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铜绿微囊藻中砷的代谢与生物效应

王静  
【摘要】:水体富营养化导致的蓝藻水华频繁爆发和As污染已成为严峻的全球性生态环境和水环境问题。目前对温度、光照强度、pH值、N、P和某些微量元素在蓝藻水华发生中的重要性已有充分认识,但对类似As这种持久性化学污染物对蓝藻水华的影响尚无系统的研究。深入认识各种环境因子对蓝藻水华发生和消亡的机理,对水华的预防、控制具有重要的意义。本文研究了As(V)单独存在时和与磷共存时以及As(III)、DMA对铜绿微囊藻生物效应的影响。 在As(V)单独存在的条件下,浓度为100ppb的As(V)对铜绿微囊藻的生物量没有明显影响。随培养基中As(V)的升高,藻类的生长受到抑制,此时,铜绿微囊藻的光合速率下降,细胞CAT活性、SOD活性和MTL含量均呈“倒U型”趋势变化,类胡萝卜素的含量持续增加,表明As(V)通过抑制铜绿微囊藻的光合作用和升高藻体内氧自由基浓度的方式抑制藻的生长。而CAT活性、SOD活性、MTL含量和类胡萝卜素含量的增加可能是藻的一种自我保护机制,当As(V)浓度超过藻细胞的耐受阈值后,CAT活性、SOD活性、MTL活性出现明显下降。 磷酸盐存在的条件下,铜绿微囊藻在高浓度As(V)的培养基中依然可以维持生长,且磷能够促进胞内转化的As(III)外排,增强藻细胞对As(V)的耐受。低浓度的As(V)甚至能促进铜绿微囊藻的生长,增加叶绿素a、类胡萝卜素和微囊藻毒素的含量。同时在相同的As(V)浓度条件下,含磷酸盐培养基中的藻相比只含As(V)培养基中的藻有更高的光合速率和微囊藻毒素产量。As(V)的吸收试验也显示磷酸盐存在的条件下,藻对As(V)吸收的半饱和常数(Ks)增加,这些结果表明磷酸盐能够抑制藻对As(V)的吸收,As(V)吸收与培养基中磷浓度存在负相关性。 铜绿微囊藻对As(III)的耐受阈值介于100ppb-1ppm之间。超过阈值后,As(III)会使藻细胞生物量、叶绿素a和类胡萝卜素均出现下降,但磷酸盐不会对As(III)的吸收积累产生促进或者抑制。DMA对铜绿微囊藻的毒性较As(III)弱,高浓度DMA对铜绿微囊藻的生长会产生抑制作用,这主要是培养基中的DMA通过生物或非生物作用转化为As的其他形式。DMA作为藻细胞对As的解毒转化形式,其对铜绿微囊藻的毒性很小或根本没有毒性。综上所述,不同As形态会对铜绿微囊藻产生不同的生物效应,表现为生物量、叶绿素a、类胡萝卜素以及酶活性的变化。其中以As(III)对铜绿微囊藻的毒性最强。


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