纳米MgO对斜生栅藻的毒性效应及致毒机理

为探究纳米氧化镁(MgO)对微藻的毒性效应及致毒机制, 以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为实验材料, 测定了纳米MgO对斜生栅藻细胞形态、生长、叶绿素含量及SOD和POD酶活性的影响.结果表明, 低浓度的纳米MgO(>0.8 mg·L-1)即可对斜生栅藻的生长及叶绿素的合成有抑制作用, 说明纳米MgO对斜生栅藻具有明显的毒性.100 mg·L-1纳米MgO处理时, 完全抑制了栅藻的生长和叶绿素的合成, 藻细胞在4 d内死亡.通过亚甲基蓝还原法测定培养体系中活性氧(ROS)含量发现, 随着纳米MgO浓度的升高, ROS大量增加;且纳米MgO暴露条件下, POD酶活性相比于对照组显著增强, 但不同浓度纳米MgO处理组之间POD酶活性无明显差异.纳米MgO处理96 h后, 当其浓度高于0.8 mg·L-1时, SOD酶活性随浓度升高而降低, 表明长时间暴露于纳米MgO后, SOD酶活性受高浓度纳米MgO抑制, 而POD酶则作为主要的抗氧化酶清除产生的各种自由基.扫描电镜观察发现, 纳米MgO(>20 mg·L-1)处理时, 斜生栅藻细胞变形, 甚至裂解.纳米MgO发生团聚, 附着在栅藻细胞表面;团聚的纳米MgO对藻细胞鞭毛有缠绕作用, 使细胞聚集成团, 限制了藻细胞的游动, 并导致细胞间相互遮弊, 不利于藻细胞吸收光能.透射电镜观察发现, 纳米MgO没有进入藻细胞内部.通过测定纳米MgO解离出的Mg2+的含量和对藻细胞部分生理生化指标的影响发现, 其对藻细胞没有毒性效应.因此, 纳米MgO对斜生栅藻的致毒机理可归纳为:通过释放大量ROS对藻细胞产生氧化胁迫抑制其生长;高浓度的纳米MgO引起藻细胞的接触性物理损伤, 导致藻细胞质壁分离, 裂解;同时纳米MgO团聚并覆盖在藻细胞表面, 通过与藻细胞鞭毛的相互作用使细胞聚集成团, 影响细胞的正常游动及其对光能、营养物质的吸收利用和气体的交换.