微藻对水体中聚苯乙烯微塑料胁迫的响应规律研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:uestchujun
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由于微塑料能够对水生生物产生危害作用,目前其已经成为水生生态系统中备受关注的环境污染物。近几年来,已有大量研究试图探究微塑料对水生环境中初级生产者——微藻的影响及其两者间的相互作用。然而,关于微塑料对微囊藻合成藻毒素的影响和水体存在扰动时微塑料对微藻的影响研究仍然较少,微塑料对微藻的毒性作用与微藻细胞粒径大小之间的关系也仍未可知。因此针对以上问题,本研究探究了不同粒径和浓度的聚苯乙烯微塑料对铜绿微囊藻生长和生理的影响以及在水动力条件下不同粒径的微塑料对微囊藻的影响,以期探讨微塑料对微囊藻的毒性作用及其机制。同时还探究了四种不同粒径的微塑料对微藻的生长抑制作用与微藻粒径之间的关系,为准确评估微塑料在水生环境中的生态风险提供理论依据。本研究的主要结论如下:(1)粒径为1μm的微塑料在2-10 mg L-1的浓度下对铜绿微囊藻的生长具有显著的抑制作用,且抑制作用随着微塑料浓度的增大而增大。经过12天的暴露,高浓度(≥2mg L-1)的1μm微塑料显著增加了活性氧的水平。在浓度为5 mg L-1的情况下,0.5μm和1μm的微塑料能够使得微囊藻产生生长抑制,引起氧化应激。在分子水平上,所有微塑料处理组中与ATP合成相关基因atp B的相对转录水平普遍下调,与细胞分裂有关基因fts H和与细胞膜相关基因fab Z的表达量上调。表明聚苯乙烯微塑料的存在影响了铜绿微囊藻ATP合成、脂肪酸以及细胞分裂等正常生理过程。此外,暴露于不同浓度和粒径的微塑料中也改变了微囊藻毒素相关基因(mcy A和mcy H)的转录水平,导致铜绿微囊藻产生了更多的微囊藻毒素。(2)当水体存在扰动时,在四种粒径的微塑料暴露下,高强度的曝气(2.1 L min-1)均显著促进了微囊藻的生长,曝气对微囊藻生长的正面效应远远抵消了微塑料带来的负面效应。以同一曝气强度下不添加微塑料的处理作为对照,发现高强度的曝气提高了四种粒径的微塑料对铜绿微囊藻的抑制作用。相比于无曝气条件,微塑料在低强度曝气时能够诱导微囊藻细胞产生更多的活性氧和丙二醛,然而高强度曝气所产生的水体扰动也增大了微塑料对微囊藻细胞膜的物理作用,加剧了微塑料对微囊藻的氧化损伤。而高曝气强度使得微囊藻的D50和D90均显著下降,产生的紊流对微囊藻细胞造成了一定的剪切作用,导致高强度曝气下微囊藻的粒径减小。而低强度曝气提高了微塑料对微囊藻细胞合成藻毒素的促进作用。此外,在曝气和微塑料的双重因素的作用下,铜绿微囊藻细胞的代谢活性降低,微囊藻的细胞膜受到物理损伤。(3)微塑料对不同种类的微藻造成的生长抑制作用差异较大,但总体而言,四种粒径的微塑料对绿藻的生长抑制率相对较小,而对硅藻所产生的生长抑制作用则较大。对微藻的粒径和其生长抑制率进行分析,结果表明所测试的四种粒径的微塑料对微藻的毒性大小均与微藻的粒径有关,微藻的粒径越大时,微塑料对微藻所产生的生长抑制作用就越大。此外,在四种粒径的微塑料暴露下,不同种类的微藻的抗氧化系统均受到了不同程度的损伤,但损伤程度与生长抑制率相关性较低,表明氧化损伤并不是微塑料抑制微藻生长的主要原因,可能与其他的生理过程有关。本研究揭示了聚苯乙烯微塑料对铜绿微囊藻产生毒性的浓度效应和粒径效应,探究了水体扰动存在时微塑料对微囊藻产生的毒性作用的变化,明确微塑料对不同粒径微藻产生毒性的基本规则,以此了解微塑料对微藻的毒性影响,并评估微塑料在水生环境中的生态风险。
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