无机砷在牟氏角毛藻中的化学行为及其毒理效应

摘要

砷是一种较常见且持久性的污染物，可以被海洋生物富集并通过食物链传递，海产品中的高含量砷已引起人们的普遍关注。砷在海洋环境中有多种存在形态，主要分为无机砷和有机砷两大类，其对海洋生物的毒性作用受砷形态的影响，不同砷形态的化合物毒性各不相同，现在一般认为砷的毒性级别是无机砷＞有机砷，无机砷中 As（III）＞As（V），但是对于不同生物砷化物的毒性也存在一定特异性。牟氏角毛藻（Chaetoceros mulleri）作为海洋浮游植物中的优势种群，可以对环境变化快速响应，是研究海洋环境污染与全球气候变化的重要生物种类，具有重要的研究价值。本文研究了无机砷As（III、V）暴露及其与海水酸化耦合对牟氏角毛藻生长、光合的影响，查明了牟氏角毛藻对无机砷的富集与转化及其基因组DNA甲基化水平的变化。主要结果如下:
　　1、无机砷暴露对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响。（1）对其生长的影响：As（III）暴露使牟氏角毛藻生长率随着时间呈下降趋势，暴露浓度低于1000μmol/L时，牟氏角毛藻生长率随砷浓度的升高呈下降趋势；浓度高于1000μmol/L时，在初期牟氏角毛藻生长率随砷浓度升高而升高，随着实验进行，生长率下降。300μmol/L As（III）暴露48h时，藻体生长率降至0以下。（2）对其叶绿素a含量和叶绿素荧光参数的影响：As（III）暴露使牟氏角毛藻叶绿素 a含量随时间下降，但是变化不显著（P＞0.05）；而随着砷浓度升高，叶绿素a含量整体呈下降趋势；As（III）暴露浓度低于70μmol/L条件下，牟氏角毛藻最大光能转化效率（Fv/Fm）和实际光能转化效率（Yield）随时间变化不显著，但砷浓度高于70μmol/L时对藻细胞荧光参数有显著的抑制作用。As（V）暴露同样导致牟氏角毛藻的生长率随着时间呈下降趋势。低浓度As（V）对牟氏角毛藻生长率无明显影响，且As(III)暴露浓度在120μmol/L时，藻的生长率迅速下降，在浓度为300μmol/L时又缓慢上升。但在实验浓度范围内，As（V）暴露时，牟氏角毛藻生长率均大于0；而对叶绿素a含量和叶绿素荧光参数都无显著影响。结果表明，无机砷As（III）和As（V）对牟氏角毛藻的生长具有不同的影响，其抑制作用表现为As（III）＞As（V）。
　　2、无机砷与海水酸化共同作用对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响。（1）As（III）与海水酸化共同作用对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响：As（III）暴露与海水酸化耦合作用于牟氏角毛藻时，藻的生长率随CO2浓度升高而升高，但是升高的趋势随As（III）浓度的增加越来越弱。当海水酸化单独作用时，牟氏角毛藻中叶绿素a的含量和荧光参数Fv/Fm和Yield无显著变化；当与As（III）共同作用条件下，通入1000ppm CO2时，藻体中叶绿素a含量随时间变化波动较大，且随As（III）浓度升高荧光参数Fv/Fm和Yield明显下降，但下降的趋势减弱。（2）As（V）与海水酸化共同作用对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响：As（V）暴露与海水酸化耦合作用时，藻的生长率和叶绿素a含量在砷试验范围内无显著变化，而叶绿素荧光参数Fv/Fm和Yield在As（V）暴露96h时表现为随CO2浓度增大而显著下降。结果表明，海水酸化可以促进牟氏角毛藻的生长，无机砷与海水酸化共同胁迫时，这种促进作用减弱；在低浓度无机砷时，叶绿素荧光参数Fv/Fm和Yield降低，但是所有实验中As（III）对藻细胞生长和叶绿素荧光参数的抑制作用均比As（V）强。
　　3、牟氏角毛藻对无机砷的生物富集与形态转化。As（III）暴露时，牟氏角毛藻对砷的富集量总体上随 As（III）浓度的增大而增加，但是在 As（III）浓度为100μmol/L时下降。牟氏角毛藻中砷的富集量y（μg/105cells）与暴露 As（III）的浓度 x(μmol/L)可推导为二次多项式y=8×107x2+0.004x+3.3143。在96h，在较低暴露浓度组（50-300μmol/L），藻细胞中As（V）占总砷的比例随着暴露浓度的升高呈增加的趋势；但在高浓度组（500-7000μmol/L），随着暴露浓度增加藻细胞中 As（V）的比例变化不明显，但1000μmol/L暴露组为最大值。As（V）暴露时，牟氏角毛藻中砷的富集量y（μg/105cells）与暴露 As（ V）的浓度 x(μmol/L)也可推导为二次多项式方程y=-1×10-5x2+0.078x+13.015，在实验浓度范围内富集量最大值达171.10μg/105cells。牟氏角毛藻对As（V）形态的转化作用不明显。
　　4、无机砷暴露对藻细胞基因组DNA甲基化水平的影响。研究表明，一定浓度范围的As（III、V）暴露可以引起DNA甲基化水平明显升高，但长期暴露高浓度As（III）后DNA甲基化水平则与对照无显著差异。

目录

声明

引言

第一章 文献综述

1砷的海洋生物地球化学过程及毒理学研究进展

2海洋酸化生物生态效应研究进展

3拟采用的研究技术路线

4研究的目的及意义

第二章 无机砷对牟氏角毛藻生长及光合作用的影响

第一节 无机砷的单独作用1前言

第二节 无机砷与海水酸化的耦合作用

第三节 小结

第三章 无机砷在牟氏角毛藻中的富集与转化

1前言

2材料与方法

3结果与分析

4讨论

第四章 无机砷对牟氏角毛藻总基因甲基化的影响

1前言

2材料与方法

3结果与分析

4讨论

第五章 结论与展望

1．研究结论

2. 展望

参考文献

致谢

硕士期间论文发表情况