利用不同浓度啤酒废水培养塔胞藻的生物学效应研究

本文主要探讨了以不同浓度的啤酒废水培养海洋微藻(塔胞藻)后的生物学效应,其目的是为合理开发利用啤酒废水,避免环境污染及海洋微藻的产业化提供必要的理论依据。方法:以不同浓度(0、10%、20%、30%、40%、50%、60%)的啤酒废水替代海水配制培养基,培养海洋微藻,当培养液内细胞数达到一定密度后,再转到新的培养基中,即为下一轮;这样连续培养了4轮。结果发现,在前3轮培养中,当培养基中啤酒废水浓度在50%以下时,随着啤酒废水浓度升高,藻细胞的生长繁殖明显加快,细胞体积增大,细胞内多种重要成分(如蛋白质、可溶性糖、叶绿素等)含量均显著提高;当啤酒废水浓度超过50%时,上述效应有所下降。但培养至第4轮时,各种生理指标逐渐恢复到原来的状态。     

Cd2+胁迫对6株微藻生长及叶绿素荧光特性的影响

研究了不同浓度的Cd2+胁迫不同时间(24h、48h、72h和96h)后,6株微藻(绿色巴夫藻Pavlova viridis、等鞭金藻塔溪堤品系Tahitian Isochrysis galbana、小球藻Chlorella sp.、微绿球藻Nannochloris oculata、雨生红球藻Haematococus pluvialis和塔胞藻Pyramidomonas sp.)生长及叶绿素荧光特性的变化情况.测定的主要参数有:PSII的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII的实际光能转化效率(Yield)、相对光合电子传递效率(rETR)、细胞密度和叶绿素相对含量.研究结果表明,Cd2+胁迫下6株微藻的荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR、细胞密度和叶绿素相对含量均与Cd2+浓度呈显著的负相关,均随着Cd2+浓度的增加而降低.胁迫时间对各荧光参数也有显著影响.随着胁迫时间的延长,绿色巴夫藻的Fv/Fm、Yield和rETR逐渐下降,Fv/Fo先下降后上升,至72h时又有所下降;等鞭金藻塔溪堤品系和微绿球藻的Fv/Fm、Fv/Fo、Yield和rETR随着胁迫时间的延长均逐渐下降;小球藻和雨生红球藻的上述荧光参数先下降,之后分别在48h和72h时逐渐上升;塔胞藻的上述荧光参数则先上升后下降.在Cd2+胁迫下,6株微藻细胞密度和叶绿素相对含量也显著降低,随着胁迫时间的延长,细胞密度和叶绿素相对含量下降的幅度也逐步增大.相关分析结果表明,6株微藻的叶绿素相对含量与细胞密度均呈极显著的正相关关系.通过细胞密度计算出来的Cd2+对6株微藻96h的半抑制浓度(96h-EC50)分别为绿色巴夫藻(151.538μmol/L),等鞭金藻塔溪堤品系(14.161μmol/L),小球藻(17.150μmol/L),微绿球藻(3.498μmol/L),雨生红球藻(15.205μmol/L),塔胞藻(19.722μmol/L),因此6株微藻对Cd2+的耐受性大小顺序为:绿色巴夫藻>塔胞藻>小球藻>雨生红球藻>等鞭金藻塔溪堤品系>微绿球藻.     

锰离子对斜生栅藻DHD-3 的生长和油脂积累的调控作用

研究了培养液中不同锰离子浓度对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)DHD-3 的生长、油脂积累以及脂肪酸组成的影响。结果表明, 培养液中不同初始浓度的锰离子对斜生栅藻早期叶绿素积累和生长会产生一定的调节作用, 过高或过低的锰离子都不利于斜生栅藻细胞内叶绿素的积累、微藻的生长和油脂的积累。经过14 d 培养后, 当初始锰离子的添加量为2.72 mg/L 时, 斜生栅藻的生物量和细胞内油脂含量分别达到2.9 g/L 和细胞干重的55.1%, 细胞内油脂含量比对照组提高了11%; 同时, 单位水体中油脂的产量达到了1.6 g/L, 比对照组提高了14%, 但改变锰离子的初始浓度并不对斜生栅藻脂肪酸的组成产生明显影响。     

Zn^2＋对球等鞭金藻生长及生化成分的影响

探讨了不同浓度Zn2 对球等鞭金藻细胞生长及细胞内多糖、叶绿素、蛋白质等生化成分含量的影响.研究表明,浓度低于4.0 mg/L的Zn2 对球等鞭金藻的生长无明显抑制作用.当Zn2 浓度高于10.0mg/L时,则对球等鞭金藻的生长产生明显的抑制作用,随着Zn2 浓度的升高,球等鞭金藻胞内叶绿素和多糖含量降低,而蛋白质含量则明显升高.     

球等鞭金藻生长抑制物的产生和释放

在含有三个生长阶段(指数生长期、静止期和衰亡期) 的球等鞭金藻细胞再悬浮液、细胞破碎液、上清液、藻壳液和无细胞滤液的培养液中对牟氏角毛藻和三角褐指藻进行了培养,并通过这些培养液对两种微藻生长的影响探讨了球等鞭金藻生长抑制物的产生和释放过程.结果表明,生长抑制物的产生及释放与球等鞭金藻细胞的生长阶段密切相关;生长抑制物在细胞的对数生长初期产生并在细胞内积累,当细胞内的生长抑制物浓度超过一定范围后,细胞开始向培养物中释放生长抑制物,进而导致培养物中生长抑制物的浓度增加.     

不同氮浓度对红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)生长、孢囊形成和生源要素组成的影响

为阐明红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)对氮营养条件的适应机制,本研究在不同氮浓度条件下对红色赤潮藻进行一次性培养,系统研究了氮浓度对红色赤潮藻生长、休眠孢囊形成和细胞生源要素组成的影响。结果显示,红色赤潮藻生长率随着初始氮浓度的增加而增大, 200μmol/L氮添加组生长率最大,为0.79/d。不同氮处理组细胞形态存在差异,低氮条件下藻细胞个体变小。培养第6天,各氮处理组均观察到休眠孢囊,且随着培养时间的延长,孢囊数量逐渐增多;50μmol/L氮添加组孢囊形成率最高,为2.95%±0.16%。氮浓度对红色赤潮藻细胞生源要素组成有显著影响,红色赤潮藻胞内碳、氮含量随氮浓度的升高而增加,其C:N:P也随氮浓度的增加而增加。红色赤潮藻生长过程中,加氮处理组细胞在指数期碳、氮、磷含量较低,稳定期含量较高;相关性分析表明,红色赤潮藻胞内碳、氮、磷含量与藻生长率之间呈显著负相关关系(P 0.05)。不同氮浓度对红色赤潮藻的生长、休眠孢囊形成和藻细胞生源要素组成有显著影响,为揭示红色赤潮藻对氮营养条件的适应机制提供参考。     

锗对两种微藻的毒性及其在细胞中的累积

钝顶螺旋藻Spriulina platensis (Cyanophyceae)和盐生杜氏藻Dunaliella salina (Chlorophyceae)暴露在不同浓度锗的培养液中，研究了锗对它们的毒性及锗在藻细胞中的累积，结果表明，锗对S.platensis的毒性较D.salina大。在培养浓度范围内，S.Platensis中的总锗含量与培养介质中的锗含量关系不大。锗在S.platensis中的分布较均匀且呈剂量效应，在D.salina中，总锗含量随着培养液中锗含量的增加而增加，锗在细胞中的分布以氨基酸－碳水化合物和蛋白质中为主，脂类中含量则较低，上述差异反映了灌类在生理特性上的不同，研究表明，当藻类暴露在含锗介质中时，可吸收累积一定量的锗并结合到细胞内的大分子物质中，从而达到降低锗毒性的作用。     

高氮磷比与酸化共同作用对微小亚历山大藻生长和产毒的影响

通过实验室构建不同氮磷比条件下的酸化海水环境,培养麻痹性贝毒(paralytic shellfish toxin,PST)产毒藻微小亚历山大藻(Alexandrium minutum),采用藻细胞计数法、分光光度法、高效液相色谱-质谱法等分析方法,探讨了不同氮磷比条件下的酸化海水对微小亚历山大藻的生长、氮磷营养盐吸收、产毒等参数的影响。结果表明,在一定程度上,酸化环境对A.minutum的生长、PST的胞内累积和胞外释放有促进作用,且胞外培养液中PST含量增加的程度更高;同时,酸化海水促进胞内毒性较低的N-H类膝沟藻毒素(GTX2和GTX3)被氧化成毒性较高的N-OH类膝沟藻毒素(GTX1和GTX4),导致A.minutum的细胞毒性和培养液毒性增加。而海水中氮磷比的进一步升高,在一定程度上促进了微小亚历山大藻细胞毒素含量和毒性的增加,但并未促进其生长,且降低了藻细胞内的磷储量。     

浒苔和紫菜等2种海藻干体对3种赤潮微藻生长的抑制作用

在添加浒苔和紫菜干体的条件下,通过测定藻细胞数量,观察藻细胞形态,分析海藻干体对米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻的半抑制和完全抑制浓度以及半抑制和完全抑制浓度有效作用的起始藻细胞数量范围,研究了浒苔和紫菜干体对3种赤潮微藻生长的影响.在此基础上,设定海藻干体的添加量为其完全抑制浓度,通过监测微藻培养液中总氮(硝酸态氮、氨态氮和亚硝酸态氮)和总磷等变化,分析海藻干体添加对培养液营养化程度的影响.结果表明:(1)当浒苔和紫菜干体浓度分别大于0.8 g/L 和1.0 g/L 时,海藻干体能显著抑制3种赤潮微藻的生长,它们对赤潮微藻的生长抑制率超过60%(第12 d).(2)浒苔和紫菜干体对3种实验微藻的半抑制浓度(IC50)接近,在0.71~1.22 g/L 之间;但完全抑制浓度(IC10)差别较大,浒苔干体对3种赤潮微藻的完全抑制浓度在2.4~2.8 g/L 范围,其数值约为紫菜干体对它们的完全抑制浓度的2倍.(3)3种赤潮微藻起始藻细胞数量不超过40伊104·mL-1(对于米氏凯伦藻和中肋骨条藻来说,起始藻细胞数量可增大至60伊104·mL-1),海藻干体对3种实验微藻的半抑制浓度和完全抑制浓度均有效.(4)添加海藻干体的实验组培养液中总氮和总磷含量均明显高于对照培养液中总氮和总磷含量.其中,实验组培养液中总氮浓度为382滋g/L,总磷浓度明显低于100滋g/L.综上所述,浒苔和紫菜干体具有强烈的抑藻作用,且不会造成培养液营养加剧现象,可尝试应用于赤潮微藻的控制与治理中.     

球等鞭金藻胞外滤液对自身藻细胞生长的影响

以4个不同生长阶段的球等鞭金藻的胞外滤液为研究对象,将其直接或添加营养盐后用于球等鞭金藻的培养,通过监测培养过程中藻细胞的密度、培养液中硝酸态氮和可溶性磷等指标的变化,探讨球等鞭金藻胞外滤液对自身藻细胞生长的影响;并采用紫外光谱和高效液相色谱对胞外滤液的乙酸乙酯粗提物进行初步分析。结果表明,随着4组胞外滤液老化程度的增加,藻细胞的生长受到越来越强烈的抑制作用,即便是补充了足够的营养盐,也无法消除胞外滤液对藻细胞生长的抑制作用;并且,胞外滤液对藻细胞吸收硝酸态氮和可溶性磷也有一定的抑制作用。因此,推测是球等鞭金藻在生长过程中产生某种抑制物,该抑制物在进入稳定期时逐渐释放到培养液中,至细胞衰亡期时含量达到最大。紫外光谱和高效液相色谱分析表明,抑制物的特征吸收为235nm,且抑制物的粗提物中包含5个主要化学成份。     

Trace metal uptake by the Chinese mitten crab Eriocheir sinensis: the role of osmoregulation

Changes in salinity affect the bioavailability and consequent uptake of trace metals by euryhaline invertebrates. In many cases, salinity-related effects on metal uptake can be explained by changes in chemical speciation but salinity may also influence uptake indirectly through its action on osmoregulatory mechanisms. Specifically, it can be hypothesised that trace metal uptake may be reduced at salinities approaching the isosmotic point of a species because, at this point, there is reduced activity of ionic exchange pumps. The present study tested this hypothesis using the Chinese mitten crab, Eriocheir sinensis, a hyper-hypoosmoregulator with an isosmotic point around 33 per thousand. Crabs were exposed to radio-labelled cadmium and zinc at 23, 33 and 43 per thousand for 4 days. To eradicate speciation effects, crabs were exposed to the same concentration of the radio-labelled free metal ion (estimated using MineQL computer software) at each salinity. Haemolymph samples were taken daily and radio-labelled metal concentrations were estimated from radioactivity counts and used to provide relative measures of metal uptake. Neither cadmium nor zinc uptake was lowest at the isosmotic point. The uptake of cadmium increased significantly with increase in salinity, while the uptake of zinc showed no significant change with increased salinity. Thus changes in trace metal uptake rates in E. sinensis do not appear to be controlled only by changes in free metal ion concentrations. The different effects of salinity change on the uptake of cadmium and zinc (in the absence of free metal ion change) also indicate that physiological responses to osmotic change alone do not control metal uptake rates for this species.     

渤海莱州湾表层沉积物中金属元素分布及环境质量

利用X-射线荧光光谱仪、等离子质谱仪或原子荧光光度计测定了莱州湾表层沉积物中金属元素的含量,探讨了它们的分布特征、来源及污染程度,结果表明,沉积物中铜、锌、铅、镉、砷、镍、铬、钴、钒、钪、铁、锰的含量由近岸向湾内递减,莱州湾北部海域的含量大于南部的。银含量高的沉积物主要分布在莱州湾中部偏西南的环流中心区。沉积物中砷和镍含量超过ERL值,潜在生态风险较高。富集系数和主成分分析显示,沉积物中铁、铜、锌、镉、砷、铬、镍、钴、锰、钒和钪为无富集,砷为轻度富集,铅和银为中度富集。铁、铜、锌、镉、铬、镍、钴、锰、钒、砷和钪主要来源于自然源,铅既有岩石和土壤风化产物硅酸盐矿物等自然源的贡献,又受到了人为活动的影响,银主要受人为活动的影响。聚类分析表明,可把莱州湾沉积物分为4类,其中黄河口西北缘沉积物中砷和镍污染生态风险最高,其次是莱州湾中部和北部。     

镉离子对鲫鱼肾细胞超微结构的影响

应用透射电镜的方法，研究了镉的三种浓度对鲫鱼肾细胞超微结构的影响。结果表明：镉离子染毒4天后，肾细胞超微结构即出现变化，且随着处理浓度的升高，变化渐趋明显，主要表现在细胞核和线粒体。细胞核核膜肿胀、弥散、最后解体。线粒体双层膜解体，形成空白区，嵴断裂、膨大和扭曲。此外，内质网膨胀、空泡化、扭曲打转，溶酶体数量和类型随镉处理浓度的升高而增多。     

深圳湾海域表层和柱样沉积物中的重金属分布特征

分析深圳湾表层沉积物中锌、铬、镉、镍、铅、铜等6种重金属元素的含量发现它们的浓度均值已全部超过广东省海岸带沉积物背景值。根据潜在生态危害法,在6种重金属中镉造成的污染最严重,从潜在的生态危害指数评价看镉的含量已达到很高的污染水平。从面状分布看,重金属污染危害指数值在深圳河口区最低,在蛇口段居中等水平,在深圳湾内侧的近岸水域最大。柱样沉积物的浓度变化以1950年为界划分为两部分:1950年以来的现代沉积物中有较强的人类活动干扰痕迹,表现为重金属元素的浓度增长幅度大,且浓度很高,其均值全部大于广东省海岸带的背景值;1950年以前的近代沉积物中有稍弱的人类活动干扰痕迹。研究认为沉积物粒度特征、沉积速率、人类活动与重金属在沉积物中的浓度高低有直接相关关系,并直接影响到重金属在沉积物中的污染水平。     

4种南极冰藻的生化组成对UV - B辐射增强的响应

实验室人工模拟南极UV—B辐射环境，对南极冰藻的生化组成变化进行了测定和分析，结果表明．UV—B辐射增强(70μW／cm^2)后，4种南极冰藻的总蛋白含量显著减少，其中脯氨酸、羟脯氨酸等6种氨基酸增加，谷氨酸、缬氨酸等减少；总脂含量明显增加，绿藻增加30％以上，硅藻增加超过15％；饱和脂肪酸含量降低，不饱和脂肪酸含量增加，并且产生了一些新的不饱和脂肪酸；Mg、Na和Al元素的含量显著降低，而Fe、Ca、Zn、Mn等含量却明显增加。总体来说，4种南极冰藻的灰分含量显著下降，有机成分明显增加。表明了南极冰藻对UV—B增强的积极响应．能调整自身对强辐射环境的适应性，这为深入研究冰藻对南极强辐射环境的适应性提供了科学依据。     

The chemical composition and the cadmium,chromium and vanadium contents of shall-water deposits in Tokyo Bay

The major elements and the minor elements cadmium, chromium and vanadium in 12 samples of shallow-water deposits collected in Tokyo Bay were studied. Average silica content of the deposits is 53.93%, which is approximate to the average of 54.15% of red clay. Iron (av. 5.67% Fe₂O₃), titanium (av. 0.71% TiO₂), especially manganese (av. 0.87% MnO), are more abundant in the deposits than in the deposits along the entire sea-coasts of Honshu and of Nanao Bay, Japan. The deposits show higher contents of cadmium (av. 0.61 ppm), the chromium (av. 86 ppm) and vanadium (av. 79ppm). About 3 to 17 times cadmium and manganese contents compared with those in the deposits along the sea-coasts of Honshu and of Nanao Bay, Japan was found. Such accumulation, of cadmium and manganese in the deposits is probably caused by artificial contamination rather than of natural origin. No relation was found between the contents of cadmium, chromium and vanadium and those of major elements.     

栉孔扇贝对镉的富集及释放规律的研究

通过暴露染毒方法研究了栉孔扇贝对镉离子(Cd2+)的35d富集与30d释放规律。结果表明:栉孔扇贝对镉有很强的富集性,体内的镉含量与暴露溶液里的Cd2+浓度呈正相关;栉孔扇贝对镉的释放速率随着暴露水体中镉浓度的增加而减慢。应用双箱动力学模型,通过非线性拟合得到了栉孔扇贝对Cd2+的吸收速率常数k1随着外部水体中镉浓度的增大而减小,生物富集系数BCF则随着外部水体中镉浓度的增大而减少。当镉浓度为0.05mg/L时BCF仅为3 730,而当镉浓度为0.000 5mg/L时BCF达到1.79×1011。平衡状态下栉孔扇贝体内镉含量(CAmax)随着水体中镉浓度增加急剧下降,与水体中镉浓度呈负相关;排出速率常数k2、生物学半衰期B1/2与低浓度镉无明显相关性,随着镉浓度的增大k2显著降低而B1/2显著增大。验证了双箱动力学模型适用于栉孔扇贝对Cd2+的生物富集与释放规律研究。     

Marine diatom Thalassirosira weissflogii nutrient drawdown and its physiological status variation challenged to zinc and cadmium exposure

The uptake of zinc and cadmium by a species of marine diatom Thalassirosira weissflogii and the nutrient variation (phosphorus and silicon) in the culture medium were estimated when exposed to zinc and cadmium stress under controlled laboratory conditions.It was found that low cadmium addition could stimulate the culture to grow with a relatively high rate and exert its toxicity at the elevated concentration.The cellular uptake of zinc and cadmium by the diatom varied in the ranges of 1.21~3.75 and 0.060~0.629 fmol per cell respectively in the whole cultivation period.The mean cellular phosphorus and silicon drawdowns were constant with 0.26~0.42 and 0.30~0.46 pmol per cell respectively in those healthy cultures.It is illustrated that the algal cells can adjust some physiological mechanisms to decrease metal accumulation and keep metal homeostasis in the organism.The correlation analysis results further indicate that the cellular cadmium uptake might be closely related with the cellular phosphorus, silicon drawdown and the growth rate of diatom (P<0.05, 0.001, 0.01); and the cultures grow better in good conditions, the lower amount of phosphorus, silicon materials are consumed by a single cell to keep a high efficiency of utilization.     

硒化物在文蛤响应镉胁迫过程中作用的转录组学分析

研究两种硒化物在文蛤富集、排出镉过程中的作用,对文蛤进行转录组测序,并进行生物信息学分析,以探讨硒化物对Cd2+代谢相关机制。硒化卡拉胶组和亚硒酸钠组共产出587 855条高质量reads。基因本体分析功能注释到15 380条unigenes, KEGG通路注释到18 866条unigenes。差异基因主要富集到肌球蛋白复合物(myosin complex)、离子通道抑制(ion channel suppression)等基因本体分析功能中。差异基因KEGG通路富集显示,在嘌呤代谢(purinemetabolism)、ECM受体相互作用(extracellularmatrix receptor interaction)、硒化合物代谢(metabolism of selenium compounds)等通路显著富集。从结果分析Cd2+可以使文蛤体内蛋白转录修饰出现异常;有机硒可以通过调控金属离子通道活性来排出细胞内的Cd2+;无机硒主要作用于文蛤细胞表面,增强其表面活性抵御Cd2+进入细胞;差异基因KEGG注释结果表明有机硒与无机硒在文蛤重金属代谢中作用机制以及途径不相同。     

Dietary cadmium and benzo(a)pyrene increased intestinal metallothionein expression in the fish Fundulus heteroclitus

Fish were individually fed food pellets containing cadmium, benzo(a)pyrene, or a combination of the two, then analyzed for metallothionein mRNA expression in the intestine, liver, and gill using real-time RT-qPCR. An initial experiment using only cadmium showed that ingestion of pellets varied in individual fish, and estimates of cadmium dose from the numbers of ingested pellets indicated considerable individual variability in cadmium dose. Induction of intestinal metallothionein mRNA was apparent, however, and a linear dose–response relationship was observed for metallothionein expression and cadmium dose in the intestine, but not the other organs, which showed no induction. In a second experiment, the entire daily cadmium dose was provided in a single contaminated pellet that was consumed by all treated fish, effectively eliminating the effect of variable ingestion rates on dose, and the interaction between cadmium and benzo(a)pyrene was also investigated. The intestine was again the primary organ for metallothionein induction by cadmium. When benzo(a)pyrene was administered together with cadmium, induction of metallothionein was potentiated by the presence of benzo(a)pyrene, with the main effect seen in the intestine, where already high levels of induction by cadmium alone increased by 1.74-fold when benzo(a)pyrene was present.