青岛大扁藻光合作用过程对重金属Cu2+急性毒性胁迫的响应研究
Cu2+是海洋微藻正常生长所必须的微量营养元素之一，但是过量的Cu2+会对其生长产生毒性作用。近年来的调查结果表明，我国近岸海域广泛受到 Cu2+污染，由于Cu2+具有毒性大、在海洋环境中难代谢、易被生物富集等特点，对海洋生态系统的平衡与稳定威胁较大，Cu2+污染已成为环境热点问题而引起各方面的广泛关注。目前有关 Cu2+对海洋微藻的毒性效应研究多集中于对其生长、种群动态变化以及生理生化作用等方面，而聚焦于光合作用上的相关报道较少。海洋微藻为海洋生态系统的初级生产者，光合作用为海洋微藻最重要的生理功能，在驱动整个海洋生态系统的物质循环与能量流动方面起到极其重要的作用，研究Cu2+对海洋微藻光合作用的影响具有重要的理论和实际指导意义。 本文在实验生态条件下，以青岛沿岸常见的饵料微藻---青岛大扁藻为目标生物，利用活体叶绿素荧光法、流式细胞术、传统血球计数法、电子显微镜等方法研究 Cu2+胁迫对青岛大扁藻的急性毒性效应。在此基础上，采用 PAM（Pulse Amplitude Modulation）和光谱分析技术分析探讨青岛大扁藻光合系统对Cu2+急性毒性胁迫的响应，并对可能的影响机制进行了初步探讨。主要结果如下： 1. Cu2+对青岛大扁藻的急性毒性效应研究（1）Cu2+急性毒性胁迫能显著影响青岛大扁藻的生长。48h时低浓度（1.5、2.5 mg.L-1）Cu2+胁迫表现出毒物的“兴奋效应”，随着胁迫浓度的增大和胁迫时间的延长，Cu2+对青岛大扁藻的种群增长表现出明显的抑制效应。48h EC50和96h EC50分别为3.884 mg.L-1和3.957 mg.L-1，说明随着胁迫时间的延长，藻细胞提高了对胁迫的适应能力，抗性得到增强；（2）Cu2+急性毒性胁迫能明显影响藻细胞的形态和运动情况。光学显微镜下观察的结果显示随胁迫浓度加大，青岛大扁藻运动能力减弱，细胞形态发生改变，细胞收缩变圆，细胞壁增厚，并出现细胞破损、内容物外溢等现象；透射电镜结果显示随着胁迫浓度增大，细胞膜与细胞壁局部分离，质膜内陷，细胞壁和细胞膜都出现一定程度的溶解。上述结果表明青岛大扁藻生物膜系统对 Cu2+胁迫反应非常敏感，膜损伤是影响藻细胞分裂、繁殖,抑制藻类生长的一主要原因；（3）藻细胞数、Chlα浓度和活体叶绿素荧光三者之间存在明显的线性相关关系，且Cu2+胁迫并没有改变这种关系。通过比较三者96h EC50可知对Cu2+胁迫的敏感性顺序为活体叶绿素荧光>Chl a含量>种群密度。活体叶绿素荧光可用来灵敏指示 Cu2+污染条件下微藻种群的动态变化。 2. Cu2+急性毒性胁迫对青岛大扁藻光合色素的影响（1）随Cu2+胁迫浓度增大，3种光合色素（Car，Chl a和 Chl b）和总Chl含量均呈现减小趋势，3种光合色素对 Cu2+的敏感顺序由高及低依次为：Car> Chl a> Chl b;（2）Cu2+胁迫降低了光合色素含量，导致其吸收峰、荧光发射峰和荧光激发峰峰值降低;（3）Cu2+胁迫没有破坏色素分子之间的能量传递，Chl b、Car吸收的光能可通过Chl a传递到PSII。但随着Cu2+胁迫浓度升高，Chl b主激发峰发生了“蓝移现象”（em=650 nm）。 3. Cu2+急性毒性胁迫对青岛大扁藻叶绿素荧光参数的影响（1）本实验条件下，Cu2+胁迫条件下叶绿素荧光参数测定的最佳暗适应条件为15min；藻细胞密度对叶绿素荧光参数的测定有显著影响，测定时应将各处理组藻细胞稀释到相同密度；（2）随着 Cu2+胁迫浓度增大，和对照组相比，各处理组光抑制程度显著增大，对强光的耐受能力显著减小，光合效率降低，F/、ΦPSII、V F M F/均V F O显著降低，且F/下降幅度最大，对 Cu2+胁迫最为敏感，这说明青岛大扁藻V F O光合系统中的水解复合物为Cu2+胁迫的主要靶位。 综上所述，Cu2+胁迫对青岛大扁藻及其光合作用过程的急性毒性效应是一个综合的生理过程。青岛大扁藻生物膜系统、活体叶绿素荧光、Car含量和光合系统中的水解复合物可作为指示海洋环境受Cu2+污染程度的优选生物标志物。
大扁藻;光合作用;重金属Cu2+;急性毒性胁迫
中国海洋大学
硕士
生态学
王悠
2013
中文
X171.5;S968.4
85
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）