低剂量多次暴露焦性没食子酸的抑藻效果初步研究

目前实验室对化感物质抑藻效应的研究多在EC50水平上进行,而水生植物释放化感物质具有微量、持续性的特征。本研究试图探索在化感物质暴露总量相同的前提下,全剂量一次性暴露与低剂量多次暴露在抑藻效果上是否存在差异,以便为今后开展进一步研究提供依据。实验以能够诱导藻细胞产生活性氧进而引发氧化损伤的化感物质焦性没食子酸作为研究对象,以细胞密度、细胞内O2·ˉ、H2O2及OH·的产生水平和细胞膜损伤情况作为指标,比较了低剂量多次暴露(0.25 mg/L×4次×5 d,间隔4 h)与单次暴露(5 mg/L)对铜绿微囊藻的致毒效应。实验结果显示,就生长速度而言:单次暴露组<低剂量多次暴露组<对照组;而低剂量多次暴露下样品藻细胞内的O2·ˉ、H2O2及OH·水平则呈逐步升高趋势(P<0.01),且当累计暴露量仅为设计暴露总量的一半时就超过了单次暴露下的相应水平,到实验的第5天分别达到相应单次暴露组的1.10(O2·ˉ)和1.06(H2O2及OH·)倍;而膜损伤的情况,单次暴露与低剂量多次暴露均能造成藻细胞膜的损伤,且相对膜损伤水平(%)实验后期还维持在160%上下。从上述实验结果看出,低剂量多次暴露的方式很可能具有比单次暴露更强的持续抑藻能力,因而开展对低剂量多次暴露条件下化感抑藻效应的研究十分重要,其结果将更接近水生植物释放化感物质的低剂量、持续性特征。     

酚酸类物质对水华藻类的化感作用及其机理

研究了酚酸类物质阿魏酸和对羟基苯甲酸对水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)以及蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的化感抑制作用及其机理.结果表明,对羟基苯甲酸浓度为0.6mmol/L,阿魏酸浓度为1.0mmol/L时,对水华鱼腥藻和蛋白核小球藻均有明显的抑制作用,其中对羟基苯甲酸的化感抑制作用较阿魏酸显著,对水华鱼腥藻的抑制作用比对蛋白核小球藻显著.其抑制作用表现为藻细胞生长量以及藻细胞叶绿素a含量下降、细胞内超氧阴离子自由基增高以及膜脂质过氧化产物丙二醛(MDA)积累、细胞超氧化物歧化酶(SOD)的活力和比活力开始时应激性升高.推测酚酸类物质化感抑制作用的机理可能与自由基的产生以及膜脂质过氧化增加引起膜结构的破坏、细胞功能受损有关.2种酚酸类物质联合用时具有协同抑藻效应.     

两种化感物质联合抑藻的模型建立及数学最优化

在化感物质焦性没食子酸和亚麻酸单独抑藻的基础上,将两种化感物质按不同初始浓度组合进行联合抑藻的实验.根据实验过程中藻密度的变化趋势及特征,采用微元分析法,通过相应的偏微分方程,建立了化感物质复合抑藻时的数学模型.结果表明,该模型能够有效地分析和预测焦性没食子酸与亚麻酸在一定浓度范围内联合抑藻时藻密度随时间的变化规律.根据该模型还可以预测不同时间节点上,化感物质复合抑藻的半抑制浓度(EC50)、最小有效浓度(MIC),以及联合抑藻的最佳浓度组合和在成本控制下的联合抑藻最佳浓度组合等.该研究对指导制备高效、经济的复合生物抑藻剂及其应用均具有一定的理论意义和实用价值.     

纳米TiO2对短裸甲藻的毒性效应

为了揭示纳米TiO2对藻类的毒性作用和机制,研究了纳米TiO2对短裸甲藻的抑制特性及对酶活性、氧自由基等生理指标的影响.结果表明,纳米TiO2对短裸甲藻的生长有抑制作用,72 h半数致死浓度(EC50)为9.7 mg.L-1.在受试范围内随着纳米TiO2浓度的升高,超氧化物歧化酶(SOD)的活性显著性下降(P<0.05),随TiO2浓度增加,羟自由基的含量和过氧化氢酶(CAT)的活性显著性增加(P<0.05),超氧阴离子自由基含量也呈现升高的趋势.对照组羟自由基的含量是0.083U.mL-1,而在30 mg.L-1的纳米TiO2作用下,羟自由基的含量上升到1.1 U.mL-1.在20 mg.L-1纳米TiO2作用下,随着时间的延长,SOD活性、CAT活性和MDA(丙二醛)在暴露时间为12 h时达到最大,而48 h时降低到最小.12 h SOD的活性是0.14U.(107cell.min)-1,而48 h SOD的活性为0.01 U.(107cell.min)-1,而羟自由基只在48 h处呈显著性上升(P<0.05).纳米TiO2对抗氧化体系和自由基的影响可能与其抑藻机制有关.本研究为揭示纳米材料的环境生态效应提供了基础.     

亚油酸对铜绿微囊藻的抑制机理

为有效利用化感物质控制水华藻类,实验探讨了亚油酸对铜绿微囊藻的抑制机理.结果表明,采用亚油酸处理铜绿微囊藻后,铜绿微囊藻的叶绿素a含量下降、细胞外液中电导率、OD260增加;细胞O2 、MDA产生增多; SOD酶活力和比活力、谷胱甘肽-过氧化物酶(GSH-Px)酶活力在前4d内应激性升高,SOD同工酶的谱带在亚油酸浓度为0.1mg/L时表达增强.在亚油酸抑藻的实验组中同时加入抗氧化剂维生素C后, O2 的产生减少,藻生物量增加.因此推测亚油酸的抑藻机理可能是通过O2 的产生,引起细胞质膜的膜质过氧化,造成细胞膜通透性的改变,并导致DNA等生物大分子的损伤,从而抑制了叶绿素a以及有关蛋白质的合成,最终使藻细胞死亡与溶解.     

3种酚酸对中肋骨条藻生长的抑制作用

采用外源添加方式,通过监测藻细胞数量变化,分析了香草酸、对羟基苯甲酸和焦性没食子酸对中肋骨条藻生长的抑制作用。结果表明,在32~256mg/L浓度范围内,随着浓度的增大,3种酚酸对中肋骨条藻的抑制作用明显增强。当浓度为192mg/L时,3种酚酸对中肋骨条藻的生长抑制率超过50%。香草酸、对羟基苯甲酸和焦性没食子酸对中肋骨条藻的半抑制浓度分别为153mg/L、145mg/L和108.0mg/L。进一步,研究发现3种酚酸的半抑制浓度作用下,藻细胞内叶绿素、蛋白质和多糖含量明显低于对照组,胞外蛋白质和胞外多糖含量没有明显差异,但二者比值与对照组相比,有明显的增大趋势。3种酚酸显著降低了藻细胞SOD和POD比活力,尤其是显著降低了POD比活力,使其比活力降低为对照组的18%~39%。香草酸、对羟基苯甲酸和焦性没食子酸均致使藻细胞MDA含量明显升高,其数值增大为对照组的1.6、2.2和2.4倍。上述研究表明,3种酚酸通过影响某些主要生化成分的合成及其活性的影响,从而实现对中肋骨条藻生长的抑制作用。     

壬基酚对胶州湾典型微藻的毒性效应

以胶州湾常见优势藻种中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)为受试生物,考察了壬基酚(NP)对两种海洋微藻的急性毒性效应,同时以超氧化歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量为指标,研究了两种海洋微藻细胞内抗氧化系统对NP氧化胁迫的响应。结果表明,NP对中肋骨条藻和旋链角毛藻生长抑制的96 h-EC50分别为0.13 mg/L和0.22 mg/L,中肋骨条藻对NP的毒性更为敏感。当中肋骨条藻培养体系中NP浓度在0.04～0.16 mg/L和旋链角毛藻培养体系中NP浓度在0.05～0.20 mg/L时,两种海洋微藻体内SOD活性均呈现出先诱导上升后抑制降低的变化趋势,MDA含量则随NP浓度的增大而增大;而在低浓度NP(<0.05 mg/L)胁迫下,96 h实验周期内,两种微藻细胞内SOD活性和MDA含量与不添加NP的对照组相比无显著差异(P>0.05),表明低浓度的NP胁迫下微藻体内诱导产生的抗氧化酶能够及时清除活性氧自由基,防止细胞受到损伤。暴露实验72 h后,两种微藻细胞内的SOD活性和MDA含量与NP作用浓度呈现显著的浓度-效应关系,这表明微藻细胞内SOD活性和MDA含量可以作为生物标志物用于近海水体中NP生态风险评价。     

阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻的化感作用

通过对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的藻液D680、叶绿素a、电导率(EC)值以及超氧阴离子自由基O.2-含量的测定,研究了不同浓度的阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻的生长抑制作用及其机制.结果表明,阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻的生长均产生"低促高抑"作用,浓度高于100 mg.L-1的阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻表现出明显的抑制作用,200 mg.L-1的阿魏酸和香豆素第6 d的平均抑藻率分别为80.3%和58.0%.在高浓度阿魏酸和香豆素抑制作用下,铜绿微囊藻的叶绿素a含量迅速降低、EC值和O.2-含量明显增大,说明化感物质可能通过破坏细胞膜、增加O.2-含量、降低叶绿素a含量等作用抑制藻细胞的生长.此外,种子发芽实验结果表明,阿魏酸较香豆素毒性小.     

水生植物化感抑藻作用机制研究进展

富营养化引起的藻华问题是当前许多水体面临的重大环境问题。化感抑藻现象的发现为这一问题的解决提供了一种新思路。目前,已发现很多水生植物具有化感抑藻效应,通过恢复受污染水体的水生植被群落来进行水体修复的工程案例逐渐增多,但对水生植物抑藻机制的研究还不够深入,化感作用机理的揭示对于藻生理生态研究和水华的控制有重要意义。文章主要从生理生化的角度介绍最近几年水生植物及其化感物质的抑藻机制研究进展,指出化感物质可能的抑藻机制,包括:化感物质对细胞膜,呼吸作用和光合系统Ⅱ(PSⅡ)造成影响,化感胁迫后胞内活性氧(ROS)水平升高而导致藻氧化胁迫,NO作为化感作用的信号分子,介导藻细胞的程序性死亡。不同化感物质作用靶点的探寻,化感物质在胞内转化途径,化感物质介导信号分子调控网络以及化感物质诱导的程序性死亡的研究将会是今后化感抑藻机理研究的重要方面。     

a-亚麻酸对赤潮异弯藻生长的抑制作用

探讨了a-亚麻酸对赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)生长的抑制作用,并从细胞膜渗透性、抗氧化酶系和光合放氧量等方面研究了其抑制机理.结果表明,a-亚麻酸对赤潮异弯藻有明显的抑制作用,其第7d的IC50为2.4μL/L.在a-亚麻酸作用下,细胞内Na+、K+、Mg2+和Ca2+浓度随着实验的进行受到不同程度的影响,在36h后都出现明显的下降;藻细胞内可溶性蛋白质含量下降,超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT).在8h时明显高于对照组,之后逐渐下降,到36h时低于对照组;丙二醛含量(MDA)表征了脂质过氧化强度和膜系统受损程度,其在12h时明显高于对照组,之后慢慢下降;藻细胞的光合放氧量呈逐渐下降趋势.结果表明,a-亚麻酸通过改变细胞膜透性和自由基反应,从而破坏藻细胞的结构,进而达到抑藻的效果.