典型污染物对藻类生态毒性效应研究进展

收稿日期:2015－04－02;修回日期:2015－04－10基金项目:水利部公益性行业科研专项(201501042);水利部“948”项目(201407);国家自然科学基金项目(51309019)作者简介:郐安琪(1990－)，男，湖北荆门人，硕士研究生，研究方向为水环境与水生态，(电话)027－82828526(电子信箱)angelbest1@163．com。DOI:10．3969/j．issn．1001－5485．2015．06．0182015，32(06):100－109典型污染物对藻类生态毒性效应研究进展郐安琪a，b，赵伟华a，b，李青云a，b，李欢a，b(长江科学院a．流域水环境研究所;b．流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉430010)摘要:随着科技的进步和工业文明的发展，各种污染物质源源不断进入到水体，对水环境造成了严重污染。以藻类为研究对象，综述了重金属、有机化合物及人工纳米材料对藻类生态毒性效应的研究进展，重点从藻的生长、酶活性、光合作用、细胞结构和代谢等方面进行了归纳，最后对该领域的研究提出了建议及展望。期望能为藻类敏感物种的筛选和生态毒理学基础研究奠定基础。关键词:藻类;重金属;有机化合物;人工纳米材料;生态毒性中图分类号:X172文献标志码:A文章编号:1001－5485(2015)06－0100－10当重金属、有机化合物及人工纳米材料等污染物进入水体后，通过参与水体的生物化学循环，影响着水生态环境安全，给人类生存带来极大威胁，制约着经济社会的可持续发展。在研究水生态环境毒理问题时，通常通过利用水生生物对水体有毒污染物的生理生态学效应来判定水体的污染程度。具体研究内容包括生态系统中有毒有害因素对动物、植物及微生物，在分子、细胞、器官、个体、种群及群落等不同生命层次的损害作用，及这些因素对生态系统影响规律等［1］。在水生生物毒理学研究中，藻类因具有个体小、繁殖快，能在较短的时间内得到受试物对其世代及种群水平的影响并可直接观察细胞水平上的中毒状况等特点［2］，在水体安全评价、环境毒物监测等方面越来越多的使用藻类作为实验材料。一般情况下，当藻类受到污染物毒害时，会表现出一定的胁迫反应，因此藻类常被用来作为环境毒理学的指示生物。藻类生态毒性效应的研究，可以为污染物的监测治理和排放标准的制定提供理论依据，同时为水体污染的生物评价提供一定的指导。1重金属的藻类生态毒性效应1．1单一重金属藻类的生长不仅需要常量元素，如C，H，O，N，P，S，K，Ga，Mg等，还需要Cu，Fe，Mn，Cd等微量元素，然而过量微量元素也会对藻类的生长产生一定的毒害作用，特别是一些重金属元素。研究结果表明，低浓度的重金属促进藻类的生长，高浓度的重金属对藻类的生长有抑制作用，该现象被认为是自我平衡(Homeostasis)效应［3］。Mallick等［4］通过实验研究了3种重金属离子对栅藻(Scenedesmus)的毒性强弱，得出结论:Cu2+＞Cd2+＞Zn2+。一般情况下，重金属对藻类的毒性强弱依次为:Hg＞Cd＞≈Cu＞Zn＞Pb＞Co＞Cr。但这不是绝对的，不同的藻类对金属离子的毒性反应顺序可能有变化。本部分总结了不同重金属对不同藻类的毒性效应浓度，以及重金属对藻类光合作用、酶活性、代谢及细胞结构等方面的影响。1．1．1重金属对藻类的效应浓度目前大多通过藻类生长抑制实验，测定半效应浓度(EC50)来确定重金属对藻类的毒性大小。从收集总结的文献内容来看，蓝藻门、绿藻门、硅藻门、金藻门、甲藻门等均有研究，其中以绿藻门为受试物种的研究最多;重金属主要包括Cu，Cr，Cd，Zn，Pb，Mn等。通过现有研究发现，对于研究较多的重金属Cu，硅藻门的三角褐指藻较为敏感，其96h-EC50为0．017mg/L，而蓝藻门的席藻耐受性较强，其96h-EC50为339mg/L;对于重金属Cd，蓝藻门的水华鱼腥藻较为敏感，其96h-EC50为0．0135mg/L，甲藻门的米氏凯伦藻耐受性较强，其96h-EC50为13．134mg/L。各类不同藻类受单一重金属胁迫的EC50进行归纳总结如表1。1．1．2重金属对藻类光合作用的影响不同的藻类在重金属胁迫下，会产生不同重金第32卷第6期长江科学院院报Vol．32No．62015年6月JournalofYangtzeＲiverScientificＲesearchInstituteJun．2015表1不同重金属对藻类的半效应浓度Table1EC50ofdifferentheavymetalsonalga藻类重金属藻类半效应浓度/(mg·L－1)48h-EC5072h-EC5096h-EC50藻类重金属藻类半效应浓度/(mg·L－1)48h-EC5072h-EC5096h-EC50硅藻门三角褐指藻(Phe