五价砷对两种绿藻叶绿体损伤作用及缺磷影响

摘要

五价砷是砷污染在水体中的主要赋存形态，其与磷共存时对绿藻产生毒效应及机制尚存疑问。本论文旨在探索五价砷对绿藻的光合损伤作用以及缺磷条件对砷毒效应的影响，选取两种典型浮游绿藻蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa和四尾栅藻Scenedesmus quadricauda，进行常温恒温培养及剂量效应暴露实验。通过分光光度法测定两种绿藻对五价砷的敏感性响应差异及叶绿素(Chlorophyll，chl)含量变化，运用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)观察叶绿体亚细胞结构损伤，进一步借助浮游植物荧光仪研究五价砷对绿藻光合系统Ⅱ(photosynthetic systemⅡ，PSⅡ)光合效率的干扰，并分析缺磷对五价砷绿藻光合损伤效应的影响，主要研究结论如下:
　　(1) iAsⅤ对绿藻生长速率抑制与剂量呈正相关。iAsⅤ对蛋白核小球藻C.pyrenoidosa和四尾栅藻S.quadricauda生长抑制研究表明，在0.1～50 mmol·L-1的iAsⅤ中暴露24h，两种绿藻生长速率较对照组显著降低，且随暴露浓度升高抑制效应增强。蛋白核小球藻C.pyrenoidosa和四尾栅藻S.quadricauda24 h生长抑制EC50值分别为5.14(3.20～8.00) mmol·L-1、1.06(0.81～1.36) mmol·L-1，四尾栅藻S.quadricauda对iAsⅤ的耐受性低于蛋白核小球藻C.pyrenoidosa，可敏感指示水体砷污染毒性。
　　(2) iAsⅤ导致绿藻胞内叶绿素含量降低和叶绿体结构损伤。叶绿素含量测定结果表明，5.0 mmol·L-1 iAsⅤ暴露48 h显著降低了蛋白核小球藻C.pyrenoidosachla含量及chla/chlb，未降低chlb含量;而四尾栅藻S.quadricauda胞内chla、chlb含量均显著降低，且chlb的降低程度高于chla，使得chla/chlb升高。iAsⅤ导致叶绿素含量降低及chla、chlb比例改变揭示iAsⅤ对绿藻光合系统叶绿素-蛋白复合体的破坏作用。进一步TEM亚细胞显微结构观察表明，叶绿体是iAsⅤ毒作用主要靶器官，5.0 mmol·L-1 iAsⅤ暴露24h，导致蛋白核小球藻C.pyrenoidosa和四尾栅藻S.quadricauda叶绿体结构严重损伤，其类囊体膜结构杂乱且出现空缺，同时叶绿体内淀粉粒增多而蛋白核减小或消失。
　　(3) iAsⅤ抑制绿藻PSⅡ光合效率。1.5-5.0 mmol·L-1 iAsⅤ暴露24h后蛋白核小球藻C.pyrenoidosa和四尾栅藻S.quadricauda最大相对电子传递速率ETRmax、快速光曲线初始斜率α、光饱和光强Ik显著降低，并与暴露浓度呈正相关。5.0mmol·L-1 iAsⅤ暴露下，蛋白核小球藻C.pyrenoidosa的ETRmax、α、Ik分别降低了44.0±8.7％、17.5±5.7％、39.0±13.2％，而四尾栅藻S.quadricauda降低了90.4±13.6％，36.6±4.9％、85.0±12.5％，表明iAsⅤ对四尾栅藻S.quadricauda PSⅡ最大电子传递速率、光能利用效率和强光耐受力的影响比蛋白核小球藻C.pyrenoidosa更为显著。
　　(4) iAsⅤ对绿藻光合效率抑制不受短期缺磷影响。24h缺磷对绿藻PSⅡ光合效率无显著影响，缺磷也未增加iAsⅤ对绿藻生长的抑制，同时ETRmax、α、Ik参数指示缺磷不能增强24h暴露后iAsⅤ对光合效率抑制。TEM结果显示缺磷条件下iAsⅤ暴露导致绿藻叶绿体内蛋白核破坏、淀粉粒明显减少，而类囊体膜损伤水平与富磷组相近。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 水体砷污染现状及其危害

1．1．2 藻类对砷污染响应及机制

1．1．3 藻类光合损伤机制研究进展

1．1．4 光合作用对水体中磷等环境因子的响应与指示

1．2 拟解决的科学问题

1．3 研究思路

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容与方法

1．3．3 技术路线

第二章 实验材料与方法

2．1 实验试剂与藻种

2．1．1 主要试剂

2．1．2 藻种及培养

2．2 iAs(V)对绿藻生长抑制测定

2．3 绿藻培养基中iAs(V)的浓度测定

2．4 iAs(V)暴露下绿藻叶绿素含量测定

2．5 iAs(V)对绿藻叶绿体损伤及缺磷影响TEM分析

2．6 iAs(V)对绿藻叶绿素荧光抑制及缺磷影响测定

2．7 数据统计分析

第三章 五价砷对两种绿藻叶绿体损伤作用及缺磷影响

3．1 iAs(V)对绿藻的生长抑制

3．1．1 iAs(V)对绿藻生长抑制的剂量效应关系

3．1．2 iAs(V)对绿藻生长抑制的动力学

3．1．3 绿藻培养基中iAs(V)浓度稳定性

3．2 iAs(V)对绿藻叶绿体光合损伤

3．2．1 iAs(V)对绿藻叶绿素含量影响

3．2．2 iAs(V)对绿藻叶绿体损伤

3．2．3 iAs(V)对绿藻叶绿素荧光抑制

3．3 缺磷对iAs(V)的绿藻光合损伤效应影响

3．3．1 缺磷对绿藻生长及叶绿素荧光影响

3．3．2 缺磷对iAs(V)的绿藻生长抑制效应影响

3．3．3 缺磷对iAs(V)的叶绿体损伤效应影响

3．3．4 缺磷对iAs(V)的叶绿素荧光抑制效应影响

第四章 研究结果、创新点及展望

4．1 主要结果

4．2 创新点

4．3 研究展望

参考文献

作者简介及攻读硕士学位期间的科研经历