三种海洋微藻种群增长和种间竞争的动态变化对Cd2+胁迫增强的响应:基于流式细胞术的研究探讨

摘要

重金属污染是全球普遍发生的环境问题,由于来源广、残留时间长、能沿食物链转移富集、污染后不易被察觉、难以恢复等特征,越来越多的引起人们的关注。海洋生态系统不可避免的遭受到重金属的污染。作为海洋生态系统的主要生产者,微藻也是污染物从海洋进入食物网的重要途径。流式细胞术(FlowCytometry,FCM)是一种在功能水平上对单个细胞进行定量分析的检测技术,通过同步高速分析大量细胞的多个参数而对细胞生理状态进行评价,在藻类生态学和毒理学的研究领域具有广泛的应用前景。本文选用三种具有代表性的特定目标藻类:绿藻门的青岛大扁藻(Platymonas helgolandica)、黄藻门的赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)以及甲藻门的微小原甲藻(Prorocentrum minimum)为研究对象,在实验生态条件下,基于流式细胞术探讨重金属Cd2+对三种微藻种群增长和种间竞争动态变化的急性毒性作用,探讨可能的机制,筛选能灵敏指示微藻生理响应变化的生物标志物。结果发现:
　　 一.Cd2+对三种海洋微藻的急性毒性作用研究
　　 (1)利用流式细胞术可以灵敏区分三种微藻:青岛大扁藻、赤潮异弯藻和微小原甲藻种群中的活体细胞与细菌、死亡的细胞碎片以及培养液中的悬浮颗粒,为进一步藻类生物学分析奠定了合理的基础。
　　 (2)测定三种微藻在重金属Cd2+急性毒性作用下的各种荧光信号,从而得到微藻的细胞体积、细胞内容物复杂程度、叶绿素a含量水平、存活率以及活性氧水平等指标的同步检测数据,结果表明,三种微藻的叶绿素a含量水平和存活率都伴随着Cd2+胁迫浓度的增大而下降,而活性氧含量则不断升高；Cd2+急性毒性作用对细胞体积和细胞内容物复杂程度的影响则因种而异:随着Cd2+胁迫浓度的升高,青岛大扁藻细胞体积和内容物复杂程度均增大,其他两种微藻细胞体积均呈下降趋势,但赤潮异弯藻的细胞内容物复杂程度明显下降；微小原甲藻细胞内容物复杂程度上升。
　　 (3)分析研究发现,基于流式细胞术的检测,三种微藻的叶绿素a含量水平、存活率和活性氧含量变化趋势一致,可以考虑作为重金属Cd2+胁迫的生物指标。
　　 2.共培养体系中Cd2+胁迫增强对微藻的急性毒性作用研究
　　 (1)利用流式细胞术能够区分开共培养体系中的两种不同种类的微藻,为接下来的分析研究奠定了良好的基础；
　　 (2)重金属Cd2+对共培养体系中的两种微藻产生了一定的抑制作用。根据前向角与侧向角荧光所确定的R1和R2门,Cd2+胁迫的共培养体系中两种微藻种群规模都发生了明显缩减。在细胞内容物复杂程度和叶绿素a含量这两个指标水平上,除了与微小原甲藻共培养的青岛大扁藻均没有变化外,共培养体系中的微藻细胞内容物复杂程度均上升,叶绿素a含量均下降。而在细胞体积指标水平上,在青岛大扁藻与赤潮异弯藻共培养体系中,加入重金属后两种微藻的细胞体积明显缩小；在青岛大扁藻与微小原甲藻共培养体系中,胁迫使青岛细胞体积增大,而微小原甲藻的细胞体积减小；在赤潮异弯藻与微小原甲藻的共培养体系中,前者细胞体积没有变化,后者细胞体积下降。