锌（Zn2+）对铜绿微囊藻生长和叶绿素荧光特性的影响

马欠 邓春暖 郭锋锋 徐丽琼

摘 要：研究不同浓度锌（Zn2+）对铜绿微囊藻生长和叶绿素荧光特性的影响.结果表明：锌对铜绿微囊藻的吸光度值（OD680）、藻细胞密度、比生长速率、叶绿素荧光参数（Fv/Fm）、电子传递速率（ETo/RC）影响显著.锌（Zn2+）浓度越高，对铜绿微囊藻生长的抑制就越明显，当Zn2+的浓度达到0.8 mg/L以上时，铜绿微囊藻基本停滞生长甚至死亡.

关键词：锌（Zn2+）；铜绿微囊藻；叶绿素荧光；生长影响

[中图分类号]Q945.78 [文献标志码]A

文章编号：1003-6180（2018）02-0047-04

Abstract：The effects of zinc （Zn2+） on the growth and chlorophyll fluorescence characteristics of chlorophyll were studied.The results showed that the absorbance value （OD680）， the density of algal cells， the ratio of growth rate， chlorophyll fluorescence parameters （Fv/Fm） and electron transfer rate （ETo/RC） were significant.The higher the concentration of zinc （Zn2+） was， the more obvious the inhibition of the growth of the microcystis was. When the concentration of Zn2+ reached 0.8mg /L， the microcystis were basically stagnant and even died.

Key words：zinc （Zn2+）；microcystis aeruginosa；chlorophyll fluorescence；growing influence

我国水体重金属污染严重，很多地方出现重金属超标的情况，湖泊、水库、河流等地的重金属污染率高达80.1%.[1]重金属在水体中以不同的形态在水体、底泥、水生物之间迁移，排入水体后很难被降解消除，对水域生态系统构成严重的威胁.重金属在水体生物、鱼类及农作物中富集，通过食物链的放大富集作用，危害人类的健康.重金属是水体环境因子的一个重要部分，对微藻生长的影响很大，浓度过高会对微藻生长产生威胁.锌（Zn2+）是藻类生长必需的微量元素之一，但是只在适度的范围，如果超过适度的范围，随着浓度的增长，对微藻生物毒性效应相增加，对微藻生长抑制也越强.邱昌恩[2]的研究表明，当锌（Zn2+）浓度低于10 mg/L范围时，绿藻的呼吸强度会随锌（Zn2+）浓度的增加而增强，当锌（Zn2+）浓度大于10 mg/L时，绿藻的呼吸强度随锌（Zn2+）浓度的增加而降低.张铁明[3]的研究表明，桅杆藻对锌（Zn2+）浓度最适宜的范围是0.02 μg/L，当锌（Zn2+）浓度大于0.10 μg/L时，就会对桅杆藻的生长产生抑制作用；铜绿微囊藻最适的锌（Zn2+）浓度范围是0.02～1 μg/L，当锌（Zn2+）浓度超过0.1 mg/L时，铜绿微囊藻的生长受到明显抑制.王山衫[4]等的研究结果表明，当锌（Zn2+）浓度为1 μmol/L时，固氮鱼腥藻的比生长速、光合放养速率、Fv/Fm值都是最高的，是固氮鱼腥藻最适生长浓度.当锌（Zn2+）浓度大于5 μmol/L时，则对固氮鱼腥藻的生长产生明显的抑制.王帅[5]等研究表明，锌（Zn2+）胁迫下杜氏盐藻的叶绿素荧光参数（Fv/Fm）生长会随着（Zn2+）浓度的增加而下降.本文以铜绿微囊藻为研究对象，研究不同浓度锌对铜绿微囊藻生长和叶绿素荧光特性的影响.

1 材料与方法

1.1 试验材料

铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）购自中国科学院武汉水生生物研究所，BG-11培养基，SPSS20.0软件分析，origin8.0绘图.

1.2 试验方法

1.2.1 铜绿微囊藻扩增培养

将处于对数生长期的铜绿微囊藻接种在装有1 L BG-11培养基的三角瓶中，在人工气候箱扩大培养.培养温度25 ℃，光照6 000 lx，光暗比12 h∶12 h.

1.2.2 OD680测量、藻细胞计数和叶绿素荧光参数测定

250 mL三角瓶中分别添加重金属锌（Zn2+） 0，0.08，0.8，8，80 mg/L.藻液铜绿微囊藻初始密度设置为OD680 0.050（±0.01），每天摇晃3次并换动位置.在第1，2，3，4，5，6，7，8，9 d取銅绿微囊藻藻液，测OD680，进行细胞计数，测定叶绿素荧光参数.

OD680测量 每天定时取铜绿微囊藻藻液1次，吸取2.5 mL放入比色皿中，紫外分光光度计测量OD680值.空白校准用BG-11营养液.

藻细胞计数 充分摇匀铜绿微囊藻藻液，用计数框为16×25的血球计数板在400×400显微镜下计数.每个样品计数两次，两次误差在15%以上重复计数，求四次的平均数.

叶绿素荧光参数的测定 取2.5 mL铜绿微囊藻藻液，放入比色皿中.暗适应5 min后，利用叶绿素荧光仪（FL3500，PSI，捷克）检测.

比增长速率计算 比增长速率计算公式为：μ=（lnXt-lnX0）/t.μ表示藻细胞的比增长速率，Xt表示t天后细胞密度（个/mL），X0表示初始细胞密度（个/mL）.

2 结果与分析

2.1 锌（Zn2+）对铜绿微囊藻OD680的影响

锌（Zn2+）对铜绿微囊藻OD680的影响见图1.铜绿微囊藻OD680在第2天呈上升趋势， 而后随着锌（Zn2+）浓度的增加，铜绿微囊藻OD680下降速度加快，可能是因为Zn2+会对铜绿微囊藻产生一定的刺激作用，但随着时间的延长，铜绿微囊藻抵不住锌（Zn2+）的毒性，所以生长减缓，铜绿微囊藻OD680开始下降.Zn2+对铜绿微囊藻生长的抑制作用随浓度升高而升高，少量的锌（Zn2+）不会对铜绿微囊藻的生长产生危害，反而会有一定的刺激作用.

锌（Zn2+）对铜绿微囊藻的OD680有显著影响.锌（Zn2+）浓度为0.08 mg/L时，对铜绿微囊藻的OD680没有显著影响，对其他实验组吸光值有显著影响.

2.2 锌（Zn2+）对铜绿微囊藻细胞数量生长的影响

不同浓度锌（Zn2+）对铜绿微囊藻细胞生长的影响是不同的，见图2.锌（Zn2+）浓度为0.08 mg/L时，对铜绿微囊藻的生长没有产生抑制作用，相反，对铜绿微囊藻的生长有一定的刺激作用.当锌（Zn2+）浓度大于0.08 mg/L时，在第二天会有一个缓慢生长的过程，第三天铜绿微囊藻藻细胞数量开始下降，之后藻细胞数量一直呈下降的趋势，浓度越高抑制作用越明显.

2.3 锌（Zn2+）对铜绿微囊藻细胞增长率的影响

不同浓度锌（Zn2+）对铜绿微囊藻细胞增长率的影响是不同的.由图3可以看出，锌（Zn2+）浓度为0.08 mg/L，0-5 d时，对铜绿微囊藻增长起促进作用；5 d以后，铜绿微囊藻生长呈缓慢下降趋势.锌（Zn2+）浓度为0.8，8，80 mg/L，1 d以后迅速呈下降趋势.

2.4 Zn2+对铜绿微囊藻叶绿素荧光的影响

不同浓度锌（Zn2+）对铜绿微囊藻最大光合量子产量影响情况见图4. 同一时间在不同浓度胁迫下，铜绿微囊藻的Fv/Fm的变化趋势见图5.第4天铜绿微囊藻的Fv/Fm随着浓度的升高呈下降趋势，铜绿微囊藻的Fv/Fm与锌（Zn2+）浓度成显著的负相关关系.说明锌（Zn2+）浓度越高对铜绿微囊藻的生长抑制作用越明显.

锌（Zn2+）对铜绿微囊藻最大光合量子产量影响显著.锌（Zn2+）浓度80 mg/L组Fm /Fo，Fv/Fo，Fv/Fm与控制组差异性显著，其他实验组与控制组之间差异性不显著.

稳定且偏低.当锌（Zn2+）浓度为8 mg/L和80 mg/L时，铜绿微囊藻的ETo/RC值比较高且变化幅度较大.其他的比活性参数值和ABS/RC的变化趋势是一致的.随着Zn2+浓度的升高，其参数值ABS/RC， TR O /RC，DI O /RC，ET O /RC波动增大，而Zn2+浓度变小则参数值波动减小.随着锌（Zn2+）浓度的升高，ABS/RC， TR O /RC，DI O /RC，ET O /RC都呈升高趋势，ABS/RC， TR O /RC值比较高，DI O /RC，ET O /RC比较低.表明随着锌（Zn2+）胁迫的加剧，铜绿微囊藻单位有活性的反应中心的电子传递能力减弱，光合机构吸收的光能无法被反应中心完全利用，过剩激发能会随着锌（Zn2+）胁迫加重而增加，通过单位反应中心所耗散的能量DIO /RC急剧增加，从而减少过剩激发能的损害.

3 讨论

锌（Zn2+）虽然是藻类生长必需的微量元素之一，但是只在适度的范围内，如果超过适度的范围，随着浓度的增长对微藻生物毒性效应增加，对微藻生长抑制增加.实验表明，重金属锌（Zn2+）对铜绿微囊藻的生长有胁迫作用，铜绿微囊藻的OD680和铜绿微囊藻藻细胞密度呈显著的正相关关系；与锌（Zn2+）浓度呈显著负相关关系.锌（Zn2+）的浓度越高，对铜绿微囊藻生长的抑制就越明显，当锌（Zn2+）的浓度达到0.8 mg/L以上时，铜绿微囊藻基本停滞生长甚至死亡；锌（Zn2+）在一定浓度范围会对铜绿微囊藻的生长产生促进作用，当超过铜绿微囊藻生长最适范围，随着浓度增加对藻的抑制作用加强.

参考文献

[1] 许秀琴， 朱勇， 杨挺，等. 水体重金属的污染危害及其修复技术[J]. 污染防治技术， 2007（4）：67-69.

[2] 邱昌恩， 毕永红， 胡征宇. Zn2+胁迫对绿球藻生长、生理特性及细胞结构的影响[J]. 水生生物学报， 2007， 31（4）：503-508.

[3] 张铁明， 杜桂森， 杨忠山，等. 锌对2种淡水浮游藻类增殖的影响[J]. 西北植物学报， 2006， 26（8）：1722-1726.

[4] 王山杉， 刘永定， 金传荫，等. Zn2+浓度对固氮鱼腥藻（Anabaena azotica Ley）光能转化特性的影响[J]. 湖泊科学， 2002， 14（4）：350-356.

[5] 王帅， 梁英， 冯力霞，等. 重金属胁迫对杜氏盐藻生长及叶绿素荧光特性的影响[J]. 海洋科学， 2010， 34（10）：38-48.

[6] 刘伟成， 李明云， 蒋霞敏，等. Cu2+、Zn2+、Co2+对雨生红球藻生长的影响[J]. 水产科学， 2006， 25（6）：283-286.

[7] MSLLICK N，MOHN F H.Use of chlorophyll fluorescence in metal stress research a case study with the green microalga Scenedesmus [J]. Ecotoxicol Environ Saf 2000，55：64-69.

[8] 李靜静. 重金属元素对斜生栅藻（Scenedesmus Obliquus）生长及叶绿素荧光特性的影响[D]. 长沙：湖南农业大学， 2011.

[9] 李春一， 李杰， 刘秋月. Zn2+和Ag+对薰衣草愈伤组织诱导的影响[J]. 牡丹江师范学院学报：自然科学版， 2015（1）：32-33.

[10] 高小龙， 张恒文. 时间对土壤中有害金属元素Cd，Pb，Hg迁移的影响[J]. 牡丹江师范学院学报：自然科学版， 2015（1）：24-26.

编辑：琳莉