四尾栅藻对壬基酚胁迫的响应研究

刘莉莉+王成

摘 要：选取水体中广泛存在的四尾栅藻为代表，研究其在营养盐限制条件下对壬基酚胁迫的响应。实验设置3个暴露组（0.041、0.103、0.205mg·L-1）和1个对照组（0mg·L-1），测定了96h内四尾栅藻细胞密度、胞外多糖合成、最大光能转化效率（Fv/Fm）以及群体形态等变化。结果显示，随着NP暴露浓度的增加，四尾栅藻的密度、Fv/Fm 等指标的下降幅度更加显著；0.041mg·L-1NP暴露对四尾栅藻的生长、叶绿素a含量以及Fv/Fm等均有促进作用，说明四尾栅藻在NP暴露下能够产生毒物刺激效应现象。

关键词：壬基酚；四尾栅藻；胁迫；毒性效应

中图分类号 X592 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）12-24-04

Study on Scenedesmus quadricanda Responses to Nonylphenol Stress

Liu Lili1 et al.

（1 Jianghuai College of Anhui University，Hefei 230031，China）

Abstract：In order to study the physiological effects of NP on the fresh algae，Scenedesmus quadricanda was exposed to NP of three concentrations（0.041、0.103、0.205mg·L-1） and a control（0mg·L-1） . Its cell number、maximum light conversion efficiency （Fv/Fm） 、extracellular polysaccharide and cell morphology were measured in 96h exposure. Results show that the cell number and Fv/Fm of microalgae were increased in 0.041mg·L-1 NP ，with the increasing of concentrations of NP， the cell number and Fv/Fm of microalgae were decreased，the growth of Scenedesmus quadricanda was inhibited.

Key words：Nonylphenol；Scenedesmus quadricanda；Stress；Toxic effect

壬基酚（Nonylphenol，NP），分子式C15H24O，由苯环和9个碳原子的碳链组成，在工农业生产中得到了广泛的应用，中国年产量约为30 300t，其中的60%会排入污水处理系统并最终排入水环境中[1]。近年来，我国一些重要的自然水体中均已发现NP的存在，并且由于其不易降解的特性导致环境中的NP含量不断累积[2]。水域生态系统主要初级生产力淡水微藻对水域生态系统的平衡和稳定起着十分重要的作用，因其个体小、繁殖快、对毒物敏感等特点，已成为评价水环境质量监测的重要指标[3]。在富营养化的淡水水域中，四尾栅藻（Scenedesmus quadricanda）是常见的优势藻种之一[4]。

目前，在淡水微藻室内毒理实验过程中，BG11是常用的淡水藻类培养基，其ρ（TN）和ρ（TP）分别为247.06mg·L-1和7.11mg.L-1，而在自然水体ρ（TN）、ρ（TP）浓度远远低于培养基[5-6]。本文主要研究在近似水体营养盐条件下四尾栅藻对壬基酚胁迫的响应，包括四尾栅藻细胞密度、最大光能转化效率（Fv/Fm）、胞外多糖含量以及细胞群体形态的变化，以期为合理评价该类污染物对水域生态系统的影响提供基础理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器和试剂 5401-CC275TL型智能人工气候箱，UV-2450型紫外-可见分光光度计，Handy PEA植物效率分析仪等。壬基酚纯品购自上海晶纯实业有限公司。

1.2 藻种及培养条件 实验藻种四尾栅藻由暨南大学水生生物研究所藻种室提供，培养温度为（23±1）℃，光照强度100μmol·m-2·s-1，光暗比为12h（L）∶12h（D）。

1.3 实验设计 采用营养盐浓度减少为原浓度1/10的BG-11培养基。无菌条件下，将处于指数生长期的四尾栅藻离心（3 500rpm，5min，24℃），经无菌蒸馏水反复清洗后接种于1/10的BG-11培养基中，静置饥饿4d后用于实验。实验采用丙酮作为助溶剂，配制丙酮的6个体积浓度系列：0、1、3、5、7和10‰，96h培养后用血球计数板显微计数，测定藻细胞的密度，计算得到丙酮对四尾栅藻不可见效应剂量（No observed effect level，NOEL）为5‰。将预处理过的藻液接种到1/10 BG-11培养基中，接种密度为8.63×105cells·mL-1。NP质量浓度分别为0（加5‰丙酮作为对照）、0.041、0.103和0.205mg·L-1。每个实验设置3个平行，每天摇瓶至少3次，培养96h。

1.4 测定方法

1.4.1 藻细胞密度的测定 每隔24h取样，血球计数板计数。每个样品计数3次，取其平均值。

1.4.2 最大光能转化效率的测定 每隔24h取样，测量前将待测藻液暗适应20min。利用Handy PEA植物效率分析仪测定最大光能转化效率（Fv/Fm）。

1.4.3 胞外多糖含量的测定 每隔24h取样，将藻液通过0.45μm滤膜过滤，吸取2.0mL滤液加入25mL比色管中，以葡萄糖作为标准，用硫酸苯酚法测定胞外多糖的含量[7]。

2 结果与分析

2.1 四尾栅藻细胞密度变化对NP暴露的响应 不同质量浓度NP对四尾栅藻的细胞密度的影响如图1。由图1可知，四尾栅藻细胞起始密度为8.63×105cells·mL-1，在培养过程中，NP质量浓度为0.041mg·L-1处理组细胞密度始终均比同期对照组高，藻细胞数量显著增加，最终为对照组的1.13倍，差异显著（P<0.05）；在0.103mg·L-1NP处理组中藻细胞密度相比对照组无显著差异（P>0.05）。在96h后，0.205mg·L-1NP暴露会抑制藻细胞数量的增加，显著低于对照组（P<0.05），为对照组的74%。表明低浓度的NP对四尾栅藻的生长有促进作用，高浓度的NP抑制了四尾栅藻的生长，0.205mg·L-1NP处理组藻体颜色相比处理组变浅。

2.2 四尾栅藻最大光能转化效率（Fv/Fm）对NP暴露的响应 NP暴露对四尾栅藻Fv/Fm的影响如图2所示。由图2可知：96h后，0.041mg·L-1NP处理组明显提高了四尾栅藻光系统（PSⅡ）的Fv/Fm（n=3，P<0.05），0.103、0.205mg·L-1NP处理则降低了四尾栅藻的Fv/Fm。

2.3 四尾栅藻胞外多糖合成对NP暴露的响应 如图3所示，培养结束后，0.205mg·L-1处理组四尾栅藻细胞胞外多糖含量最高，为对照组的1.05倍，0.041mg·L-1处理组中细胞胞外多糖含量低于对照组，且始终低于同期对照组。

2.4 NP暴露对四尾栅藻群体形成的影响 不同质量浓度NP对四尾栅藻细胞群体形态的影响如图4所示。由图4可知，实验初始阶段，对照组和处理组中四尾栅藻单细胞、双细胞和多细胞群体形态相对比例为69.2%、22.78%、0.08%，培养期间，NP质量浓度0.041mg·L-1处理组中四尾栅藻非单细胞群体相对比例基本均低于对照组；而0.102、0.205mg·L-1处理组中非单细胞群体相对比例在96h后分别比对照组高出3.4%、14.1%。

3 结论与讨论

NP对生物的影响是多方面的，通过本次实验研究表明，低浓度（0.041mg·L-1）的NP对四尾栅藻的生长有一定的促进作用，细胞密度与对照组相比也有所增加，Fv/Fm也有所提高。Fv/Fm反映的是PSII反应中心原初光能转化效率，即最大光化学效率，可以反应植物所受胁迫程度以及植物的光合效能[8]。实验结果表明，低质量浓度（0.041mg·L-1）NP暴露促进了四尾栅藻藻Fv/Fm的升高，这与王山杉等人在固氮鱼腥藻的研究相一致[9]。所以低质量浓度NP对四尾栅藻生长的刺激效应，很可能是因为NP暴露提高了微藻的Fv/Fm，促进了细胞中光合色素和蛋白质等物质的转化合成，从而刺激了微藻细胞相对较快的增长繁殖，致使单个细胞所负担污染物浓度降低，且受损藻细胞逐渐恢复的结果。

而在NP暴露浓度为0.205mg·L-1的处理组中，栅藻细胞中双细胞、多细胞群体明显增多，与单细胞相对比例增大，高于对照组。四尾栅藻群体特征的出现，说明原先的单细胞表面的黏性增强，也就是说与细胞表面粘性有关的胞外多糖含量可能增高了。而本实验通过测定培养过程中四尾栅藻细胞胞外多糖合成的变化也证实了这一点，处理组中藻细胞胞外多糖含量显著高于对照组。可见，四尾栅藻群体的形成与胞外多糖分泌量密切相关，与杨州在铜绿微囊藻中的研究相一致[10]。由于藻类群体的形成，减小了其比表面积和包裹效应（package-effect）的影响，使得藻类群体单位体表面积吸收的光能减少[11]，影响了光合作用的进行；同时，群体形态的维持需要更多的能量用于合成胞外多糖，减少了其他成分（如蛋白质、脂肪）的合成量，从而不利于细胞的增殖和生长[12]。实验测定的细胞密度和Fv/Fm的变化也证实了这一点。

低浓度NP暴露对四尾栅藻的生长、叶绿素a含量以及Fv/Fm等均有促进作用，这表明四尾栅藻可以通过在身代谢的调整来适应低浓度的NP胁迫，低浓度的NP对四尾栅藻产生了毒物刺激效应现象，在一定程度上促进了四尾栅藻细胞的代谢活动，增强了其光合作用效能，其中的促进机理有待于进一步的研究。

参考文献

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（责编：张宏民）