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柠檬醛、柠檬烯和薄荷醇对铜绿微囊藻的生长及产毒的影响

胡熙  
【摘要】:淡水蓝藻细菌能合成许多毒性较强的毒素,因而对生态环境造成恶劣影响。铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)是一种广泛分布的产毒蓝藻,能够合成许多水溶性的有害有机物。在本文中,重点研究了柠檬醛、柠檬烯和薄荷醇对铜绿微囊藻的生长以及对微囊藻毒素(Microcystin,MCs)浓度的影响。测定了在连续培养的120h内,铜绿微囊藻细胞数量(Cell density)、干重(Dry weight)、叶绿素a(Chlorophyll-a,chl-a)、藻蓝蛋白(Phycocysnin,PC)、别藻蓝蛋白(Allophycocyanin,APC)的含量,酯酶(Esterase)、脱氢酶(Dehydrogenase)和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD),过氧化物酶(Peroxidase,POD),过氧化氢酶(Catalase,CAT)的活性,丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的含量以及细胞内和细胞外MCs的含量的变化。 在对照组中,处于稳定期的样本的细胞数量和细胞干重均没有发生显著的变化,而处于对数期的样本的细胞数量和细胞干重则快速增长。细胞内光和色素的含量也随着细胞数量的变化而变化。酯酶活性(Esterase avtivity,EA),脱氢酶活性(Dehydrogenase activity,DHA)和抗氧化酶的活性在120h的连续培养中并未发生显著的变化(p0.05),处于稳定期的样本的细胞内的MCs含量在120h连续培养中未检测到显著变化,而细胞外MCs含量则逐渐升高,时值对数期的样本细胞内MCs的含量则快速升高,而细胞外的MCs含量则变化不明显。 在柠檬醛的胁迫下,铜绿微囊藻细胞的数量不断减少,当初始细胞数量为1.3×107,1.1×106和2.9×105cell·mL1时,细胞数量在5d内净减少量分别为3.1,4.4和5.0log。而细胞干重在120h连续培养之后降低至0.07,0.002和0.001mg·L1,说明柠檬醛能够有效地抑制铜绿微囊藻的生长。细胞内的chl-a,PC和APC的含量亦在培养过程中出现了逐步的降低。经过36h的连续培养后,chl-a的含量下降至0.8,0.06和0.008mg·mL1;PC的含量也出现了明显的下降,在24h的连续培养之后,PC的含量降低至0.5,0.03和0.009μg·mL1。APC的含量也有相同的变化趋势,经过36h的连续培养之后,APC的含量降低至0.03,0.001和0.0006μg·mL1。这说明光合作用的效率在柠檬醛的胁迫下不断降低。细胞活力是通过测定酯酶活性(EA)和脱氢酶活性(DHA)来确定的。在经过120h的连续培养之后,加入柠檬醛的样本的EA降低为对照组的3%以下,而DHA则降低至不及对照组的2%,说明了在柠檬醛的胁迫下,细胞活性明显降低。抗氧化酶的活性也出现了类似的变化,72h连续培养之后,SOD的活性降低至5.4U·mgprot1(p0.05),POD和CAT的活性降低至2.0和1.2U·mgprot1(p 0.05),而平均M D A的含量则上升至约为27fmol·cell1,说明在柠檬醛的胁迫下,抗氧化酶的活力显著降低,同时细胞过氧化程度加剧,这可能是导致铜绿微囊藻细胞死亡的一个原因。 柠檬醛对MCs的释放也有着明显的影响,在柠檬醛的胁迫下,细胞数量的增长受到抑制,因此在培养液中总MCs的含量的增长亦受到抑制,而细胞内MCs则逐步地释放至细胞外。120h的连续培养之后,细胞内的MCs的含量降低至0.24,0.01和0.001μg·L1,而细胞外的MCs的含量则相应地出现升高,这个现象说明了MCs是一种在细胞内合成,当细胞死亡时释放的物质。平均细胞内MCs含量则变化不明显,在0时刻为25fg·cell1,在120h的连续培养之后为23fg·cell1,说明MCs并不能随意地穿过活细胞的细胞膜。此外,细胞外的MCs含量并未出现显著的降低,说明在柠檬醛并不能促使MCs分解。 在柠檬烯的胁迫下,细胞数量逐步下降,当初始细胞数量为1.3×107,1.1×106和2.9×105c e l l· m L1时,其连续培养5日后的净减少量为3.1,3.6和3.8log。此时细胞干重则降低至0.07,0.002和0.001mg·L1,相较于对照组而言差别显著(p0.05),光和色素的含量亦出现明显的降低。同时,EA和DHA也出现明显的下降,当初始细胞数量为1.3×107,1.1×106和2.9×105cell·mL1时,经过48h的连续培养,EA降低至对照组的71%,30%和44%,而DHA降低至对照组的67%,35%和56%。这说明细胞活性在柠檬烯的胁迫下显著降低。抗氧化酶的活性也呈现逐渐下降的趋势,在48h的连续培养之后, S O D的活性降低至11U·mgprot1,POD的活性降解至3.9U·mgprot1,而CAT的活性降低至1.5U·mgprot1,与此同时,平均MDA的含量却逐步上升,说明抗氧化酶的活性在细胞死亡之前就逐渐降低,之后细胞膜脂质过氧化程度便逐渐加剧。 柠檬烯对铜绿微囊藻细胞合成以及释放MCs的影响也是显著的,藻细胞在柠檬烯的胁迫下数量不断减少,而MCs的总量因此保持恒定。而细胞内的MCs的含量逐步下降,细胞外的MCs的含量逐步上升,说明藻细胞在死亡时将在细胞内合成的MCs逐渐释放至细胞外。而经历了120h的连续培养之后,MCs的总量并未出现显著的变化,说明柠檬烯并不能促使MCs分解。 在薄荷醇的胁迫下,铜绿微囊藻细胞的数量亦出现逐渐下降的趋势,当初始细胞数量为1.3×107,1.1×106和2.9×105cell·mL1时,经过120h的连续培养,细胞的净减少量为2.2,3.0和3.4log,而细胞干重亦随之出现下降,降至0.07,0.002和0.001mg·L-1。细胞内光和色素的含量亦呈降低趋势,并且变化显著。细胞活性在薄荷醇的胁迫下不断降低,当初始细胞数量为1.3×107,1.1×106和2.9×105c e l l· m L1时,经过36h的培养,EA降低至对照组的67%,55%和60%(p0.05),而经历60h的连续培养后,DHA则降低至对照组的65%,44%和74%(p0.05)。抗氧化酶的活性在薄荷醇的胁迫下出现缓慢下降,48h后SOD的活性降低至9.3U·mgprot1(p0.05),而POD的活性降低至2.1U·mgprot1(p0.05),CAT的活性降低至1.8U·mgprot1(p 0.05),但是平均MDA含量却并未出现显著的变化(p0.05),经过120h的连续培养,平均MDA的含量升高为8.3fmol·cell1。相交于0时刻的6.0fmol·cell1而言,变化并不显著。一现象说明抗氧化酶的活性会随着细胞的活性降低而受到影响,但并不会直接受到薄荷醇的影响,铜绿微囊藻细胞在死亡之后裂解,因此在活细胞中平均MDA的含量并未出现显著的升高。 薄荷醇对MCs的合成和释放的影响也是显著的,因为在薄荷醇的胁迫下,细胞的生长受到抑制,因此MCs的总量变化并不显著,而随着细胞的死亡,细胞内的MCs逐渐释放至细胞外,导致细胞内MCs的含量出现显著的降低,而细胞外MCs的含量则明显升高。平均细胞内的MCs的含量则保持不变而细胞外MCs的含量却并未出现显著的降低,说明薄荷醇亦无法促使MCs的降解。


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