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《中国科学院研究生院(水生生物研究所)》 2007年
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微囊藻毒素对微生物的生理生态学效应

杨翠云  
【摘要】: 蓝藻水华暴发和蓝藻毒素已成为世界性环境问题。蓝藻水华带来的主要危害之一是蓝藻毒素的产生。在已发现的蓝藻毒素中,微囊藻毒素分布最广泛、危害最严重。目前,关于微囊藻毒素的毒性研究大多集中在动物、植物上。微生物(细菌、放线菌、真菌)作为生态系统中的主要分解者和消费者,作为生源元素生物地球化学循环的推动者之一,在生态系统中起着重要的作用;其群落多样性的改变直接影响着水生态系统的结构和功能。本文选择革兰氏阴性和革兰氏阳性代表菌株大肠杆菌和枯草芽孢杆菌为实验材料,研究了微囊藻毒素对其生长及生理学效应。探讨了微囊藻毒素对微生物氮、磷循环中的主要功能类群反硝化细菌和有机磷细菌的生理功能的影响,以期了解微囊藻毒素对微生物在自然界物质循环中是否具有一定的生态学效应,同时也为蓝藻水华污染治理最终目的-生态系统的恢复提供一定的理论基础和依据。 1.微囊藻毒素的制备 以滇池微囊藻干粉为材料,采用常规的制备方法,大量制备并获得了一定纯度的粗毒素,经HPLC分析,粗毒素主要为MC-RR,纯度为23.58%。MC-RR纯品是粗毒素经制备型HPLC进一步纯化而获得。经HPLC进一步分析,纯度达95%以上,可用于常规的毒理学实验。 2. MC-RR对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌生长及生化特性的影响 低浓度MC-RR处理下,大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的生长、细胞活性和对照几乎没有差异,高浓度MC-RR能在较短时间内抑制大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的生长和细胞活性,但这种抑制作用仅仅是一种短时效应,随着毒素暴露时间的延长,处理组和对照组的生长曲线几乎呈平行趋势,无明显差异。 微生物细胞对毒素胁迫的响应也表现在细胞内可溶性蛋白与可溶性糖的含量改变上。实验结果表明,大肠杆菌和枯草芽孢杆菌在MC-RR处理之初,细胞内蛋白质含量和对照相比有增加的趋势,显著增加量出现的时间不同可能和细菌本身特性有关。但随着时间的延长,处理组细胞内可溶性蛋白的含量有所下降,这可能是因为微生物细胞逐渐适应了这种环境的胁迫,从而使细胞的代谢速率减慢,细胞内可溶性蛋白含量降低。由此可见细菌细胞内含物对环境毒素的胁迫具有一定的应答反应,在一定程度上说明微囊藻毒素对微生物的毒性效应。 3. MC-RR对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌细胞膜透性的影响 研究表明,MC-RR能增加大肠杆菌和枯草芽孢杆菌对溶菌酶的敏感性和渗透性。MC-RR和溶菌酶的协同效应显示了MC-RR对细菌细胞膜渗透性的影响,并且结果显示,这种协同作用具有一定的剂量和时间效应。同时我们的试验还表明,MC-RR能明显促进大肠杆菌和枯草芽孢杆菌细胞内可溶性蛋白和可溶性糖含量的外渗,并且随着毒素浓度的增加,处理组可溶性蛋白和可溶性糖的外渗量和对照相比越明显。结果进一步证明了MC-RR对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌细胞膜渗透性的影响,但是这种影响变化非常有限,在毒素处理1 h时,处理组细胞内可溶性蛋白和可溶性糖的含量几乎都达到高峰,随后的处理时间内,变化不明显。 4. MC-RR对大肠杆菌的氧化胁迫 低浓度MC-RR(0.1,1 mg/L)的处理组ROS含量在整个试验过程中和对照相比均无明显变化,说明不足以引起大肠杆菌细胞的氧化胁迫。而高浓度MC-RR(5,10 mg/L)处理组在1 h时,细胞内ROS含量均显著高于对照,表明细胞受到了氧化胁迫,这种氧化胁迫是由MC-RR引起的,但随着处理时间的延长,处理组ROS含量逐渐下降,恢复到和对照相似的水平,说明细菌通过自身系统的适应和调节逐渐消除了细胞内的活性氧。细胞内TBARS含量变化趋势类似于ROS,低浓度MC-RR不足以引起细胞的膜脂过氧化,整个实验过程中和对照无明显差异,但高浓度MC-RR(5,10 mg/L)处理1 h时,细胞膜脂过氧化程度显著增加,随后由于细胞自身的保护系统,TBARS含量逐渐降低恢复到对照水平。高浓度MC-RR处理下,SOD和CAT酶活性也显著升高,随后逐渐恢复到对照水平。低浓度毒素处理下和对照无明显差异。GSH含量和GR活性变化,均在低浓度MC-RR暴露1 h时低于对照,而在高浓度毒素暴露1 h时明显高于对照,随后逐渐恢复到对照水平。 5. MC-RR对枯草芽孢杆菌的氧化胁迫 低浓度MC-RR处理枯草芽孢杆菌1 h时细胞内SOD、CAT酶活性以及TBARS、GSH含量和对照相比无明显差异。高浓度MC-RR处理组SOD、CAT、GR酶活性以及TBARS、GSH含量均明显高于对照。10 mg/L MC-RR对枯草芽孢杆菌氧化胁迫的时间效应表明,MC-RR处理1 h时,SOD、CAT、GR酶活性以及TBARS、GSH含量均明显高于对照,但随着处理时间的延长,逐渐恢复到对照水平。 6.反硝化细菌及有机磷细菌的分离纯化及鉴定 从滇池水样之中分离到了两株反硝化细菌和有机磷细菌,根据形态学和16S rDNA序列分析对其进行了鉴定。结果表明,DN-3属于Bacillus gibsonii,DN-5属于Oceanobacillus iheyensis;P-1和P-2均属于Serratia marcescens. 7. MC-RR对反硝化细菌及有机磷细菌生长及生理功能的影响 研究结果表明,MC-RR能够抑制反硝化细菌的生长及其反硝化作用,并且随着浓度的增大,这种抑制效果越明显。但随着处理时间的延长,细菌逐渐抵抗了毒素的胁迫,恢复了生长,从而使处理组和对照组生长曲线均成上升趋于平行。MC-RR可能通过抑制反硝化细菌的生长和NR酶活性,从而抑制了培养液中硝态氮含量的减少、亚硝态氮含量的升高,说明MC-RR对反硝化细菌的功能具有一定的影响。 高浓度MC-RR同样能够显著抑制有机磷细菌的生长,而低浓度处理组和对照无明显差异,并随时间延长逐渐恢复。MC-RR对ACP和AKP酶活性的影响类似,具有一定的剂量抑制效应。但仅在实验处理的24~48 h内处理组和对照组磷酸酶活性和0 h相比有所变化,随后的处理时间内变化均不明显。整体来看,处理组细胞内ACP和AKP酶活性均低于对照组,说明MC-RR抑制了磷酸酶的活性。高浓度MC-RR能够显著抑制磷细菌培养液中可溶性磷酸盐含量,说明抑制了有机磷细菌的解磷能力,这种解磷能力的降低可能主要归因于对细菌数量以及磷酸酶活性的抑制。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(水生生物研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X172

【引证文献】
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【同被引文献】
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6 杨涛;陈华;;微囊藻毒素污染现状及其生殖发育危害[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第三卷)[C];2010年
7 曹莹;张亚辉;刘征涛;;水环境中微囊藻毒素分析方法的研究[A];中国毒理学会环境与生态毒理学专业委员会第二届学术研讨会暨中国环境科学学会环境标准与基准专业委员会2011年学术研讨会会议论文集[C];2011年
8 陆开宏;金春华;盘家永;潘洁慧;朱津永;;微囊藻毒素在铜锈环棱螺体内的积累和降解[A];中国海洋湖沼学会藻类学分会第七届会员大会暨第十四次学术讨论会论文摘要集[C];2007年
9 张仁平;舒为群;蒲朝文;封雷;李恒;喻珊;;不同水体富营养化程度与水中鱼鸭体内微囊藻毒素相关分析[A];重庆市预防医学会2010年论文集[C];2011年
10 陈加平;徐立红;;微囊藻毒素LR对大鼠肝细胞p53、Bcl-2和Bax表达的影响[A];中国环境诱变剂学会抗诱变剂和抗癌剂专业委员会第三次全国学术会议、中国毒理学会生化与分子毒理专业委员会第五届学术交流会、贵州省环境诱变剂学会成立大会暨首届学术交流会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李兵;揭开微囊藻毒素致肝癌之谜[N];健康报;2003年
2 姜澎;水污染致癌之谜解开[N];文汇报;2003年
3 山居;四市共建水质卫生监测平台[N];无锡日报;2009年
4 刘云祥;严密监控太湖水质[N];无锡日报;2010年
5 李兵;水藻疯长 肝癌高发[N];健康报;2003年
6 熊燕 小熊;生物控藻——让蓝藻退出滇池[N];云南日报;2004年
7 记者 郑劲松 徐兴;滇池蓝藻水华污染控制研究进展顺利[N];中国环境报;2004年
8 杨明洁;我市率先对饮用水实施分类分级卫生监管[N];无锡日报;2011年
9 记者 吴苡婷;快速检测细菌毒素 服务公共卫生安全[N];上海科技报;2011年
10 本报记者 回旭;饮用水难逃涨价劫[N];国际商报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡志坚;微囊藻毒素毒性及其致癌机制[D];福建农林大学;2009年
2 黄夏宁;微囊藻毒素-LR暴露标志物及凋亡效应的研究[D];华中科技大学;2013年
3 倪婉敏;湖库藻华监测与微囊藻毒素细胞毒性风险评价方法研究[D];浙江大学;2012年
4 温若冰;噬菌体展示技术筛选藻毒素结合多肽、毒素调查及甲藻钙调蛋白基因的研究[D];中国海洋大学;2011年
5 吴明松;二氧化氯对水中微囊藻毒素和隐孢子虫卵囊的去除效能研究及毒副作用探讨[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 孟冠敏;微囊藻毒素LR对PC12细胞的毒性及作用机制[D];浙江大学;2011年
7 张杭君;微囊藻毒素诱导细胞凋亡机理的研究[D];浙江大学;2006年
8 孙瑜;微囊藻毒素LR对肝细胞系HL7702内的蛋白磷酸酶PP2A下游靶点的影响[D];浙江大学;2012年
9 冯小刚;环境中微囊藻毒素的检测、提纯及其紫外光助催化降解的研究[D];东南大学;2006年
10 李嗣新;微囊藻毒素的生态学和毒理学研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵慧;微囊藻毒素的树脂吸附与原位监测方法研究[D];中国海洋大学;2012年
2 廖晓琳;微囊藻毒素-LR快速检测生物学新方法的建立[D];长春理工大学;2013年
3 张容;基于荧光定量技术的微囊藻毒素预测性监测方法研究[D];东华大学;2014年
4 娄鹏飞;微囊藻毒素提取物与水生细菌的相互作用[D];华中师范大学;2011年
5 张春景;微囊藻毒素对铜锈环棱螺肝组织的毒理效应[D];宁波大学;2009年
6 杨振宇;水和水产品中微囊藻毒素的检测方法研究[D];复旦大学;2010年
7 尹玉芬;一株太湖土著细菌对微囊藻毒素生物降解的初步研究[D];南京农业大学;2010年
8 严婷婷;用于微囊藻毒素检测的DNA芯片的构建[D];宁波大学;2012年
9 常晶;紫外/臭氧去除水中微囊藻毒素的效能及氧化产物研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 张爱;微囊藻毒素-LR酶联免疫法的开发研究[D];云南大学;2010年
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