重金屬Zn2+脅迫下米氏凱倫藻(Karenia mikimotoi)的生長生理響應研究

蔡卓平, 劉偉杰, 段舜山

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重金屬Zn2+脅迫下米氏凱倫藻()的生長生理響應研究

蔡卓平1,2, 劉偉杰2, 段舜山2

1. 廣東省生態學會, 廣州 510600 2. 暨南大學, 廣州 510632

采用室內培養試驗方法, 以米氏凱倫藻()為生物材料, 設置不同濃度梯度的重金屬Zn2+(0、1、5、10、15和20 mg·L-1), 主要測定藻細胞密度、光合色素、光合效率、抗氧化酶類、丙二醛(malondialdehyde, MDA)等相關指標, 探討重金屬Zn2+脅迫下米氏凱倫藻()的生長和生理特征。結果發現, 在1和5 mg·L-1的Zn2+濃度下, 米氏凱倫藻細胞依然保持較好生長繁殖, 表明其具有一定的耐受性, 而隨著重金屬Zn2+濃度的提高, 細胞生長受到毒害抑制。光合色素含量呈現動態變化, 試驗結束時(96 h)葉綠素a、葉綠素b和胡蘿卜素含量有各自不同的變化趨勢, 最大光能轉化效率(Fv/Fm)表現出先升后降的趨勢。Zn2+濃度為10 mg·L-1時, 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性顯著高于對照; 過氧化氫酶(catalase, CAT)活性呈現出先上升后下降的趨勢, 且5、10、15和20 mg·L-1Zn2+濃度下米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性均顯著高于對照; 10、15 mg·L-1Zn2+濃度下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)顯著高于對照, 而20 mg·L-1Zn2+濃度下的顯著低于對照。丙二醛(MDA)呈現出隨著Zn2+濃度提高而增加的趨勢, 5、10、15和20 mg·L-1Zn2+濃度下米氏凱倫藻的丙二醛(MDA)均顯著高于對照。結果可為了解重金屬對海洋微藻的毒性作用提供數據參考。

重金屬; 米氏凱倫藻; 生長生理; 抗氧化酶類

0 前言

隨著人類社會的發展, 一些重金屬污染物進入海洋, 給海洋生態系統的結構和功能帶來潛在的危害。海洋生態系統中的重金屬來源主要有陸源輸入、天然源和大氣沉降, 其中陸源輸入是海洋重金屬污染的常見來源。近岸海域是污染物匯入和富集的重要場所[1-2]。持續有相關的研究報道了我國近海海域的重金屬污染狀況。例如, 對2017年4月采集的安海灣、圍頭灣表層沉積物中7種重金屬Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量進行測定, 發現這7種重金屬的含量平均值依次為96.99、13.35、33.53、39.68、132.87、0. 17、39.10 μg·g-1, 分析表明該區域內的綜合潛在生態風險評價為強生態危害, 應該采取相應措施控制污染源加強對該區域的環境保護[3]。微藻是海洋生態系統中最主要的初級生產者, 它們是一類具多樣性、廣布性和特殊性的微小生物體, 也是海洋食物鏈的基礎生物[4]。當海域受到重金屬污染的時候, 它們就可能成為首要的污染毒害生物對象, 并且使得重金屬通過食物鏈進行富集和傳遞, 進而對食物鏈各營養級的生物產生有害影響, 甚至最終威脅到人類的健康。重金屬鋅(Zn)是植物生長生理所必需的一種微量元素, 是機體酶的輔基和維生素等重要的組成成分[5]。水生生物適度攝入鋅有助于生長繁殖, 增強免疫力及抗病能力; 然而一旦受到鋅污染或過度攝入Zn元素, 水生生物就會產生氧化應激反應, 抗氧化酶防御系統破壞, 生長生理受到影響, 甚至死亡。米氏凱倫藻 ()屬于甲藻門, 裸甲藻目, 凱倫藻屬, 是世界廣布種, 常見于溫帶和熱帶淺海水域[6]。該藻具有較強的環境適應力, 其誘發的藻華給我國沿海國民經濟造成了巨大的經濟損失。本文重點研究重金屬Zn2+脅迫下米氏凱倫藻()的生長生理響應, 以期為海洋微藻的生理生態學研究提供一些參照數據。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗選用的米氏凱倫藻()取自暨南大學生命科學技術學院水生生物研究中心藻種室。微藻培養所用的人工海水, 先經121.3 ℃高壓濕熱滅菌20 min, 待其冷卻后再用于微藻的培養。微藻培養所需的玻璃三角瓶均預先用稀HCl浸泡24 h, 經蒸餾水沖洗干凈, 烘干后于121.3 ℃滅菌20 min備用。培養過程中, 將已知起始密度的目標藻種分別接種于添加f/2培養基的滅菌人工海水中, 玻璃三角瓶中置于人工氣候光照培養箱中靜置培養, 培養溫度為(23±1) ℃, 光照強度約為80 μmol·m-2·s-1, 光暗周期為12h: 12h, 每日定期搖晃三角瓶多次, 并隨機改變三角瓶位置。實驗周期開始前, 先對藻種活化及擴大培養, 并選取處于對數生長期的海洋微藻用于實驗。實驗所用的ZnCl2購自上海阿拉丁試劑有限公司, 為分析純, 純度≥99.8%。

1.2 方法

培養基經高壓蒸汽滅菌冷卻后, 分裝于150 mL玻璃三角瓶中, 每瓶100 mL。選取對數生長期藻種進行接種, 初始接種濃度為1.0×105個·mL-1。重金屬離子的工作液由儲備液由培養基稀釋得到, 根據預實驗設置重金屬Zn2+濃度梯度, 分別為0、1、5、10、15和20 mg·L-1。每個處理(含對照組)設置3個平行重復。置于原培養條件下96 h, 通過細胞計數觀測藻細胞的生長繁殖, 并繪制生長曲線并計算比生長速率(μ)。比生長速率()以藻細胞數均值為基礎數據, 按照下面公式進行計算:

= (lnt–lnN) /(–t)

式中:N和N分別為(96 h)時刻和t(初始接種)時的藻細胞數。在比生長率速率基礎上, 采用概率單位-濃度對數法繪制曲線, 根據線性回歸方程計算96 h的半數抑制濃度(EC50)。

參照有關文獻[7-8]測定不同濃度重金屬Zn2+對米氏凱倫藻葉綠體色素含量的影響。取10 mL培養96 h的藻液, 經高速冷凍離心機4 ℃, 5000 g離心15 min, 棄上清液, 加入5 mL抽提液(丙酮: 乙醇=1: 1),震蕩搖勻之后, 4 ℃黑暗靜置24 h后, 同條件離心15 min,取上清液, 用紫外-可見光分光光度計UV2450測定440、645、663 nm波長下上清液的吸光值, 以抽提液作為空白對照, 參照以下公式計算葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類胡蘿卜素(Car)的含量(mg·L-1):

葉綠素a(Chl a)=12.7 OD663– 2.69 OD645

葉綠素b(Chl b)= 22.9 OD645– 4.68 OD663

類胡蘿卜素(Car)= 4.7 OD440– 0.27(Chl a + Chl b)

受試藻種不同濃度重金屬Zn2+暴露處理96 h后, 取 2 mL藻液轉移至專用測量小瓶, 于暗箱中暗適應30 min, 利用植物效率儀(PAM)在室溫下進行測定, 由 3000 μmol·m-2·s-1的連續光誘導, 熒光信號記錄從10 μs 開始, 至 2 s 結束.記錄最大光能轉化效率(Fv/Fm)值。重金屬Zn2+暴露處理米氏凱倫藻96 h, 測定藻體抗氧化系統相關酶類的活性及含量, 指標包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、總抗氧化能力(T-AOC)、丙二醛(MDA)含量, 均采用南京建成公司相應的試劑盒參照操作手冊進行測定。

1.3 數據處理

采用SPASS 15.0進行統計分析, 結果以平均值±標準誤差(Mean±SE)表示, 兩組間數據應用配對t檢驗進行差異分析。

2 結果與分析

2.1 重金屬Zn2+對米氏凱倫藻細胞生長繁殖的影響

米氏凱倫藻在不同Zn2+濃度處理下的細胞生長情況如圖1。米氏凱倫藻細胞在較低濃度重金屬Zn2+處理(0、1、5 mg·L-1)下能保持一直增長的趨勢; 而在較高濃度重金屬Zn2+處理(10、15、20 mg·L-1)下細胞生長受到明顯的抑制。總體而言, 隨著重金屬Zn2+處理的增大, 藻細胞增長減緩。從24 h開始, 較高濃度重金屬Zn2+處理下的藻細胞密度就顯著低于較低濃度重金屬Zn2+處理下的藻細胞密度。24 h時, 0、1、5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下的藻細胞密度分別為15.3×104、13.3×104、12.9×104、11.7×104、10.6×104和8.5×104個·mL-1。此時, 較高濃度重金屬Zn2+處理(10、15、20 mg·L-1)下的藻細胞密度與對照(0 mg·L-1)相比存在顯著性差異, 隨后幾次取樣時間(48h、72h、96h)下的情況類似。24 h時, 較低濃度重金屬Zn2+處理(1、5 mg·L-1)下的藻細胞密度與對照(0 mg·L-1)相比沒有顯著性差異; 而從72 h開始, 較低濃度重金屬Zn2+處理(1、5 mg·L-1)下的藻細胞密度也顯著低于對照。實驗結束時(96 h), 0、1、5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下的藻細胞密度分別為51.7×104、42.6×104、37.3×104、20.5×104、18.3×104、15.9×104個·mL-1。可見, 米氏凱倫藻對重金屬Zn2+脅迫具有一定的適應性。計算重金屬Zn2+對米氏凱倫藻的96 h半數抑制濃度(EC50), 結果為8.76 mg·L-1。

圖1 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的細胞密度變化

Figure 1 Change of cell density ofgrown in different concentration of Zn2+

2.2 重金屬Zn2+對米氏凱倫藻光合色素含量的影響

不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的光合色素含量變化情況如圖2。隨著重金屬Zn2+濃度的提高, 米氏凱倫藻的Chl a含量和Chl b含量呈現降低, 而Car含量呈現增加的趨勢。0、1、5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的Chl a含量分別為0.35、0.26、0.25、0.21、0.18和0.12 mg·L-1; Chl b含量分別為0.08、0.08、0.06、0.03、0.03和0.06 mg·L-1; Car含量分別為0.13、0.15、0.23、0.28、0.35和0.48 mg·L-1。

2.3 Zn2+對三種海洋微藻光合效率的影響

如圖3所示, 0、1、5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的最大光能轉化效率(Fv/Fm)分別為0.52、0.58、0.54、0.54、0.52和0.46, 表明較低濃度重金屬Zn2+一定程度上促進了米氏凱倫藻的最大光能轉化效率(Fv/Fm); 而隨著重金屬Zn2+濃度的提高(至20 mg·L-1), 米氏凱倫藻的最大光能轉化效率(Fv/Fm)有所降低。

圖2 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的光合色素含量變化

Figure 2 Change of photosynthetic pigment content ofunder different concentration of Zn2+

圖3 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的最大光能轉化效率變化

Figure 3 Change of maximal photochemical efficiency ofin different concentration of Zn2+

2.4 重金屬Zn2+暴露處理對米氏凱倫藻抗氧化系統的影響

2.4.1 米氏凱倫藻的超氧化物歧化酶(SOD)活性變化

米氏凱倫藻經不同濃度重金屬Zn2+暴露處理96 h, 其體內的超氧化物歧化酶(SOD)活性變化情況如圖4所示。較低濃度重金屬Zn2+(1和5 mg·L-1)處理下, 米氏凱倫藻的SOD活性與對照組相比無顯著性差異; 重金屬Zn2+濃度為10 mg·L-1時, SOD活性達到最大值, 與對照組相比有顯著性差異, 升高幅度為38.4%; 重金屬Zn2+濃度15和20 mg·L-1時, SOD活性與對照組相比沒有顯著性差異, 維持在35 U·mg-1左右。

2.4.2 米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性變化

不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性變化情況如圖5。0、1、5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性分別為6.1、7.4、10.1、12.9、15.0和13.0 U·mg-1, 表明隨著重金屬Zn2+的濃度的提高, 米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性呈現出先上升后下降的趨勢。其中5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性均顯著高于對照。

圖4 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的超氧化物歧化酶(SOD)變化

Figure 4 Change of SOD activity ofin different concentration of Zn2+

圖5 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性變化

Figure 5 Change of CAT activity ofin different concentration of Zn2+

2.4.3 米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)變化

不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)呈現出一定的波動變化(圖6)。1和5 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)與對照組相比無顯著性差異, 10和15 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)與對照相比有顯著的提高, 而20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)與對照相比有顯著的減低。0、1、5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)分別為4.31、4.33、4.8、7.7、7.2和3.5 U·mg-1。

2.4.4 米氏凱倫藻的丙二醛(MDA)變化

米氏凱倫藻丙二醛(MDA)的含量呈現出隨著重金屬Zn2+濃度的提高而增加的趨勢(圖7)。1 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻丙二醛(MDA)的含量(0.85)與對照(0.83)相比沒有顯著性差異, 5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻丙二醛(MDA)的含量均顯著高于對照, 增幅達200%—300%。

圖6 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻的總抗氧化能力(T-AOC)變化

Figure 6 Change of T-AOC activity ofin different concentration of Zn2+

圖7 不同濃度重金屬Zn2+處理下米氏凱倫藻丙二醛(MDA)的變化

Figure 7 Change of MDA activity ofin different concentration of Zn2+

3 討論與展望

鋅是造紙過程常用的一種重金屬元素, 它不易自然降解, 也難以被微生物分解, 因此容易隨生成廢水的排放流入近海水域, 導致一些近海海域的受污染狀況較為嚴重[9]。基于2017年夏季54個采樣點表層沉積物測試資料, 分析象山近海沉積物中Cr、Cu、Zn、Pb、Hg、As、Cd 等7種重金屬的污染狀況, 結果發現它們的平均質量分數分別為89.860、36.890、108. 740、32.150、0.041、6.090和134μg·g-1[10]; 而有研究測定榮成灣近岸海域14種經濟生物體體內Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As等7種重金屬的含量, 評估人體攝食可能存在的健康風險, 結果表明經濟生物體的重金屬平均含量Zn>Cu>Cr>As>Pb>Cd>Hg, 部分貝類生物體中Zn有超標[11]。因此開展并豐富重金屬鋅對海洋生物的毒理學研究工作具有緊迫性。

本研究發現, 較低濃度(1和5 mg·L-1)的Zn2+濃度下, 米氏凱倫藻細胞還保持較好的生長繁殖, 表明其對重金屬Zn2+具有一定的耐受性; 而隨著重金屬Zn2+濃度的增大, 細胞生長受到抑制, 表現出明顯的毒性效應, 此研究結果與之前的報道基本一致[5]。光合色素是反映植物利用光照進行光合作用的一個重要指標[12], 研究顯示, 在重金屬Zn2+脅迫條件下, 微藻的葉綠素a和葉綠素b的含量呈現下降的趨勢, 而胡蘿卜素反而有所提高, 表明它們對重金屬Zn2+脅迫可能有不同的響應程度和方式。也有研究報道, 微藻在遭受外界脅迫的時候, 光合色素可能提高, 也可能降低, 推測這與實驗條件、脅迫程度以及生物體差異等多種因素有關[12]。Fv/Fm反映的是PS反應中心的內稟光能轉換效率或稱為PSII的最大光能轉化效率。在脅迫條件下, 該參數的變化較大, 因此它可以用來反映微藻生長環境是否良好[13]。本實驗中, Fv/Fm表現出一個低濃度受刺激, 高濃度受抑制的現象, 即毒物興奮效應(hormesis)[14], 說明低濃度重金屬Zn2+在一定程度上能提高微藻光合作用, 促進光系統最大光化學轉化效率及實際的光能捕獲效率; 而高濃度重金屬Zn2+則可能迫使PSII反應中心受損, 抑制光合作用的原初反應, 降低最大光化學轉換效率及PSII實際的光能捕獲效率[15]。類似地, 王山杉等[16]對不同Zn2+濃度條件下培養的固氮魚腥藻的葉綠素熒光參數Fv/Fm進行了測定, 結果表明, 當Zn2+濃度為1.0 μmol·L-1時, 其Fv/Fm值最高; 隨著Zn2+濃度的升高, Fv/Fm值降低, 其生長和光合作用受到明顯的抑制, 結果與本研究基本一致。

超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)是生物體抗氧化防御系統中重要的酶類, 在預防機體的外界損傷有關鍵作用[17]。Zn2+暴露對米氏凱倫藻生理生化的影響過程中, SOD是抗氧化防御系統的第一道防線。Zn2+重金屬離子進入微藻體內后, 體內產生大量的自由基, 若不及時清除, 則破壞生物體活性氧的平衡, 此時機體內的抗氧化酶系統就會啟動, 對抗活性氧的清除和脅迫, 以抵御不良環境的傷害。我們的研究結果表明, 當重金屬Zn2+濃度為10 mg·L-1時, SOD活性達到最大值。CAT在保護藻體免受活性氧破壞中也起到重要的作用, 米氏凱倫藻的過氧化氫酶(CAT)活性在10、15 mg·L-1濃度Zn2+處理下較高。過多的活性氧可引發或加劇膜脂過氧化作用, 造成細胞膜系統損傷, 嚴重時可引起藻細胞的死亡。丙二醛(MDA)是膜脂質過氧化的重要產物, 它能交聯脂類、核酸、糖類及蛋白質從而對質膜結構和功能造成不良影響, 所以其含量高低可以反映細胞膜脂過氧化的程度大小[12]。本研究中, 丙二醛(MDA)呈現出隨著重金屬Zn2+濃度的提高而增加的趨勢, 5、10、15和20 mg·L-1濃度Zn2+處理下米氏凱倫藻的丙二醛(MDA)均顯著高于對照。

需要指出的是, 本研究是基于重金屬Zn2+單一脅迫條件下開展, 但在自然海域環境中, 重金屬之間聯合作用而構成復合污染, 因此重金屬污染常呈現復合性和多樣性[18]。重金屬之間的相互作用通常分為拮抗、加和或協同作用, 當多種重金屬共同暴露于生物體時, 其作用效應與單一重金屬暴露往往有很大的不同[19], 因此需要進一步加強重金屬復合污染研究, 以更客觀體現環境中重金屬污染物與生物有機體之間的相互作用規律和機理。此外, 不同的海洋藻類之間對重金屬脅迫也存在不同的生長響應特征, 而重金屬對藻類生長的脅迫作用還可能受到光照、溫度、營養鹽、pH環境因子直接影響或間接影響。今后將繼續對這些相關的問題進行研究報道。

[1] WOJTKOWSKA M, BOGACKI J, WITESKA A. Assessment of the hazard posed by metal forms in water and sediments[J]. Science of The Total Environment,2016, 15(551/552): 387–392

[2] 林麗華, 魏虎進, 黃華梅. 大亞灣表層沉積物和底棲生物中重金屬的污染特征與生物積累[J]. 生態科學, 2017, 36(6): 173–181.

[3] 熊慧, 楊麗虹, 鄧永智. 福建省安海灣、圍頭灣海域表層沉積物重金屬含量分布特征及潛在生態風險評價[J]. 應用海洋學學報, 2019, 38(1): 68–74

[4] CAI Zhuoping, DUAN Shunshan, ZHU Honghui. Compensatory growth of the bloom-forming dinoflagellateinduced by nitrogen stress[J]. Oceanologia, 2013, 55(1): 269–276

[5] 于小娣, 師玥, 劉泳, 等. 重金屬脅迫對兩種海洋餌料微藻的急性毒性效應研究[J]. 中國海洋大學學報, 2014, 44(2): 53–59

[6] 周欽, 馬增嶺, 袁興偉, 等. 米氏凱倫藻生長對磷的響應及其吸收動力學研究[J]. 上海海洋大學學報, 2017, 26(4): 546–553

[7] 郝建軍, 康宗利. 植物生理學實驗術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2006.

[8] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[9] 王歷瑤, 蘇芳莉, 孫權, 等. 重金屬鋅在蘆葦植株中富集、轉運及分布特征研究[J]. 沈陽農業大學學報, 2016, 47(5): 621–626.

[10] 李金鐸, 虞理鵬, 賀智能, 等. 象山近海表層沉積物重金屬分布特征和生態風險評價[J]. 環境科學研究, 2018, 31(10): 1751–1760

[11] 孫玲玲, 宋金明, 于穎, 等. 榮成灣 14 種海洋經濟生物體中的重金屬水平與食用風險初步評價[J]. 海洋與湖沼, 2018, 49(1): 52–61

[12] 劉易見, 顏韋, 劉春辰, 等. 蒽和鎘對米氏凱倫藻的生長及葉綠素a、丙二醛含量的影響[J]. 生態科學, 2016, 35(4): 47–51.

[13] 梁英, 金月梅, 田傳遠. 磷限制及恢復對小球藻葉綠素熒光特性的影響[J]. 南方水產, 2008, 4(4): 1–7

[14] CALABRESE E J, BAIDWIN L A, HOLLAND C D. Hormesis: a highly generalizable and reproducible phenomenon with important implications for risk assessment[J]. Risk Analysis, 1999,19(2): 261–281.

[15] PARKHILL J, MAILLET G, CULLEN J J. Fluorescence- based maximum quantum yield for PSⅡas a diagnostic of nutrient stress[J]. Journal of Phycology, 2001, 37: 517–529.

[16] 王山杉, 劉永定, 金傳蔭, 等. Zn2+濃度對固氮魚腥藻(Ley)光能轉化特性的影響[J]. 湖泊科學, 2002, 14(4): 350–356.

[17] 張楠, 張清靖, 賈成霞, 等. 重金屬鋅對大型溞SOD、CAT酶活性和GSH含量的影響[J]. 西南大學學報(自然科學版), 2017, 39(1): 69–75

[18] RASHDI S, ARABI A A, HOWARI F W, et al. Distribution of heavy metals in the coastal area of Abu Dhabi in the United Arab Emirates[J]. Marine Pollution Bulletin, 2015, 97(1/2): 494–498

[19] KIM B S,SALAROLI A B, FERREIRA P A, et al. Spatial distribution and enrichment assessment of heavy metals in surface sediments from Baixada Santista, Southeastern Brazil[J]. Marine Pollution Bulletin, 2016, 103(1/2): 333–338

Growth and physiological response ofto heavy metal Zn2+stress

CAI Zhuoping1,2, LIU Weijie1,2, DUAN Shunshan1,2

1. Ecological Society of Guangdong Province, Guangzhou 510650, China 2. Jinan University, Guangzhou 510632, China

An indoor experiment with different concentration gradients of heavy metal Zn2+(0, 1, 5, 10, 15 and 20 mg·L-1) was carried out by usingas material, and determining the cell density, photosynthetic pigments, photosynthetic efficiency, antioxidant enzymes and malondialdehyde (MDA) to study the growth and physiological characteristics ofin response to Zn2+stress. The results showed that under the concentration of 1 and 5 mg·L-1Zn2+,cells still maintained good growth and reproduction, indicating that they were tolerant to Zn2+, meanwhile the growth of cells was inhibited by toxicity with the increase of the Zn2+concentration. At the end of the experiment (96 h), the contents of chlorophyll a, chlorophyll b and carotene fluctuated, and the maximal photochemical efficiency (Fv/Fm) showed a trend of first rising and then decreasing. The activity of superoxide dismutase (SOD) was significantly higher when the Zn2+concentration was 10 mg·L-1than that of the control; the activity of catalase (CAT) increased first and then decreased, and its activity was significantly higher than that of thecontrol under the Zn2+concentration of 5, 10, 15 and 20 mg·L-1; the total antioxidant capacity (T-AOC) ofat the Zn2+concentration of 10 and 15 mg·L-1was significantly higher than that of the control, while at the Zn2+concentration of 20 mg·L-1was significantly lower than that of the control. The content of malondialdehyde (MDA) increased with the increase of the Zn2+concentration, and the content of malondialdehyde (MDA) oftreated with 5, 10, 15 and 20 mg·L-1Zn2+concentrations was significantly higher than that in the control. The results can provide data for understanding the toxicity of heavy metals to marine microalgae.

heavy metal;; growth and physiology; antioxidant enzymes

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.023

Q494

A

1008-8873(2019)02-176-06

2018-10-07;

2018-12-25

廣州市科技計劃項目(201707010481)

蔡卓平(1980—), 男, 博士, 副編審, 主要從事生態學研究工作, E-mail: zpcai@scau.edu.cn

蔡卓平, 劉偉杰, 段舜山. 重金屬Zn2+脅迫下米氏凱倫藻()的生長生理響應研究[J]. 生態科學, 2019, 38(2): 176-181.

CAI Zhuoping, LIU Weijie, DUAN Shunshan. Growth and physiological response ofto heavy metal Zn2+stress[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 176-181.