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斜生栅藻对重金属铅、铬胁迫的生理生化响应及其解毒效应

杨国远  
【摘要】:重金属污染已经成为目前全球关注的环境问题,微藻对重金属的胁迫较为敏感,同时微藻能够吸收转运一定数量的重金属,它已成为水体环境监测和重金属污染防治的重要生物材料。本文以BG-11为基础培养基,以斜生栅藻为研究材料,从以下方面研究了斜生栅藻对重金属铅和铬胁迫的生理生化响应及解毒效应: 1.以斜生栅藻为研究对象,以干重法、液相氧电极、XE-PAM及酶活测定试剂盒等为研究手段,研究了重金属Pb2+、Cr3+和Cr6+对斜生栅藻生物量积累、光合性能及抗氧化系统的影响。结果表明:Pb2+、Cr3+和Cr6+对斜生栅藻的半抑制浓度分别为82.94μmol·L-1、121.15μmol·L-1、23.65μmol·L-1。半抑制浓度胁迫下,斜生栅藻的放氧速率分别在2-8天(Pb2+胁迫)、1-3天(Cr3+、Cr6+胁迫)受到明显抑制,而呼吸速率无明显变化;Pb2+胁迫下,斜生栅藻光系统Ⅱ(PSⅡ)的原初光能转化效率(Fv/Fm)、实际光能转化效率(Yield)、相对电子传递速率(rETR)均明显低于对照,光化学淬灭(qP)从第1天到第5天高于对照,而6-8天则显著低于对照;Cr3+和Cr6+胁迫对斜生栅藻光合性能的影响不如Pb2+胁迫明显。斜生栅藻丙二醛细胞(MDA)含量在重金属胁迫下升高,以第3、4天尤为明显;超氧化物歧化酶(SOD)活性增加,于第3、4天较为明显;过氧化氢酶(CAT)活性、总抗氧化活性(T-AOC)在重金属胁迫下均有小幅度提升。通过本研究发现,斜生栅藻的生物量、光合速率、叶绿素荧光参数和SOD活性等指标对重金属的胁迫的响应均较为灵敏,可作为评估重金属胁迫对微藻伤害的指标。 2.以斜生栅藻为研究对象,通过ICP-MS、qPCR和HPLC的分析,研究了在重金属离子Pb2+、Cr3+、Cr6+的半抑制浓度胁迫下,斜生栅藻对这三种重金属离子的去除效果变化、斜生栅藻植物络合素合成酶基因(PCS)的表达及植物络合素含量的变化情况。结果表明:在培养96h后,斜生栅藻对培养基中Pb2+、Cr3+和Cr6+的去除率分别达到Pb(51.52%)、Cr3+(69.64%)、Cr6+(70.86%),去除率顺序为Pb2+Cr3+≈Cr6+。在重金属离子Pb2+、Cr3+、Cr6+胁迫下,斜生栅藻的PCS基因表达量均不同程度升高,其中在前24h,PCS基因的表达量增加顺序为Cr6+Cr3+Pb2+;而在培养后2天, PCS基因的表达量增加顺序为Pb2+Cr3+ Cr6+。斜生栅藻的PCs总含量也因不同重金属胁迫而呈现出差异性,其中增加量顺序为Cr3+ Cr6+ Pb2+,且均于第24h达到最大值298.05nmol·g-1、2203.26nmol· g-1、473.97nmol·g-1,且达到最大值时的含量分别是对照组158.31nmol·g-1的1.88、13.91、2.99倍。此外,三聚体PC3不能稳定的存在于斜生栅藻中。 由以上研究表明,斜生栅藻对不同重金属离子Pb2+、Cr3+和Cr6+的解毒效果不同,其中对Cr3+、Cr6+的解毒效果优于Pb2+,且斜生栅藻受到受到Pb2+的胁迫是缓慢而长效的,在胁迫后期能导致大量细胞死亡;Cr3+和Cr6+的胁迫是急促而短效的,胁迫后期生长能基本恢复正常。 通过本研究,较为清晰的阐述了重金属离子Pb2+和Cr3+、Cr6+对斜生栅藻的胁迫响应及其解毒机理,为微藻重金属生物标记物的开发及其在水环境重金属污染处理等方面的应用提供了理论依据。


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