硝磺草酮对微囊藻和四尾栅藻的毒性效应及致毒机理研究

摘要

除草剂大多是人工合成的生物外源性物质，其残留已成为生态系统的主要污染问题。施用的除草剂大部分通过喷雾漂移、土壤浸出、降雨冲刷、地表径流等途径进入水体，污染了湖泊、河流、地下水甚至海洋环境。水体中残留的除草剂不可避免的对非靶标水生生物产生潜在影响。浮游藻类是水生态系统中最主要的初级生产者，也是水体食物链的关键组成部分，驱动着生态系统的能量流动和物质循环，维护着生态系统结构、功能的平衡和稳定。国内外资料表明，除草剂对藻类的生长和群落结构有显著影响，但关于三酮类新兴除草剂硝磺草酮对藻类的毒性效应研究鲜见报道，此外，在藻类种间关系定量化、藻细胞光合色素、光合作用特征和抗氧化系统研究方面，尚无数据说明硝磺草酮对藻类的作用机理。因此，研究硝磺草酮对典型蓝、绿藻的毒性效应及致毒机理；2种藻对硝磺草酮的富集及其种间竞争关系对硝磺草酮毒性的响应差异是十分必要的。
　　本文以微囊藻(Microcystis sp.)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)为受试生物，提出了半效应浓度EC50-nominal和EC50-free的差异及应用，建立了不同初始体积比例混合培养体系研究藻类种间竞争关系的方法，研究了硝磺草酮对藻的毒性效应，并探讨了藻对硝磺草酮的富集、藻种间竞争关系、光合色素含量、光合作用特征和藻细胞抗氧化酶活性及抗氧化物质含量对硝磺草酮的响应，初步阐明了硝磺草酮对典型蓝、绿藻的作用机制。主要取得如下结果：
　　硝磺草酮对微囊藻的生长呈“低促高抑”现象，而其对四尾栅藻的生长有明显的抑制作用。硝磺草酮对微囊藻的96 h EC50-nominal值为9.76 mg·L-1，96 h EC50-free值为6.19 mg·L-1；硝磺草酮对四尾栅藻的96 h EC50-nominal值为7.15 mg·L-1，96 h EC50-free值为4.41 mg·L-1。四尾栅藻对硝磺草酮的敏感性高于微囊藻。硝磺草酮标准品对微囊藻和四尾栅藻的毒性远低于其商品。
　　深入研究了硝磺草酮对微囊藻和四尾栅藻的致毒机理，硝磺草酮引起2种藻叶绿素 a含量降低，光能捕获能力受损。硝磺草酮破坏微囊藻和四尾栅藻的热能耗散机制，影响藻细胞的能量转化过程、电子传递过程，降低藻的光合能力、对光强的利用能力和耐受光强的能力。硝磺草酮引起微囊藻和四尾栅藻细胞内活性氧含量增加，形成氧化压力，使藻细胞受到氧化损伤。硝磺草酮胁迫下，四尾栅藻在对硝磺草酮的应激反应机制中敏感性较微囊藻低。
　　微囊藻和四尾栅藻均具有富集硝磺草酮的能力，富集能力与藻对硝磺草酮的耐受性呈正相关关系。2种藻容易富集较低浓度的硝磺草酮。与四尾栅藻相比，微囊藻更易从环境中富集硝磺草酮，同时代谢排出硝磺草酮更为缓慢。硝磺草酮未被藻降解为主要已知代谢产物4-甲磺酰-2-硝基苯甲酸(MNBA)和2-氨基-4-甲磺酰苯甲酸(AMBA)。
　　混合培养对四尾栅藻和微囊藻种群生长有显著影响，混合培养体系2种藻的比增长率低于纯培养。硝磺草酮影响四尾栅藻和微囊藻的种间竞争关系。5、10 mg·L-1硝磺草酮胁迫下，四尾栅藻和微囊藻的种间竞争动态由不稳定共存状态或稳定共存状态转为微囊藻占据竞争优势。

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第1章 引言

1.1 除草剂对藻类的毒性效应及研究进展

1.2 三酮类除草剂研究概述

1.3 藻类概述

1.4 论文研究意义与内容

第2章 硝磺草酮对微囊藻的毒性效应及致毒机理

2.1 实验材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

2.4 小结

第3章 硝磺草酮对四尾栅藻的毒性效应及致毒机理

3.1 实验材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

3.4 小结

第4章 微囊藻和四尾栅藻对硝磺草酮的富集

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

4.4 小结

第5章 硝磺草酮对微囊藻和四尾栅藻种间竞争的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

5.4 小结

第6章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 本文创新点

6.3 进一步工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果