近岸水域中海洋微藻對(duì)酞酸酯的耐受性及其凈化作用.pdf

1、酞酸酯類化合物（Phthalate Esters，簡(jiǎn)稱PAEs）是一類環(huán)境激素類物質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于塑料制品的增塑劑和軟化劑。塑料制品在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活各領(lǐng)域的廣泛使用使PAEs具持續(xù)存在的排放源，進(jìn)而使之能在環(huán)境中長期殘留，成為典型的假持久性有機(jī)污染物，是目前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注的有機(jī)污染物。海洋近岸水體，因?yàn)橹苯邮艿街車?jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)生產(chǎn)和生活活動(dòng)的影響，屬于污染最嚴(yán)重的水體類型之一。其中，PAEs作為一種常見的有機(jī)污染物已經(jīng)被

2、普遍檢出，而生物降解是環(huán)境中PAEs消減的主要途徑。海洋微藻是近海淺水生態(tài)系重要的初級(jí)生產(chǎn)者且生物量巨大，顯著影響著污染物的環(huán)境行為。其中，底棲微藻不僅存在于沉積物中，還可通過再懸浮進(jìn)入上覆水，對(duì)近岸水環(huán)境的污染凈化至關(guān)重要，但是目前相關(guān)研究尚屬空白。
　　本論文選取了海洋近岸生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在的浮游硅藻—角毛藻（Chaetoceros sp.）、浮游綠藻—杜氏鹽藻（Dunaliella salina）和底棲硅藻—新月柱鞘藻（Cy

3、lindrotheca closterium）為受試藻種，研究了它們對(duì)2種典型PAEs，酞酸二乙酯（DEP）和酞酸二丁酯（DBP）單獨(dú)和共存情況下的耐受性。在此基礎(chǔ)上，考察了這3種海洋微藻對(duì)水中PAEs的凈化作用，以及新月柱鞘藻對(duì)沉積物中PAEs的凈化作用，探討了凈化作用機(jī)制。取得如下主要研究成果：
　　1．海洋微藻對(duì)PAEs的耐受性
　　DEP單獨(dú)作用下對(duì)角毛藻、杜氏鹽藻、新月柱鞘藻生長的96 h的半抑制效應(yīng)濃度（EC50

4、）、不可見效應(yīng)濃度（NOEC）和葉綠素合成的96 h的EC50值順序均為：角毛藻＞新月柱鞘藻＞杜氏鹽藻；3種藻生長的EC50值依次為194、77和62 mg·L-1，NOEC值分別為100、50和30 mg·L-1，葉綠素的EC50值分別為146、73和56 mg·L-1。
　　DBP單獨(dú)作用下對(duì)角毛藻、杜氏鹽藻、新月柱鞘藻生長的96 h的半抑制效應(yīng)濃度（EC50）、不可見效應(yīng)濃度（NOEC）和葉綠素合成的96 h的EC50值順序

5、與DEP不同，均為：新月柱鞘藻>角毛藻>杜氏鹽藻；3種藻生長的EC50值依次為4.2、3.5和0.7 mg·L-1，NOEC值分別為2.5、1和0.4 mg·L-1，葉綠素的EC50值分別為3.3、2.5和0.6 mg·L-1。
　　根據(jù)時(shí)間-效應(yīng)曲線，2種硅藻在受到DEP或DBP顯著的抑制作用后，都具有一定的生長恢復(fù)能力，但是底棲硅藻（新月柱鞘藻）的生長恢復(fù)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于浮游硅藻（角毛藻）；而浮游綠藻（杜氏鹽藻）基本不具生長恢復(fù)能

6、力，主要是因?yàn)檫@2類微藻的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理特性不同?？梢?，硅藻對(duì)這2種PAEs的耐受性明顯強(qiáng)于綠藻；相比細(xì)胞生長，微藻葉綠素合成對(duì)PAEs更敏感；與DEP相比，DBP對(duì)3種微藻細(xì)胞生長和葉綠素合成的EC50值小1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，DBP的對(duì)海洋微藻的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大。采用水生毒理聯(lián)合效應(yīng)的相加指數(shù)法進(jìn)行分析，DBP與DEP對(duì)這3種海洋微藻的聯(lián)合毒性效應(yīng)均表現(xiàn)為簡(jiǎn)單相加。
　　2．海洋微藻對(duì)水中PAEs的凈化作用
　　選取4種不同

7、濃度（0.1 mg·L-1、EC20、EC50和EC75），研究了DEP和DBP單獨(dú)和聯(lián)合作用下，這3種微藻凈化PAEs的作用。結(jié)果表明：
　　在DBP單獨(dú)作用下，角毛藻、杜氏鹽藻、新月柱鞘藻對(duì)DBP的96 h的生物富集系數(shù)（BCF）順序?yàn)椋盒略轮试?角毛藻>杜氏鹽藻；BCF數(shù)值依次為4.69?104~9.92?104、8.40?103~5.55?104和4.65?103~7.87?103。這3種藻對(duì) DBP降解率的大小順序與B

8、CF值相同。雖然這3種藻對(duì)DBP均具有一定的富集能力，但是富集作用僅占水中DBP凈化的一小部分（富集率分別不超過32％、10%和5%）。3種微藻對(duì)DBP富集作用的濃度效應(yīng)也各不相同：角毛藻對(duì)DBP的富集作用隨染毒濃度的增大而顯著減弱；杜氏鹽藻對(duì)DBP的富集作用基本上與染毒濃度無關(guān)；對(duì)于新月柱鞘藻，當(dāng)染毒濃度≥EC20，對(duì) DBP的富集作用隨濃度增大而顯著下降。
　　在DEP單獨(dú)作用下，這3種海洋微藻對(duì)DEP的富集作用很?。˙CF值

9、<50），對(duì)水中DEP凈化作用的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)。DEP濃度為0.1 mg·L-1時(shí)，3種海洋微藻對(duì)DEP的降解率均超過90%；但是當(dāng)濃度≥EC20時(shí)，3種海洋微藻對(duì)DEP的降解率驟降至20%以下，表明微藻的生長狀態(tài)是影響微藻降解DEP的重要因素。
　　在DEP-DBP聯(lián)合作用下，這3種海洋微藻對(duì)DBP的富集能力顯著強(qiáng)于DEP。兩種浮游微藻（角毛藻和杜氏鹽藻）對(duì)DEP的降解率總體上顯著強(qiáng)于DBP；新月柱鞘藻只在濃度為0.1 mg·L

10、-1時(shí)表現(xiàn)為對(duì)DEP的降解率顯著高于DBP，而當(dāng)濃度≥EC20，對(duì)這2種PAEs的降解率均可達(dá)90%以上。
　　DBP單獨(dú)作用與DBP-DEP等濃度聯(lián)合作用相比，這3種海洋微藻富集和降解DBP作用的變化各不相同。對(duì)于角毛藻，DEP的引入會(huì)顯著抑制它對(duì)DBP的富集作用，而對(duì)它降解DBP的作用沒有顯著影響。對(duì)于杜氏鹽藻，污染物的作用方式對(duì)DBP的富集效應(yīng)沒有明顯的差異，但對(duì)DBP的降解表現(xiàn)出一定程度的抑制作用。對(duì)于新月柱鞘藻，兩種作用

11、方式均表現(xiàn)出，在能夠引起微藻生長抑制效應(yīng)的濃度下（>EC20）能刺激微藻對(duì)DBP的降解作用；而且相比微藻生長狀態(tài)（即EC值），染毒濃度是影響新月柱鞘藻降解PAEs的主要因素。當(dāng)染毒濃度為0.1 mg·L-1，DBP-DEP的聯(lián)合作用還會(huì)顯著減弱三種微藻對(duì)DEP的降解能力。
　　3．底棲微藻（新月柱鞘藻）對(duì)沉積物中等濃度DEP和DBP的凈化作用
　　為了弄清新月柱鞘藻對(duì)沉積物中PAEs凈化作用的影響，進(jìn)行了沉積物表面接種微藻（

12、有菌有藻）實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還做了不接種微藻（有菌無藻）和無菌情況下僅接種微藻（無菌有藻）的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：
　　無菌有藻組沉積物中DEP在實(shí)驗(yàn)初期變化不顯著（P>0.05），第4天后沉積物表層和深層 DEP的凈化率顯著增加，至第8天時(shí)凈化率分別為79.5%和58.6%?？梢?，新月柱鞘藻不僅能夠降解表層沉積物中DEP，還可以降解深層沉積物中 DEP。其原因可能是（1）微藻分泌的胞外酶向深層擴(kuò)散進(jìn)并降解DEP；（2）表層DEP濃度的快速

13、下降使深層DEP在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)力作用下向上遷移所致。DBP的降解率遠(yuǎn)小于DEP，第8天時(shí)僅表層沉積物中DBP含量下降，凈化率為25.9%，原因是DBP分子量大于DEP，易吸附于沉積物顆粒而不易被微藻吸收所致。
　　各實(shí)驗(yàn)組沉積物中DBP的降解均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，表層（0~0.5 cm）和深層（0.5 cm以下）沉積物中DBP的降解速率常數(shù)k值大小順序?yàn)椋河芯性褰M（2.098和0.309 d-1）＞有菌無藻組（0.460和0.

14、256 d-1）＞無菌有藻組（0.216和0.039 d-1），表明菌在PAEs的降解過程中起關(guān)鍵作用，而接種新月柱鞘藻可顯著加速菌對(duì)PAEs的降解速率。對(duì)底層沉積物PAEs的降解趨勢(shì)與表層相似，但是有菌有藻組與有菌無藻組凈化速率常數(shù) k值間差異顯著小于表層沉積物；因此，底棲微藻的存在對(duì)微生物降解PAEs促進(jìn)作用表現(xiàn)為：對(duì)表層沉積物（0.5cm）顯著強(qiáng)于底層沉積物；對(duì)DEP的降解顯著強(qiáng)于DBP。
　　磷脂脂肪酸（PLFA）的測(cè)定結(jié)