重金属的毒性和其在环境中的迁移转化给环境中的生物体造成毒害作用。相对于在海水中重金属的总浓度，因为海水中有各种无机和有机配体的存在在一定程度上改变了重金属元素的存在状态，其可被生物吸收和利用的浓度更加重要。氧化胁迫是重金属离子对于生物体产生毒害的主要途径之一。尽管已有很多生物标志物被用来指示环境中金属离子对生物体的氧化胁迫程度，但是这些标志物并不是很灵敏，特别是在生物体受到金属离子短期胁迫时，已有的标志物无法快速指示氧化胁迫的程度;即使在表征长期胁迫时，为了得到可靠的结果，往往需同时对其中多个标志物进行测定。因此，更为灵敏且准确的氧化胁迫指示方法亟待发展。本研究以海洋中广泛存在的三角褐指藻为藻类的模型，研究CuCl2、CdCl2和PbCl2对藻的长期和短期氧化胁迫;以期在分子水平上获得更多关于金属离子对于生物体的氧化胁迫程度的信息，发现有效的反映生物体受重金属氧化胁迫程度的生物分子并发展新的指示生物体受氧化胁迫的程度的指标和方法。同时获取环境中生物可利用金属元素存在状态的信息。　　 第一章主要简要地介绍了水体重金属污染的现状和水体治理的必要性以及藻类耐受重金属污染的生物化学机制的研究进展，并对含巯基化合物分析技术进行了简要介绍，最后提出了我们的选题依据。　　 第二章主要研究了在不同浓度(0、0.05、0.5、1、10和20μM)和不同胁迫时间（6小时和3天）条件下，CuCl2、CdCl2和PbCl2对三角褐指藻的胁迫和毒理作用。我们监测了在不同胁迫条件下，藻的生长情况，发现经过3天的胁迫，与空白组比较，胁迫后三角褐指藻藻细胞的密度整体下降。在金属胁迫浓度较高时，Cu表现出最强的毒性，Pb表现出最弱的毒性，Cd的毒性介于两者之间。例如，当胁迫浓度为20μM时，胁迫时间为3天，和空白相比（未加金属离子），Cu胁迫的藻细胞密度下降51.4％，Pb胁迫的藻细胞密度下降26.1％，Cd胁迫的下降39.7％。与此同时，我们还通过ICP-MS检测了不同胁迫条件下细胞内部和细胞外的金属元素含量。发现当胁迫浓度和胁迫时间增大时，细胞内部和细胞外吸附的金属量都在增大。细胞外吸附的金属量要明显大于细胞内的金属量。例如，当20μM CdCl2胁迫三角褐指藻3天时，细胞外吸附的Cd为908 amol per cell，细胞内吸附的量为275 amol per cell;当PbCl2胁迫三角褐指藻3天，胁迫浓度从0.05增大到20μM时，细胞内的Pb从29.4 amol per cell增大到334 amol per cell。我们通过SEC-ICP-MS考查了金属和细胞内物质结合的情况。我们发现Cu和Cd主要是和细胞内大分子量化合物(MW＞20 kDa)结合在一起，Pb主要和分子量较小的化合物(MW＜1500 Da)结合在一起。最后我们通过HPLC-ESI-MS来鉴定胁迫过程中产生的含巯基（-SH）小分子量化合物的种类。我们发现这类化合物主要有半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)和植物螯合肽（PCs，主要是PC2-6）。　　 第三章主要开展了重金属对藻类生物的氧化还原胁迫程度研究。提出利用前文所述的藻细胞内含巯基小分子化合物的还原形态占总量的比例（RRedTotal=还原型巯基的浓度/巯基的总浓度）或与氧化形态的比值（RRedOxd=还原型巯基的浓度/氧化型巯基的浓度）来指示藻细胞受氧化还原胁迫的程度。含巯基小分子化合物的还原(-SH)和氧化（-S-S-）状态含量的比值不仅是反映藻细胞所处环境的氧化还原程度，而且在对抗重金属的氧化胁迫过程中藻细胞中-SH和-S-S-的转化也起到了非常重要的调节作用。为了准确得到还原型巯基小分的量，我们用NaOCOC6H4HgOH(PHMB)来标记和稳定-SH。所标记Hg可以通过UV/TiO2光催化还原进行原子化，进而实现原子荧光光谱检测，最终通过所测得的Hg的量推算出-SH的含量。不同金属元素胁迫时，RRedOxd和RRed Total的变化趋势不一样。相对于正常值偏离的程度，即RRedOxd和RRed Total的大小直接和藻细胞受到氧化胁迫的程度相关。因为不管是去除氧化活性高的物质（可能导致RRedOxd过低）还是直接络合金属（可能导致RRedOxd过高）都是藻细胞用来对抗环境中金属离子造成的氧化胁迫的策略。除了三角褐指藻外，为了验证我们提出的RRedOxd和RRedTotal，我们用了另外两种藻，伪矮海链藻（Thalassiosira pseudonana）和微小原甲藻(Prorocentrum minimum)做平行实验，研究它们在对照和10μM CdCl2胁迫时，RRedTotal和RRedOxd值的变化。结果对于T.pseudonana，RRedOxd值从1.94（来自对照实验的对照值）上升到2.85;对于P.minimum，RRedOxd值从2.87（空白值）上升到8.09。同时CdCl2胁迫过程中也伴随着藻细胞密度的明显下降。因此证明了我们所提出的RRedTotal和RRedOxd值可以作为评价生物体受金属氧化胁迫程度的指标。第四章总结了本硕士论文的研究工作，对其不足进行了讨论，并对将来进一步的研究工作进行了展望。