藻类对重金属胁迫的生理响应机制

藻类对重金属的解毒机制
王音;顾泳洁
【期刊名称】《生物学教学》
【年(卷),期】2000(000)009
【摘要】本文综述了藻类对重金属的主要解毒物质———植物螯合素和类金属硫蛋白的特性、产生过程及解毒机制。

并提出了植物螯合素在重金属污染监测方面的应用前景及存在的问题
【总页数】3页(P)
【作者】王音;顾泳洁
【作者单位】华东师范大学环境科学与技术系
【正文语种】中文
【中图分类】Q945
【相关文献】
1.藻类对重金属的生物吸附技术研究及其进展 [J], 杨芬
2.藻类对重金属的耐性与解毒机理 [J], 周文彬;邱保胜
3.藻类对重金属的耐性与解毒机理 [J], 陈野;吴小松
4.酵母菌对重金属的吸附与抗性和解毒重金属的胞内分子机制研究进展 [J], 李丽杰;贺敏;贺银凤;孙禹
5.藻类对重金属的生物修复研究进展 [J], 秦昌旭;徐丽梅
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课题的目的和意思光合作用即光能合成作用是植物、藻类在可见光的照射下经过光反应和碳反应利用光合色素将二氧化碳或硫化氢和水转化为有机物并释放出氧气或氢气的生化过程。

光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和是生物界赖以生存的基础也是地球碳氧循环的重要媒介。

光合作用对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义,光合作用除了制造数量巨大的有机物实现巨大的物质转变将CO2和H2O合成有机物将太阳能转化为化学能,并储存在光合作用制造的有机物中,以及净化空气维持大气中的O2和CO2含量保持相对稳定还对生物的进化具有重要作用。

但是,高等植物的光合作用经常受到各种不利环境因素的影响重金属污染就是其中的因素之一。

重金属离子以各种途径和不同形式释放于环境它们作为一种逆境因子胁迫植物的各种生理过程使植物的生长受到抑制。

光合作用对重金属离子的作用较为敏感重金属胁迫使植物的光合速率下降这已为众多实验所证明光合降低应与植物种类和发育时期以及重金属的种类密切相关且与胁迫程度呈正相关。

重金属离子对光合作用的毒害机理也已逐渐被深入探讨。

二、国内的研究进展重金属离子对植物光合作用的影响是复杂的、多方面的。

不同重金属离子可能有不同的作用部位和作用方式而相同的重金属离子又因浓度和作用于不同的植物而有所差别在自然环境中通常发生的可能是几种重金属离子的混合污染它们的相互作用可能导致拮抗或协同效应更增加了反应的复杂性这都需要进一步深入细致的研究探讨。

1、重金属离子对叶绿素含量和叶绿体结构的影响叶绿素含量的变化重金属离子Cd2+、Pb2+、Hg2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等均可使高植物的叶绿素含量明显降低。

有报道认为Cd在低浓度短期内对叶绿素合成有刺激作用而超过一定浓度后才对叶绿素起破坏作用。

重金属导致叶绿素含量降低可能是引起光合速率下降的原因之一但叶绿素含量的降低程度通常小于光合速率的降低。

还有研究表明对叶绿素合成的抑制早于对光合作用功能的抑制。

黑藻(Hydrilla verticillata)对重金属Cd^(2+)的积累及生理响应焦轶男;朱宏【期刊名称】《中国农学通报》【年(卷),期】2014(30)5【摘要】以黑藻(Hydrilla verticillata)为材料,研究不同浓度重金属Cd2+处理下,黑藻各部位对重金属的积累程度以及部分生理指标的变化趋势,以明确黑藻是否具有植物修复的潜力。

采用原子吸收光谱法对植物各部位积累重金属程度进行检测,采用比色法对植物材料部分生理指标进行检测。

结果表明,与茎相比,黑藻叶部对重金属有高浓度的积累;另外,随着重金处理浓度的增加保护酶体系中的过氧化氢酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均呈先上升后下降的趋势;膜质过氧化物丙二醛(MDA)含量则呈先下降后平稳最后上升的趋势,分析可知保护酶系统的激活会对MDA起到一定抑制作用,从而保护重金属胁迫下植物的膜系统。

以上结果表明,黑藻可以积累一定浓度的重金属,对适当浓度范围内的重金属Cd2+表现出明显的生理性适应,黑藻具有植物修复潜力。

【总页数】5页(P249-253)【关键词】Cd^2+;黑藻;重金属;含量检测;生理指标【作者】焦轶男;朱宏【作者单位】哈尔滨师范大学生命科学与技术学院【正文语种】中文【中图分类】X5【相关文献】1.互花米草(Spartina alterniflora L.)对重金属Cd胁迫的生理响应 [J], 李丽霞;赵吉强;陈世华;蒲韵婷;郭善利2.轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)干粉对重金属吸附特征的研究 [J], 邱元凯;邓培雁;欧阳邓福;刘威3.棒叶蕨藻变种对重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+胁迫的生理响应 [J], 王荣霞;黄敏;陈傅晓;谭围4.车前草对重金属铜和镍的积累及生理响应 [J], 刘丽杰;刘凯;孙玉婷;王璐瑶;丁美云;张东向;金忠民5.裸燕麦对重金属镉(Cd)胁迫的生理生态响应及Cd累积特性 [J], 刘建新;欧晓彬;王金成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

苔藓植物对重金属污染的响应机理和生物指示的研究苔藓植物是一类生活在陆地和水生环境中的低等植物，由于其较强的适应能力和对环境变化以及污染的敏感性，成为了重金属污染环境的生物指示植物。

针对苔藓植物在重金属污染环境中的响应机理和生物指示的研究，已经取得了很多重要的发现。

苔藓植物对重金属污染的响应机理主要包括以下几个方面：1.重金属的吸收与积累：苔藓植物在重金属污染环境中具有高效吸收并富集重金属的特性。

这主要归因于苔藓植物体内强大的离子吸收能力和较大的比表面积。

2.重金属的转运与排泄：苔藓植物体内的金属离子通常通过细胞壁、绿色植物体和根系间隙液进行转运和排泄。

这些过程是苔藓植物对重金属进行生物转化与解毒的关键环节，也是构建其重金属排放和耐受机制的重要基础。

3.重金属对生理和生化指标的影响：苔藓植物在受到重金属污染后，往往会发生一系列生理和生化指标的变化，如生长抑制、膜损伤、抗氧化能力降低以及细胞色素P450等相关酶系统的激活。

这些指标的变化可用于评估重金属对苔藓植物的毒害效应。

4.基因表达与蛋白质相关调控：在重金属污染环境中，苔藓植物通过调控基因表达和蛋白质合成来适应环境应激。

通过转录组、蛋白质组和代谢组学等技术，可以研究苔藓植物在应对重金属污染中的基因调控与代谢调控机理。

总体来说，苔藓植物在重金属污染环境中的响应机理和生物指示的研究为重金属污染的生态风险评估提供了重要的依据，也为重金属污染环境的治理与修复提供了新的思路和方法。

随着对苔藓植物研究的深入，人们对于苔藓植物对重金属污染的响应机理和生物指示的认识将进一步深化，为保护环境和人类健康提供更有针对性的措施和方法。

海洋生物对重金属污染的生态修复# 1. 重金属污染的严峻形势重金属污染是目前全球面临的一个严重环境问题。

随着工业化的不断推进，大量重金属被排放进入海洋，对海洋生态系统造成了严重破坏。

重金属污染不仅危害海洋生物的健康和生存，还对人类健康构成威胁。

# 2. 海洋生物的生态修复能力海洋生物具有一定的生态修复能力，它们能够吸收并转化重金属污染物，从而减轻污染对海洋生态系统的影响。

## 2.1 海藻和海草海藻和海草是重金属污染生态修复的重要参与者。

它们能够通过吸附和累积重金属离子的方式，将其从海水中去除。

此外，海藻和海草对重金属污染具有良好的抗氧化能力，起到净化海水的作用。

## 2.2 海洋微生物海洋微生物也是重金属污染生态修复的重要组成部分。

一些微生物具有降解重金属的能力，能够将污染物分解成对海洋生态系统更友好的形式。

此外，海洋微生物还能够转化重金属污染物，将其转化为无害的物质。

# 3. 应对重金属污染的策略为了保护海洋生态系统并减轻重金属污染对环境和人类健康的威胁，我们需要采取一系列的策略。

## 3.1 加强监测和监管重金属污染的防控需要建立完善的监测和监管体系，及时发现和控制污染源的排放。

只有从源头上控制污染物的排放，才能有效降低海洋生态系统的受损程度。

## 3.2 采用生物修复技术生物修复技术是利用海洋生物的生态修复能力，通过人工引入适应性强的物种来净化污染水域。

这种方法具有成本低、可持续性强的特点，是一种有效的生态修复手段。

## 3.3 推广环保意识推广环保意识对于重金属污染的防控十分重要。

通过加强环境教育和宣传，提高公众对重金属污染的认识和意识，才能形成广泛的环境保护合力。

# 4. 结论海洋生物对重金属污染的生态修复具有重要的意义。

它们通过吸附、积累和转化重金属污染物，减轻了海洋生态系统的受损程度。

同时，我们也需要采取一系列的应对策略，包括加强监测和监管、采用生物修复技术和推广环保意识，来维护海洋生态系统的健康和人类的福祉。

藻降解重金属的潜能摘要藻类在工业应用中可以降低生物燃料联合生产的成本。

在这些共同生产应用中，生物治理环境和废水变得越来越重要。

重金属污染及其对公共卫生和环境的影响，使人们开始广泛关注开发环境生物技术方法。

回顾藻类生物吸附和（或）中和重金属离子的毒性作用的潜能的研究，主要集中在藻类的细胞结构，预处理，改性以及在生物吸附性能中遗传工程的潜在应用。

我们对预处理，固定和影响生物吸附能力的因素进行了评估，如初始金属离子浓度，生物质浓度，初始pH，时间，温度和多金属离子的干扰，并且引入分子工具开发具有较高生物吸附能力和选择性的工程化藻类菌株。

由此得出结论，以上所提及的参数可以生产出具有高生物修复潜能的低成本微型和大型藻类。

1. 引言重金属离子如铅，铜，镉，锌和镍作为工业废水中的常见污染物，这些导致了对自然环境的污染。

残留的营养物质和重金属离子的工业废水对农业、河流、湖泊和海洋的污染也是很严重的。

重金属离子在食物链中的生物吸附和积累会传给人类，造成严重的健康问题。

重金属离子即使在低浓度下也可能对人体有毒。

例如，铅是剧毒的，会对神经系统，肾脏以及维生素D代谢紊乱从而对身体造成损害，尤其是儿童。

镍化合物是已知的致癌物，长期暴露于镉相关的环境中会导致肾损害，骨矿物质损失，骨折风险增加，肺功能下降。

探索有效处理废水的创新手段，可进一步保护全球淡水资源和水生态系统。

基于藻类的废水处理和环境生物技术在五十多年的工业污染治理和研究中发挥着重要的作用。

为了降低处理成本，从处理的废水中回收贵金属如金和银，以及从水溶液中提取铀等放射性元素都具有一定的经济效益。

然而，处理含有重金属离子的废水是一个巨大的经济挑战。

从废水中去除重金属离子的主要物理化学方法包括化学沉淀、离子交换、电动法、膜处理和吸附。

化学工业规模的高成本和重金属离子的清除不完全是物理化学方法发展的主要限制因素。

此外，越来越严格的规定和限制排放到环境中的排放物需要使用替代方法。

重金属对微藻胁迫的研究现状及前景2009芷No4文章编号:1003—6482(2009)04—0072—11重金属对微藻胁迫的研究现状及前景梁英.王帅(中国海洋大学海水养殖教育部重点实验室,山东青岛266003)摘要:从重金属对微藻生长繁殖,生理生化,叶绿素荧光的影响等方面综述了重金属对微藻胁迫的研究现状及前景,并对叶绿素荧光技术在重金属对微藻胁迫研究中的应用进行了初步探讨. 关键词:微藻;重金属;叶绿素荧光中图分类号:Q945.78文献标识码:A引言微藻是水域中的主要初级生产者,是其他生物提供赖以生存的物质基础.微藻也是贝类,甲壳类等水产经济动物的优质饵料.随着水环境污染的日趋严重,水域中重金属含量严重超标,已达到不可忽视的程度.与水生动物相比,微藻对重金属胁迫更加敏感,并且具有生长周期短,易于分离培养和可以直接观察细胞水平上的中毒症状等优点,是较为理想的实验材料n].众多实验表明,重金属胁迫对微藻的光合作用都有抑制作用,降低效应与胁迫程度成正相关.微藻摄取重金属离子后不易被降解,通过食物链的生物放大作用,在较高级生物体内成千万倍地富集起来,最终进入人体,在某些器官中积蓄起来造成慢性中毒,危害人体健康.因此研究重金属离子对微藻的毒害作用,在此基础上进行水污染生物监测具有十分重要的意义.1960年代以来,国内外许多学者在这方面进行了大量的研究工作,积累了丰富的科学资料,并取得较为满意的结果[2_8].本文从重金属对微藻生长繁殖,生理生化,叶绿素荧光的影响等方面综述了重金属对微藻胁迫的研究现状及前景,并对叶绿素荧光技术在重金属对微藻胁迫研究中的应用进行了初步探讨.1重金属对微藻的毒性作用比较1.1单一重金属对微藻生长繁殖的影响单一重金属对微藻生长繁殖的影响,国内外都进行了大量工作.结果表明,Cd抖,Cu抖,Zn抖,Pb抖,Hg抖,Co,Ni抖,Mn抖,Cr件和La什,这10种重金属离子较低的浓度可促进微藻的生长,较高浓度则抑制其生长,这种低浓度促进,高浓度抑制作用被认为是Hormesis效应_g].一般来讲,几种重金属对微藻的毒性强弱顺序为:Hg>Cd≈Cu>Zn>Pb>Co>Cr.但这并不是绝对的,对不同的微藻而言,对重金属离子的耐受力有所不同.Ismail等m对4 种热带海洋微藻的研究结果表明,Cu.和Cd对每种微藻的毒性大小没有显着差异.Mal—lick和Mohn口l1]对栅藻Scenedesmus进行的研究,得出了Cu>Cd>Zn.的结论. Prangen.的研究结果表明Zn>Cu抖.利用藻类生长抑制试验可以在短时间内准确得到被测毒物的半致死浓度(LC.)或半抑制基金项目:”十一五”国家科技支撑计划(2006BADO9A03)资助第一作者简介:梁英(1967一),女,山东青岛人,教授,博士,主要从事微藻生理生化研究.E—mail:**************.cn收稿日期:2008—09—08y∞Ⅱ报扎通g沼n胡朗O洋S海阻n4期重金属对微藻胁迫的研究现状及前景73浓度(EC.),从而得知被测化学物的生物毒性,在生态毒理学和污染生态学中不失为一种经济快捷,反应灵敏的生物测试方法,在了解重金属对藻类的生态毒理学效应方面有着重要的意义.国内外已对多种微藻受单一重金属胁迫的影响进行了大量研究,并计算出其LC.或EC.. 值.现将1990年代之后微藻受单一重金属胁迫的LC.或EC.值进行总结(见表1).表1微藻的LC..,EC..值TablelV aluesofLC5o,EC5oofmicroalgalspecies74海洋湖沼通报2009正绿藻门自养小球藻Chlorellaautotrophi~口椭圆小球藻Chlorellaellipsoidea蛋白核小球藻Chlorellapyrenoidosa小球藻Chlorellasp小球藻Chlorelavulagris海滩绿球藻Chlorococcumlittorale绿球藻Chlorococcumsp月形藻Closteriumlunula扁藻Platymonassp亚心形扁藻PlatymonassubcordiJbmis 溪菜藻Prasinoc’OCCUSsp羊角月牙藻Selenastrumcaprlornutum 四尾栅藻Scenedesmusquadricauda 斜生栅藻Scenedesmusobliquus ZnzPb9.7mg/L10.2mg/L10.6mg/L36.9mg/L11.2mg/L11.7mg/L21.4mg/L45.9mg/L5.9mg/L5.4mg/L6.4mg/L15.1mg/L95366btmol/L117.09t~mol/L0.241mmol/L0.289mmo1/L0.308mmol/L0.438mmol/L0.211mmol/L0.754mmol/L61.16t~g/dm.286gg/L29.17~mol/L[24]67.3~tg/L67/~g/L473.Obtg/L17.Omg/L4.96mg/L>20.OOmg/L0.77mg/L0.85mg/L0.O05mg/L199.5ug/L202btg/L38.ObLg/L12.6mg/L12.43mg/L2O.89mg/L22.8O～25.84mg/kg 51btg/L123.19～160.OOrng/kg 15.28~33.54mg/l【g 310.96~408.26mg/kg [25][25][z63[27][26][26][28][20][29][z93[30][3o]’[29][3O][13][13][13]D3][13][i3][13][13][31][27][31][31][29][29][29][32][17][13][13][13][13][28][28][1][1]E1]+++++++}}熏三4期重金属对微藻胁迫的研究现状及前景751.2多种重金属对微藻生长繁殖的影响单一重金属污染虽有发生,但在自然界和现实生活中,重金属的污染多为伴生性或综合性c3.重金属彼此之间的相互作用大致有拮抗,协同,相加和致敏等4种类型.不同的藻类对重金属及其相互问的联合作用有不同的反应.Davif3用Cd,Pb和Ni分别组合处理纤维藻(Ankistrodesmuscorda),结果,Ni+Cd,Cd+Pb混合使用时比单独使用更易刺激藻体生长,它们的联合效应为拮抗作用.Ray[3等研究了Cr与Ni,Pb问相互作用对灰色念珠藻(Nost—misoorum)的生长,光合作用影响时,表明Cr+Ni,Cr+Pb对该藻生长的联合作用均为拮抗作用,但Cr+Ni的拮抗作用仅维持到培养72h,随后则表现为协同作用.Ni和Pb混合使用的影响与它们单独的影响没有多大差别.李彬[1对斜生栅藻(Scenedesmusobliiquus)的研究结76海洋湖沼通报果表明,由于4种重金属(Cd什,Cu抖,Zn抖,Pb抖)存在协同作用,复合污染条件下,毒性比单一重金属污染条件下有明显增加.Brack和张怀成[3.]研究报道,Fe什,Mn.对Cu.具有去毒效应,可以有效地缓解了铜的毒性.1.3重金属与环境因索联合作用对微藻的影响重金属对藻类的胁迫作用受各种环境因素直接或间接的影响,主要的环境因素有温度,光照,营养盐,pH值和硬度等.研究表明,温度是环境中重金属离子浓度和重金属对藻类毒性的调节因素之一,通常情况下,重金属对藻类的毒性大小与温度的高低成正相关.水中的pH 值和氧化还原电位是影响水中金属迁移转化的2个重要的理化因素,它们对Zn,Fe,Cu,Mn 这类重金属的迁移转化起着决定作用.Rai[4妇等的研究结果表明,在酸性条件下,重金属的毒性最大,而在碱性条件下,重金属的毒性降低.朱卓洪[】胡报道,盐度和pH值变化对微量重金属(Cu,Pb,Zn,Cr和Cd)生物效应有明显影响,低盐度和高酸度对新月菱形藻(Nitzschia closterium)和亚心形扁藻(Platymonassubcordifomis)生长很不利.当盐度在20～40之间,pH值在7～8之间时,各金属的毒性效应都较小;高盐度和高pH值时,金属的毒性效应有增加之趋势.磷酸盐在降低Zn,Cu,Hg,甲基汞,Fe,Ni等对不同种的蓝藻,绿藻,硅藻的毒性方面起着重要的作用.王修林[4报道,Pb.对旋链角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)和中肋骨条藻(Skeletonemacostatuztt)生长的抑制作用随着营养盐(NO.一N,PO一P)浓度的增加而逐渐降低.硬度在重金属对藻类比毒性的影响直到1970年才引起藻类学家的重视.研究结果表明, 添加Ca和Mn能明显降低Cu,Zn,Hg,Cd等重金属对微藻的毒性.孟祥红[4报道,外源Ca抖浓度升高可降低Pb.(浓度为12/~g/L,50/,g/L,0.1ing/L)对盐藻(Dunaliellasalina)的毒性,表现在初期可以提高盐藻的生长速率.2重金属对微藻生理生化的影响2.1重金属对微藻可溶性糖,酶活性,脂肪酸和甘油以及叶绿素含量的影响可溶性糖含量与微藻的生长情况有关,藻细胞生长良好,光合能力强,合成的糖就较多.张亚楠n研究发现,绿色巴夫藻(Pavlovaviridis)在重金属胁迫作用下,可溶性糖的含量相对于未受重金属胁迫作用时明显降低.张学颖[4]对蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoides)和盐藻的研究结果表明,当Cr.浓度为分别为0.8mg/L,1.0mg/L及0.1mg/L和0.2mg/L时,可溶性糖含量高于对照,而当Cr件浓度分别高于2.0mg/L或0.3mg/L时,糖含量有明显的降低.张建民『4钉报道,Co.浓度范围(0～12rag/L)处理塔胞藻(Pyramimonassp.)对细胞中可溶性糖含量影响不显着,始终保持在4.O8～6.9O左右.研究表明,重金属能与生物体内酶的催化活性部分中的巯基结合成难溶解的硫醇盐,抑制酶的活性,从而妨碍机体的代谢作用.王焕校测定了受Cd计胁迫4d后绿藻苹果酸脱氢酶活性的变化情况,结果表明,Cd.浓度为0.01mg/L时,苹果酸脱氢酶活性为对照的1.O8; Cd.浓度为lmg/L时,活性仅为对照的0.38.Rijstenbil等刀详细研究了Cu抖与zn抖诱导布氏双尾藻(Ditylumbrightwellii)SOD的活性变化,发现谷胱甘肽的含量明显减少,而超氧化物歧化酶的能力则大大增加.表明植物体产生大量的活性氧自由基,导致细胞膜脂过氧化,生理代谢紊乱.Okamoto等D删报道了Cd.等重金属胁迫对扁藻(Tetraselmisgracilis)和多边膝沟藻(Gonyaulaxpolyedra)SOD活性的影响,当扁藻长期处于Cd抖的亚致死量(LCso)的浓度下,微藻细胞的抗氧化物防御机制水平提高,在Cd浓度为1.5mg/L和4期重金属对微藻胁迫的研究现状及前景3.Omg/L时,SOD含量分别增加了41和107.多边膝沟藻暴露在(5.O~g/LHg,0.5mg/LCd,2.Omg/LPb和0.1mg/LCu)下,SOD活性分别提高了134,148,127和139%.重金属对微藻脂肪酸和甘油含量也有显着影响.周丽等r5对盐藻的研究结果表明,低渗胁迫后,La抖处理组甘油含量虽降低但高于对照组;高渗胁迫时,La”处理组甘油含量虽缓慢增加,但低于对照组的甘油含量,说明La抖抑制甘油代谢.李梅[5妇详细研究了Sr胁迫下亚心形扁藻生理生化的变化情况,结果发现随着Sr浓度的升高,亚心形扁藻的脂肪酸种类减少.当Sr抖浓度高于0.36mmol/L时,脂肪酸种类急剧减少.重金属对微藻叶绿素含量的影响与重金属种类,重金属浓度以及微藻种类有关.周银环等_6研究了4种微量金属离子Hg抖,Pb抖,Mn,Co对绿色巴夫藻生长及叶绿素含量的影响,Hg和Pb.的浓度分别为5/~g/L和200/ag/L时,对绿色巴夫藻有明显的促进生长作用,叶绿素a的含量也升高.当Hg浓度大于20/~g/L,Co计浓度大于5ug/L,Mn计浓度大于400/~g/L时,其生长受到抑制,叶绿素a的含量降低.金伟.报道,Cr抖明显抑制亚心型扁藻和湛江等鞭金藻(Dicrateriainornate)叶绿素的合成.低浓度重金属离子对椭圆小球藻(Chlorellaellipsoidea)叶绿素a含量的影响尤为明显,当Cu,Zn,Ni,Cd浓度分别低于10, 600,200,60txmol/L时,随离子浓度增加,叶绿素a含量下降幅度较大[2.张学颖L4对小球藻研究发现,其叶绿素a含量随Cr浓度的增加先升后降,当什浓度低于1.0mg/L时,随Cr抖浓度增加,叶绿素a含量上升,当Cr件浓度大于2.0mg/L时,其叶绿素a含量下降幅度较大,这是由于过量的重金属破坏了藻体的叶绿体,抑制其叶绿素的合成,从而导致其叶绿素a 含量明显下降,同时细胞生长也受到重金属的抑制.张建民[4]对塔胞藻的研究结果表明,当CoC1.浓度达到12mg/L时,细胞中叶绿素含量下降最明显,接近对照组的一半,这可能是单细胞受到Co计损伤后,一些酶的活性被抑制,使叶绿素的合成量下降.2.2重金属对微藻光合作用,呼吸代谢的影响重金属离子可以造成藻细胞线粒体损伤,影响光合作用的电子传递系统,阻碍蛋白质合成而抑制藻类生长.Plekhanov和Chemeris发现蛋白核小球藻在lmol/LCo抖接种后6h,相对光合产氧量为对照组的60.Dai『4妇报道,Cd.可使雪松聚球藻(Synechocoocusce—drorum)的光合放氧量几乎停止.邱昌恩”研究了Cd抖,Cu抖,Zn对绿球藻(Chloro—COCCUTnsp.)生长及生理特性的影响发现,当Cd抖浓度大于5mg/L,Cu.浓度大于0.01mg/L, Zn.浓度大于lmg/L时,绿球藻的光合作用强度随浓度升高逐渐降低.重金属对微藻呼吸作用的影响十分显着.王焕校_4认为低浓度Cd抖刺激植物呼吸酶和三羧酸循环以产生能量是呼吸增加的原因.随Cd.浓度增加,酶活性受抑制,呼吸作用下降.因此,重金属对呼吸作用的效应,不论是增大,还是减小,都可能是重金属作用于呼吸过程中酶活性的结果.3种重金属离子(Cu抖,Cd抖,Zn.)的毒害都能分别使扁藻(Platymonas sp.)和小球藻(Chlorelavulagris)的呼吸强度显着增加.在毒害第3日,呼吸强度达到高峰,以后逐渐下降,这与受毒害的藻种提前进入生长静止期,种群生长周期缩短一致u.在李坤等人的研究下发现,Cu计,Cd对巴夫金藻(Monochrysislutheri)的呼吸作用也是先增强后降低.邱昌恩进行了cd,zn抖对绿球藻生长及生理特性的影响研究发现,随cd抖浓度增加,绿球藻呼吸强度逐渐降低.在0.01～10mg/L的Cu浓度范围内呼吸强度逐渐升高,当浓度在10~200mg/L之间时则逐渐降低.当Zn计浓度在0.1～10mg/L时,绿球藻呼吸强度随重金属离子浓度的增大而逐渐增高,当浓度在10～400mg/L范围内,其呼吸强度随78海洋湖沼通报Zn2+浓度的增加而逐渐降低.说明2种重金属抑制了绿球藻的呼吸作用,各浓度组与对照有显着差异(P<0.05).3重金属对微藻叶绿素荧光特性的影响叶绿素荧光分析技术是1种以光合作用理论为基础,利用体内叶绿素作为天然探针,研究和探测植物光合生理状况及各种外界因子对其细微影响的新型植物活体测定和诊断技术.重金属对微藻叶绿素荧光特性的影响,国内进行得较少,目前仅见少量报道[5.国外进行的较多,测定的主要参数有基础荧光(F.),最大荧光(F),PSII最大光能转化效率(F/F),PSII有效光化学量子产量(F/F『),PSII的潜在活性(F/F.),PSII实际光能转化效率(q~PSII),相对光合电子传递效率(rETR),光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ)等,并以某些荧光参数(F/F,~PSII,qP等)的半抑制浓度(EC..)来表示微藻受重金属胁迫的程度.王山杉等对不同Zn.浓度条件下培养的固氮鱼腥藻(Anabaenaazotica)叶绿素荧光参数F/F进行了测定.结果表明,当zn.浓度为1.O/~mo/L时,其F/F值最高.随着Zn.浓度的升高,F/F值降低,其生长和光合作用受到抑制.Mallick和Mohn[11]研究了重金属Cu,Cr,Ni,Cd,Zn对1种斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)叶绿素荧光特性的影响,结果表明,处理12h之内,F./F可作为重金属胁迫的一个非常重要的指标.这五种重金属离子均使F.升高,F下降,F/F下降,Q下降和Q上升,F/2下降,F./F显着上升.Ivorra等[60]研究了Zn计对1种淡水硅藻异极藻(Gomphonemaparvulum)的影响,在富含Zn.的培养液中处理5h后,其F.和光量子产量显着下降.Lu[6研究发现,Hg通过快速抑制光合作用对蓝藻有急性毒性作用,F/F,F/F,~PSII,qP,NPQ随着Hg抖浓度的升高而逐渐下降.Juneau,Berdey和Popovic[6对小球藻进行了研究,结果表明在cu.为100~tg/L处理5h后,F和F明显下降了2o.Plekhanov和Chemeris.]研究了Zn,Co,Cd对蛋白核小球藻早期光合作用的影响,结果发现,在最初的0.5～2h内,0.1mol/L的Zn就使F/F从0.75降至0.7,当Zn抖浓度为1和10mol/L时,下降的速度就更明显了.Co处理下在最初的30min内,F/F在0.1,l和10mol/L的浓度下分别降低至0.45,0.25和0.15.传统测定重金属毒性的方法是将微藻在含有不同浓度重金属离子的培养液中进行培养,通过微藻的细胞密度,叶绿素含量等的变化情况来反映重金属对微藻生长,繁殖的影响,或者以微藻生长半抑制浓度(EC.)或半致死浓度(LC.)来表示其对重金属胁迫的敏感程度[4.,一般测定其72h或96h的EC..或LC..,但该法存在测量时间较长,测量结果不是很准确(微藻的活细胞和死细胞较难区分)的缺陷.而叶绿素荧光法在微藻重金属胁迫研究中的应用可很好地解决这个问题.目前作者所在实验室正利用德国Walz公司产叶绿素荧光仪(Water—PAM)开展这方面的研究工作.已研究了重金属离子(Cu抖,Zn抖,Cd)胁迫下,三角褐指藻,纤细角毛藻,等鞭藻3011,等鞭藻8701,盐藻,塔胞藻等微藻种类叶绿素荧光特性的变化,还对叶绿素荧光参数,细胞密度及叶绿素相对含量与Cu抖,Zn抖,Cd抖浓度的相关性, 叶绿素荧光参数及叶绿素相对含量与细胞密度的相关性进行了分析.对纤细角毛藻的实验结果表明,重金属胁迫下,其叶绿素荧光参数(F/F,F/G,Y ield和rETR),细胞密度和叶绿素相对含量均与重金属离子(Cu抖,Zn抖,Cd)浓度呈显着的负相关,均随着重金属离子浓度的增加而降低.而某些荧光参数(F/F,F/F.,Yield和rETR)则与细胞密度呈显着的正相关关系,特别是叶绿素相对含量与细胞密度呈极显着的正相关关系.这些实验结果都说明4期重金属对微藻胁迫的研究现状及前景可以利用测定叶绿素荧光参数的变化,来评价不同微藻品种对重金属离子的适应性,并可作为筛选抗重金属污染微藻品种的参考指标,能否直接用作抗重金属污染鉴定指标,还需要针对不同的微藻品种进行大量的实验研究,以确定该法的可靠性和适应性.4发展前景综上所述,重金属胁迫可影响微藻的生长,繁殖,细胞结构及其生理生化功能的影响.随着对微藻研究的深入,仅仅通过观察细胞形态,结构,计数藻细胞密度已远远不能满足我们对微藻的认识了.近些年来,叶绿素荧光技术以其快捷方便,灵敏度高的优点,已经广泛应用到植物生理学的研究中.大量研究表明,植物体内发出的叶绿素荧光信号包含了十分丰富的光合作用信息,其特性又极易随外界环境条件而变化,可以作为快速,灵敏和无损伤地研究和探测重金属胁迫对微藻影响的理想方法口,53,60-64].随着人们对叶绿素荧光技术的不断探索和完善,现今,叶绿素荧光技术已成为研究植物生理学最重要的部分之一,但仍有一些问题尚待进一步探讨:(1)改进和完善叶绿素荧光分析技术,促进测定技术朝小型化,智能化,综合化方向发展,并与其它分析仪器,如紫外分光光度计等相结合,形成一种多功能,综合型的研究检测手段.(2)进一步扩大其研究领域,深入探讨叶绿素荧光技术在各种海洋植物对重金属污染反应的监测,重金属与pH,温度,营养盐,有机物,硬度等多种因素协同作用的检测等研究中的应用.随着叶绿素荧光理论研究和测定技术的进一步发展,叶绿素荧光分析技术必将会在微藻的研究中起着越来越重要的作用.参考文献[1]李彬,李培军,王晶,等.重金属污染土壤毒性的斜生栅藻生长抑制实验诊断FJ].应用生态学报,2002,I3(3):33I-334.[2]Maxwell,K.,andG.N.Johnson.Chlorophyllfluorescence—apracticalguide[J].J.Exp.Bot.,2000, 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藻类富集重金属的特点及其应用展望*陆开形1,2唐建军2蒋德安2**(1宁波大学生命科学与生物工程学院,宁波315211;2浙江大学生命科学学院,杭州310029)=摘要> 以藻类植物为主要对象的水体重金属修复已成为环境科学领域的研究热点.由于其特殊的细胞壁结构、较高的重金属富集能力、简便的解吸附方法等特点,藻类被认为是理想的生物吸附材料.文中简述了藻类适宜高富集重金属的结构及代谢特点,包括具有较高富集重金属能力的细胞壁功能基团、胞外产物、细胞内重金属螯合蛋白,以及生活藻类、死亡藻体及固定化处理后所表现出的高富集能力及简便的解吸附方法等,并对其用于污染水体修复的优缺点及应用趋势进行分析.关键词 藻类 重金属 生物富集 生物修复文章编号 1001-9332(2006)01-0118-05 中图分类号 Q647.3,Q 949;X 75,X835 文献标识码 A Characteristics of heavy metals enrichment in algae and its application prospects.L U K aix ing 1,2,T A NG Jian -jun 2,JIAN G De .an 2(1School of L if e Science and Biotechnology ,N ingbo Univer sity ,N ingbo 315211,China;2College of Lif e Sciences ,Zhej iang Univer sity ,H angz hou 310029,China).-Chin.J.A pp l.Ecol .,2006,17(1):118~ing algae to bio -remedy heavy metals -contaminated waters has become an available and practical approach for environ -mental restorati on.Because of its special cell wall structure,high capacity of heavy meta -l enrichment,and easy to desorp -ti on,algae has been consider ed as an ideal biological adsorbent.T his paper briefly introd uced the structural and metabolic characteristics adapted for heavy metals enrichment of algae,including functional group s on cell wall,ex tracellular prod -ucts,and intracellular heavy metal s -chelating proteins,discussed the enrichment capability of living,dead and immobilized algae as well as the simple and convenient ways for desorption,and analyzed the advantages and disadvantages of using algae for bioremediation of polluted water ,and its application prospects.Key words A lgae,Heavy metal pollutio n,Bioenr ichment,Bioremediation.*国家自然科学基金项目(39970440)、浙江省科学技术协会国际合作项目(200401)和宁波大学基金资助项目(200599).**通讯联系人.2005-02-21收稿,2005-07-13接受.1 引 言随着人类活动的加剧,各种人类生产生活活动向环境中释放的重金属量(离子或化合物)日益增多,严重污染了土壤和水体,给环境和人类健康造成极大危害.关于土壤重金属污染及其生物修复的研究较多[2,2,51],而对水体重金属污染生物修复的研究相对较少.除可利用水生维管植物修复重金属污染的水生态系统外[53],低等的藻类植物由于个体小、生长速度快、代谢迅速、吸附作用快、净化效率高等特点,对水体重金属污染的修复也具有较好应用前景.与其它生物修复方法相比,利用藻类修复重金属污染水体具有投资小、针对性强、吸附量大、污染小、效率高等特点,而且可以选择性去除低浓度重金属,尤其是低浓度及一般方法不易去除的金属,具有显著而独特的环境生态效益.用于生物修复的藻类应具有以下特点:对重金属有较强的耐性;足够的生物量;较强的富集能力;简便的解吸附方法等.本文从藻类吸附重金属的特点,高吸附性能及简便的解吸附方法等方面进行简述,并分析藻类生物修复技术的优缺点及今后的发展趋势.2 藻类植物吸附重金属的内在机制211 结构基础藻类细胞壁是由纤维素、果胶质、藻酸铵岩藻多糖和聚半乳糖硫酸酯等多层微纤维组成的多孔结构,具有较大的表面积.同时,细胞壁上的多糖、蛋白质、磷脂等多聚复合体给藻类提供了大量可以与金属离子结合的官能团(如氨基、硫基、巯基、羧基、羰基、咪唑基、磷酸根、硫酸根、酚、羟基、醛基和酰氨基等)[22],这些官能团能合理排列在具有较大表面积的藻类细胞壁上,与金属离子充分接触.其中有些可以失去质子而带负电荷,靠静电引力吸附金属离子;有的带孤对电子,可与金属离子形成配位键而络合吸附金属离子.同时,细胞壁上还带有一定电荷和粘性,更增加了其对金属离子的吸附能力.在所有官能团中,以多糖提供的羧基最为重要[40].褐藻之所以比其它藻类有更高的重金属吸附性能就是由于其细胞壁多糖的主要成分藻酸盐能提供大量的羧基基团[9],该藻酸盐和岩藻依聚糖对重金属的螯合起主要作用[10].研究发现,多糖在藻类细胞壁中的含量相对较高.如在螺旋藻(Sp ir ulina sp.)中,多糖是除蛋白质外的第二类主要组分,在盐泽螺旋藻(S.sabsalsa )中含量达18%~23%,在钝顶螺旋藻(S.p latensis )和极大螺旋藻(S.max am )等藻株中含量占6%~9%[50].小球藻(Chlor ella sp.)细胞壁含24%~74%(m #m -1)的多糖,2%~16%(m #m -1)的蛋白质和1%应用生态学报 2006年1月 第17卷 第1期 CHIN ESE JO UR NAL OF A PPL IED ECOLO GY,Jan.2006,17(1)B 118~122~24%(m#m-1)的糖醛酸[49].大量研究表明,藻类细胞壁上的功能基团对提高藻类的重金属吸附性能起主要作用.Dav i s等[10]通过对马尾藻(Sar gassum sp.)藻酸盐多聚糖的提取、纯化发现,影响重金属吸附的主要因素是藻酸盐的含量和组成,其中糖醛酸残基起主要作用.Yun等[54]发现,马尾藻对镉的高吸附能力是由于其细胞壁上的羧基和磷酸基团起主要作用,它们分别通过离子交换和配位反应作用于重金属.Raize等[39]通过对非活性马尾藻细胞壁上结合重金属的主要成分)))褐藻酸和硫酸多聚糖等的研究发现,该藻对金属阳离子的吸附是一个表面过程,起主要作用的化学基团有羧基、氨基、巯基、磺酸酯等,分别通过螯和、离子交换、还原反应等起作用.Sheng 等[41]发现马尾藻、团扇藻(Padina sp.)显示出较高的重金属吸附能力,主要是由于细胞壁表面的羧基、乙醇基、氨基的作用.Garden等[13]通过对5种不同藻类的研究发现,当把细胞壁中的羧基脂化后,它们对Cu2+与Al3+的吸附能力显著下降.Chojnacka等[4]用化学方法对螺旋藻细胞表面的主要官能团进行修饰后发现,该藻失去了对重金属的吸附能力.李建宏等[26]在对极大螺旋藻富集重金属的机理研究中比较了藻体与细胞外壁多糖对Co2+、N i2+、Cu2+、Zn2+的吸附量后发现,多糖的吸附量为藻体的8倍左右,从而认为藻细胞对4种离子的吸附主要是多糖的作用.赵玲等[57]通过对海洋原甲藻(Pr ar ocentr um micans)吸附重金属离子的研究发现,从原甲藻中分离出来的多糖对金属的吸附量是藻体对金属吸附量的5倍,认为海洋原甲藻对金属离子的吸附主要在于多糖的作用,其中-OH和-CONH2基是吸附的活性中心. 212代谢基础21211胞外产物的吸附作用除了细胞壁的特殊结构外,藻类通常还会向周围水体中排泄或分泌大量有机物(胞外产物),藻类胞外产物主要由糖类、果胶质等大分子物质组成.与细胞壁内的有机物一样,该胞外产物也能络合金属离子,即通过与重金属形成缔合物或络合物,附着在群体细胞的胶质外鞘上被改变形态,使金属离子不能进入细胞内部,从而降低污水中游离态的重金属离子含量,实现解毒功能.研究表明,许多蓝藻胞外具有由多糖组成的胶鞘、胶被或粘液[12],有些藻类在培养过程中能分泌多聚糖,这些多糖是一些复杂的阴离子络合物,其中约80%含有6~10种多糖, 90%含有一种或更多的糖醛酸,这些胞外多糖能与重金属络合[11].聂国朝[33]研究发现,重金属Cd能刺激丝藻分泌细胞外聚合物,且生物膜去除水中Cd的效率与藻菌生物膜(丝藻与细菌共生体)胞外多聚糖的含量几乎是线性相关,由此认为多聚糖可能是丝藻分泌的胞外聚合物的主要成分.在考虑胞外产物分泌的同时,还应充分利用细菌的降解作用,通过加强菌藻共生研究提高生物修复的效率.21212藻细胞内的金属络合物研究表明,重金属能诱导高等植物合成螯合重金属的蛋白[53],同超富集高等植物一样,金属硫蛋白(M T)、植物螯合肽(PC)等重金属结合蛋白也陆续在藻类中发现.藻类通过诱导产生金属络合物把有害的离子形式转变为无害的蛋白结合形式,从而能够耐受环境中的重金属污染.目前,对不同金属对植物的诱导结果还存在一些差异和不同观点.如T suji等[45]认为,尽管Cd诱导高等植物产生的P C量要多于Zn诱导产生的量,但Zn诱导海洋绿藻杜氏藻(D unaliella ter tiolecta)产生的PC要多于Cd; M orelli等[32]发现三角褐指藻(Phaeodactylum tricor nutum)受Zn胁迫后,尽管藻体内的Zn含量有所升高,但不能诱导合成P C;T ur ner等[46]发现,Zn、Cd能诱导蓝藻内源M T的表达,而Cu没有这种效应;杨玉红等[56]从Cd处理过的蛋白核小球藻(Chlor ella py renoidosa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliq uus)细胞可溶性成分中分离到Cd结合蛋白,而无镉处理的细胞中没有,该蛋白的形成使Cd以无毒形式存在; Gekeler等[14]从重金属胁迫的水藻中分离到PC.至于PC产生的机理,不少研究发现重金属-PC复合物的形成与一些含-SH基团的多肽有关.Pawlik等[36]首次证明了谷胱甘肽(G SH)与As具配位作用,他们发现As能诱使绿藻杆裂丝藻(Stichococcus bacillar is)产生PC,藻体内的A s可与PC、GSH 的-SH基团形成各种复合体;Sato fuka等[43]为研究植物受Cd处理后通过PC的哪个化学基团与Cd形成复合物从而达到解毒作用,用化学方法合成一些富含Cys的多肽进行研究,结果发现,其中的-SH、-OH对重金属多肽复合物的形成起重要作用;T suji等[45]认为,Zn促进杜氏藻产生PC的原因可能是Zn通过刺激活性氧(ROS)的产生间接激活C-谷氨酰半胱氨酸合成酶(C-ECS)和谷胱苷肽合成酶(GS),从而促进GSH的合成,最终诱导P C的合成;P aw lik等[37]也发现,杆裂丝藻在吸收P b的过程中促进了富含-SH基多肽的合成,如PC、GSH,但把藻转到无Pb培养基后大约90%的多肽消失了,显示出藻类对毒性重金属的严密的调控功能,同时也说明PC和G SH是藻类在受到铅胁迫时的主要防御措施.3藻类对重金属的高富集能力311生活藻类具有修复能力的藻类应具备以下特点:既要有较强的重金属富集能力,又要对重金属有较高的耐受性和较大的生物量.大量研究表明,藻类对许多重金属表现出较强的富集能力[26,31,40].不同藻类对不同重金属的吸附性能不同,且活藻对重金属的富集能力比死藻好.原因是活藻具有旺盛的代谢能力,可促进其对重金属的化学吸附,提高重金属富集量.林荣根等[30]研究发现,室温下pH在410~510之间时,海黍子(Sargassum kj ellmanianum)对Cu和Cd单独存在于水中的饱和吸附量分别是大于1150和018mmol#L-1干重;相同条件下,海带(Laminaria j a p onica)对Cu和Cd单独存在于水中的饱和吸着量分别是大于1110和018mmol#L-1干重.李英敏等[28]发现叉鞭金藻(Dicr ater ia sp.)对Cu2+具有较强的富集能力.吴海锁等[52]发现,小球藻吸附重金属离子的速度快,吸附容量大,适宜的pH值在310~510之间,小球藻对Cd2+的吸附性能明显高于其它重金属离子.1191期陆开形等:藻类富集重金属的特点及其应用展望312死亡藻体研究发现,死亡的藻细胞比活的藻细胞具有更强的吸附能力,而利用死的藻体吸附微量元素比利用活体更为经济、高效[29].由于活藻体易受污水中有毒元素的影响,生长受到抑制,因而生长缓慢,处理周期长,而利用死亡藻体无上述缺陷,且不需在污水中添加营养源,可以反复使用.此外,活藻细胞膜具有高度选择性,一般只允许中性分子通过而离子不易通过,而死亡藻细胞壁破碎较多,有更多的内部功能团暴露出来与金属离子结合,且细胞膜失去选择透性功能而更容易让离子通过.死亡藻体主要通过与代谢过程无关的生物吸附来富集金属,虽然丧失了主动运输等富集途径,但蛋白质与多糖在这个过程中起重要作用,生物吸附能力显著提高,总的富集量有所增加[29].Hassen等[17]在用藻类活细胞和预先用热水杀死的细胞对Cu2+进行吸附对比实验中发现,尽管最终吸附量相同,但死亡细胞对Cu2+的吸附速度要大于活细胞.313预处理对藻体重金属富集能力的影响研究发现,藻体经化学修饰、固定化处理或适当诱变后可大大提高其对重金属的吸附能力,显示了利用藻类修复重金属污染水体的巨大潜力.Jalali等[20]发现,用亚铁氰酸盐处理S.glaucescens可使其对铯的吸附量达到最大;严国安等[55]在研究小球藻对含Hg2+污水的净化效率时发现,固定化藻对Hg2+的去除效果明显高于悬浮态藻,由于藻细胞表面的吸附作用,小球藻对Hg2+的去除主要集中在开始的1 ~2d内.浩云涛等[16]在电镀厂附近的水塘中分离筛选获得一株高重金属抗性的椭圆小球藻(Chlorella ellip soidea).研究发现,该藻对重金属具有很好的去除效果,尤其对Zn2+和Cd2+具有很高的耐受性,可用于含重金属废水的处理.刘红涛等[31]通过重金属诱变后分离筛选得到高Cu2+抗性的铜绿微囊藻,其去除铜的能力较野生株大大提高,在110@ 10-5mmol#L-1Cu2+的低浓度下处理96h,抗性株的Cu2+去除率为80177%,而野生株的Cu2+去除率则只有34129%.万利勤等[48]发现,亚心形扁藻(Platy monas sp.)对介质中的Cu2+有很强的吸收和蓄积能力,在含有014mg# L-1Cu2+的介质中对Cu2+的蓄积量可高达21855mg#g-1.表1比较了不同藻类对重金属的吸附能力.314重金属离子的解吸附在采取各种方法净化水体污染时,为避免二次污染,必须采取适当的解吸方法把藻细胞所吸附的金属洗脱下来.理想的解吸附应具有较高的洗提效率并能保持材料的吸附特性[4].因此,能否方便地回收吸附在藻体上的重金属也是判断其能否作为理想生物吸附材料的依据之一.利用藻类修复重金属污染水体的优势之一就是可用一般化学方法解吸被藻细胞吸附的金属离子,且经数次吸附解吸循环后还可保持较高的吸附能力.由于藻类细胞壁是吸附重金属的主要部位,重金属通常通过离子交换的方式被吸附,并以阳离子交换尤其多见,所以常用的解吸附剂是酸.即将吸附着重金属的吸附材料置于强酸性溶液中,通过H+与金属离子竞争细表1不同藻类对重金属的吸附能力Table1Absorptive capacity to heavy metals of different algaes重金属Heavym etal吸附能力Absorptioncapacity(mg#g-1)墨角藻Fuc us v esiulosus[29]Sn28@10-3Pb370无隔藻Vaucheria[29]Co156S r16172杆裂丝藻S tic hococcus bacillaris[29]Cd1117泡叶藻A scophyllu m nodosum[29]Cd100棒托马尾藻Sargassu m baccular ia[19]Cd83118马尾藻S argassum v ulgar is[34]Cd123164Ni58169石莼Ulv a lactu c a[25]Cu65154Zn49154Ni21100海百合Palmaria p almate[38]Pb15117Cu6165厚膜藻Pachy meniop sis sp.[24]Cr225小球藻Chlorella sor odiniana[21]Ni48108固定化小球藻M obilized C.sorodiniana Ni60138马尾藻S sargassu m sp.[24]Ni181酸处理马尾藻Ssargassum sp.tre ated by acid Ni250死马尾藻Dead Ssargassum sp.[5]Cd120化学处理江蓠Gracilaria f isheri treated by chemical[6]CdCu7018146108胞表面的结合位置,置换出重金属离子.常用的酸主要有盐酸、硝酸、硫酸等[5,15,21].用酸解吸被藻类吸附的重金属已得到很多研究者的验证.如Ofer等[34]用盐酸和EDT A(1B1)可将马尾藻吸附的Cd、Ni解吸下来,且经8~9次吸附解吸循环后,马尾藻的吸附率仅下降15%~35%.Jana等[21]用75 mmol#L-1HCl把Chlor ella sor ok iniana吸附的N i解吸下来,其恢复率可达98%,且经7次吸附解吸循环后,吸附率几乎不变.Volesky等[47]用pH为3的CaCl2/HCl(1%w/v)对固定床流动柱中马尾藻吸附的Cu进行解吸,且该流动床能连续使用41d,其生物量只减少2116%,对Cu的吸附能维持在38mg#g-1干重,证明该解吸剂的洗提有效率可达到100%.林荣根等[30]等研究发现,HCl和EDT A两种洗脱剂对Cu的洗脱回收率均接近100%.当然,不同的酸对不同藻类的解吸附效果不同.Chu等[7]发现,用EDT A解吸吸附在马尾藻上的镉比用HCl解吸效果好.此外,还有的重金属是通过阴离子交换的方式被藻细胞吸附.Lee等[24]发现红藻(Pachy meniop sis sp.)对Cr2+的吸附是基于阴离子交换,对阴离子交换的解吸附主要采用碱,即N aOH溶液.如用1mol #L-1NaOH可将Pachy meniopsis sp.吸附的Cr解吸下来.此外,还有盐解吸方法,即把吸附了金属离子的藻体置于某种盐溶液中或用盐溶液冲洗,使金属离子从吸附剂上解吸下来.如Jalali等[19]研究发现,用011mol#L-1CaCl2洗提被马尾藻吸附的铅的效果好于011mol#L-1硝酸,15min即洗提完全且重复性好,经10次循环后藻体生物量几乎没有损失,对铅的吸附能力仍保持在98%左右.4展望藻类对重金属的吸附具有高效、经济、简便、选择性好120应用生态学报17卷等特点,被认为是一种处理水体重金属污染的新型生物材料,有广阔的应用前景.但规模化应用前,首先要解决藻体的收集问题,藻类尤其是单细胞藻由于个体小,处理后不易收集,应用受到限制.但一些大型海藻,尤其是对重金属有较高吸附性能的马尾藻等褐藻门生物后处理相对方便,更适合于规模应用.理想的解决方法是通过藻类修复配套技术(如菌藻共生),利用分解菌将藻体吸附的有毒重金属经生物转化而解毒,解决藻类的收集困难的问题而实现规模应用,提高修复效率.同时,应加强分子生物学与环境科学研究领域的交流与合作,利用转基因工程培育高富集株系,开发修复效率高、运行费用低的新型藻类.如针对Hg的污染及其毒性,可运用分子生物学技术将细菌体内对汞的抗性基因(汞还原酶基因)转到藻类中,进行汞污染的藻类富集与提取.Sur asak 等[44]发现转基因衣藻对Cd的耐受力和吸附核辐射能力都大大增强;也可通过改良遗传特性来提高藻类对污染物的耐性、富集能力或提高超富集藻类的生长速度或生物量,除了直接用重金属诱导来获取高修复率的藻株外,还可通过诱变育种获得优良藻株.如陆开形等[32]通过亚硝基胍诱变雨生红球藻发现,适宜的诱变剂量有助于藻种的改良;通过转基因技术还可把相应的重金属结合蛋白基因,如PC、GSH等多肽基因转入生物量相对较大的藻类,提高其富集能力.如宋凌云等[42]将人肝金属硫蛋白突变体整合到集胞藻6803后,得到了能耐受铜的转基因藻.藻类细胞壁表面的活性基团对藻类的吸附性能起主要作用,通过对不同基团与各重金属相互作用机理的研究,结合对不同藻类细胞壁上不同组分的分析,可筛选出对特定重金属有高吸附性能的藻类,从而提高藻类的修复效率.而利用分子生物学手段,结合扫描电镜(SEM)和X-射线衍射分析技术,对金属在藻细胞内的沉淀位置和状态、金属与藻类细胞特定官能团结合的能量变化以及官能团结构和特性、藻类吸附重金属反应的动力学和热力学特性、藻类体内重金属结合蛋白的诱导机理等进行探讨,可深入了解调控金属超积累作用生理和分子机制.现有研究主要集中于藻类对单一重金属污染水体的吸附能力,对复合重金属污染水体的吸附研究则相对较少.由于自然污染水体中往往是多种重金属共存,而重金属之间的相互作用又会影响藻类对不同重金属的富集能力.如林荣根等[30]发现,当Cu和Cd在水中共存时,海黍子对两者的饱和吸附量均小于二者单独存在时的吸附量,海带对Cu的吸附量稍大于Cu单独存在时的吸附量,而对Cd的吸附量则大幅减少.加强藻类对复合重金属污染水体的富集能力的研究,可为开发具有实际应用价值的重金属污染水体修复藻种提供可靠的依据,并可促进其在含重金属废水处理和贵重金属回收方面的应用.参考文献1Akhtar N,Iqbal J,Iqbal M.2004.Removal and recovery of nickel (II)from aqueous solution by loofa sponge-immobili z ed biomass of Chlorella sorokiniana:Characterization studies.J H azard M ater,108(1~2):85~942Chen S-H(陈素华),S un 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苔藓植物对重金属污染的响应机理和生物指示的研究苔藓植物对重金属污染的响应机理和生物指示的研究随着工业化进程的加快和人类活动的不断增加，重金属污染日益严重。

重金属污染对生态环境和人体健康造成了严重的威胁。

而作为一种生物指示材料，苔藓植物在重金属污染的监测和治理中发挥了重要的作用。

本文将主要探讨苔藓植物对重金属污染的响应机理和生物指示的研究。

苔藓植物对重金属的富集具有较高的选择性和吸附能力。

重金属离子被苔藓植物吸附后会发生一系列的生理和生化反应，以适应不良环境。

首先，苔藓植物在长期重金属胁迫下，会产生一些抗氧化酶系统，例如超氧化物歧化酶、过氧化物酶等，以减轻氧化应激对细胞的损伤。

同时，苔藓植物还会表达一些螯合剂，如底物结合金属载体，通过和重金属结合形成不溶性的络合物，从而减少重金属在细胞内的毒性作用。

另外，苔藓植物对重金属污染的响应机理还涉及到细胞壁的改变。

细胞壁是苔藓植物与外部环境的交界面，重金属离子与细胞壁中的纤维素、木质素等成分结合，使细胞壁的结构改变，从而导致苔藓植物组织的酸碱度、离子交换和通透性的改变。

这种改变有助于苔藓植物在适应重金属污染环境的同时，减少重金属离子进入细胞内的量。

在生物指示方面，苔藓植物可以作为一种重金属污染的指示植物。

苔藓植物的数量和多样性与周围环境的污染程度密切相关，可以通过苔藓植物的生长状况和生物学指标（如叶绿素含量、生物量和叶片解剖特征等）评估重金属污染的程度。

同时，苔藓植物还可以通过吸附重金属离子的能力，将重金属浓缩在体内，为生态环境中重金属污染的治理提供了便利。

然而，苔藓植物对重金属污染的响应机理和生物指示的研究还存在一些争议。

首先，苔藓植物对不同重金属的响应是否一致仍待探讨。

其次，苔藓植物对重金属的忍受性在物种间存在较大的差异，还需要进一步研究各种苔藓植物的耐重金属性能，以选择适合不同重金属污染环境的苔藓植物种类。

此外，苔藓植物在生物指示研究中的局限性也需要深入分析，包括其生长过程是否受其他环境因素的影响以及监测结果的可靠性等。

藻类吸附水中重金属的研究发布时间：2021-09-03T06:40:50.449Z 来源：《学习与科普》2021年9期作者：谢沂芮1 周文锦1[导读] 去除效率高，没有二次污染等优势逐渐被人熟知，研究小球藻处理重金属废水的方法迫在眉睫[4-5]。

1.山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博 255000摘要：将微藻培养与污水处理相耦合，研究了吸附时间和重金属离子浓度对小球藻吸附重金属效率的影响。

结果表明：小球藻吸附重金属分为吸附与累积两个阶段，其对重金属离子的吸附能力强大，效果显著，且吸附率均在90%以上，但吸附过程中存在脱附现象。

小球藻对铜铅镉三种金属的吸附效率有区别，Pb（Ⅱ）>Cd（Ⅱ）>Cu（Ⅱ），吸附阈值均小于10 mg/L。

关键词：小球藻；重金属；吸附重金属通过电镀、农药、化肥等来源进入水环境，造成了水体中重金属含量的急剧增加。

重金属具有迁移性强，不可降解性和毒性大等特点，通过食物链聚集对人类造成危害[1-2]。

目前，重金属的处理方法主要有吸附法、混凝法、离子交换法、电化学技术法等技术手段[3]。

传统处理重金属废水花费昂贵、操作麻烦、处理效率低下。

由于小球藻培养方法简单，繁殖速度快，占地不大，费用较为低廉，去除效率高，没有二次污染等优势逐渐被人熟知，研究小球藻处理重金属废水的方法迫在眉睫[4-5]。

1 长期吸附Cu2+的吸附效果由50 mg/L Cu（Ⅱ）长期吸附的曲线，可以看出50 mg/L的Cu（Ⅱ）藻液在第一天吸附率较低，第二天突然升高，在未来的一周内吸附率变化不大，均在99%左右波动。

通过显微镜观察可以发现，从第二天起藻液中的小球藻均已死亡，这可能是铜离子太高超过小球藻的耐受度导致的。

死亡的小球藻的吸附率本该保持水平，然而吸附率的剧烈升高说明死亡小球藻吸附能力更强。

通过10 mg/L Cu（Ⅱ）长期吸附曲线发现，虽然有所波动，但主要趋势稳定在99%以上，表明小球藻对10 mg/L的Cu（Ⅱ）有较好的吸附能力。