一個(gè)評(píng)價(jià)海水中重金屬氧化脅迫效應(yīng)的新指標(biāo).pdf

1、重金屬的毒性和其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化給環(huán)境中的生物體造成毒害作用。相對(duì)于在海水中重金屬的總濃度，因?yàn)楹Ｋ杏懈鞣N無(wú)機(jī)和有機(jī)配體的存在在一定程度上改變了重金屬元素的存在狀態(tài)，其可被生物吸收和利用的濃度更加重要。氧化脅迫是重金屬離子對(duì)于生物體產(chǎn)生毒害的主要途徑之一。盡管已有很多生物標(biāo)志物被用來(lái)指示環(huán)境中金屬離子對(duì)生物體的氧化脅迫程度，但是這些標(biāo)志物并不是很靈敏，特別是在生物體受到金屬離子短期脅迫時(shí)，已有的標(biāo)志物無(wú)法快速指示氧化脅迫的程度;即使

2、在表征長(zhǎng)期脅迫時(shí)，為了得到可靠的結(jié)果，往往需同時(shí)對(duì)其中多個(gè)標(biāo)志物進(jìn)行測(cè)定。因此，更為靈敏且準(zhǔn)確的氧化脅迫指示方法亟待發(fā)展。本研究以海洋中廣泛存在的三角褐指藻為藻類(lèi)的模型，研究CuCl2、CdCl2和PbCl2對(duì)藻的長(zhǎng)期和短期氧化脅迫;以期在分子水平上獲得更多關(guān)于金屬離子對(duì)于生物體的氧化脅迫程度的信息，發(fā)現(xiàn)有效的反映生物體受重金屬氧化脅迫程度的生物分子并發(fā)展新的指示生物體受氧化脅迫的程度的指標(biāo)和方法。同時(shí)獲取環(huán)境中生物可利用金屬元素存在狀

3、態(tài)的信息。
　　 第一章主要簡(jiǎn)要地介紹了水體重金屬污染的現(xiàn)狀和水體治理的必要性以及藻類(lèi)耐受重金屬污染的生物化學(xué)機(jī)制的研究進(jìn)展，并對(duì)含巰基化合物分析技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，最后提出了我們的選題依據(jù)。
　　 第二章主要研究了在不同濃度(0、0.05、0.5、1、10和20μM)和不同脅迫時(shí)間（6小時(shí)和3天）條件下，CuCl2、CdCl2和PbCl2對(duì)三角褐指藻的脅迫和毒理作用。我們監(jiān)測(cè)了在不同脅迫條件下，藻的生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)3

4、天的脅迫，與空白組比較，脅迫后三角褐指藻藻細(xì)胞的密度整體下降。在金屬脅迫濃度較高時(shí)，Cu表現(xiàn)出最強(qiáng)的毒性，Pb表現(xiàn)出最弱的毒性，Cd的毒性介于兩者之間。例如，當(dāng)脅迫濃度為20μM時(shí)，脅迫時(shí)間為3天，和空白相比（未加金屬離子），Cu脅迫的藻細(xì)胞密度下降51.4％，Pb脅迫的藻細(xì)胞密度下降26.1％，Cd脅迫的下降39.7％。與此同時(shí)，我們還通過(guò)ICP-MS檢測(cè)了不同脅迫條件下細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞外的金屬元素含量。發(fā)現(xiàn)當(dāng)脅迫濃度和脅迫時(shí)間增大時(shí)，

5、細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞外吸附的金屬量都在增大。細(xì)胞外吸附的金屬量要明顯大于細(xì)胞內(nèi)的金屬量。例如，當(dāng)20μM CdCl2脅迫三角褐指藻3天時(shí)，細(xì)胞外吸附的Cd為908 amol per cell，細(xì)胞內(nèi)吸附的量為275 amol per cell;當(dāng)PbCl2脅迫三角褐指藻3天，脅迫濃度從0.05增大到20μM時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的Pb從29.4 amol per cell增大到334 amol per cell。我們通過(guò)SEC-ICP-MS考查了金屬和細(xì)

6、胞內(nèi)物質(zhì)結(jié)合的情況。我們發(fā)現(xiàn)Cu和Cd主要是和細(xì)胞內(nèi)大分子量化合物(MW＞20 kDa)結(jié)合在一起，Pb主要和分子量較小的化合物(MW＜1500 Da)結(jié)合在一起。最后我們通過(guò)HPLC-ESI-MS來(lái)鑒定脅迫過(guò)程中產(chǎn)生的含巰基（-SH）小分子量化合物的種類(lèi)。我們發(fā)現(xiàn)這類(lèi)化合物主要有半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)和植物螯合肽（PCs，主要是PC2-6）。
　　 第三章主要開(kāi)展了重金屬對(duì)藻類(lèi)生物的氧化還原脅迫程度研究。提出利

7、用前文所述的藻細(xì)胞內(nèi)含巰基小分子化合物的還原形態(tài)占總量的比例（RRedTotal=還原型巰基的濃度/巰基的總濃度）或與氧化形態(tài)的比值（RRedOxd=還原型巰基的濃度/氧化型巰基的濃度）來(lái)指示藻細(xì)胞受氧化還原脅迫的程度。含巰基小分子化合物的還原(-SH)和氧化（-S-S-）狀態(tài)含量的比值不僅是反映藻細(xì)胞所處環(huán)境的氧化還原程度，而且在對(duì)抗重金屬的氧化脅迫過(guò)程中藻細(xì)胞中-SH和-S-S-的轉(zhuǎn)化也起到了非常重要的調(diào)節(jié)作用。為了準(zhǔn)確得到還原型巰

8、基小分的量，我們用NaOCOC6H4HgOH(PHMB)來(lái)標(biāo)記和穩(wěn)定-SH。所標(biāo)記Hg可以通過(guò)UV/TiO2光催化還原進(jìn)行原子化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原子熒光光譜檢測(cè)，最終通過(guò)所測(cè)得的Hg的量推算出-SH的含量。不同金屬元素脅迫時(shí)，RRedOxd和RRed Total的變化趨勢(shì)不一樣。相對(duì)于正常值偏離的程度，即RRedOxd和RRed Total的大小直接和藻細(xì)胞受到氧化脅迫的程度相關(guān)。因?yàn)椴还苁侨コ趸钚愿叩奈镔|(zhì)（可能導(dǎo)致RRedOxd過(guò)低）還

9、是直接絡(luò)合金屬（可能導(dǎo)致RRedOxd過(guò)高）都是藻細(xì)胞用來(lái)對(duì)抗環(huán)境中金屬離子造成的氧化脅迫的策略。除了三角褐指藻外，為了驗(yàn)證我們提出的RRedOxd和RRedTotal，我們用了另外兩種藻，偽矮海鏈藻（Thalassiosira pseudonana）和微小原甲藻(Prorocentrum minimum)做平行實(shí)驗(yàn)，研究它們?cè)趯?duì)照和10μM CdCl2脅迫時(shí)，RRedTotal和RRedOxd值的變化。結(jié)果對(duì)于T.pseudonana