四尾柵藻對壬基酚脅迫的響應研究

劉莉莉+王成

摘 要：選取水體中廣泛存在的四尾柵藻為代表，研究其在營養鹽限制條件下對壬基酚脅迫的響應。實驗設置3個暴露組（0.041、0.103、0.205mg·L-1）和1個對照組（0mg·L-1），測定了96h內四尾柵藻細胞密度、胞外多糖合成、最大光能轉化效率（Fv/Fm）以及群體形態等變化。結果顯示，隨著NP暴露濃度的增加，四尾柵藻的密度、Fv/Fm 等指標的下降幅度更加顯著；0.041mg·L-1NP暴露對四尾柵藻的生長、葉綠素a含量以及Fv/Fm等均有促進作用，說明四尾柵藻在NP暴露下能夠產生毒物刺激效應現象。

關鍵詞：壬基酚；四尾柵藻；脅迫；毒性效應

中圖分類號 X592 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）12-24-04

Study on Scenedesmus quadricanda Responses to Nonylphenol Stress

Liu Lili1 et al.

（1 Jianghuai College of Anhui University，Hefei 230031，China）

Abstract：In order to study the physiological effects of NP on the fresh algae，Scenedesmus quadricanda was exposed to NP of three concentrations（0.041、0.103、0.205mg·L-1） and a control（0mg·L-1） . Its cell number、maximum light conversion efficiency （Fv/Fm） 、extracellular polysaccharide and cell morphology were measured in 96h exposure. Results show that the cell number and Fv/Fm of microalgae were increased in 0.041mg·L-1 NP ，with the increasing of concentrations of NP， the cell number and Fv/Fm of microalgae were decreased，the growth of Scenedesmus quadricanda was inhibited.

Key words：Nonylphenol；Scenedesmus quadricanda；Stress；Toxic effect

壬基酚（Nonylphenol，NP），分子式C15H24O，由苯環和9個碳原子的碳鏈組成，在工農業生產中得到了廣泛的應用，中國年產量約為30 300t，其中的60%會排入污水處理系統并最終排入水環境中[1]。近年來，我國一些重要的自然水體中均已發現NP的存在，并且由于其不易降解的特性導致環境中的NP含量不斷累積[2]。水域生態系統主要初級生產力淡水微藻對水域生態系統的平衡和穩定起著十分重要的作用，因其個體小、繁殖快、對毒物敏感等特點，已成為評價水環境質量監測的重要指標[3]。在富營養化的淡水水域中，四尾柵藻（Scenedesmus quadricanda）是常見的優勢藻種之一[4]。

目前，在淡水微藻室內毒理實驗過程中，BG11是常用的淡水藻類培養基，其ρ（TN）和ρ（TP）分別為247.06mg·L-1和7.11mg.L-1，而在自然水體ρ（TN）、ρ（TP）濃度遠遠低于培養基[5-6]。本文主要研究在近似水體營養鹽條件下四尾柵藻對壬基酚脅迫的響應，包括四尾柵藻細胞密度、最大光能轉化效率（Fv/Fm）、胞外多糖含量以及細胞群體形態的變化，以期為合理評價該類污染物對水域生態系統的影響提供基礎理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑 5401-CC275TL型智能人工氣候箱，UV-2450型紫外-可見分光光度計，Handy PEA植物效率分析儀等。壬基酚純品購自上海晶純實業有限公司。

1.2 藻種及培養條件 實驗藻種四尾柵藻由暨南大學水生生物研究所藻種室提供，培養溫度為（23±1）℃，光照強度100μmol·m-2·s-1，光暗比為12h（L）∶12h（D）。

1.3 實驗設計 采用營養鹽濃度減少為原濃度1/10的BG-11培養基。無菌條件下，將處于指數生長期的四尾柵藻離心（3 500rpm，5min，24℃），經無菌蒸餾水反復清洗后接種于1/10的BG-11培養基中，靜置饑餓4d后用于實驗。實驗采用丙酮作為助溶劑，配制丙酮的6個體積濃度系列：0、1、3、5、7和10‰，96h培養后用血球計數板顯微計數，測定藻細胞的密度，計算得到丙酮對四尾柵藻不可見效應劑量（No observed effect level，NOEL）為5‰。將預處理過的藻液接種到1/10 BG-11培養基中，接種密度為8.63×105cells·mL-1。NP質量濃度分別為0（加5‰丙酮作為對照）、0.041、0.103和0.205mg·L-1。每個實驗設置3個平行，每天搖瓶至少3次，培養96h。

1.4 測定方法

1.4.1 藻細胞密度的測定 每隔24h取樣，血球計數板計數。每個樣品計數3次，取其平均值。

1.4.2 最大光能轉化效率的測定 每隔24h取樣，測量前將待測藻液暗適應20min。利用Handy PEA植物效率分析儀測定最大光能轉化效率（Fv/Fm）。

1.4.3 胞外多糖含量的測定 每隔24h取樣，將藻液通過0.45μm濾膜過濾，吸取2.0mL濾液加入25mL比色管中，以葡萄糖作為標準，用硫酸苯酚法測定胞外多糖的含量[7]。

2 結果與分析

2.1 四尾柵藻細胞密度變化對NP暴露的響應 不同質量濃度NP對四尾柵藻的細胞密度的影響如圖1。由圖1可知，四尾柵藻細胞起始密度為8.63×105cells·mL-1，在培養過程中，NP質量濃度為0.041mg·L-1處理組細胞密度始終均比同期對照組高，藻細胞數量顯著增加，最終為對照組的1.13倍，差異顯著（P<0.05）；在0.103mg·L-1NP處理組中藻細胞密度相比對照組無顯著差異（P>0.05）。在96h后，0.205mg·L-1NP暴露會抑制藻細胞數量的增加，顯著低于對照組（P<0.05），為對照組的74%。表明低濃度的NP對四尾柵藻的生長有促進作用，高濃度的NP抑制了四尾柵藻的生長，0.205mg·L-1NP處理組藻體顏色相比處理組變淺。

2.2 四尾柵藻最大光能轉化效率（Fv/Fm）對NP暴露的響應 NP暴露對四尾柵藻Fv/Fm的影響如圖2所示。由圖2可知：96h后，0.041mg·L-1NP處理組明顯提高了四尾柵藻光系統（PSⅡ）的Fv/Fm（n=3，P<0.05），0.103、0.205mg·L-1NP處理則降低了四尾柵藻的Fv/Fm。

2.3 四尾柵藻胞外多糖合成對NP暴露的響應 如圖3所示，培養結束后，0.205mg·L-1處理組四尾柵藻細胞胞外多糖含量最高，為對照組的1.05倍，0.041mg·L-1處理組中細胞胞外多糖含量低于對照組，且始終低于同期對照組。

2.4 NP暴露對四尾柵藻群體形成的影響 不同質量濃度NP對四尾柵藻細胞群體形態的影響如圖4所示。由圖4可知，實驗初始階段，對照組和處理組中四尾柵藻單細胞、雙細胞和多細胞群體形態相對比例為69.2%、22.78%、0.08%，培養期間，NP質量濃度0.041mg·L-1處理組中四尾柵藻非單細胞群體相對比例基本均低于對照組；而0.102、0.205mg·L-1處理組中非單細胞群體相對比例在96h后分別比對照組高出3.4%、14.1%。

3 結論與討論

NP對生物的影響是多方面的，通過本次實驗研究表明，低濃度（0.041mg·L-1）的NP對四尾柵藻的生長有一定的促進作用，細胞密度與對照組相比也有所增加，Fv/Fm也有所提高。Fv/Fm反映的是PSII反應中心原初光能轉化效率，即最大光化學效率，可以反應植物所受脅迫程度以及植物的光合效能[8]。實驗結果表明，低質量濃度（0.041mg·L-1）NP暴露促進了四尾柵藻藻Fv/Fm的升高，這與王山杉等人在固氮魚腥藻的研究相一致[9]。所以低質量濃度NP對四尾柵藻生長的刺激效應，很可能是因為NP暴露提高了微藻的Fv/Fm，促進了細胞中光合色素和蛋白質等物質的轉化合成，從而刺激了微藻細胞相對較快的增長繁殖，致使單個細胞所負擔污染物濃度降低，且受損藻細胞逐漸恢復的結果。

而在NP暴露濃度為0.205mg·L-1的處理組中，柵藻細胞中雙細胞、多細胞群體明顯增多，與單細胞相對比例增大，高于對照組。四尾柵藻群體特征的出現，說明原先的單細胞表面的黏性增強，也就是說與細胞表面粘性有關的胞外多糖含量可能增高了。而本實驗通過測定培養過程中四尾柵藻細胞胞外多糖合成的變化也證實了這一點，處理組中藻細胞胞外多糖含量顯著高于對照組。可見，四尾柵藻群體的形成與胞外多糖分泌量密切相關，與楊州在銅綠微囊藻中的研究相一致[10]。由于藻類群體的形成，減小了其比表面積和包裹效應（package-effect）的影響，使得藻類群體單位體表面積吸收的光能減少[11]，影響了光合作用的進行；同時，群體形態的維持需要更多的能量用于合成胞外多糖，減少了其他成分（如蛋白質、脂肪）的合成量，從而不利于細胞的增殖和生長[12]。實驗測定的細胞密度和Fv/Fm的變化也證實了這一點。

低濃度NP暴露對四尾柵藻的生長、葉綠素a含量以及Fv/Fm等均有促進作用，這表明四尾柵藻可以通過在身代謝的調整來適應低濃度的NP脅迫，低濃度的NP對四尾柵藻產生了毒物刺激效應現象，在一定程度上促進了四尾柵藻細胞的代謝活動，增強了其光合作用效能，其中的促進機理有待于進一步的研究。

參考文獻

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（責編：張宏民）