为桑叶含氟30PPm以下时,对蚕危害小,30-50PPm有一定危害,90-100PPm时,有明显危害,大多数死亡。目前习惯上把30PPm作为桑叶含量危害家蚕的临界值,蚕体出现的中毒症状分急性和慢性两种。[5]慢性中毒表现为眠起不齐、发育缓慢食桑不旺、大小参差不齐,个别节间膜隆起如竹节、有的节间出现带状黑斑;慢性中毒时虽蚕不死亡,但对经济性状影响较大。急性中毒发生在眠起时,饷食后数日整批蚕食桑不旺,体色黄褐不转青;食桑期发生急性中毒时表现为食桑量突然减退,蚕体平伏呆滞很快陆续死亡,临死前有吐液现象。
  2.2 氟化物在家蚕体内的分布动态
  据汤良玉[7]的研究,蚕体内氟浓度随桑叶浓度增加而升高,对应与桑叶不同的含氟水平,蚕体氟浓度相应在不同的水平上达平衡,两者之间成对数线性关系。陈玉银[11][12][13]为,添食NaF后家蚕血淋巴、马氏管、体壁、脂肪体、蚕粪及蚕蜕皮中的氟化物显著增加;氟一旦被蚕体吸收就比较稳定地以某种形态存在于这些组织器官中,而不再在组织间转移;蛹期形成蚕卵时蛹体内聚集的氟并不能转移到卵中,所以氟中毒的蚕产的卵中氟化物含量并不比对照高。陈志伟[14]的结论与上述类似,他还阐述了氟中毒蚕通过蜕皮排出体外的氟相对较少,上簇后蚕体内的氟50%通过粪尿排出;25%留在体内,25%留在茧层。
  2.3 家蚕氟中毒的生理、生化及组织超微结构的变化
  2.3.1 家蚕氟中毒的生理、生化变化
  目前,氟化物对家蚕生理生化的影响方面的报道很多[15-28],综合起来可分为两个方面。一是通过研究蚕体内的酶活性变化,讨论氟化物对蚕体内碳水化合物、蛋白质、脂肪等代谢的影响;另一方面试验是氟化物对蚕体内无机离子、无机成分的影响。
  在碳水化合物的代谢方面:吕顺霖[15]研究表明氟中毒使中肠磷酸化酶a型和b型的活性明显下降,特别是b型下降幅度大。臧荣春[15]认为NaF添食抑制家蚕中肠(钙、镁)三磷酸腺苷酶[(Ca2+、Mg2+)—ATPase]的活性,且抑制作用具有累积效应。陈玉银[17]认为NaF添食不仅抑制家蚕中肠ATP酶的活性,而且还影响ATP酶的活性在亚细胞水平的分布情况。李华[18]则研究表明氟中毒使蚕血液中葡萄糖一6一磷酸异构酶活性升高。陈志伟[19]研究认为氟中毒后,中肠碱性磷酸酶和血液中酸性磷酸酶活性明显减弱,血液中过氧化氢酶活性显著增强。
  在蛋白质、脂肪及有机酸等物质代谢方面。林健荣[20]研究认为氟中毒对血淋巴中谷丙转氨酶、蛋白酶的活性均有影响,抗氟型弱的品种酶活性下降幅度较大;但脂肪酶活性增大,分析是由于氟中毒后蚕自身机能调节,动用体内储存的脂类,脂肪酶活性因而加强。李华[18]认为氟中毒后蚕血液、中肠、丝腺中蛋白含量降低,血液总脂含量减少;血淋巴中游离氨基酸总量升高,多数游离氨基酸相对百分量降低,但谷氨酸、精氨酸相对百分含量升高。吕顺霖研究表明,家蚕血淋巴中16种游离氨基酸的含量都发生不同程度的变化[21];氟中毒蚕与对照蚕脂肪体内脂肪酸组成差异不显著,说明氟对脂肪体内脂肪酸的组成无大影响[22];氟中毒后血淋巴中几种维生素的含量如硫胺素、核黄素、烟酸、烟酰胺和吡多素均降低[23]
  吕顺霖[24]研究表明;氟中毒后血淋巴中[K+][Ca2+][Mg2+]扮别降低了18.7%、34.9%、41.7%,Fe2+、Cu2+、Zn2十浓度由不同程度下降,〔Na+〕却上升了43.0%。文献[20][18][26]的结果与上述基本一致。臧荣春的研究还说明氛中毒后幼虫血淋巴中PH值降低[25],中肠无机磷酸根离子减少[27]。周垂桓[28]研究认为家蚕氟中毒后皮肤中钙含量升高,镁含量降低,锰含量稍微增高,磷、硫、铁、锌含量变化不大。
  2.3.2 家蚕氟中毒组织超微结构的变化
  陈玉银[29]电镜观察认为:氟中毒对中肠超微结构的破坏随蚕品种NaF浓度变化而异;中肠杯形细胞、圆筒形细胞等均有不同程度的变化。NaF达很高浓度时中肠细胞的细胞器破坏严重,基底膜被破坏成不连续的片断,内质网、高尔基体变为泡状结构,细胞中出现大量的大液泡,细胞核内异染色质浓缩凝聚。这与文献[30][24]中报道的一致。钟仰进[31]观察到氟中毒后体壁细胞内发出许多空泡,而蛋白颗粒很少。周垂桓[32]对氟中毒蚕皮肤黑斑超微结构进行了观察。吕顺霖[33][34]研究认为家蚕胚胎培养细胞(BmN4胞株)氟中毒后,细胞的生物膜、内质网、线立体均严重破坏。
  2.3.3 致病机理的探讨
  关于氟化物对家蚕致病机理。目前的观点主要有两方面。一方面,氟中毒通过影响中肠、血淋巴中酶的活性,破坏体内碳水化合物、蛋白质、脂肪等的代谢平衡,体内能量供应不足引起氟中毒。另一方面,氟化物影响蚕体内血淋巴、中肠的离子浓度,损伤生物膜上的离子泵,渗透压变化,破坏渗透平衡,细胞变形损伤,致使氟中毒。当然,氟化物对家蚕的致病机理还有待以后进一步研究。
  2.4 家蚕抗氟遗传育种方面的研究
  2.4.1 抗氟测量指标的探讨
  综合文献中的测量方法,度量抗氟性的指标主要有:LC50死亡率),体重指数、眠起率、氟敏指数等。LC50反映的只是氟化物对蚕生存率的影响,品种多时,测定LC50的试验规模相当大:体重指数、眠起率反应的也仅是家蚕抗氟能力的某方面;杨明观[35]设计提出氟敏指数,它是体重增长倍数、就眠率、眠起率、平均食桑时数等五项指标的综合指数。
  文献[36][37][38]中研究解氟剂效果、而氟选择剂效果、抗氟遗传规律时采用的即是氟敏指数标准,取得了良好的效果。
  2.4.2 蚕品种抗氟性比较
  不同的蚕品种,抗氟性能有差异,这方面的报道很多[39-45]。林昌其[39]在调查了312个品种资源基础上,分别找出耐氟性最强的7个品种(如法403、罗本地红、甲52、甲239)在氟浓度200一307ppm时仍发育正常:抗氟性最弱的品种有:47新、758、苏红、甲179等。王章娥[40]、赵远[41]、王红林[42]等对生产上现行品种进行耐氟比较,认为华峰、雪松、丰一、秋丰、白玉等品种高抗氟,菁松、皓月、镇珠、苏3、秋3等属弱抗品种。
  2.4.3 家蚕抗氟遗传规律的研究
  林健荣[46、47]刘庆信[38]等采用完全双列杂交法对家蚕抗氟遗传规律进行了研究,认为家蚕抗氟性呈部分显性遗传,主要由基因的加性效应控制,但也有显性效应和母体效应,不存在互作效应;显性位点上基因分布呈不对称的,抗氟性还受父母的影响,表现为非母体的正反交差异。刘庆信[38]认为亲本抗氟性的隐形等位基因比显性等位基因多,而林健荣[47]的结果表明显性等位基因为隐形等位基因的1.76倍。林昌其[48,49]在研究遗传规律的基础上,选用耐氟特强的品种T6作为材料,研究发现一耐氟显性主效基因,基因的耐氟阀值为200mg/L。经相关分析,林健荣[46]认为抗氟性与茧质性状的遗传相关有正相关关系,抗氟性与茧质量两个性状的基因可能有互补作用,说明选育抗氟性能强的品种和杂交组合是完全有可能的,抗氟性的特殊配合力与一般配合力无必然联系。毕秀兰[50]研究认为抗氟性与虫蛹率有极显著的正相关,与全龄经过呈弱的负相关,与茧层率呈显著的负相关,抗氟性与全茧量、英层是、茧丝长、茧丝量、茧丝纤度均无显著相关。
  姚陆松[51]、刘庆信[52]、祝新荣[53]等认为,对大多数蚕品种来说,直接添毒进行选择有效的,经世代连续选择能一定程度上提高蚕品种的抗氟性,不同品种效果不同,敏感品种抗氟性提高幅度大。对敏感品种进行杂交改良是有效的,抗氟弱的品种杂交改良效果远远大于系统选择效果[53]。抗氟性添毒选择所引起的茧层量、茧层率性状的相关选择响应不明显[54],即添毒选择对茧层量、茧层率无明显不良影响,因而认为选育高抗氟性蚕品种时,是有可能保持优良的茧丝性状的。林健荣[55]比较了蚕杂交后代不同的选择方法,认为效果不同;累代添氟直接选择法>娥区半分发的间接选择法>常规饲养选择法。
  2.4.4 家蚕抗氟育种方面的研究
  目前已经育成的生产上已推广的抗氟性能强的蚕品种有:华峰×雪松[56]、绿萍×晴光[57]秋丰×白玉[58]、丰-×54A[59]、86A.86B×54A[60]等,其抗氟性及各项经济指标均优良。生产上实用的抗氟蚕品种大多是在品种育成后,通过鉴定或检验证明其具有耐氟性,在有种设计初时对育成的品种的抗氟性并不能进行明确的预测。林昌其[49]关于耐氟主效基因的发现,为耐氟育种提供了一条新途径,即把耐氟主效基因导入生产实用品种,将会大大提高实用品种的抗氟性,缩短耐氟品种的育成周期。

  3 氟化物对桑蚕危害的防治措施研究

  3.1 降低桑叶中的氯化物含量、减少氟化物对家蚕的侵害
  3.l.l 杜绝污染源
  蚕桑生产区桑园周围的砖瓦厂、水泥厂,在蚕期要停产以保证蚕桑生产;对乡镇企业加强技术改造,减轻氟污染的排放。这两种方法目前由于经济与技术的原因均未发挥理想效果。蚕桑新区在规划时,要求桑园尽可能远离工厂,至少要求2公里以上。
  3.1.2 蚕作中采取措施减轻桑叶中的氟危害
  张明军[61]试验证明,采用清水或石灰水洗桑叶的方法,可以减轻氟化物的危害。轻度氟污染的桑叶,喂蚕时切去叶尖、叶缘的20%可以降低危害[62]。朱志立[63]从理论上研究认为:桑叶含氟90PPm以下时,用饱和石灰水洗桑叶就可以了,但在实际生产中,用0.5%一1%的石灰浆浸洗桑叶或添食效果最好。
  3.1.3 栽植选育氟积累量低的桑树品种
  从蚕作安全的角度要求桑品种对氟吸附量小、积累量低。不同的桑树品种、不同的生长阶段对氟的吸收和积累有显著的差异,根据王静江[8]的研究,早生早熟的品种早青、大墨斗在春蚕期含氟量偏高,氟污染地区这些品种桑叶不宜太迟,但早生早熟型品种7311和桐乡青积氟量低,是比较理想的品种;氟污染地区早秋期7311和7307两品种较为理想。因此在生产上通过栽植培育抗氟性的桑品种和选择合理的采叶时期是减轻氟污染行之有效的办法。
  3.2 提高蚕品种的抗氟性
  3.2.1 添食解氟药剂、提高蚕体抗氟性
  目前生产上主要采用添食石灰浆进行解毒,解毒药剂的研制与效果也见少量报道[36]
  3.2.2 选育抗氟蚕品种
  目前生产上使用的抗氟蚕品种如华峰×雪松、丰一X54A等,在氟污染地区能降低损失,提高经济效益。但随着目前工业的发展,培育抗氟的品种仍要加强,且要求蚕品种具有广泛的兼抗性。同时,在抗氟性育种方面还要加强分子生物学技术的应用,例如,在RFLP连锁图谱的基础上,根据性状与RFLP标记的连锁,只要确定抗氟性的RFLP标记,在育种早代,就可以有目的地进行选择RFLP标记,而无需抗氟性检验,不仅提高了抗氟育种效益,还可以节省大量人力物力。
                               (参考文献略)