重金属(Cu2+,Hg2+)胁迫对硅藻(微尼海双眉藻Halamphora veneta)的生态毒理学效应研究

摘要

近年来，人们普遍关注水环境污染问题，而重金属是水环境污染的重要来源。随着重金属污染的加重，不仅会影响硅藻植物的生长，而且会造成硅藻植物的生态功能紊乱。
　　本文通过对培养基的选择以及培养条件的设定，确定CSI培养基是最适合硅藻生长的培养基。以实验室模拟培养为主要方式，通过微细管分离法成功分离出一种硅藻—微尼海双眉藻(Halamphora veneta(Kützing)Levkov)。在此基础上研究了在两种重金属Cu2+和Hg2+胁迫下微尼海双眉藻的生长、叶绿素a含量以及SOD酶活性含量的变化情况，从细胞水平上研究Cu2+和Hg2+对微尼海双眉藻细胞形态的影响，同时从分子生物学水平分析了Cu2+和Hg2+对微尼海双眉藻SOD基因的表达影响。这些结果将会为淡水水体的重金属环境风险性评估以及利用淡水硅藻进行生物修复提供有价值的信息，为今后淡水硅藻的毒理学研究提供了基础资料。本研究主要结论如下:
　　(1)通过对不同培养基的筛选，最终确定CSI培养基为最佳的硅藻培养基。
　　(2)Cu2+在24h、48h、72h、96h的EC50分别是6.63mg·L-1、4.88mg·L-1、2.45mg·L-1、1.49mg·L-1。而Hg2+的EC50分别是12.97mg·L-1、9.30mg·L-1、7.13mg·L-1、4.97mg·L-1。由此可见，两种重金属对微尼海双眉藻的毒性强弱顺序为Cu2+大于Hg2+。
　　(3)Cu2+在初始胁迫时间内会引起微尼海双眉藻细胞密度受到强烈抑制，而Hg2+随着胁迫浓度增加及暴露时间的延长，藻体细胞密度出现逐渐下降趋势。
　　(4)通过测定重金属胁迫后对微尼海双眉藻叶绿素a含量的影响表明，高浓度2.0mg·L-1的Cu2+胁迫时叶绿素a含量低于对照组。原因可能是C u2+破坏了质膜结构及细胞器膜与离子之间的平衡，导致叶绿素a含量降低。而在Hg2+胁迫时，叶绿素a含量出现了先上升后下降的趋势。推测是低浓度的Hg2+会轻微促进叶绿素合成。该结果说明叶绿素a含量可以作为硅藻对重金属胁迫的生物标志物。
　　(5)微尼海双眉藻受Cu2+胁迫时，细胞内的SOD酶活性被诱导;而受Hg2+胁迫时，SOD酶活性随着暴露时间的增长出现先促进后抑制的现象。结果证明，在重金属胁迫条件下保持较高的SOD活性，能够提高微尼海双眉藻抵抗重金属胁迫的能力，参与细胞胁迫后的抗氧化机制。
　　(6)SOD基因表达结果说明，不同浓度的Cu2+胁迫处理均可抑制微尼海双眉藻SOD基因的表达，而在Hg2+胁迫下，其SOD基因表达无明显变化规律，与Cu2+表达模式不同。该结果说明不同重金属对该藻SOD基因表达变化影响有所差异。
　　(7)Cu2+和Hg2+胁迫引起的微尼海双眉藻SOD酶活性变化和SOD基因表达差异与处理浓度和胁迫时间密切相关。结果显示，SOD活性与SOD基因表达间存在不一致性，其可能的原因是转录和翻译的不同步，而重金属胁迫下该酶在基因水平和蛋白水平的表达调节机制有待于进一步深入探究。
　　(8)通过光学显微镜和扫描电镜确定了Cu2+和Hg2+胁迫后对微尼海双眉藻细胞形态变化的影响。结果表明，Hg2+肋、迫可能会使微尼海双眉藻细胞的形态出现某种程度的畸形，而CU2+胁迫对微尼海双眉藻无明显细胞形变。

目录

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 硅藻的生物学特征

1．2 硅藻的毒理学研究现状

1．3 水体重金属污染的现状

1．4 不同重金属对硅藻的影响研究

1．4．1 重金属对硅藻生长的影响研究

1．4．2 重金属对硅藻细胞形态影晌

1．4．3 重金属对硅藻抗氧化酶活性的影响

1．4．4 重金属对硅藻基因表达量的影响

1．5 研究的目的意义及研究内容

1．5．1 目的意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第2章 硅藻的分离与培养

2．1 材料与方法

2．1．1 主要仪器与试剂

2．1．2 实验方法

2．2 藻种培养基

2．2．1 CSI培养基

2．2．2 f／2培养基

2．2．3 WC培养基

2．3 硅藻的分离

2．3．4 平板分离法

2．4 结果与讨论

2．4．1 硅藻的鉴定

2．4．2 硅藻在三种培养基下的生长

2．4．3 讨论

2．5 小结

第3章 重金属胁迫对硅藻细胞生长的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 主要仪器与试剂

3．1．2 急性毒性实验

3．1．3 细胞密度测定

3．1．4 数据分析

3．2 结果与讨论

3．2．2 Hg2+胁迫微尼海双眉藻细胞密度的变化

3．2．3 Cu2+和Hg2+胁迫微尼海双眉藻的EC50

3．2．4 讨论

3．3 小结

第4章 重金属胁迫对硅藻叶绿素a含量的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 主要仪器与试剂

4．1．2 实验方法

4．1．3 叶绿素a含量测定

4．1．4 数据分析

4．2 结果与讨论

4．2．2 Hg2+胁迫微尼海双眉藻叶绿素a含量的变化

4．2．3 讨论

4．3 小结

第5章 重金属胁迫对硅藻的超氧化物歧化酶(SOD)活性及基因表达的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 主要仪器与试剂

5．1．4 SOD基因表达变化

5．1．5 数据分析

5．2 结果与讨论

5．2．2 Hg2+胁迫后微尼海双眉藻SOD酶活性的影响

5．2．3 Cu2+胁迫后对微尼海双眉藻SOD基因表达量的影响

5．2．4 Hg2+胁迫后对微尼海双眉藻SOD基因表达量的影响

5．2．5 讨论

5．3 小结

第6章 重金属胁迫对硅藻的形态变化的影响

6．1 材料与方法

6．1．1 主要仪器与试剂

6．1．3 标本保存及处理

6．1．4 标本的封片制作

6．1．6 标本的观察与鉴定

6．2 结果与讨论

6．2．2 重金属胁迫96 h后微尼海双眉藻的亚显微形态变化

6．2．3 讨论

6．3 小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

声明

致谢