微塑料-Pb共存条件下对小球藻环境行为的影响研究

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微塑料(Microplastics,MPs)具有较强的疏水性、较大的比表面积,极易作为水环境中重金属等污染物的载体,进而影响污染物在环境中的迁移转化,对水生态健康造成潜在风险。水体富营养化与重金属的污染同样是我国水环境面临的重要环境问题,会对人类生活、湖泊水库和浮游动植物产生相应的危害。近年来,微塑料与重金属的研究逐渐演变为对两者复合污染的研究,但目前该方面的研究较浅。而微塑料和重金属对小球藻环境行为的研究鲜有报道。因此本研究选取三峡库区优势藻种小球藻为研究对象,以Pb2+、NO3--N、PO43--P作为条件参数进行室内模拟实验,探究微塑料-Pb共存条件下对小球藻环境行为的影响。本研究分为三部分:1、根据聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)和铅(Pb)分别对小球藻的生长抑制率,探究了PE、PP和Pb对小球藻的毒性;2、通过改变Pb2+浓度(0、0.05、2、5 mg/L),探究小球藻对NO3--N、PO43--P吸收情况;3、通过稀释培养液中氮磷浓度(BG-11(340 mg/L NO3--N、7 mg/L PO43--P)、1/2 BG-11、1/5 BG-11、1/10 BG-11),探究培养液中Pb2+浓度变化情况。以小球藻的藻细胞数、叶绿素a、可溶性蛋白、酶活性,藻溶液中的正磷酸盐和硝酸盐相关指标,探究微塑料与Pb共存下对小球藻环境行为的影响。主要研究结果如下:(1)PE、PP对小球藻作用96h后,其EC50的值分别为334 mg/L、295.29 mg/L,毒性大小为PP>PE,毒性强度属于低毒。重金属铅毒性较强,Pb2+对小球藻毒性影响与其自生浓度有关,随Pb2+浓度的增加,藻细胞生长抑制程度逐渐加强。(2)Pb2+浓度改变第7天,PE/PP和Pb2+单一及联合培养下,显著促进了小球藻对营养盐的吸收,主要是对NO3--N吸收。PE/PP和Pb联合胁迫下,5 mg/LPb2+与PE/PP对小球藻吸收PO4~3-P具有拮抗作用外,其他浓度Pb2+与PE/PP联合胁迫能显著促进小球藻对NO3--N、PO4~3-P吸收。PE/PP和各Pb2+浓度下均能显著抑制小球藻生物量的增长,藻细胞膜脂过氧化作用加重,藻细胞机体修复刺激了NR、AKP活性,促进了小球藻对NO3--N、PO4~3-P吸收。但5mg/LPb2+与PE/PP联合培养小球藻下,藻细胞生长最差,藻细胞膜脂过氧化显著,藻细胞损伤严重。实验后期第28天,PE/PP和Pb2+浓度单一及联合培养下,显著抑制小球藻对NO3--N、PO4~3-P的吸收,且对PO4~3-P抑制较强。Pb2+与PE/PP对小球藻吸收NO3--N、PO4~3-P具有协同抑制作用,随Pb2+浓度增加抑制加强。小球藻在PE/PP和Pb2+长期暴露下,藻细胞膜脂过氧化严重,藻细胞自身修复超负荷,小球藻生长较差,所以即使NR、AKP活性显著增加,小球藻对吸收NO3--N、PO4~3-P能力明显下降。(3)营养盐改变第7天,除1/2BG-11组外,培养液稀释程度越大小球藻对Pb2+的吸收能力越差。微塑料与不同N、P浓度水平在藻细胞吸收Pb2+能力上具有拮抗作用。这是由于高浓度的N、P浓度水平能显著促进藻细胞中NR、AKP含量的增加,藻细胞明显增多,从而导致培养液中Pb2+浓度显著降低。实验后期第28天,除1/2BG-11+PP处理组外培养液中Pb2+含量总体上差异不显著,这主要是培养液Pb2+浓度减少包括微塑料、活藻细胞和死藻细胞对Pb2+的胞外吸附以及小球藻细胞对Pb2+的胞内吸收四个方面。而1/2BG-11+PP处理组生物量、叶绿素含量最高,活藻细胞在藻细胞总数中占比较大,其他组死藻细胞占比较大从而导致培养液中Pb2+含量较其他组高。从整个实验周期上看,小球藻的最适N、P浓度水平为1/2BG-11;各实验组培养液中Pb2+含量显著降低,说明藻类、微塑料在重金属处理应用上是较好的材料,这将为重金属污染处理提供一定理论依据,也将为水环境保护提供重要的理论依据。
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