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温度、重金属胁迫对小球藻生长与关键酶影响的研究

黄炼旗  
【摘要】:在工业的快速发展及人类活动的影响下,水体重金属污染问题尤为突出,重金属不仅危害水生生物的生存环境,对人类健康也造成威胁。三峡库区也受到一定程度威胁。关于重金属对藻类生长影响研究,目前主要集中于高浓度、单一重金属对藻类的毒害作用。本研究选取三峡库区水华优势藻种小球藻为研究对象,在单一和复合重金属胁迫下,根据《地表水环境质量标准》设置不同的Pb~(2+)、Cr~(6+)浓度,参考自然环境水体温度设定实验温度分别为15℃、25℃和30℃,以小球藻的藻细胞生物量、叶绿素a、可溶性蛋白、酶活性,藻溶液中的正磷酸盐和硝酸盐相关指标,探究温度、重金属胁迫对小球藻生长生理情况的影响。主要研究结果如下:(1)在Pb~(2+)浓度为1.00 mg/L和5.00 mg/L时,短期胁迫对小球藻生长起抑制作用,长期胁迫对小球藻生长起促进作用。小球藻受重金属短期胁迫时,藻细胞受损严重体内丙二醛含量显著增加,为减缓毒性作用超氧化物歧化酶和过氧化氢酶随着重金属铅浓度的升高呈现先增加后降低的趋势。对磷的吸收,在7天时对正磷酸盐的吸收速率最高,正磷酸盐的吸收速率和碱性磷酸酶活性随着重金属浓度的升高呈现先增加后降低趋势。碱性磷酸酶活性则随着培养时间而增加。(2)在Cr~(6+)浓度为1.00 mg/L和5.00 mg/L时对小球藻生长起抑制作用,小球藻发生严重的膜脂过氧化反应,在该浓度下,小球藻的MDA含量显著高于对照组,且在胁迫前期高于胁迫后期。SOD随着重金属铬浓度的升高呈现先增加后降低趋势,经长期胁迫CAT的含量逐渐增加,体现出小球藻自身受到胁迫后抗氧化酶系统具有协调抗氧化的功能。处理组正磷酸盐和硝酸盐的吸收速率短期胁迫均为负值,可能是重金属铬胁迫导致小球藻细胞死亡破碎,藻细胞中的正磷酸盐和硝酸盐释放到藻液中,而后,经小球藻细胞自身的新陈代谢恢复生长,后期的正磷酸盐和硝酸盐吸收恢复。(3)关于铅和铬复合胁迫(短期和长期)下,铅和铬高浓度分别为1.00 mg/L和5.00 mg/L时,对小球藻生长起明显抑制作用。小球藻叶绿素a和可溶性蛋白含量与小球藻生物量生长情况趋势相似。在长期胁迫后铅和铬浓度为5.00 mg/L时,小球藻的MDA含量最高,说明浓度越高,小球藻受到的膜脂过氧化程度最高,细胞受损最严重。在长期胁迫后期MDA的含量在高浓度时有所降低。SOD和CAT随着重金属铅和铬浓度的增加变化不大。在短期胁迫下正磷酸盐和硝酸盐的吸收速率为负值。可能是受胁迫后藻细胞死亡细胞内部分磷元素释放到溶液中,在长期胁迫的后期,细胞抗氧化系统增加对营养盐吸收速率恢复正常。随着胁迫时间和胁迫的浓度增加,碱性磷酸酶含量逐渐上升,藻细胞恢复磷的吸收;硝酸还原酶在短期胁迫时,其活性变化不明显,在胁迫后期逐渐升高,说明在后期藻细胞也恢复了对氮元素的吸收。(4)关于温度变化和重金属双重胁迫下对小球藻生长的情况影响,小球藻细胞生物量、叶绿素a和可溶性蛋白含量在30℃时最高。小球藻的MDA含量在15℃时最高,SOD含量的影响在30℃时最高。CAT含量的影响在15℃时最高,说明低温时,小球藻受到膜脂过氧化受损程度高于高温,高温能促进抗氧化酶系统中的SOD的分泌,而低温促进抗氧化酶系统中的CAT的分泌,不同抗氧化酶对温度敏感程度的不同保证了藻细胞在不同温度下的抗氧化能力。本论文基于三峡库区水质环境背景和三峡库区野外优势藻种小球藻,研究重金属和温度对小球藻的生长胁迫,探究藻细胞层面的生长生理影响机理,得到的重金属和温度变化对小球藻生长影响相关结论,将为三峡库区水环境污染防治提供理论依据。


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