一個評價海水中重金屬氧化脅迫效應(yīng)的新指標.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。相對于在海水中重金屬的總濃度，因為海水中有各種無機和有機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志物被用來指示環(huán)境中金屬離子對生物體的氧化脅迫程度，但是這些標志物并不是很靈敏，特別是在生物體受到金屬離子短期脅迫時，已有的標志物無法快速指示氧化脅迫的程度;即使

2、在表征長期脅迫時，為了得到可靠的結(jié)果，往往需同時對其中多個標志物進行測定。因此，更為靈敏且準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的模型，研究CuCl2、CdCl2和PbCl2對藻的長期和短期氧化脅迫;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和方法。同時獲取環(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耐受重金屬污染的生物化學(xué)機制的研究進展，并對含巰基化合物分析技術(shù)進行了簡要介紹，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)和不同脅迫時間（6小時和3天）條件下，CuCl2、CdCl2和PbCl2對三角褐指藻的脅迫和毒理作用。我們監(jiān)測了在不同脅迫條件下，藻的生長情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過3

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

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

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HPLC-ESI-MS來鑒定脅迫過程中產(chǎn)生的含巰基（-SH）小分子量化合物的種類。我們發(fā)現(xiàn)這類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）。
　　 第三章主要開展了重金屬對藻類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）來指示藻細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胞所處環(huán)境的氧化還原程度，而且在對抗重金屬的氧化脅迫過程中藻細胞中-SH和-S-S-的轉(zhuǎn)化也起到了非常重要的調(diào)節(jié)作用。為了準確得到還原型巰

8、基小分的量，我們用NaOCOC6H4HgOH(PHMB)來標記和穩(wěn)定-SH。所標記Hg可以通過UV/TiO2光催化還原進行原子化，進而實現(xiàn)原子熒光光譜檢測，最終通過所測得的Hg的量推算出-SH的含量。不同金屬元素脅迫時，RRedOxd和RRed Total的變化趨勢不一樣。相對于正常值偏離的程度，即RRedOxd和RRed Total的大小直接和藻細胞受到氧化脅迫的程度相關(guān)。因為不管是去除氧化活性高的物質(zhì)（可能導(dǎo)致RRedOxd過低）還

9、是直接絡(luò)合金屬（可能導(dǎo)致RRedOxd過高）都是藻細胞用來對抗環(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)做平行實驗，研究它們在對照和10μM CdCl2脅迫時，RRedTotal和RRedOxd值的變化。結(jié)果對于T.pseudonana