氯氟吡氧乙酸与莱茵衣藻的相互作用

摘要

氯氟吡氧乙酸,商品名为氯氟吡氧乙酸,化学名称为((4-氨基-3,5-二氯-6-氟-2-吡啶)氧基)-乙酸,其1-甲基庚基酯作为农药使用,是一种内吸传导型苗后除草剂,主要用于禾谷类作物及部分蔬菜、水果田园的阔叶类杂草,还可有效防除顽固性农田恶性杂草——空心莲子草。国内外对氯氟吡氧乙酸的环境行为研究还较少。藻类承担了地球约1/3的初级生产力,其生产量主要分布在水环境中,此外,藻类还是水体食物链的关键组成部分,同时也是监测评价水环境质量的重要指标。氯氟吡氧乙酸与藻类互相作用,包括氯氟吡氧乙酸对藻类的生理效应以及藻类对氯氟吡氧乙酸富集方面的研究目前并没有报道。选择淡水藻——莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)作为研究对象,探明纯培养条件下氯氟吡氧乙酸与莱茵衣藻的相互作用,对揭示此类农药对藻类的毒性机理具有重要意义,还可以帮助进一步认识氯氟吡氧乙酸对水环境结构和功能的整体效应以及其迁移转化规律,同时为探索监测水生态系统农药污染的生态指标提供依据。
　　 本文采用3种不同的指标,测定了不同浓度氯氟吡氧乙酸对莱茵衣藻生长的影响。莱茵衣藻在含氯氟吡氧乙酸0.05-1.00 mg L-1的培养基中处理48 h后,取样测定其单位体积培养基内细胞数、叶绿素含量和生物量。结果表明,使用细胞数和叶绿素含量为毒性指标测定的结果趋势基本相同,表现为浓度相关性。在低浓度范围内,氯氟吡氧乙酸对莱茵衣藻的生长具有明显的刺激作用；氯氟吡氧乙酸高浓度处理下莱茵衣藻生长被明显抑制。在实验浓度范围内,氯氟吡氧乙酸对莱茵衣藻生物量显示轻微的刺激作用。因此,采用单位体积培养基内叶绿素含量作为毒性指标更为敏感,且由于其测定方法较细胞计数、干重而言相对简便、耗时短且误差小,是评价氯氟吡氧乙酸对单细胞绿藻莱茵衣藻毒性效应的理想指标。
　　 研究了氯氟吡氧乙酸对莱茵衣藻的活性氧胁迫及相应机制,主要涉及对氯氟吡氧乙酸诱导的藻细胞活性氧伤害以及藻的相应抗逆性机制的研究。通过对梯度浓度(0.05-1 mg L-1)氯氟吡氧乙酸处理下莱茵衣藻进行实验,证明氯氟吡氧乙酸可诱导藻细胞内活性氧(ROS)过量累积,引发细胞内膜质过氧化作用,诱发藻细胞程序性死亡(PCD)。藻细胞内过量的ROS诱导了细胞内抗氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,以消除细胞中过量ROS,从而降低甚至消除活性氧伤害。同时,细胞内两种重要的解毒酶谷胱甘肽转移酶(GST)与酯酶(EST)被激活。由以0.5 mg L-1氯氟吡氧乙酸为处理浓度的时间进程实验中可知,氯氟吡氧乙酸对莱茵衣藻的活性氧伤害作用随时间延长逐渐减弱,甚至消失,这与藻细胞中有效的调节机制有关。
　　 最后又研究了莱茵衣藻对氯氟吡氧乙酸的富集和降解作用。实验结果表明,莱茵衣藻对氯氟吡氧乙酸具有较强的富集作用,同时也可生物降解氯氟吡氧乙酸。在梯度浓度氯氟吡氧乙酸(0.05-1 mg L-1)处理下,莱茵衣藻细胞内积累的氯氟吡氧乙酸含量随氯氟吡氧乙酸处理浓度增大而增大,显著的高水平的BCF值出现在低浓度处理组中,达到最大值为1173,而高浓度处理组富集因子(BCF)值在84-65之间。莱茵衣藻对氯氟吡氧乙酸具有降解能力,其对氯氟吡氧乙酸的生物降解率(Pb)随处理浓度的增高而降低。由以0.5 mg L-1氯氟吡氧乙酸为处理浓度的时间进程实验中,莱茵衣藻细胞内积累的氯氟吡氧乙酸含量随处理时间延长而逐渐降低,BCF值则先升高后降低,当处理时间达到96 h时达到最大值为271。莱茵衣藻对氯氟吡氧乙酸的Pb随处理时间延长而逐渐增大。