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过氧化氢对铜绿微囊藻的生态毒性:生长阶段效应与P450酶介导作用

王佳  
【摘要】:蓝藻水华一直是水污染治理的重点和难点,如何高效预防并治理其带来的污染是研究者们努力的方向。过氧化氢(H_2O_2)由于只含H和O两种化学元素,使用后无二次污染,因此在水处理方面具有良好的应用前景。现有的研究大多数针对蓝藻生长的对数期,但是不同生长阶段的藻细胞生长指标及特性有所不同,只考虑对数期的指标是缺乏完整性的,因此从不同生长阶段出发,研究不同生长阶段的性质,有针对性地治理蓝藻具有重要的意义;另外在H_2O_2对蓝藻的影响中,我们看到研究更多的是H_2O_2的强氧化性带来的氧化损伤,生物酶参与的介导作用鲜有报道,所以在生物酶水平上研究H_2O_2对蓝藻的影响是十分必要的。本研究以蓝藻水华爆发的主要物种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为研究对象,以具有高效除藻效应的H_2O_2为作用源,在不同生长阶段水平上探究铜绿微囊藻抵抗外源化学物质干扰的能力,同时借助P450酶抑制剂1-氨基苯并三唑(ABT)探究了 P450酶在H_2O_2对铜绿微囊藻的影响中的介导作用,为进一步完善H_2O_2对藻类的作用机制提供了新的视角和理论基础。主要内容如下:(1)对不同生长阶段铜绿微囊藻的研究发现:生长初期(0-4d):细胞数目少,消耗H202少,虽然会有藻细胞破裂,毒素外流,但是会被H_2O_2降解,毒素残余量较其他阶段少;对数期(5-16 d):细胞基数大,消耗H_2O_2最多,抑制细胞生长,对细胞完整性影响较小,但由于细胞基数较大,处理后仍会释放大量的藻毒素;稳定期(17-36d):藻细胞完整性影响较大,但同时H_2O_2会降解掉部分的藻毒素,但考虑到稳定期是细胞数目最多的时期,因此H_2O_2作用后会有大量的毒素外流至水体中;衰亡期(37 d以后):细胞基数少,大部分细胞本身已经不完整,H_2O_2主要作用于破裂的细胞碎片或是水体中的其他物质;因此,综上选择在生长初期治理蓝藻会有较好的效果。(2)根据预实验结果选择5 μmol/L ABT和150 μmol/LH_2O_2进行之后的探究。只加ABT组的ROS含量、Chla的含量、Fv/Fm,ETRmax和IK与对照组均无显著性差异,这与抑制率结果相一致。与对照组相比H_2O_2的加入使ROS含量显著升高,Chl a、Fv/Fm、ETRmax和IK显著降低,但是H_2O_2+ABT组ROS含量达到了最高、光合作用相关参数达到了最低,并且与H_2O_2组相比也出现了显著性差异,相关基因的表达也呈现一致的规律。表明P450酶在H_2O_2对铜绿微囊藻的生长抑制、ROS产量及光合作用的影响中起到了介导作用。(3)对藻细胞的微观结构、微量金属元素Fe及藻毒素(MCLR)的合成及释放进行了研究,发现ABT本身对上述指标没有显著影响,H_2O_2+ABT组和H_2O_2组相比:藻细胞微观结构出现了明显的变化,细胞内结构呈无序混乱状,类囊体出现不规则的断裂,细胞质颜色变浅,质壁分离明显。Fe蛋白聚集明显,在相同条件下,三价Fe蛋白聚集更加明显。胞外MCLR明显增多,MCLR总量下降,MCLR合成相关基因显著下调,MCLR释放相关基因显著上调。表明P450酶在H_2O_2对铜绿微囊藻的Fe蛋白分布、毒素合成及释放的影响中起到了介导作用。综上,本研究对不同生长阶段铜绿微囊藻的生长特性以及P450酶在H_2O_2对铜绿微囊藻影响中的介导作用进行了研究,为H_2O_2在蓝藻的治理中的作用机制研究提供了新的视角和更全面的理论依据。


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