铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricanda)对三种新兴有机污染物胁迫的响应差异研究

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近年来水体中多环芳烃及抗生素等新兴有机污染物因其显著的生态毒理效应而备受关注,其中浮游植物对此类污染物胁迫的响应比较快速,由于新兴有机污染物对浮游植物的影响存在种间差异,可能对滇池等藻型富营养化湖泊中浮游植物的群落结构和水华危害产生深远影响,但其影响程度及相应的生态后果尚不清楚。本研究以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricanda)为材料,探讨了滇池典型有害水华蓝藻和常见绿藻对水体典型新兴有机污染物(菲、诺氟沙星、氟康唑)胁迫的响应差异及其机理。结果表明:(1)从生物量(OD值)指标来看,菲对蓝藻和绿藻均有显著抑制作用,而绿藻受到的抑制作用显著高于蓝藻;在浓度为2000gg/L的菲处理72h时,菲对铜绿微囊藻和四尾栅藻生长的抑制率(IR值)分别为74%和25%。诺氟沙星能显著抑制蓝藻的生长,但对绿藻没有影响;浓度为5000μg/L的诺氟沙星处理72h时,对铜绿微囊藻的抑制率高达78%,而对四尾栅藻的抑制率则为-6%。氟康唑对蓝藻和绿藻均有显著抑制作用,但绿藻的敏感性远远高于蓝藻;浓度为10mg/L的氟康唑处理72h时,对四尾栅藻生长的抑制率为54%,而对铜绿微囊藻的抑制率仅为16%。(2)从光合色素(叶绿素a含量)指标来看,较低浓度的菲(100μg/L)对两种藻细胞内叶绿素a含量均有显著的促进作用;而较高浓度的菲(1000μg/L)显著抑制了铜绿微囊藻叶绿素a的含量(|R48h=33.9%),但显著促进了四尾栅藻叶绿素a的含量(IR48h=-20.3%)。各处理浓度诺氟沙星胁迫均显著抑制了蓝藻细胞内的叶绿素a含量,但绿藻则不受影响。较低浓度的氟康唑(0.05mg/L)对绿藻和蓝藻藻的叶绿素a含量均有一定的促进作用;48h,0.5mg/L的氟康唑对铜绿微囊藻的叶绿素a含量有显著的促进作用(IR=-24%),而对四尾栅藻的叶绿素a含量有显著的抑制作用(IR=32%)(3)从氧化胁迫后果(MDA和超氧阴离子含量)来看,在菲胁迫下,铜绿微囊藻藻细胞膜损伤程度显著大于四尾栅藻藻细胞膜受到的损伤程度;铜绿微囊藻藻细胞脂膜过氧化对菲胁迫的响应时间(24h)早于四尾栅藻对菲胁迫的响应(48h);2000μg-的菲在24h时,铜绿微囊藻产生的MDA(0.14nmol/ml)明显高于四尾栅藻产生的MDA(0.08 nmol/ml); 2000μg/L的菲在72h时,铜绿微囊藻产生的超氧阴离子(13U/L)大于四尾栅藻产生的超氧阴离子(12U/L)。在诺氟沙星胁迫下,铜绿微囊藻藻细胞膜损伤程度远远大于四尾栅藻藻细胞膜受到的损伤程度,50μg/L的诺氟沙星在48h时,铜绿微囊藻产生的MDA(0.279nmol/ml)远远高于此时四尾栅藻产生的MDA(0.124 nmol/ml);而此时该浓度下铜绿微囊藻产生的超氧阴离子(13U/L)也高于四尾栅藻产生的超氧阴离子(1 1U/L)。在氟康唑胁迫下,铜绿微囊藻藻细胞膜损伤程度显著小于四尾栅藻藻细胞膜受到的损伤程度,10mg/L的氟康唑在72h时,铜绿微囊藻产生的MDA(0.117nmol/ml)显著低于此时四尾栅藻产生的MDA(0.147 nmol/ml);而此时该浓度下铜绿微囊藻产生的超氧阴离子与四尾栅藻产生的超氧阴离子含量相等。(4)从抗氧化系统(可溶性蛋白和SOD活性)来看,铜绿微囊藻受到菲胁迫后其SOD活性的应激时间(24h)早于四尾栅藻受到菲胁迫后SOD的应激时间(48h),而且铜绿微囊藻受到1000μg/L的菲胁迫时SOD活性就随着时间的推移而减弱甚至失活,在该浓度下铜绿微囊藻的可溶性蛋白含量也受到了显著抑制;而四尾栅藻仅在2000μg/L的菲胁迫下SOD活性表现出减弱的现象,在该浓度下四尾栅藻的可溶性蛋白含量呈缓慢上升趋势。在诺氟沙星的胁迫下,铜绿微囊藻SOD活性下降甚至失去活性,可溶性蛋白含量随着处理时间的推移不断下降,到72h时甚至低于起始值;而四尾栅藻受诺氟沙星胁迫后各组之间的SOD活性和可溶性蛋白含量均没有显著变化;铜绿微囊藻受到氟康唑胁迫后其SOD活性的应激时间(48h)晚于四尾栅藻受到氟康唑胁迫后SOD的应激时间(24h),而且四尾栅藻受到0.5mg/L的氟康唑胁迫时SOD活性就随着时间的推移而减弱甚至失活,而铜绿微囊藻仅在10mg/L的氟康唑胁迫下SOD活性表现出减弱的现象;两种藻的可溶性蛋白含量都随着处理时间的推移不断增加,铜绿微囊藻的增加量大于四尾栅藻可溶性蛋白含量的增加量。(5)铜绿微囊藻对三种污染物的敏感性从大到小为诺氟沙星>菲>氟康唑;四尾栅藻对三种污染物的敏感性从大到小为氟康唑>菲>诺氟沙星。对菲而言,铜绿微囊藻更敏感;对诺氟沙星而言,铜绿微囊藻更敏感;对氟康唑而言,四尾栅藻更敏感。综上所述,三种典型的新兴有机污染物对蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)的影响存在较大的种间差异,本研究的结果为揭示新兴有机污染物对滇池藻类的结构影响提供了理论依据,也为进一步治理滇池蓝藻水华提供了实践指导。
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