昆虫生物标志物：揭开工业污染下的环境健康密码

研究人员为评估埃及工业污染，以昆虫为对象，发现其生物标志物可指示污染，意义重大。

　　在当今全球化的时代，工业发展如同一把双刃剑，在推动经济进步的同时，也给环境带来了诸多严峻挑战。其中，工业污染对生态系统的破坏尤为突出，大量化学物质被排放到环境中，干扰着生态系统的自然进程。重金属（HMs）污染更是成为了危害环境和生物健康的 “隐形杀手”，它不仅会影响植物和动物的生长发育，还能通过食物链的传递，对整个生态系统造成深远影响。然而，传统的污染监测方法往往存在局限性，难以快速、准确地评估污染程度及其对生物的潜在危害。

为了深入了解工业污染对环境的影响，来自埃及艾尔扎哈大学（Al-Azhar University）的研究人员 Yasser I. Hamza、Ahmed S. Bream 等人开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于昆虫，试图探究昆虫是否能作为有效的生物指标，用于监测和评估环境中的重金属污染情况。该研究成果发表在《Sustainable Environment Research》上。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先是样本采集与处理技术，他们在埃及博格艾尔阿拉伯市（Borg El-Arab City）选择了多个工业地点和一个对照地点，在 2020 - 2021 年连续四个季节采集了猫蚁（Cataglyphis saviginyi）和拟步甲（Tentyrum Sp）的样本，同时采集了相应地点的土壤样本。对于土壤样本，采用复合采样法，从每个地点五个随机点采集土壤并混合，以确保样本的代表性，之后进行干燥、筛分等处理 。其次是重金属分析技术，利用 ICP - AES 对昆虫体内的重金属进行定量分析，同时采用高氯酸消解土壤样本，测定土壤中的重金属含量。此外，还运用了生化分析技术，对昆虫体内的多种酶活性，如谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（GOT）、碱性磷酸酶（ALP）、酸性磷酸酶（ACPh）和乳酸脱氢酶（LDH）等进行检测，同时测量蛋白质、脂质和碳水化合物等主要代谢物的含量。最后，通过多种污染指数计算方法，如污染因子（CF）、污染程度（CD）、修正污染程度（mCd）、地质累积指数（Igeo）、污染负荷指数（PLI）、污染指数（PI）和生物积累因子（BAF）等，评估土壤的污染水平 。

研究结果如下：

1. 土壤中重金属含量：研究发现，不同工业地点和对照地点的土壤中，镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）和锌（Zn）的含量存在显著差异。工业 3 号地点的土壤中，Zn、Cd、Cr 的浓度较高，而 Cu 的浓度在各地点间差异相对较小 。
2. 昆虫体内重金属积累：在不同工业地点，猫蚁和拟步甲体内的重金属积累情况也有所不同。猫蚁在工业 3 号地点的 Cr 积累量显著高于对照地点；拟步甲在工业 2 号和 3 号地点的 Cu 积累量显著高于对照地点。此外，季节变化对昆虫体内重金属积累也有影响，如猫蚁体内的 Zn 在炎热季节浓度较高，而拟步甲体内的 Cu 在寒冷季节浓度较高 。
3. 污染指数评估：通过各种污染指数评估发现，工业 3 号地点的污染程度较高。例如，从 CF 来看，工业 3 号地点的 Zn 污染最为严重；从 Cdeg 和 mCd 来看，工业 3 号地点显示出高污染水平；从 PI 和 PLI 来看，工业 3 号地点分别处于重污染和中度污染到未污染之间 。
4. 酶活性变化：工业地点的昆虫酶活性与对照地点存在差异。猫蚁在工业地点的 GPT、GOT、ALP、ACPh 和蛋白质活性增加，而 LDH、脂质和碳水化合物水平降低；拟步甲在工业地点的 ALP 和脂质水平增加，而 GPT、GOT、ACPh、LDH、蛋白质和碳水化合物水平降低 。
5. 重金属与酶活性的关系：研究还发现，不同重金属对昆虫体内不同酶活性和代谢物有影响。在猫蚁中，Cd 影响 GPT、ACPh、蛋白质和碳水化合物，Cu 影响 ALP，Cr 和 Zn 影响脂质水平；在拟步甲中，Cd 影响 ACPh 和碳水化合物，Cd、Cr 影响 GPT，Cr 影响脂质水平，Cd、Cr、Cu 影响蛋白质 。

研究结论和讨论部分表明，该研究证实了昆虫生物标志物在评估环境污染方面的有效性。土壤中的重金属污染会通过食物链影响生物，而昆虫作为陆地生态系统的重要组成部分，对重金属污染十分敏感。猫蚁和拟步甲的酶活性和代谢物变化，反映了它们对重金属污染的生理响应，这些变化可作为监测环境污染的生物指标 。这一研究成果对于环境监测和保护具有重要意义，为立法者、环境机构和社区组织提供了科学依据。例如，政策制定者可以据此制定更严格的工业规则，利用昆虫生物标志物建立早期预警系统；环境部门可以利用这些昆虫进行更经济、及时的土壤污染监测；社区组织可以提高公众对工业污染环境影响的认识，倡导可持续发展的实践。

然而，该研究也存在一定的局限性。环境参数、昆虫种类的代表性以及季节性波动等因素可能会影响研究结果的准确性。未来的研究需要考虑更多的生物指标，进行长期监测，并建立更严格的实验条件，以进一步深入了解环境污染与生物响应之间的关系 。