研究生物体对土壤中污染物的毒性响应过程及机制，可为土壤污染风险筛选值、管控值、修复标准的制（修）订提供基础数据。我国砷污染土壤主要以中轻（低）度污染为主，但以往的研究大多关注高浓度砷污染的毒性，而对接近实际环境条件的低浓度砷污染土壤的生态毒性研究相对缺乏。
南京土壤所王兴祥课题组利用低于土壤污染风险筛选值的红壤（对照组，pH=4.84，As=16.1 mg kg-1）和低浓度砷污染红壤（处理组，pH=4.84，As=53.9 mg kg-1）作为暴露介质, 开展了蚯蚓生态毒性响应研究。暴露培养14天后，对照组和处理组赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）的体重和存活率并无显著性差异，这说明低浓度砷污染土壤对赤子爱胜蚓的个体水平没有毒害效应。然而，病理组织切片分析发现，与对照相比，处理组蚯蚓后肠上皮细胞、黄色细胞和体腔组织受到不同程度的损伤，这可能与后肠高度富集砷有关。以蚯蚓的生殖环带为界，蚯蚓的前、中、后部分砷含量测试结果表明，后肠砷富集能力显著高于前部分，处理组后肠砷高达131 mg kg-1, 说明后肠可能是蚯蚓的靶向毒害器官（组织）。已有认知表明上皮细胞与渗透代谢直接相关，体腔细胞与其免疫功能相关。核磁共振代谢组学分析结果显示，参与渗透代谢的甜菜碱、肌醇和二甲基甘氨酸等代谢物显著改变；串联质谱标记蛋白组学分析表明，调控渗透代谢的可溶性钙绑定蛋白、抑制蛋白、钠/钾转运ATP酶等以及参与免疫功能的甘氨酸-tRNA连接酶显著变化。上述结果证实了低浓度砷污染土壤严重干扰了蚯蚓的渗透平衡代谢和免疫系统。该研究尝试将代谢组学、蛋白组学方法与常规的病理组织分析相结合，研究低浓度砷污染土壤的潜在毒性，为土壤重金属生态毒性研究提供了新思路。
该研究成果近日发表在Journal of Hazardous Materials上。研究工作得到国家重点研发计划项目（2016YFD0800400）、国家自然科学基金及浙江省自然科学基金等项目资助。
低浓度砷污染土壤诱导蚯蚓毒性的概念图