● ● ● “舞者”——跳虫
土壤中的跳虫，是土壤污染监测的明星生物。跳虫的群落、个体以及分子毒理等生物学指标，均能真实而又直观地反映土壤的健康状况，为土壤污染诊断提供重要的科学依据。
众所周知，细菌和病毒入侵人体后，人就有可能会生病。同样道理，在人类工农业生产活动中，农药、杀虫剂以及重金属等有害物质渗入土壤中，土壤也会“生病”。“生病”的土壤生产出来的粮食，自然也是不健康的。据报道，我国中、重度污染的耕地已达5000万亩之多。人类活动对土壤造成的污染已空前严重，这不得不引起我们高度警觉。
人生病了可以就医，土壤“生病”了，该怎么诊断？有人说，用仪器去测量一下就可知道土壤里有哪些有害物质，含量多少，是什么存在状态。当然，这是以往最常用的方法，不过它只能告诉我们一个个抽象的数字，我们仍不知道这些有害物质对生物的具体危害是什么。随着人们对健康生活的日益关注，这种简单的物理化学测定方法显然已不能满足现在的需求，有没有更好的诊断方法呢？
土壤中除了作为基本成分的无机物外，还有种类繁多的土壤生物，它们在土壤中繁衍生息。所谓“春江水暖鸭先知”，土壤如果“生病”了，土壤生物作为最直接的接触者，它们就会在第一时间感受到土壤的“病变”。研究人员只需检测特定的土壤生物，就可知道土壤是否“生病”以及“病情”如何，这就是目前常用的生物测试方法。

● ● ● 土壤监测的“明星”生物
哪些生物可以用来进行土壤的生物学测试呢？理论上，生活在土壤中，与土壤密切接触的生物均可作为测试的候选生物。实际上，蚯蚓、线虫、跳虫和西瓜虫等动物是土壤生态风险评价中常用的生物，因为它们在土壤中分布广泛，数量庞大，且与土壤颗粒和空隙水直接接触。
在这些土壤毒理测试生物中，跳虫由于在各种污染土壤中具有显著的毒理效应，于是脱颖而出，被广泛用于土壤有机物、农药、重金属等污染物的毒性测定和生态风险评估。早在1997年，跳虫就被列入国际标准化组织（ISO）检测化学物质生物毒理检测程序中，至今已有数百篇相关研究报道。
跳虫备受青睐还有其他原因，如繁殖快、易饲养以及敏感性高等优点。常用来进行土壤污染监测的跳虫——白符䖴，在实验室最适环境下，20多天即可完成一个世代（指从卵离开母体到性成熟这个阶段），生命周期短，培养条件简单。2002年，奥地利学者杰奎琳·艾丁格（JacquelineIdinger）发现，跳虫对土壤中的杀虫剂敏感度极高，0.03毫克/公斤的抑菌灵及0.15毫克/公斤的吡虫啉就可毒杀半数跳虫。

通常，在土壤污染浓度增加和胁迫时间延长的情况下，跳虫群落会发生变化，敏感的跳虫类群会逐渐减少乃至完全消失，然而污染物对耐受力强的跳虫影响较小。例如，意大利学者发现一些跳虫，其体内可储存大量的DDT（一种杀虫剂，又叫滴滴涕）和PCB（一类环境污染物，中文名为多氯联苯），因而它们可发展为优势类群。在分析跳虫群落变化时，研究人员首先会通过分析土壤中耐受类群和敏感类群的种群变化，然后再进行关联分析，这样就可以对土壤受污染的程度作出判断。因此，跳虫是土壤污染的优良指示生物，其生物学指标能很好地反映出土壤污染的阴晴变化。
如何用跳虫来监测土壤污染呢？总的说来，主要是依据跳虫对于污染土壤的响应作为指标进行检测，这可表现在群落、个体等不同水平上。另外，可根据不同类群的反应，划分出敏感种类和耐受种类，再来进行土壤污染评价。俄罗斯莫斯科国立师范大学库兹涅佐娃教授为了弄清楚炼铜厂对于周边土壤污染的情况，对俄罗斯一个炼铜厂周边土壤中跳虫的种类和种群动态进行长期监测，结果发现，与距厂区30公里以外的土壤跳虫群落相比，在距厂区1公里范围内的跳虫种类和种群密度急剧下降，在距厂区4~7公里范围的土壤中，跳虫明显多于1公里厂区范围。笔者所在研究组也对上海市绿化带和园林绿地土壤中跳虫的群落动态进行了长期监测，发现在重金属污染较轻的长风公园和共青森林公园的土壤中，跳虫的种类和数量明显多于重金属重度污染的上海焦化厂，而在焦化厂则发现了对重金属耐受性较强的跳虫种类。
并非所有的监测工作都是在野外完成的，部分工作需要在实验室内完成。研究人员回到实验室里，可依据ISO和OECD中的标准化程序，测定跳虫的生存率、繁殖率和趋避行为等指标。简单地说，就是将特定跳虫种类一定龄期一定数量的个体，饲养在污染土壤和无污染的对照土壤中，统计跳虫的数量，然后再分析跳虫对污染物的效应浓度（EC50）和无效应浓度（NOEC）等，从而为土壤污染的评估提供参考。

● ● ● 跳虫的分子毒理指标
除了以上宏观的生物学指标外，随着分子生物学的发展，研究人员开始从生化功能和分子机理等微观角度深入研究跳虫对土壤污染的响应机制。因为有毒的有机物和重金属通过跳虫的食物或体表进入其体内后，跳虫需要启动体内的解毒功能来应对有害物质的伤害，这包括多个生理和生化过程，如跳虫通过开启体内一些解毒的基因开关，产生特定的蛋白质，与毒物结合或降解，甚至将毒物直接排出体外。
跳虫的群落、个体以及分子毒理等生物学指标，就像一个个晴雨表一样，能够真实而直观地反映出其生活的土壤健康状况，为土壤污染诊断提供重要的科学依据。但是，跳虫是一个物种丰富的动物类群，不同种类的跳虫有不同的食性和生活方式，对土壤有害物质的响应也不尽相同，因此仅依靠少数的跳虫物种进行生物学测试具有一定的局限性。在实际的土壤污染往往是多种污染物的混合污染，需要重视混合污染物毒性的生物学测试研究。
~~土壤里有多少跳虫
跳虫是一类小型土壤节肢动物，因其能利用腹部的特殊器官——弹器进行跳跃而得名。它们是土壤动物中的优势类群，全世界已知有8000多种，我国已发现400余种。此外，它们在土壤中的数量也非常庞大，温带阔叶林中，跳虫的密度可达到100000头/平方米。它们在土壤有机质的分解过程中有着不可替代的作用。
作者简介：卜云，男，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所副研究员，主要开展跳虫系统进化和土壤动物生态毒理学研究。高艳，女，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所副研究员，主要开展原尾虫和跳虫系统进化以及土壤动物生态毒理学研究。

转载于2014年第02期《自然与科技》杂志
作者：卜云、高艳