（环境科学专业论文）不同营养条件下萘和菲对小球藻的毒性效应及机制研究.pdf

嵋i 0 ，i 声 叫 ， 怖 o ，r 嵋 一 i 浙江大学研究生学位 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特要i i j ) j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿叁堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：孑l 衣露 签字日期：2 。f o年占月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 乩庆丝 导师签名： 签字日期：2 0 9 年月fe t签字日期：矶i ，i f - 巾 l b 月1 1e t l 刊。 _ ， 譬 致谢 致谢 在论文即将完成之际，谨向导师朱利中教授致以衷心的感谢! 感谢朱老师对 我论文的悉心指导与帮助，对我学习的时时鞭策与激励，但由于本人资质驽钝， 几年来磕磕绊绊，虽得以完成学业，却与恩师的要求相差甚远，甚为惭愧! 朱老 师活跃的学术思想、严谨求实的治学态度、精益求精的工作作风、一丝不苟的钻 研精神永远是我学习的楷模! 在此还要感谢我的另一位导师沈学优教授，感谢沈 老师在我最困难的时候给予我的帮助，有了您的鼓励与支持，才使我以后能坦然 面对生活中的各种困难，顺利完成学业。 感谢周文军、杨坤老师在实验和论文上的帮助，感谢师姐周溶冰、葛飞，师 兄孙洪良、陈建新，师妹李梅、吕黎、屈芳、翁觅离、陈坤洋、阮秀秀、师弟张 栋李峰、朱润良张明积极有益的讨论及在生活上的帮助，感谢课题组其他老 师和同学，陈宝梁、林道辉、程海燕老师，陆豪、陈宇云、徐立恒、王玮、朱丽 芳、孙璐、钟宇驰、何士冲、吴振华同学。感谢你们共同营造出这么一个温暖、 友爱的集体，和你们在一起，将是我一生最难忘怀的记忆。 感谢天津农学院的领导和同事们对我工作的支持与帮助! 感谢我深爱的家人 和亲爱的朋友们，感谢你们在背后给予我无微不至的关怀与无条件的支持! 最后，对将参加本论文答辩、评阅和对本论文提出宝贵意见的所有专家表示 衷心的感谢! 孔庆霞 2 0 1 0 年6 , z j 于浙大西溪 投 l 1 ，斗 摘要 摘要 水体富营养化加剧不仅会造成水华和赤潮，影响水体的生态系统和使用功 能，也会影响污染物对水生生物的毒性。多环芳烃( p o l y c y c l i ca r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ，p a h s ) 是一类在环境中普遍存在的具有三致效应的持久性有机污 染物，研究水体富营养状态对p a h s 的毒性效应，可为制定科学合理的水质标准 提供理论依据。本文选择淡水和海水中分布都非常广泛的小球藻( c h l o r e l l as p ) 作为目标生物，研究了不同氮磷浓度水平及不同碳源条件下，萘和菲对小球藻的 毒性效应及相关机理，取得了以下有价值的研究结果： ( 1 ) 探明了开放体系不同营养条件下，萘对淡水蛋白核小球藻和海水普通小 球藻的毒性效应及相关机理。富营养可增强萘对小球藻的毒性，但随着水体中萘 的浓度降低，富营养条件下小球藻易从萘的胁迫中恢复。水体富营养条件下，低 浓度萘( 5 和1 0m g l ) 可促进蛋白核小球藻的生长，高浓度萘( 1 0 0m g l ) 贝, i 抑制其 生长。富营养条件下萘毒性相对较大。经10 0m r d l 萘处理2 4 小时后，富营养条 件下蛋白核小球藻结构破坏严重，细胞膜和核膜溶解，细胞质聚集呈颗粒状，而 贫营养条件小球藻具有完整的细胞核和核膜；经过1 0 0m r d l 萘处理7 天后，富 营养条件下蛋白核小球藻已从萘的毒害中恢复，具有典型、完整的细胞结构，贫 营养条件下藻细胞结构破坏严重，细胞核不完整。 ( 2 ) 探明了密闭体系不同碳源条件下，萘对淡水蛋白核小球藻的毒性效应及 相关机理。有机碳增强了萘和菲对小球藻的毒性。有机碳培养条件下p a h s 对小 球藻有更大的抑制率。添加碳源均加快小球藻的生长，使小球藻的蛋白核体积减 小，叶绿素比值增大。有机碳培养条件下蛋白核小球藻淀粉粒增多，生长更快， 生物量更大，对萘的代谢更快。经高浓度p a h s ( 萘2 0m g l ，菲1 2r a g l ) 染毒处 理，无机碳培养条件与有机碳培养条件相比，小球藻细胞结构破坏较轻，其机理 是：无机碳培养条件下的小球藻细胞壁增厚，阻碍了对萘的吸收，而p a h s 的毒 性主要是在代谢过程中产生的，小球藻对无机碳的利用需要消耗更多的能量，故 用来代谢p a i l s 的能量就较少，毒性也就较弱。 关键词：水体富营养化；萘；菲；蛋白核小球藻；普通小球藻；毒性效应 i l a a b s t r a c t e u t r o p h i c a t i o n c o u l dn o to n l yc a u s er e dt i d ea n dw a t e rb l o o mp o l l u t i o n ， a f f e c t i n gt h ee c o s y s t e ma n da p p l i c a t i o no fw a t e rb o d i e s ，b u ta l s oa f f e c tt h et o x i c i t y o fp o l l u t a n t s p a h sw e r eas e r i o u so fp e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t sb e i n gu b i q u i t o u s i nw a t e r t os t u d yt h ee f f e c to fe u t r o p h i c a t i o no nt h et o x i c i t yo fp a h sm a yg i v e s o m er e f e r e n c e si ns e t t i n gt h ec o n c e n t r a t i o nc r i t e r i af o rt h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r di n f u t u r e f o rt h e i r w i d e l yd i s t r i b u t i n g i nw a t e rb o d y , c h l o r e l l ap y r e n o i d o s aa n d c h l o r e l l av u l g a r i sw e r es e l e c t e da st a r g e to r g a n i s mt os t u d y t h et o x i c i t yo f n a p h t h a l e n ea n dp h e n a n t h r e n e u n d e rd i f f e r e n tn u t r i e n tc o n d i t i o n s ，a n dr e l e v a n t m e c h a n i s mw a sd i s c u s s e di nt h i ss t u d y s o m eu s e f u li n f o r m a t i o nw a sl i s t e db e l o w ： ( 1 ) t h et o x i c i t yo fn a p h t h a l e n et of r e s h w a t e rcp y r e n o i d o s aa n dm a r i n ec v u l g a r 西u n d e rd i f f e r e n tn u t r i e n tc o n d i t i o n s ( n ，p e n r i c h e da n dn ，p s t a r v e dc o n d i t i o n ) w e r es t u d i e di no p e ns y s t e m f o rcv u l g a r i s ，n a p h t h a l e n ei n h i b i t e dt h eg r o w t hi na l l t r e a t e d g r o u p s ，a n d e n r i c h e dm e d i u me n h a n c e dt h ei n h i b i t o r yr a t e f o rc p y r e n o i d o s a ，e n r i c h e dn ，pr e d u c e dt h ei n h i b i t o r yr a t e a t l o w e rn a p h t h a l e n ei n i t i a l c o n c e n t r a t i o no f5a n d10m g l ，b u te n h a n c e di ta tt h eh i g h e rc o n c e n t r a t i o no f10 0 m g l ，a tw h i c hm o r es e v e r eu n t r a s t r u c t u r a ld a m a g e sw e r ef o u n dt h a nt h o s eu n d e r n ，p s t a r v e dc o n d i t i o n ，i n v o l v i n gp a r t l yo rt o t a l l yd i s a p p e a r a n c eo fn u c l e o l u s ，n u c l e a r a n dp l a s m am e m b r a n e m d aa n dc h l o r o p h y l lc o n t e n t ss h o w e dt h a tn a p h t h a l e n ew a s m o r et o x i c i t yi nn ，p e n r i c h e dc o n d i t i o nc o m p a r e dt on ，p s t a r v e dc o n d i t i o n ( 2 ) t h et o x i c i t yo fn a p h t h a l e n ea n dp h e n a n t h r e n et of r e s h w a t e rcp y r e n o i d o s a u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o no f c a r b o nr e s o u r c e ( 2g ln a h c 0 3a n dg l u c o s ew i t hs a m e t cc o n t e n t ) w e r es t u d i e di ns e a l e ds y s t e m n a p h t h a l e n ea n dp h e n a n t h r e n ee n h a n c e d t h ei n h i b i t o r yr a t eo fcp y r e n o i d o s ai ni n o r g a n i cc a r b o no c ) 一e n r i c h e dm e d i u m c o m p a r e dt o t h o s ei no r g a n i cc a r b o n ( o c ) 一e n r i c h e dm e d i u m s u p p l e m e n to fo c e n h a n c e dt h eg r o w t h ，c h l o r o p h y l lc o n t e n ta n dc h l o r o p h y l la ：b o fcp y r e n o i d o s a c o m p a r e dt os u p p l e m e n to fi c c e l lw a l lb e c a m et h i c k e ri ni c e n r i c h e dm e d i u m ， w h i l es t a r c h e si n c r e a s e do b v i o u s l yi no c e n r i c h e dm e d i u m n a p h t h a l e n ea n d i h p h e n a n t h r e n eb o t he n h a n c e dt h e a c c u m u l a t i o no fs t a r c h e s u l t r a - s t r u c t u r eo fc p y r e n o i d o s as h o w e dt h a ta l g a lc e l l sw e r ed e s t r o y e dm o r es e r i o u s l yi no c - e n r i c h e d m e d i u m 2 0m g ln a p h t h a l e n ek i l l e dcp y r e n o i d o s ai no c e n r i c h e dm e d i u mw h i l e i td i d n ti ni c e n r i c h e dm e d i u m 1 2m g lp h e n a n t h r e n ed i dn o tk i l lt h ea l g a ei nb o t h i ca n do c e n r i c h e dm e d i u m k e yw o r d s ：e u t r o p h i c a t i o n ；n a p h t h a l e n e ；p h e n a n t h r e n e ；c h l o r e l l ap y r e n o i d o s a ； c h l o r e l l av u l g a r i s ；t o x i c i t y i v 卜 、 目次 目次 致谢i 摘要i i 目次v l 多环芳烃对藻类的毒性效应及研究进展l 1 1p a h s 的来源和污染现状1 1 2p a h s 的生物毒性一3 1 2 1 毒性效应3 1 2 2 毒性机制5 1 2 3 影响p a h s 毒性的因素8 1 3 富营养化对p a h s 毒性的影响9 1 3 1 水体富营养化9 1 3 2 小球藻概述11 1 3 3 不同营养条件下污染物对藻类的毒性效应1 2 1 3 4 碳源对藻类生理生态指标的影响1 2 1 4 选题意义1 5 1 5 技术路线图1 5 2 不同营养状态下萘对小球藻的毒性1 6 2 1 材料与方法1 6 2 1 1 实验材料1 6 2 1 2 实验方法1 6 2 2 结果与讨论2 0 2 2 1 不同营养状态下萘对淡水蛋白核小球藻的毒性2 0 2 2 2 不同营养状态下萘对海水普通小球藻的毒性3 0 2 3 小结3 6 3 不同碳源条件下萘和菲对蛋白核小球藻的毒性3 7 3 1 材料与方法3 7 3 1 1 实验材料3 7 3 1 2 实验方法3 7 v 目次 3 2 结果与讨论3 9 3 2 1 封闭体系碳源的确定3 9 3 2 2 无外加碳源条件下萘对小球藻的毒性4 3 3 2 3 不同碳源条件下萘对小球藻的毒性4 7 3 2 4 不同碳源条件下菲对小球藻的毒性5 9 3 3 小结7 0 4 研究结论、创新点及展望7 2 4 1 主要结论7 2 4 2 创新点7 3 4 3 展望7 3 参考文献7 5 攻读博士期间发表的论文9 l v i l 多环艿烃对藻类的毒性效应及研究进展 1 多环芳烃对藻类的毒性效应及研究进展 1 1p a h s 的来源和污染现状 p a h s ( p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ，p a h s ) 指两个和两个以上苯环以线 状、角状或簇状排列的稠环化合物，是美国环保局( e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a g e n c y ，e p a ) 规定优先控制的一类污染物。p a h s 可持久存在于环境中【1 2 ，具有 致癌、致畸与致突变等特性【3 1 。常温下，大部分p a h s 为无色或淡黄色结晶，个 别具深色，难溶于水，其物理化学参数及结构见表1 1 。 p a h s 是最早被人们所认识的致癌变有机污染物之一。早在1 7 7 5 年，人们就 发现烟囱清洁工常患阴囊皮肤癌。p a h s 具有疏水性、蒸气压小及辛醇水分配系 数高的特点【4 】，因此，p a h s 进入水环境中后容易分配到生物体和沉积物中，并 通过食物链进入人体，对人类健康和生态环境造成潜在危害。美国国家环保局 ( e p a ) 己将苯并( a ) 芘等1 6 种p a h s 列为优先控制污染物，我国水体6 8 种优先控 制污染物中，p a h s 有7 种。 p a h s 主要是由各种矿物燃料( 如煤、石油、天然气等) 、木材、纸以及其他 含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原气氛下热解形成的。其来源可分为天然来源 和人为来源。天然来源主要为森林火灾或者火山爆发等自然界的燃烧活动，但产 生p a h s 的量远远不及人为来源多。人为来源主要是由化石燃料( 石油及提炼产 品、煤碳) 、木材、作物秸杆、烟草等等有机物的不完全燃烧引起的，它们大多 来自以下四个方面【5 1 ： ( 1 ) 工业生产焦化煤气、有机化工、石油工业等排放的废弃物中有相当多 的p a h s 。 ( 2 ) 交通运输火车、飞机、汽车等机动车辆所排放的废气中也含有相当数 量的p a h s ，这些废气中约有1 0 0 种p a h s ，己有7 3 种被鉴定。其中机动车启动 时由于燃料的不完全燃烧，排放量远远大于正常运行中的排放量。 ( 3 ) 日常生活煎、烤、炸等家庭烹调方式导致了厨房中p a i l s 的污染常常 比较严重【6 ，冬天燃煤取暖，会产生大量p a h s ，吸烟家庭的p a h s 浓度也比不 吸烟家庭高【8 】。 浙江大学博士学位论文 表1 1e p a 规定的1 6 种p a h s 的结构和特点 t a b l e1 1s 伽j c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i co ft h e16p a l - i ss e tb yt h ee p a 英文名称中文名称英文缩写 分子量分子式结构式致癌 n a p h t h a l e n e a c e n a p h t h e n e a c e n a p h t h y l e n e f l u o r e n e p h e n a n t h r e n e a n t h r a c e n e f l u o r a n t h r e n e p y r e n e b e n z o ( a ) a n t h r a c e n e c h r y s e n e n a1 2 8 a c a c y f l u o r p h e n a n f l u r p y c i o h 8 o + 15 4 c i o i - 1 6 ( c h 2 ) 2 1 5 2 c i o h 6 ( c h ) 2 1 6 6 c 1 3 h 1 0 1 7 8 1 7 8 2 0 2 2 0 2 b a a2 2 8 c h r y2 2 8 b e n z o ( e ) p y r e n e苯并( e ) 芘 b e p2 5 2 b e n z o ( k ) f l u o r a n t h e n e b e n z o ( b ) f l u o r a n t h e n e 苯并( k ) 荧蒽 b k f2 5 2 苯并( b ) 荧蒽 b b f2 5 2 c 1 4 h 1 0 c 1 4 h 1 0 c 1 6 h l o c 1 6 h i o c 1 8 h 2 2 c 1 8 h 2 2 c 2 0 h 1 2 c 2 0 h 1 2 c 2 0 h 1 2 b e n z o ( a ) p y r e n e 苯并( a ) 芘 b a p2 5 2 c 2 0 h i 2 i n d e n o ( 1 ，2 ，3 一c d ) p y r e n e 茚并( 1 芘, 2 ，3 c d ) i n2 7 6 c 2 2 h 1 2 b e n z o ( g h i ) p e r y l e n e苯并( g h i ) l 花 b p 2 7 6 d i 擘n z ( a ，h ) 二苯并( a ，h ) g d a2 7 6 c 2 2 h 1 4 a n t n r a c e n e q | + o + o + o + + q | + o | 0 | + o | + + + q | 七 o | j r + 2 - _ 弱凸圆湖圆圆妒妒铝艘好硼融曲 苊 基 堪 萘 氢 苊 芴 菲 蒽 铋 芘 心 萘 捌 苊 芴 菲 蒽 媳 芘 椭 二 苯 l 多环芳烃对藻类的毒性效应及研究进展 ( 4 ) 其他人为源垃圾渗透液和垃圾焚烧的气体中均含有高浓度的p a h s 。 p a h s 主要通过工业污水、地表径流、城市生活污水、土壤淋溶、石油的泄漏及 长距离的大气传输造成的干湿沉降及水气交换等方式进入水体。据统计，每年向 水环境中输入的p a h s 约为2 3 0 0 0 0 吨 引，且排放量还在逐年增加。p a i l s 进入水 环境后必然会对水生生物及整个生态系统造成伤害。 1 2p a h s 的生物毒性 1 2 1 毒性效应 监测环境中p a h s 的浓度水平通常仅能反映环境中p a h s 长期的输入输出平 衡，但无法预知突发事件中p a h s 对植物短期的毒害。p a h s 能够影响植物的各 个生长阶段f 10 1 。 植物的发芽率、生长状况( 如色素含量、光合作用) 酶活性和生物量等指标经 常被用来评价p a h s 的植物毒性【1 1 ，挖】。f l o c c o 掣1 3 1 通过水培实验研究发现菲明显 降低了紫花苜蓿的生长、叶绿素含量和根系过氧化物酶活性，使得细菌总量减少 而菲降解细菌的比例增加。刘建武等4 1 通过盆栽试验研究了萘污染对5 种水生植 物生理生化指标的影响。结果表明，随着浓度的增加，萘对水生植物表现出明显 的毒害作用，呼吸强度受到抑制，叶绿素含量降低；水葫芦、水花生过氧化物酶 ( p o d ) 活性逐渐升高，浮萍、紫萍和细叶满江红的酶活性随萘浓度的增加先升高 后降低，故叶绿素含量及p o d 活性可以作为水生植物受萘污染的指标。s o n g 等 【1 5 1 等用p a h s 污染土壤培养卷心菜、洋葱、番茄和小麦等植物，发现菲和芘对植 物根生长的影响比对幼苗萌发的影响明显，菲对植物的毒性大于芘。 p a h s 不仅对藻类种群结构和藻细胞的形态产生影响 1 6 , 1 7 ，还对藻类的光合 系统i ( p h o t o s y s t e m i ，p s i ) 、光合系统i i ( p h o t o s y s t e m l l ，p s i i ) 中电子传递【1 8 1 产生 影响。p a h s 能使类囊体膜氧化( 类囊体膜表面和膜内附着颗粒状的光合作用蛋白 酶) ，并最终累积在光合膜上，影响藻的光合作用【旧】。k e l l y 等2 0 1 研究表明，作为 脂溶性化合物的p a h s 容易在脂肪中累积，并引起氧化胁迫和脂质过氧化。 与其他污染物一样，高浓度p a h s 会抑制藻类生长，而低浓度则会对其产生 促进作用。于娟等【2 1 1 研究发现，葸会使小新月菱形藻和亚心形扁藻的相对增长率 下降。低浓度的葸会刺激赤潮异弯藻亚历山大藻和中肋骨条藻的生长，而高浓 度的葸则抑制藻类的生长【2 2 1 。d j o m o 等2 3 ，2 4 1 发现p a h s 对栅藻的生长抑制毒性 浙江大学博十学位论文 主要与凰w 、溶解度及挥发性有关，p a h s 对栅藻的生长抑制毒性大小顺序为： 苯并( a ) 芘 芘 葸 菲 萘。 近年来，人们逐渐将蛋白组学方法应用于p a h s 植物毒性的研究。x u 等【2 5 】 报道，玉米生长在芘污染土壤一周后，从玉米叶片中提取蛋白，通过二维凝胶电 泳分离蛋白点。结果表明，生长在芘污染的土壤中的植物自身会合成保护性蛋白， 此类蛋白含有丙酮酸磷酸二激酶基i 图( p y r u v a t eo r t h o p h o s p h a t ed i k i n a s e ，p p d k ) 和 l ，5 二磷酸核酮糖梭化酶加氧酶大亚基( r i b u l o s e 1 ，5 b i s p h o s p h a t e c a r b o x y l a s e o x y g e n a s e ) ，与植物体内碳水化合物量的代谢有很大的关系。 在p a h s 对藻类毒性的分子生物学技术研究中，b o p p 等【2 6 】研究了芘、荧蒽 和苯并( a ) 芘3 种p a h s 对海链藻在藻类光合作用和二氧化硅层形成起重要作用的 8 个基因的影响，发现基因l a c s a 、s i l 3 受到p a h s 的影响，因而阻碍了藻细胞脂 肪酸的代谢和二氧化硅壳层的形成。p a h s 对藻类的毒性与p a h s 本身物理化学 性质( 水溶性、饱和蒸压等) 和藻培养条件( 光照强度、营养盐等) 密切相关。 大量研究表明，有机物污染物对藻类生长的作用在很大程度上表现出浓度相 关性。在较低浓度时许多有机物污染物能刺激藻类生长，称之为“毒物的兴奋效 应”其主要原因和机理为：( 1 ) 藻类能直接利用有机物作为生长的营养源。如磷 胺在较低浓度时可作为颤藻的碳源和磷源而促进其生长m 】。( 2 ) 低浓度有机物污 染物能增加藻体内某些酶的活性，从而促进藻类的生长。如乐果在较低浓度时可 作为磷源而刺激普通小球藻生长【2 8 】。( 3 ) 有机物对藻类的毒害和藻类降解有机物 两个过程同时存在，浓度较低时降解过程占主导地位，因而在整体上表现为降解， 降解产物可作为促进藻类生长的营养源，鱼腥藻h b l 0 1 7 能降解十二烷基苯磺酸 钠( l a s ) 作为其生长的碳源 2 9 , 3 0 。( 4 ) 较低浓度的有机污染物能增加藻细胞 d n a 、r n a 和蛋白质合成【3 1 1 。( 5 ) 较低浓度的有机物可引起藻细胞脂质过氧化 程度在一定范围内升高，而此时脂质过氧化程度的升高并不引发对细胞的伤害而 且具有刺激藻细胞生长繁殖的作用【3 2 1 。 较高浓度的有机物污染物一般会对藻类产生抑制作用：( 1 ) 在较高浓度时， 有机物对藻类细胞的生长产生不可逆的破坏作用，即藻细胞内有利于抵抗外界胁 迫的酶的活性被抑制或完全失活，细胞结构被破坏，生长完全受到抑制，随着时 间的延长，毒性增大。较高浓度的有机物完全抑制藻类生长，毒害藻细胞，主要 4 p - l 多环艿烃对藻类的毒性效应及研究进展 是因为有机物污染物破坏了藻类的细胞膜【2 9 1 ，使细胞膜的通透性增加，污染物可 以随意进入细胞，与细胞内生命活性物质发生反应，加大了对藻细胞的毒害作用。 乐果影响藻细胞膜的流动性，使藻胆体从光系统i i ( p s i i ) 反应中分离，抑制类囊 体膜上a t p 的活性，从而抑制光合作用的电子传递，使p s i i 荧光增加而光合作 用固碳减少【3 3 1 。( 2 ) 在较高浓度有机物存在之初，藻类的生长受到明显的抑制， 但随着时间的延长，有机物的毒性降低，藻细胞不断恢复，甚至还促进藻细胞的 生长和繁殖。有机物对藻类的生长起初抑制，而后毒性降低的主要原因可能是有 机污染物的生物降解或自身分解，虽然在降解过程中会由于活性氧自由基 ( r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，r o s ) 的积累而对藻细胞产生毒性【3 4 1 ，但是降解产物可 以作为藻类生长的碳源；另一个原因就是随着藻类的生长和繁殖，平均进入每个 藻细胞内的有机物的量减少3 5 1 ，毒性自然就会降低。 1 2 2 毒性机制 p a l l s 的毒性主要来源于其代谢过程【3 6 1 ，研究p a h s 的代谢过程对进一步了 解其毒性机制非常重要。 有很多藻类可代谢p a h s 【3 7 椰1 ( 表1 2 ) ，其代谢过程和微生物相同，首先藻类 主要是利用双加氧酶进攻苯环形成邻苯二酚【4 8 1 ( 图1 1 ) ，而后邻苯二酚通过邻位 或间位双加氧酶的作用裂解为粘康酸半醛或粘康酸，从而使苯环断裂。催化邻苯 二酚内开环即邻位裂解的酶是邻苯二酚1 ，2 双加氧酶，而催化邻苯二酚外开环即 间位裂解的酶是邻苯二酚2 ，3 双加氧酶f 4 剀( 图1 2 ) 。人们已经检测到的p a h s 代谢 产物主要包括1 萘酚，4 羟基1 萘满酮，顺式l ，2 萘二醇【5 0 1 。 随着苯环数量的增加，p a h s 脂溶性增强，水溶性减小，更难以被生物降解， 在环境中存在时间延长。高分子量如苯并( a ) 芘、荧葸等不易挥发的p a h s ，具有 致癌、致畸、致突变作用 s h 。低分子量p a h s 如萘和菲等对水生生物的毒性较弱， 但由于它们的水溶解度大、在环境中检出率和浓度都较高，所以对水生生物的毒 害还是不容忽视的，而且萘和菲是结构最简单、溶解度最高的p a h s ，所以常用 萘和菲作为代表来研究p a l l s 的毒性和代谢5 2 1 。 浙江大学博士学位论文 表1 2 降解p a h s 的藻类 t a b l e1 2t h ep a h s d e g r a d i n ga l g a e p a h s 藻类 n a p h t h a l e n e o s c i l l a t o r i as p ( s t r a i nj c 旧o s c i l l a t o r i as p ( s t r a i nm e y ) p h e n a n t h r e n e f l u o r a n t h e n e m i c r o c o l e u sc h t h o n o p l a s t e s 。n o s t o cs p ，a n a b a e n as p ( s t r a i nc a ) a n a b a e n a s p ( s t r a i n i f ) ， a g m e n e l l u mq u a d r u p l i c a t u m c o c c o c h l o r i s e l a b e n s , a p h a n o c a p s as p ， c h l o r e l l as o r o k i n i a n ， c h l o r e l l a a u t o t r o p h i c a , d u n a l i e l l at e r t i o l e c t a , c h l a m y d o m o n a s a n g u l o s a , u l v a f a s c i a t a , c y l i n d r o t h e c as p ，a m p h o r as p n i t z s c h i as p ，s y n e d r as p ，n a v i c u l as p ，p o r p h y r t d i u mc r u e n t u m o s c i l l a t o r i as p s t r a i nj c m , n i t z s c h i as p s k e l e t o n e m ac o s t a t u m c h l o r e l l av u l g a r i s ，s c e n e d e s m u sp l a t y d i s c u s s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d a ，s e l e n a s t r u mc a p r i c o r n u t u m c h l o r e l l av u l g a r i s ，s c e n e d e s m u sp l a t y d i s c u s s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d a ，s e l e n a s t r u mc a p r i c o r n u t u m s k e l e t o n e m ac o s t a t u m ，n i t z s c h i as p b e n z o a p y r e n e s e l e n a s t r u mc a p r i c o r n u t u m ，a g m e n e u u mq u a d r u p l i c a t u m s e l e n a s t r u mc a p r i c o r n u t u m 目前一般认为只有溶解到液相中的芳烃化合物才对具有生物有效性【5 3 。5 5 1 。无 论亲水或者亲脂性的化合物都要先溶解到水中才可以被吸收到细胞内。亲脂性化 合物和细胞中憎水物质的直接接触被细胞壁和亲水性的细胞外膜所阻止。此外， 细胞膜磷脂有一个亲水的头部，也使二者不能直接接触。细胞内酶代谢过程的前 提是必须先进入细胞膜。虽然这方面的研究比较少，但大多数都认为是一个被动 过程。亲脂性化合物的吸收机制是其在细胞质膜双分子层上的分配过程。细胞质 膜对极性和带电荷的物质具有很低的通透性，而非极性化合物如p a h s 会很容易 通过分子扩散过程【5 6 】穿过磷脂双分子层。 6 一 l 多环芳烃对藻类的毒性效应及研究进展 h 萘双加氧酶 - - - h _ 氢_ 醇萘脱氢虱日手象脱烈 - - - - - - - h 异构酶 - - - - - - o h o h 图1 1 萘l ，2 一双加氧酶催化氧化萘开环的反应历程【删 f i g 1 1t h ep a t h w a yo fn a p h t h a l e n ec a t a l y z e db yn a p h t h a l e n e1 , 2 一d i o x y g e n a s e o h o h 乙醛丙酮酸盐 邻化途径 c o o h _ o 0 5 ) ；对于5 0 和1 0 0m g l 高浓度组，实验初 期，萘显著降低了小球藻的特定生长率，萘的浓度越高特定生长率越低。 两种营养条件下萘初始浓度为5 0m g l 组在第7 天的特定生长率均- 9 对照组 无显著差异，说明在两种营养条件下，小球藻都可以从5 0m g l 萘的胁迫中恢复。 在实验的第l 天，富营养条件下萘1 0 0m g l 浓度组的特定生长率为0 3 3d ， 蛋白核小球藻部分死亡，然后随着萘的浓度降低，其胁迫作用减弱，存活的小球 藻开始恢复生长和繁殖，特定生长率逐渐增大，并且由于营养盐相对与对照组更 为充足，所以在在实验的第5 天超过对照组，第7 天达到0 5 5d 一，说明富营养条件 下，由于萘的挥发蛋白核小球藻可以从高达1 0 0m g l 萘的污染水体中恢复生长。 贫营养条件下，1 0 0m g l 浓度组特定生长率的变化趋势和富营养条件相同，在实 验开始，特定生长率为一0 4 7d 一，小球藻部分死亡，然后随着萘的浓度降低，其 2 不同营养状态下荼对小球藻的毒性 胁迫作用减弱，存活的小球藻开始恢复生长和繁殖，特定生长率逐渐增大，但受 营养条件的限制，在实验第4 天达到0 1 4d - i 后又开始下降，第7 天的只有0 0 5d 。 t g m , d t i n - e , d 图2 1 不同营养条件下萘的浓度随时间的变化 ( a ) 富营养；( b ) 贫营养 数值表示为：平均值士s d ，1 1 = 3 f i g 2 1c h a n g e so f n a p h t h a l e n ec o n c e n t r a t i o nw i t ht i m e u n d e r ( a ) n ，p e n r i c h e dc o n d i t i o n ；c o ) n ，p s t a r v e dc o n d i t i o n v a l u e sa l er e p r e s e n t e da sm e a n s - i - s d n = 3 2 l 一宙go盘。一时工_iiail-o iio口墨_口qo岛ou 1mgo口。一时二_ii导口-o【io口叠iiou【iou 浙江大学博士学位论文 e x p o s u r et i m e ，d e x p o s u r et i m e ，d 图2 2 不同营养条件下萘对蛋白核小球藻的特定生长率的影响 ( a ) 富营养；( b ) 贫营养 数值表示为：平均值士s d ，n = 3 f i g 2 2s g ro fcp y r e n o i d o s aw i t hd i f f e r e n ti n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fn a p h t h a l e n e u n d e r ( a ) n ，p e n r i c h e dc o n d i t i o n ；c o ) n ，p -