（环境科学专业论文）类激素对蓝藻生长的影响及其环境效应研究.pdf

华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 ii abstract this article dealt with the effects of di-n-butyl phthalate on the growth of anabaena sp. pcc 7120 the results showed that soft stimulation effect appeared in lower concentration of dbpthe algae density was 10 % and 20 % higher than control when the concentration of dbp was 1 mg/ml and 2 mg/ml， respectively but the algae density was lower than control when the concentration of dbp was 4 mg/ml，and the algae density became lower with more dbpit was also indicated that the soft stimulation effect appeared in lower concentration of dbp by measuring the contents of algal chlorophyll a， c-phycocyanin(c-pc), soluble protein，adenosine triphosphate (atp)，superoxidase (sod)，glutathione（gsh）, peroxidase (pod) and catalase(cat)interestingly, at the end of the growth period，the control algae became yellow, and the various physiological parameters declined rapidly (c-pc declined by 95 %，atp declined by 72 %，soluble protein declined by 90 %，sod declined by 45 %)however，the algae which had been added to 1 mg/ml and 2 mg/ml dbp were still green， c-pc declined only by 35% and 37%， the atp declined only by 12 % and 7 %， the sod declined by 12 % and 19 %， although the soluble protein declined by 56 % and 48 %it was found that dbp had evident effects on the growth of anabaena sp. pcc 7120 and delayed the contabescencebecause of the earlier contabescence，the algae which add to 4 mg/ml dbp had been in the next growthing period and its physiological parameters were higher than the control which was in the period of contabescence key words：di-n-butyl phthalate ；c-pc；chlorophyll a ；atp；sod；pod；cat； gsh 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人 授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囗 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密囗。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪论 绪论 1.1 蓝藻“水华”及其危害蓝藻“水华”及其危害 随着湖泊流域人类活动的加剧、大量的营养盐通过各种途径进入水体，使得人们 越来越关注水体中营养盐的水平。国际经济发展合作组织（oecd）将这种“水体中由 于营养盐的增加而导致藻类和水生植物生产力的增加、水质下降等一系列的变化，从 而使水的用途受到影响”1的现象定义为湖泊的富营养化，并给出了相应的评价标准。 研究表明2：我国目前66 %以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和 超富营养的占22 %，使得富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一段时期内的重大 水环境问题。 与湖泊富营养化相伴随的一个普遍现象就是许多浮游植物，尤其是那些具有浮力 或运动能力的藻类,通常会过度生长，形成藻类的水华，从而导致水质的下降及一系列 严重的水环境问题。虽然目前对“水华”一词尚未有非常精确的定义，通常大多是指 浮游植物的生物量显著地高于一般水体中的平均值，并在水体表面大量聚集，形成肉 眼可见的藻类聚积体3。 在形成水华时， 水体中叶绿素 a （chla） 的浓度一般在10 mg/m3 以上。由于广泛地存在于淡水生态系统中及其所产生的一系列严重的水环境问题，微 囊藻水华受到高度的重视而成为研究最多的一种藻类水华，在世界各地及我国均有大 量的报道 。 目前人们对水华的认识大多是通过表观现象得出的。在许多情况下，藻类水华出 现的速度非常快，这使得“水华”的出现存在突然性，并导致形成了蓝藻可以在短时 间内以极快的速度生长的观念3， 以致于在新闻媒体的报道乃至专业文献的描述中， 水 华是在很短时间内暴发、难以预测，并认为每年水华暴发的频次在逐年增加。正是因 为至今不能明确诱导水华暴发的主导因子，因此目前的研究更加关注多种因子的耦联 作用。研究蓝藻水华的形成机制，可以科学地预测水体中蓝藻水华的产生，并采取相 应的技术措施，减少其带来的影响，具有极其重要的生态和环境意义。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2 1.1.1 蓝藻“水华”的形成 蓝藻“水华”的形成 1.1.1.1 环境因素环境因素 微囊藻在自然环境中适宜条件下，常常能在较短的时间内形成“水华”，其成因 和主要的控制因子是什么？为什么在相同的条件下，蓝藻在与其它藻类的竞争中可以 获得生长优势？这些问题一直是各国科学家所共同关注的。经过数十年的研究，目前 多数观点认同蓝藻水华的形成一般是由蓝藻本身的生理特点以及温度、光照、营养盐、 其它生物等诸多环境因素所引发的7。 水体中的光照条件会对其中生长的藻类产生重要的影响。由于蓝藻细胞体内除了 具有叶绿素外，还同时具有藻胆蛋白（包括藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白），这些色素使得 蓝藻可以利用其它藻类所不能利用的绿、黄和橙色部分的光（500600 nm），从而比 其它藻类具有更宽的光吸收波段，能更有效地利用水下光的有效光辐射并可以生长在 仅有绿光的环境中3。此外，长期暴露在强光条件下对许多藻类来说可能是致命的，但 微囊藻通过增加细胞内类胡萝卜素的含量而保护细胞免受光的抑制，因此，对强光有 较大的忍受性。加之蓝藻仅需较少的能量就能维持其细胞的结构和功能，在较低的光 照条件下蓝藻可以比其它藻类具有更高的生长速率。这样，在扰动及其它浮游生物数 量较多的条件下，蓝藻就具有更多的竞争优势3。 此外， 水文、 气候、 气象等条件也可以通过影响湖泊水体的分层、 混合以及光照8、 营养盐的可利用性等，从而直接或间接地影响蓝藻种群的细胞密度、种群组成、垂直 分布、生命周期等。直接作用是由于风浪和湖流的运动将湖区内的蓝藻吹向湖岸，形 成水华；而间接作用，尤其在大型浅水湖泊中，可能更多的是由于风浪的扰动，导致 了大量的营养盐从沉积物中释放出来，大大增加了水体中藻类可利用的营养盐含量9 ， 10。 1.1.1.2 化学因素 化学因素 在水华形成机理研究中，研究最多的可能就是有关营养盐与藻类生长之间的关系。 由于蓝藻水华通常出现在富营养化的湖泊中，早期人们通常假设它们的生长可能需要 较高的磷、氮浓度支撑。确实，伴随着湖泊的富营养化，尤其是水体中磷浓度的增加, 通常会导致水体中浮游植物的种群组成朝着形成水华的蓝藻演替11。同时，水体中总 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 3 氮总磷比 （tntp） 也会显著影响着浮游植物的种群组成12， 通常当 tntp29 时, 可以形成水华的蓝藻会占优势13。然而，最近的研究结果表明:在较高的 tntp 的 情况下，水体中也会形成蓝藻的水华，较低的 tntp 并不是蓝藻水华形成的条件， 而是蓝藻水华产生的结果14。当水体中溶解性磷的浓度 0.01 mg/l 时，磷浓度的降 低不会导致藻类生物量的减少15。而在太湖的梅梁湾，水体中平均溶解性磷已经达到 0.030.07 mg/l16。因此，在湖泊富营养化过程的早期，磷作为藻类的生长限制性因 子,其含量的增加，导致了藻类的大量生长。但是一旦磷进入湖泊的量大大增加，湖泊 底泥中也逐步积累了大量的磷元素，在合适的环境动力作用下，有可能再次释放到水 体中。在这些湖泊中，磷可能已经不再是藻类生长的限制因子，根据美国生态学家 odum 关于“限制因子规律只有在严格的稳定条件下才能应用”的观点，由于湖泊并 不是一个封闭的生态系统，因此，也许引起水华暴发的限制性因子已经发生了转换， 有可能其他环境因素成为了藻类生长与水华暴发的限制因子，而营养元素的浓度只是 人们可以控制的诱导因素之一，这有待人们进一步研究加以认识。 事实上，由于蓝藻的生活史、行为特点，使得它们能够更有效地适应特殊的磷环 境。例如：微囊藻有较高的磷吸收的最大摄取速率（vmax）17、比其它藻类具有更强 的储存磷的能力，它们可以在细胞中储存足够的磷（够细胞分裂 24 次）18、对磷、 氮等营养盐的结合力比其它藻类高19等，这些特点使得它们可以更有效地利用磷，尤 其在氮、磷限制的条件下，具有比其它藻类更高的竞争力。因此，在许多氮、磷浓度 较低的水体中，也时常可以见到蓝藻的水华。对于生长在大型湖泊中的蓝藻而言，由 于湖泊内部的营养盐循环、沉积物-水界面的交换、微生物过程等使得它们生长所需的 营养盐往往可以得到再生、补充，而不必完全依赖于外界的输入20。因此，与生长在 小型湖泊中的相比，它们更少受营养盐的限制21 ，22。 1.1.1.3 生物因素生物因素 相对于物理因素和化学因素，对蓝藻水华形成的生物学因素，尤其是生物种群间 相互作用的因素研究较少。已有的研究主要关注的是蓝藻本身的生理生态特征在形成 优势种群过程中的作用。例如，为了获取适宜的光辐射，蓝藻常常会以形成表层水华 的方式作为其适应环境的生态对策的一部分。许多种类的蓝藻细胞中具有的气囊，使 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 4 得它们能够悬浮在水中，同时可以通过调节浮力来控制它们在水体中的垂直分布、昼 夜迁移及形成水华的能力。这种通过浮力的控制一方面使得它们能更好地适应环境的 变化，例如：漂浮到表层，增加获得光照的条件、迁移到营养盐较适宜的位置，增加 营养盐供给；另一方面，水华蓝藻，如微囊藻，通过细胞分裂和胶鞘形成，形成了细 胞数量很多的群体，不仅增强了下沉和上浮的速度，而且减少了沉积的损失。蓝藻的 这种能够进行垂直迁移的特性，使得它们在与其它藻类竞争营养盐，尤其是在竞争光 的方面具有明显的优势。近期许多研究还提出了蓝藻成为优势种的其他原因，例如： 蓝藻对低温以及低光强和紫外线的适应，与其他藻类相比，可以过量摄取无机碳和营 养物质的能力，由于形成群体胶鞘，降低了被浮游动物摄食的可能，分泌它感物质对 其他物种的抑制作用以及藻毒素对其他物种生长抑制作用等。 在自然环境中，蓝藻必须面临昼夜交替的过程，它们可能会长期或周期性地处于 一种厌氧的环境中。在这种条件下，蓝藻可以发酵的形式，分解、利用光合作用时积 累在细胞体内的糖原作为能量来源，从而可以维持其生命活动并生长良好。而不具备 这种能力的其它藻类在暴露于黑暗、厌氧条件下 23 h后，细胞就会死亡和裂解23。 此外，湖泊中的蓝藻生命循环的过程中，还包括一个持续不断停留在表层沉积物中的 阶段。在水华形成期间和水华形成以后，尤其是当生长环境条件不利时，微囊藻会聚 集，进入休眠状态而沉降到相对黑暗、厌氧的表层沉积物中。在这种特殊的环境条件、 细胞内贮存的丰富有机物可能为微囊藻的休眠细胞提供了复苏和生长基础。微囊藻的 这种生活史策略不仅会影响水体中微囊藻的种群变动，而且可能有助于其越过环境条 件恶劣的冬季24 ，25。这一现象虽然被国内外研究者所注意，但因为其过程十分复杂， 且生物量极低，用传统的方法无法进行采样和深入分析，至今还没有完全为人们所认 识26。一些丝状蓝藻可以形成厚壁孢子（akinetes）以度过不良环境，但是至今没有微 囊藻形成此类孢子的报道。根据已有的研究报道和作者的观察，在越冬时，微囊藻是 以单细胞或数个细胞的小群体状态存在，在春季复苏时，才逐步由单细胞或小群体生 长为含有数千个细胞的大群体乃至最终上浮到水面形成水华。目前对微囊藻过冬生理 生态对策了解甚少。但是，如果对冬季水体底层低温黑暗极端环境条件下，水华蓝藻 生存的生理生态对策有进一步认识，就有可能在冬季，即蓝藻复苏并大量繁殖形成水 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 5 华之前及时采取针对性措施，为探索控制水华蓝藻技术途径提供理论根据。 kamermans 等27认为，一些藻类能在春季迅速生长并在夏季形成水华的主要原因 就是在冬季这些藻细胞埋于底泥中得以生存。只有蓝藻这类具有多种代谢类型的藻类 才可以在此环境中保持细胞的完整性及保持光合作用的能力。 fallon 等从 mendota 湖 底泥中采集的微囊藻，经过一段时间的培养后仍然具有光合作用活性，并发现微囊藻 主要集中在小于 4 cm 的底泥表层。且越冬微囊藻更能适应弱光28。tsujimura 等人研 究表明，在冬季，琵琶湖（lakbiwa）底泥表面的微囊藻高于初夏，而从仲夏到秋季则 一直增加，这与水柱中藻类生物量的一般规律正好相反29。tsujimura 等所在课题组同 样检测到，富营养化较严重的太湖梅梁湾湖区底泥表面的藻蓝素浓度要高于开阔的湖 心区底泥表面；而同在梅梁湾，其冬季底泥表面的藻蓝素水平又高于夏季。待环境条 件适宜时，处于休眠状态的藻细胞又会大量萌发，从沉积物中重新回到水体中迅速繁 殖，这种从沉积物中“复苏”的种群有时会足够大到影响它们的种群动态30。因此目 前对冬季水华蓝藻在不同营养化状态的湖区底泥上的分布规律，以及与未来夏季形成 水华的空间关联缺乏系统的认识，对春季蓝藻在底泥与上覆水之间的迁移与复苏上浮 直至形成水华过程也需要进一步的研究。 水体中的浮游植物群落大小是由捕食和营养盐共同控制的，且这种变化具有季节 性。一般而言，春季时捕食的影响较大，而夏季营养盐的限制更严重些31。浮游动物 所能摄食的最大食物颗粒， 取决其体积的大小32。 浮游动物在摄食时， 对直径 50 m 的微囊藻群体不具有选择性，而当微囊藻细胞聚集、形成较大的群体后，就可以有效 地抵御原生动物、浮游动物的捕食33。 这种藻类对于捕食压力的适应机制同样对研究蓝藻水华形成机理有所启发。在已 有水华形成机理研究过程中，虽然在微囊藻的室内培养过程中所添加的营养盐浓度远 远超过一般能形成水华的湖泊环境中的浓度，例如磷和氮，光照和温度等条件也是控 制在最佳状态，但是微囊藻总是以单细胞状态存在，不能形成野外常见的群体，因此 在实验室内控制条件下进行模拟水华形成过程的实验中，即使其生物量达到很大，也 难以观察到藻类细胞上浮到液面，积聚以至形成水华的现象。正是因为有关生态因子 在室内模拟实验中无法诱导水华形成，因此至今很难验证某一因素就是水华形成的诱 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 6 导因子。这也一直阻碍着此类研究的进展。究其原因，可能是由于现有的模拟实验中 所考虑的仅仅是藻类生长的物理与化学因素，而几乎没有考虑其他生物的存在对其生 存形式的影响，尤其是野外普遍存在的种群之间的竞争作用以及浮游动物对其形成的 捕食压力。根据生物协同进化的基本规律，正是由于有浮游动物的捕食压力，藻类在 长期进化过程中为抵御捕食，常常会形成藻毒素、胶鞘以及群体，以减少由于被过度 捕食而导致种群灭绝的可能，这样，浮游动物也不会由于过捕而失去食物来源。捕食 压力对蓝藻种群群体形成的诱导现象已在实验室模拟研究中偶见报道。例如，burkert 等34在透析隔膜实验中，由于偶然事故，分隔的透析膜突然破裂，使得隔膜另一边的 鞭毛虫突然进入铜绿微囊藻培养空间，随后观察到由几十乃至几百个细胞聚合形成的 群体。报道没有说明是鞭毛虫释放的诱发性化学物质还是直接的捕食压力诱发藻类细 胞发生生理生化反应，导致群体形成，且其群体形态与自然湖泊的形成水华的群体还 有差别；jang 等35也发现，当铜绿微囊藻与大型蚤、蚤状蚤及多刺裸腹蚤3种浮游动 物共同培养时，不仅藻毒素增加，也能诱导群体形成；国内水生生物研究所的研究人 员探讨了群体胶鞘的形成与消解在水华爆发和毒素产生中的生理生态学意义，发现失 去了群体胶鞘的微囊藻仍生长良好，但是毒性及毒素的组成等生物学特性发生了重大 变化。jang 等所在课题组同样检测到，在实验室内采用冬季太湖底泥培养滤液，诱发 纯培养的铜绿微囊藻单细胞形成了 3060 个细胞的群体。藻类的生长导致生物量的 增加与被摄食所引起的减少也许对于水华成因的认识有所帮助。 1.1.2 蓝藻“水华”的危害现状蓝藻“水华”的危害现状 藻类的污染如近海赤潮的暴发一是生态环境对人类肆意报复；藻类的去除一直是 困扰净水处理的难题。 蓝藻会产生毒素，蓝藻毒素主要是细胞内毒素，当细胞破裂或藻类腐烂分解后， 毒素才会被释放到水体中，人类在皮肤接触、饮用、食用水生动物等过程中可能会导 致中毒。中毒症状一般表现为视力下降、呼吸急促，呕吐、腹泻等。目前，已经发现 产生毒素的蓝藻有近 40 种，据蓝藻毒素对生理系统、器官、细胞等主要靶器官的不 同影响，可将其分为肝毒素、神经毒素和接触、肠胃刺激性毒素40。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 7 1.2 邻苯二甲酸酯邻苯二甲酸酯 近年来，有很多关人造类激素及外来类激素的报道。对于人类精子数量减少及质 量下降的报道也被假设为和人们过多暴露于外在类激素的环境下产生的。这些化学物 质的来源多种多样，背景各不相同，许多难降解的化合物都是人为造成的，例如杀虫 剂、清洁剂、增塑剂等。 作为一系列难降解的化合物的一种，邻苯二甲酸酯类（paes）中具有类似内分泌 干扰物质。邻苯二甲酸酯是无水的邻苯二甲酸和醇类合成化合物的总称36。邻苯二甲 酸酯是羧酸衍生物中酯的一类，它在各种工业生产中用途很广，因此许多环境学者对 它的污染及其危害十分关注，目前它是环境管理部门主要控制的污染物之一。 1.2.1 主要物理化学性质主要物理化学性质 邻苯二甲酸酯一般是具有芳香气味的无色液体，中等粘度，低挥发性。它在水中 溶解度很小，但是易溶解于多数有机溶剂中。 邻苯二甲酸酯作为一种特殊的酯，具有酯类的一般共性，它可以发生水解反应， 这种水解不仅能被碱，而且可以被酸促进。另外，邻苯二甲酸酯还可以进行醇解反应、 氨解反应、grignard 试剂反应，并可与有机锂发生反应。 1.2.2 用途、产量和特征 用途、产量和特征 邻苯二甲酸酯是邻苯二甲酸酐与乙醇结合而产生的。邻苯二甲酸酯作为增塑剂广 泛地用于聚氯乙烯、聚丙乙烯、聚乙烯和聚苯乙烯的生产中。通常它在塑料中的比重 仅次于高聚体本身的百分比。 据 furtmann （1993） 的报道， pae 的产量已达到每年 270 万吨，其中美国占 20 万吨，日本和德国每年的产量也达到 35 万吨37。和其他的增 塑剂相比，邻苯二甲酸酯在性能、可加工性及经济性上都有显著的优越性，现将最常 用的几种邻苯二甲酸酯及其缩写式列于下表 1.1 38。 其在各行业的塑料制品中用途很广，例如电线电缆、地板、游泳池底衬；家具装 潢、壁纸、建筑涂料；汽车（装潢、蓬盖等） ；外壳、食品包装材料、医用输管和注射 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 8 袋。邻苯二甲酸酯还可用于农药吸收剂（载体） 、石油和杀虫剂等中。 对于低分子量的 pae，dmp、dep 和 dbp 广泛用于化妆品和护肤品中。dmp 和 dep 可以延缓香水中的香味挥发， 使香味更加持久。 指甲油中少量的 dbp 就能让 指甲更加光亮动人。dep 还可用于酒精的变性剂，dbp 也可用于纤维脂、印染墨水及 特殊的粘合剂38。 大分子、长侧链的邻苯二甲酸脂，比如 dehp、dnp 和 bbp 被广泛用作工业中 生产聚合体的增塑剂，主要用于增加塑料制品的弹性、柔软性，使其更容易加工（有 80 % 的邻苯二甲酸脂用于此目的） 。由于这类化合物的稳定性、流动性以及低挥发性， 它们适合制造 pvc 管及其他树脂，甚至还可以做润滑剂。一件塑料成品中邻苯二甲 酸脂的含量约为 10 %60 %38。 含 20 %50 % dehp 的 pvc 材料可用于生产医疗器械，例如包装袋，输血管和 透析袋；dnp 主要用于婴儿产品中；bbp 广泛用于地板材料、人造皮革、墨水及粘合 剂38。 表 1.1 几种常见的邻苯二甲酸酯 phthalate abbreviation dimethyl phthalate （邻苯二甲酸二甲酯） dmp diethyl phthalate （邻苯二甲酸二乙酯） dep diallyl phthalate （邻苯二甲酸二丙烯基酯） dap di-n-propyl phthalate （邻苯二甲酸二丙酯） dpp di-n-butyl phthalate （邻苯二甲酸二丁酯） dbp diisobutyl phthalate （邻苯二甲酸二异丁酯） dibp butylbenzyl phthalate （邻苯二甲酸丁基苯甲基酯） bbp butyloctyl phthalate （邻苯二甲酸丁基乙基己基酯） bop diheptyl phthalate （邻苯二甲酸二己基酯） dhp di-n-octyl phthalate （邻苯二甲酸二正辛基酯） dop diisoctyl phthalate （邻苯二甲酸二异辛基酯） diop di (2-ethylhexyl) phthalate （邻苯二甲酸 2-乙基己基酯） dehp diisononyl phthalate （邻苯二甲酸二异壬基酯） dinp diisodecyl phthalate （邻苯二甲酸二异癸基酯） didp 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 9 1.2.3 在环境中的迁移在环境中的迁移 根据邻苯二甲酸酯在环境中的迁移的有关报道可以确认，生物降解，吸附和生物 富集似乎是这类有毒有机污染物在环境中最重要的迁移过程。 邻苯二甲酸酯被分离的和混合的微生物进行代谢时，通过酶催化水解过程，可以 发生初步的和最终的生物降解。在这些邻苯二甲酸酯中，膦酸正二辛脂酯被认为是难 于被生物降解的化合物， 但有数据表明， 这些化合物也能部分被降解。 mathur 和 rouatt 分离出细菌 serratia marcescens bizio，它能把 2-乙基己基邻苯二甲酸酯和膦酸正二辛 酯。 邻苯二甲酸酯和膦酸正二辛酯作为唯一的碳源和能源，从而使这些化合物得以降 解。这些邻苯二甲酸酯的主要降解产物为邻苯二甲酸。fairbanks 等人观察到在土壤中 （含有污泥）的邻苯二甲酸酯降解为 co2。其半衰期为 872 天。而且 146 天以后， 76 %93 %的邻苯二甲酸酯被降解为 co2。从用做去离子水排水口的塑料管内分离出 来的 enterobacter aerogenes 菌株能将邻苯二甲酸二甲酯作为唯一碳源，而使邻苯二甲 酸酯降解。 在 41 天内细菌将 1000 ppm 的邻苯二甲酸酯降解到小于 400ppm。 engelhardt 和 wallnofer 发现了一系列微生物均能降解邻苯二甲酸二辛酯（di-n-octyl） 、邻苯二甲 酸 2-乙基己基酯等等。 由于邻苯二甲酸酯的低水溶解度，一些邻苯二甲酸酯易于分配到水生生物脂肪层 和沉积物有机质中。下表 1.2 给出了一系列水生生物对邻苯二甲酸 2-乙基己基酯、邻 苯二甲酸二辛酯以及邻苯二甲酸二丁基酯等的生物富集系数（bcfs）值。数据表明这 三种化合物均表现明显的富集作用。bcfs 值的范围从 130 到 100000。bcfs 值随生物 体内脂肪含量、化合物的溶解度以及暴露时间的不同而变化。 有关吸附的数据很少，然而 matsudo 和 schnitzer 提供了表明邻苯二甲酸二烃基酯 在溶解的富里酸上分配的数据，这种分配作用大大提高了其表观溶解度。根据分批吸 附的研究（水土比在 5300 的范围内） ，fairbanks 等人指出，加到离心管中的邻苯二 甲酸 2-乙基己基酯有 87 % 被玻璃吸附了。剩下的有 96 %99 % 被土壤吸附。这说 明，在自然环境中沉积物可以明显地吸附这种化合物，可见，生物富集作用和吸附作 用将在很大的程度上影响这类污染物在环境中的迁移行为。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 10 表 1.2 水生生物对邻苯二甲酸酯的生物富集系数 邻苯二甲酸酯 水生生物 暴露时间 bcf bis(二邻苯酸酯) 鱼 _ 130 bis(二邻苯酸酯) sowbug 14 230 bis(二邻苯酸酯) fathead minnow 28 800 bis(二邻苯酸酯) scud 14 13400 bis(二邻苯酸酯) 蜗牛 _ 21000 bis(二邻苯酸酯) 摇蚊幼虫 _ 100000 二-n-辛基 daphia 33 2600 二-n-辛基 鱼 33 9400 二-n-辛基 藻 33 28500 二-n-辛基 水蚤 14 5000 二-n-辛基 scud 14 6700 对邻苯二甲酸酯类来说，水解作用、挥发作用和光解作用都不是它们的重要反应 过程.据估计邻苯二甲酸酯类的水解半衰期从邻苯二甲酸二乙酯的 3.2 年到邻苯二甲酸 2-乙基己基酯的 2000 不等。由于其较低的蒸汽压，它们的挥发损失是很小的，或者几 乎不挥发。尽管目前对邻苯二甲酸酯类光解的报道较少，但根据其在紫外光、可见光 范围内没有光谱吸收这一现象可以推断，它们是很难进行光化学反应的。 1.2.4 在环境中的分布在环境中的分布 有关人工合成的邻苯二甲酸酯在环境中分布的报道往往不易准确，这是因为这些 化合物往往容易受到自然来源的影响，以及塑料样品容器的污染。有明显的证据表明， 邻苯二甲酸酯的自然来源和人工合成来源一样重要。例如，在木头中常常含有正邻苯 二甲酸，在木质素的氧化产物中也有该类化合物，而且它容易作为萘和其衍生物的化 学氧化和生物氧化的产物而出现在环境中。mathur 曾提出，由于邻苯二甲酸盐（酯） 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 11 和脂肪醇在植物中存在，因此认为邻苯二甲酸酯能在自然界中自然合成。此外，在塑 料样品容器中，邻苯二甲酸酯很容易污染自然水样品、沉积物样品和生物样品。例如， 有人用塑料袋进行萃取试验，结果在萃取物中发现了邻苯二甲酸二甲酸酯。如果把未 被污染的沙子放入塑料袋里振荡后，沙子中也会含有该类物质。因此，人们认为，邻 苯二甲酸酯在环境中的残留物并不应该完全归结于这类化合物的认为来源，他们的自 然来源也是一个重要的途径。 peakall 根据该类化合物逸散到环境中的难易程度将其进行了排列。除了作为增塑 剂使用的邻苯二甲酸酯类外，在其他用途中，如农药载剂、昆虫处避剂、化妆品、芳 香物品和油中使用的邻苯二甲酸酯并不完全停留在高聚体中，因为它与水直接接触， 会引起用作增塑剂的邻苯二甲酸酯很容易逸散到环境中，但其容易程度远远低于前面 提到的其它几种用途中的逸散过程。其它的一些仅与空气接触的增塑剂难于逸散到环 境之中。此外，在工业废水中也有该类化合物存在。 在一些海水和陆地水的样品中也测出了邻苯二甲酸酯类。giam 等人报道，从墨西 哥湾采集的水样中，邻苯二甲酸二丁酯的浓度高达 0.471 ppb，邻苯二甲酸-2-乙基己基 酯的浓度为 0.316 ppb。这些化合物也存在于日本东京附近的 tama 河中。jungclaus 等 人曾报道过在小的淡水河中有更高的该类化合物浓度。邻苯二甲酸-2-乙基己基酯的浓 度从 150 ppb，邻苯二甲酸二辛酯的浓度为 120 ppb。 也有人报道了邻苯二甲酸酯残留物在沉积物中的浓度。 其浓度通常在几个 ppb 到几 分之一 ppm 之间。在 maryland 的 chester 河的研究中，peterso 和 freeman 报道了集中 邻苯二甲酸酯类在沉积物中的浓度。如二乙基、二烯丙基、二异丁基、二丁基、二己 基、2-乙基己基、二辛基酯类的浓度分别为 44、5.5、27.6、6、90、6.4、4800 和 62 ppb。 化工厂排水口附近的沉积物中，该类化合物的浓度可从 250 ppb 到 56000 ppb 不等。 vanluik 测定了 calumet-sag 河道底泥中邻苯二甲酸-2-乙基酯的分布， 发现其浓度达到 29800 ppb，有时高达 63770 ppb。 实验研究表明， 生物对邻苯二甲酸酯类有富集作用， 这一结论被现场研究的结果所 证实，因为实验者发现水生生物体内有明显的该类化合物的残留物。除了水中邻苯二 甲酸-2-乙基己基酯的浓度为 0.316 ppb 外，giam 等人测出墨西哥湾的水生生物体内该 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 12 种化合物的浓度可达 1135 ppb 的水平。也有人证明，在工业区附近的水体中，鱼体 内的该类化合物的浓度也相当高。 1.2.5 危害危害 39 德国研究协会日前发布新闻公报说，该协会资助德国埃朗根-纽伦堡大学进行的专 项研究结果表明，人体对邻苯二甲酸酯类化学物质的摄入量远比原先预测的多，儿童 尤其如此。 近年来，科学家怀疑这类化合物会干扰人体内分泌，损害生殖和发育。但一直以 来，人们对人体一般会从环境中吸收多少邻苯二甲酸酯并不清楚。 测试结果显示，在某些情况下，人体对邻苯二甲酸酯的摄入量甚至超过了每日允 许吸收的最大剂量（tdi）。专家认为，环境中残留和积累的邻苯二甲酸酯普遍存在， 人体主要通过食品和空气两个途径吸收。 目前，越来越多的权威科学家和国际研究小组已认定，过去几十年来男性精子数 量持续减少、生育能力下降与吸收越来越多的邻苯二甲酸酯有关。此外，男性睾丸癌 和生殖器官发育不良也与这种化学物质有关。 埃朗根-纽伦堡大学的这项研究结果不仅在科学界，而且在德国和欧洲官方机构中 产生了很大反响，欧盟委员会下属的一个专家小组已肯定了这一研究成果。 研究人员表示，在重新认定邻苯二甲酸酯类物质导致的健康风险过程中，新生儿 和儿童必须优先保护，因为他们的体内激素对这类化学物质反应尤其敏感。 近年来，有许多关于蓝藻和有机化合物相互作用的报道，但大都是研究蓝藻或某 些驯化菌株对一些难降解有机物（例如邻苯二甲酸酯）的降解作用，而对邻苯二甲酸 酯对蓝藻生长周期的影响尚未见报道。因此本文就邻苯二甲酸二丁酯（dbp）对蓝藻 生长的影响作了系列的研究。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 13 2 类激素对蓝藻生长条件的影响类激素对蓝藻生长条件的影响 2.1 实验材料与方法： 实验材料与方法： 2.1.1 实验材料与仪器：实验材料与仪器： 2.1.1.1 鱼腥藻 pcc 7120（anabaena sp. pcc 7120） ：由中国科学院典型培养物保藏委 员会淡水藻种库（fachb）提供。 2.1.1.2 邻苯二甲酸二丁酯（dbp） ：由上海化学试剂公司提供，为化学纯。 2.1.1.3 aclens 培养基：培养基：培养鱼腥藻 pcc 7120（anabaena sp. pcc 7120） ： nano3 1500 mg，mgso4 7h2o 38 mg，cacl2 2h2o，citric acid 30 mg，k2hpo4 38 mg， na2co3 20 mg， na2sio3 9h2o 29 mg， piv metal solution 1 ml， distilled water 1000 ml，ph 7.8；于 121 高压蒸汽灭菌。 piv metal solution： fecl3 6h2o 9.7 mg， zncl2 0.5 mg， na2moo4 2h2o 0.4 mg， mncl2 4h2o 4.1mg， cocl2 6h2o 0.2 mg，na2edta 75 mg，distilled water 1000ml。 2.1.1.4 仪器：仪器： uv/vis spectrometer（lambda25，perkin-elmer） 超生波细胞粉碎机 jy92（宁波新芝科仪研究所） 消解仪 mwna （广东韶关科力实验仪器公司） 722 n 可见分光光度计 ph 电极 2.1.2 实验方法 实验方法 2.1.2.1 受试鱼腥藻受试鱼腥藻 pcc 7120 的培养及加邻苯二甲酸酯的受试实验的培养及加邻苯二甲酸酯的受试实验 将鱼腥藻 pcc 7120（anabaena sp. pcc 7120）分别接种于盛有 2000 ml 灭菌液体 培养基的四个锥形瓶内。在温度 25 、光照 2000 lx 条件下培养。在蓝藻生长进入对 数生长期（20 天）时加入邻苯二甲酸二丁酯。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 14 2.1.2.2 鱼腥藻鱼腥藻 pcc 7120 藻密度、叶绿素藻密度、叶绿素 a（chla）的测定：）的测定： 藻密度 od 的测定：每天定时取 7 ml（定为 v1）藻液于 10 ml 离心管中，在超声 破碎仪上破碎 30 s（工作时间 1 s，间隔 3 s） ，利用 722 n 可见分光光度计在 680 nm 下 测定藻液的吸光度值（od 值） 。 叶绿素a （chla） 的测定41： 在测完od值的藻液中加入20 l浓度为1 %的mgco3 溶液，再在 8000 rpm 下离心 15 min，弃去上清液，在沉淀中加入 3 ml 体积比为 9:1 （丙酮：水）的丙酮溶液，于 4 冰箱中过夜萃取（一般 1824 h） ，将冰箱中过夜萃 取的溶液于 7000 rpm 离心 10 min，取上清液于 7 ml 离心管中，在 722 n 可见分光光度 计中分别测定 750 nm、663 nm、645 nm、630 nm 的 od 值，取量筒量取 7 ml 离心管 中上清夜的体积 v2，利用公式计算 chla： chla（mg/ml） = 11.64（od663 nmod750 nm）2.16（od645 nmod750 nm）+0.1 （od630 nmod750 nm） v2v1 2.1.2.3 可溶性可溶性 p 的测定钼酸铵分光光度法的测定钼酸铵分光光度法 在中性条件下用过硫酸钾（或硝酸高氯酸）使试样消解，将所含磷全部氧化为 正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后， 立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物（中华人民共和国国家标准，gb1189389） 取藻液 1718 ml，在 8000 rpm 下离心 15 min，使藻与液得到较好的分离。将上 清液取 15 ml 加入消解罐中，再向其中加入 4 ml 过硫酸钾溶液（消解时间（分）=消 解罐数（个）+ 4） ，消解完毕，待罐身冷却后，45 ，拎开罐帽，将试样转入 25 ml 比色管中，加蒸馏水稀释至 25 ml，加入 1 ml10 %的抗坏血酸溶液，混匀，加 2 ml 钼酸盐溶液，充分混匀，室温静置 15 min。测定 700 nm 吸光值，以蒸馏水为参比。测 定出的为藻液中可溶性的总磷的含量。不进行消解则为无机磷含量。 分别加入磷标准使用液 0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 ml，加蒸馏水至 25 ml，按 上述反应显色。扣除空白实验的吸光度后，以吸收值与磷含量作标准曲线（r2 = 0.9992） 试剂： 5 %（m/v）过硫酸钾溶液：溶解 5 g k2s2o8于蒸馏水中，稀释至 100 ml。 10 % 抗坏血酸：按质量体积比（1:10）配制，现配现用。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 15 钼酸盐溶液： 溶解 13g na6mo7o244h2o（钼酸钠）于 100 ml 蒸馏水中； 溶解 0.35 g ksbc4h4o7 1/2h2o（酒石酸锑钾）于 100 ml 蒸馏水中。搅拌下将 中溶液 徐徐加入 300 ml1:1 硫酸中，再加入 并混合均匀。储存于棕色瓶中冷处保存。 磷标准使用液： 储备液：称取经 110 烘干 2 h 的 kh2po4 0.217 g 溶于水中， 移入 1000 ml 容量瓶，加 1:1 硫酸 5 ml 定容，此液为 50 g/ml（p） 。 取 4 ml 中溶液稀释至 100 ml，现配现用。 2.1.2.4 ph 值的测定值的测定 用 ph 电极直接测定 2.1.2.5 藻蓝蛋白（藻蓝蛋白（c-pc）含量测定）含量测定 42 参照 padgett（1987）的方法加以改进：取 7 ml 藻样品，7000 rpm 离心 15 min，弃 去上清液，加入 35 ml 磷酸缓冲液（0.05 m，ph 7.0）将样品在超声破碎仪下破碎 50 次（功率为 400 w，工作时间 2 s，间隔 4 s） ，再将超声破碎液在 4 下静置 12 h，在 4500 rpm 下离心 10 min，取上清液在 722 n 下 615 nm、652 nm 下测定 od 值。 c-pc 的含量（mg/ml）=（od615 nm0.474od652 nm）/5.34 2.2 结果与分析 结果与分析 2.2.1 dbp 对鱼腥藻对鱼腥藻 pcc 7120 生长的影响 7120 生长的影响 由图 2.1 所示， 加入 dbp 的浓度为 1 mg/ml 和 2 mg/ml 的藻的藻密度比对照藻要 高，最大可分别高出 10 % 和 20 %，可见少量的 dbp 对藻的生长有一定的刺激作用， 促进了其生长；当进入生长末期时，加入 dbp 的浓度为 1 mg/ml 和 2 mg/ml 的藻仍 呈现稳定，并且其藻密度有一定的上涨趋势，而对照藻则开始衰亡，藻密度急剧下降。 从实验天数可知， 对照藻从生长初期到衰亡共经历了35天， 而加入dbp浓度为1 mg/ml 和 2 mg/ml 的藻仍生长良好，可见加入上述浓度的 dbp 延长了藻的生长周期。而加入 dbp 浓度为 4 mg/ml 的藻的藻密度在对数生长初期呈现上升，但过了一段时间就开始 下降， 直到生长末期， 其藻密度一直在下降， 从实验天数可知， 加入 dbp 浓度为 4 mg/ml 的藻从生长初期到衰亡共经历了 26 天，由此可见，加入该浓度的 dbp 的藻提前进入 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 16 衰亡，使得藻的生长周期缩短。当然从图 2.1 中的生长曲线来看，不同浓度的 dbp 的 加入对藻的生长周期的确有明显的影响。本实验还对 dbp 加入量作了一个梯度实验， 发现随着 dbp 加入量的增大，藻的生长所受抑制的程度越深，藻密度也下降得越快， 直至藻提前衰亡。 2.2.2 dbp 对鱼腥藻对鱼腥藻 pcc 7120 叶绿素叶绿素 a 的影响的影响 由图 2.2 所示，藻的叶绿素 a（chla）含量在生长旺期的变化情况与图 2.1 中藻密 度的变化情况相似；在藻进入生长末期时，加入 dbp 的浓度为 1 mg/ml 和 2 mg/ml 的藻的 chla 的含量有一定的下降，但没有对照藻的下降速率快，而加入 dbp 浓度为 4 mg/ml 的藻在生长末期所测得叶绿素 a 的含量有所回升。 024681012 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 mg/ml dbp 1 mg/ml dbp 2 mg/ml dbp 4 mg/ml dbp 藻 密 度 的 吸光度 值 / 2d时 间 图 2.1 dbp 对藻的藻密度及生长速率的影响 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 17 0246810 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0 mg/ml dbp 1 mg/ml dbp 2 mg/ml dbp 4 mg/ml dbp amg / ml叶 绿素的 浓度