重金属Cd2+对微藻生长及叶绿素荧光特性的影响

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1重金属Cd2+胁迫对7株微藻生长及叶绿素荧光特性的影响在温度为25±1℃,盐度为28,光照强度为100μmol·m-2·s-1的条件下,采用f/2培养基对中国海洋大学微藻种质库(MACC)保存的绿色巴夫藻(Pavlova viridis)、等鞭金藻塔溪堤品系(Isochrysis galbana (Tahitian))、小球藻(Chlorella sp.)、微绿球藻(Nannochloris oculata)、雨生红球藻(Haematococus pluvialis)、塔胞藻(Pyramidomonas sp.)和杜氏盐藻(Dunaliella salina)分别进行培养,研究了重金属Cd2+胁迫不同的时间(24h、48h、72h和96h)后,7株微藻的叶绿素荧光参数、叶绿素相对含量以及细胞密度的变化情况。测定的主要参数有:光系统II(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)、光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ)。单因子方差分析结果表明,不同Cd2+浓度对7株微藻各叶绿素荧光参数及生长均有显著影响(P<0.05),重金属Cd2+胁迫下7株微藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield和rETR均明显降低,并且随着重金属离子浓度的增加和胁迫时间的延长,下降幅度逐步增大;除了雨生红球藻的qP变化不明显以外,其他微藻的qP均逐渐下降;绿色巴夫藻、杜氏盐藻的NPQ先上升后下降,等鞭金藻塔溪堤品系的NPQ逐渐上升,其余4株微藻的NPQ均逐渐下降。Cd2+胁迫后,7株微藻的叶绿素相对含量和细胞密度也显著降低。研究结果还表明,Cd2+胁迫下7株微藻的荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR、叶绿素相对含量和细胞密度均与Cd2+浓度呈显著的负相关,均随着Cd2+浓度的增加而降低。Cd2+对7株微藻的半抑制浓度(EC50)值与微藻种类有关。通过细胞密度和叶绿素荧光参数计算出来的Cd2+对7株微藻72-96h的EC50范围分别为绿色巴夫藻(131.278-335.566μmol/L),等鞭金藻塔溪堤品系(9.126-78.831μmol/L),小球藻(19.048-78.629μmol/L),微绿球藻(7.726-16.849μmol/L),雨生红球藻(14.424-29.508μmol/L),塔胞藻(12.697-692.628μmol/L),杜氏盐藻(24.595-918.333μmol/L),因此,7株微藻对Cd2+的耐受性大小顺序为:杜氏盐藻>塔胞藻>绿色巴夫藻>小球藻>等鞭金藻塔溪堤品系>雨生红球藻>微绿球藻。2重金属Cd2+与温度交互作用对3株微藻生长及叶绿素荧光特性的影响研究了不同Cd2+浓度与不同温度交互作用对中国海洋大学微藻种质库(MACC)保存的小球藻(Chlorella sp.)、微绿球藻(Nannochloris oculata)和杜氏盐藻(Dunaliella salina)的叶绿素荧光参数(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、光化学淬灭qP和非光化学淬灭NPQ)、叶绿素相对含量以及细胞密度的影响。培养条件为盐度为28,光照强度为100μmol·m-2·s-1,f/2培养基。小球藻的Cd2+浓度设定为0,20,40μmol/L;微绿球藻的Cd2+浓度设定为0,10,30μmol/L;杜氏盐藻的Cd2+浓度设定为0,70,140μmol/L。小球藻的培养温度设定为20,25,30℃;微绿球藻的培养温度设定为20,25,30℃;杜氏盐藻的培养温度设定为15,25,35℃。研究结果表明,随着Cd2+浓度的升高,3株微藻各荧光参数、叶绿素相对含量和细胞密度呈明显下降趋势。但微绿球藻Fv/Fm和Fv/Fo在l0μmol/LCd2+浓度时与对照组差别不大,这可能是由于低浓度Cd2+在一定程度上刺激了藻体的生长和合成机制。3株微藻荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield和rETR均与Cd2+浓度呈极显著的负相关,小球藻和微绿球藻的叶绿素相对含量和细胞密度与Cd2+浓度呈显著的负相关,杜氏盐藻在48h后与Cd2+浓度呈显著的负相关,随着Cd2+浓度的增加而降低。多重比较结果表明,小球藻在25℃时对Cd2+的耐受性更强,由于20℃与30℃不利于藻的生长,细胞密度和叶绿素相对含量显著低于25℃处理组;与20℃,25℃相比,微绿球藻对30℃时更为敏感,各叶绿素荧光参数值较低,细胞密度和叶绿素相对含量有明显下降。Cd2+胁迫下,杜氏盐藻在25℃时受到影响最小,过高或过低的温度条件下,各参数有明显下降,表明不适合的温度增加了重金属Cd2+的胁迫作用。由此可以看出,高低温胁迫下3株微藻的PSII光合电子传递均受到了抑制,但是低温处理受到的抑制程度轻于高温处理组。3重金属Cd2+与不同N浓度交互作用对3株微藻生长及叶绿素荧光特性的影响在温度为25±1℃,盐度为28,光照强度为100μmol·m-2·s-1的条件下,分别用含有不同Cd2+浓度(小球藻的Cd2+浓度设定为0,20,40μmol/L;微绿球藻的Cd2+浓度设定为0,10,30μmol/L;杜氏盐藻的Cd2+浓度设定为0,70,140μmol/L)、不同N浓度(55,880,7040μmol/L)的培养基对中国海洋大学微藻种质库(MACC)保存的小球藻、微绿球藻和杜氏盐藻分别进行培养,研究了不同Cd2+浓度与不同N浓度交互作用对3株微藻叶绿素荧光参数(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、光化学淬灭qP和非光化学淬灭NPQ)、叶绿素相对含量以及细胞密度的影响。研究结果表明,Cd2+浓度与N浓度对3株微藻的光合作用及生长均具有显著影响(P<0.05)。3株微藻的荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield和rETR均与Cd2+浓度呈极显著的负相关,其细胞密度与Cd2+浓度呈显著的负相关。在低N(55μmol/L)条件下,3株微藻的Fv/Fm、Fv/Fo、Yield和rETR均有明显下降,叶绿素相对含量和细胞密度也都有不同程度的下降。在高N浓度(7040μmol/L)时,小球藻的对照组各荧光参数、叶绿素相对含量以及细胞密度均高于正常浓度条件下的各值。但是,通过实验结果也发现,不管是在低N还是高N(55μmol/L,7040μmol/L)条件下,高浓度Cd2+对小球藻的胁迫作用都加强了,表现为协同作用。在起始N浓度为7040μmol/L时,杜氏盐藻各荧光参数下降幅度较小,表明在高N条件下,可以有效地缓解了重金属Cd2+对杜氏盐藻的毒性,表现为拮抗作用。微绿球藻在正常N浓度条件下,对于Cd2+的耐受性更强,并且细胞密度以及叶绿素相对含量上升的幅度也是最大的。4重金属Cd2+与不同P浓度交互作用对3株微藻生长及叶绿素荧光特性的影响在温度为25±1℃,盐度为28,光照强度为100μmol·m-2·s-1的条件下,分别用含有不同Cd2+浓度(小球藻的Cd2+浓度设定为0,20,40μmol/L;微绿球藻的Cd2+浓度设定为0,10,30μmol/L;杜氏盐藻的Cd2+浓度设定为0,70,140μmol/L)、不同P浓度(2.27,36.3,290.4μmol/L)的培养基对中国海洋大学微藻种质库(MACC)保存的小球藻、微绿球藻和杜氏盐藻分别进行培养,研究了不同Cd2+浓度与不同P浓度交互作用对3株微藻叶绿素荧光参数(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、光化学淬灭qP和非光化学淬灭NPQ)、叶绿素相对含量以及细胞密度的影响。研究结果表明,Cd2+浓度与P浓度对3株微藻的光合作用及生长均具有显著影响(P<0.05)。小球藻和微绿球藻的荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR和NPQ均与Cd2+浓度呈显著的负相关,杜氏盐藻的Fv/Fm、Fv/Fo和NPQ与Cd2+浓度呈显著的负相关,Yield和rETR在24h后与Cd2+浓度呈显著的负相关。在P浓度为2.27μmol/L时,3株微藻(小球藻、微绿球藻、杜氏盐藻)的Fv/Fm、Fv/Fo、Yield和rETR均显著下降,各荧光参数、叶绿素相对含量以及细胞密度均明显低于对照组和高P处理组,表现为明显的P限制现象。多重比较结果表明,3株微藻受Cd2+胁迫程度最小的P浓度为290.4μmol/L,表现为荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR的值均明显高于低P处理组和对照组,其叶绿素相对含量和细胞密度与低P处理组和对照组相比,也有显著的提高。
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