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《湖南农业大学》 2001年
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表面活性剂对水生植物的损伤及生物降解研究

刘红玉  
【摘要】: 本文以水生植物大薸(Pistia stratiotes L)、稀脉浮萍(Lemna paucicostata L)、满江 红(Azolla imbricata(Rexb.)Nakai)、轮叶黑藻(Hydrilla varticillata)和水绵(Spirogyra)为 材料,研究了非离子型表面活性剂AE和阴离子型表面活性剂LAS对其细胞结构的损伤 及生理生化反应影响进行了系统研究,并进行了AE、LAS降解菌株的筛选、菌种鉴定及 降解效率的初步探讨,从环境生物学上填补了有关研究的空白,为深入研究表面活性剂 对生态环境的影响奠定了可靠基础,具有重要的科学价值。 1.表面活性剂对水生植物细胞结构的损伤 利用Olympus光学显微镜和H600型透射电子显微镜,对表面活性剂AE、LAS污 染环境中的实验材料水绵、轮叶黑藻和大薸细胞结构的损伤进行了观察,结果是: (1)水绵的伤害症状是:AE污染环境中,水绵的载色体解体,无规则散布于整 个细胞中,造粉核逐渐解体。细胞壁外部的果胶层解体,仅剩内部的纤维层,藻丝细胞 间容易断裂。细胞膜与细胞壁之间出现质壁分离,空隙增大;在LAS污染环境中,伤害 症状显著不同,螺旋状弯绕的带状载色体卷曲,螺距缩小。造粉核仍然明显,随后也会 慢慢解体。细胞质膜皱缩,与细胞壁分离,出现较大的空隙。细胞壁外层的果胶质被溶 解而消失,细胞壁仅剩内部的纤维层。 (2)轮叶黑藻的伤害症状是:在AE污染环境中,胞质环流停止,叶绿体形状不规 则,已部分解体,气道逐渐消失;在高浓度LAS污染环境中,叶绿体聚集成团,无胞质 环流现象,气道逐渐消失。 (3)大薸的伤害症状是:经AE处理后,叶细胞结构出现明显的受伤症状,核膜逐 渐解体,染色质凝集,电子密度增高,并逐渐解体;液泡膜破裂,逐渐被细胞质所充填 而消失;叶绿体肿胀成球形,随着损伤程度的加重,叶绿体膜破裂,基粒和基粒片层散 落于细胞质中;线粒体的内部结构逐渐解体成为空泡,线粒体外膜凹凸不平或部分解体。 经LAS处理后,大薸叶组织受到明显的损害,细胞膜向内凹陷,变得不平滑,与细胞壁 分离,且部分解体,细胞膜与细胞壁之间出现较大的空腔。细胞质逐渐解体,出现许多 小空泡,液泡增大。叶绿体形状不规则,基粒和片层不平整,说明叶绿体已受到较大的 损伤,将逐渐解体。在培养过程中发现,随着处理时间的延长,叶片逐渐脱绿死亡。 (4)根据水绵、轮叶黑藻和大薸的受伤症状可以推测:非离子型表面活性剂AE对 水生植物的损伤以“溶解”为主;阴离子型表面活性剂LAS对水生植物的损伤除“溶解” 外,LAS所带电荷使蛋白质构象改变可能也是非常重要的因素之一。 2.表面活性剂对水生植物生理生化特性的影响 本文进行了水生植物水绵、稀脉浮萍、满江红和大藻在表面活性剂AE、LAS污染 环境中组织保护酶SOD、CAT、POD活性及组织中MDA、叶组织中叶绿素a的含量、 处理液中DO、pH值的变化及稀脉浮萍生长量影响等生理生化指标的系统研究,结合处 理过程中实验植物材料受伤的表观症状,可以得出: (1)从水生植物SOD、POD、CAT酶活性及MDA、叶绿素a的含量、处理液中DO、 PH值、生长量等生理生化指标的变化情况,并结合处理过程中水生植物伤害的表观 症状,可以得出阴离子型表面活性剂LAS比非离子型表面活性剂AE对水生植物的 损伤程度大。 口)表面活性剂对水生植物的损伤程度与浓度有关。0.l、1.0 mg/L的 AE、LAS不会 对水生植物的生理活动产生很大影响;10刀 mg/L的 AE、LAS对水生植物大%、稀 脉浮萍、满江红的生理活动影响较大,山于自山基的伤害,导致SOD、CAT、POD 活性升高,MDA含量也逐渐升高,加速了细胞的衰老及死亡;当AE、LAS浓度大于 20.0 m玫L(对于水绵,AE、LAS浓度大于 10.0 myL)时,山于表面活性剂引起的急性 毒性,导致细胞膜的通透性增加,物质外渗,细胞结构逐渐解体,保护酶SOD、CAT、 POD活性及MDA含量、叶绿素含量反而下降。 o)水生植物在表面活性剂污染环境中,SOD、CAT、POD都会参与细胞的应急反应。 但SOD、CAT的保护能力有限,而POD是起主导作用的保护酶。POD通过清除细 胞中的过氧化物自出基,同时增加植物组织的木质化程度,使细胞的通透性降低等方 式来达到保护细胞的目的。 O)在四种水生植物中,水绵对表面活性剂最敏感*.0 m叭的浓度是致死的*刀 mg/L 时,对水绵的生理活动有较大的影响。满江红和稀脉浮萍次之,大漆抗性最强,急性 致死浓度是 20.0 mg/L。 (5)水生植物保护酶活性高低与其进化水平有关,进化水平高的稀脉浮萍比进化水平较 低等的水绵具有较高的酶活性,因此对污染环境的抗性相对较强。 伯)SOD、CAT、POD相对活性,MDA、生长量、培养液叩值增量、OD值变化量, 都是比较好的植物分子生态毒理学指标。当污染物为亚致死浓度时,能较灵敏、较准 确地指示植物的受伤程度,为环境评价提供非常重要的第一手资料。采用SOD、CAT、 POD相对活性,pH值增量作为观测指标,可排除实验过程中其它因
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