砷是一种自然存在于海洋环境中的类金属元素,是人类已知的致癌物质之一。由于大型藻类的生物富集效应,藻类中积累的砷很容易通过食物链转移到人体中。不同形态砷的毒性不同,其中三价砷毒性最强,其次是五价砷和有机砷,但有机砷中砷糖、砷脂等被认为是无毒的。目前对海带的相关研究主要集中在海带生物活性物质的提取、分离及功能性研究等方面,而环境因子尤其是重金属胁迫对海带的生理影响及其在海带中的富集转化研究较少。因此,研究海带中无机砷的富集转化及毒性,可为海带食用风险评估提供依据,并为研究海洋藻类在砷的生物地球化学循环过程提供参考。本研究使用亚砷酸盐和砷酸盐两种形态无机砷对海带孢子体幼苗进行暴露,分时段检测养殖水及海带中砷的形态及含量,研究海带对砷的富集转化效应;并对海带生长、叶绿素荧光参数、抗氧化指标及基因组DNA甲基化水平进行分析,以期阐明无机砷对海带的毒性效应。1)养殖海带后海水中砷形态变化设置0.2、0.4、0.8、1.6μmol/L的亚砷酸盐（As（III））和砷酸盐（As（V））实验组,进行为期28 d的海带养殖,分别在0、1、2、3、4、7、14、28 d时取样分析水中砷形态。研究发现,两种形态砷暴露组水样中均可检测到As（III）和As（V）两种砷形态,各As（III）处理组的水样中在第1 d时检测到As（V）的存在且浓度随暴露时间延长而逐渐增大,两个高浓度组在14 d时仅检测到As（V）,至28 d时所有处理组中均未检测到As（III）;而在As（V）暴露下,随暴露浓度的升高,As（III）出现越早,浓度也越高,但实验14、28 d时所有处理组中均只检测到As（V）。砷暴露组中砷形态的变化说明海带能够对海水中砷形态产生一定的影响,海水中As（III）向As（V）转化。2)无机砷暴露下海带中砷的富集及形态进行研究。结果显示,高浓度砷暴露组中海带总砷含量较高,As（III）暴露下海带中总砷含量随时间的延长而增加,在28 d时达到最大值;As（V）暴露下海带中总砷含量则呈先升高后下降的趋势,但均显著高于初始值（P<0.05）。实验结束时As（V）暴露组海带中总砷含量显著低于As（III）,说明无机砷暴露下海带孢子体幼苗对亚砷酸盐的富集能力大于砷酸盐。对海带孢子体幼苗中砷形态的分析发现,有机砷为海带中砷的主要存在形态,且As（III）处理组中C_{（In As）}/C_（As）大于As（V）处理组。第7、14 d时所有砷处理组海带中均发现了As（III）和As（V）两种形态,随暴露浓度的升高,As（III）暴露组海带中也检测到二甲基砷（DMA）和一甲基砷（MMA）,但MMA含量较少（0.048-0.077 mg/kg）,As（V）暴露组海带中则未检测到MMA;实验期间所有砷暴露组中无机砷形态均以As（V）为主,且实验28 d时0.2、0.4μmol/L As（III）处理组和0.2μmol/L As（V）处理组中仅检测到As（V）。说明海带在吸收无机砷后可以对其进行形态转化,将其转化为毒性较小的As（V）和有机砷来抵抗砷的胁迫。3)无机砷对海带的生长及光合作用的影响。在实验浓度范围内,7 d时海带所有实验组海带重量均显著增加,As（III）处理组海带增长率随浓度的升高而降低,仅0.2μmol/L处理组日增长率与对照组无显著差异。As（V）两个高浓度处理组日生长率显著低于对照（P<0.05）。至第28 d时,所有砷处理组海带孢子体均保持生长状态且未观察到明显砷中毒迹象。叶绿素荧光参数检测结果显示,除最低浓度As（III）提高了海带Fv/Fm外,其它浓度暴露对海带孢子体幼苗的Fv/Fm和Yield值没有显著影响,而As（V）暴露则会使海带叶绿素荧光参数有所增加,其中高浓度As（V）使海带的Yield产生了明显的提高。说明实验设置的浓度范围内,海带仍处于健康状态并保持生长,但高浓度无机砷暴露会使海带生长速度减慢,其中As（III）对其影响更大,而As（V）一定程度上促进了海带的光合效率。4)砷胁迫对海带的氧化损伤、抗氧化防御及基因组DNA甲基化水平的影响。在不同浓度As（III）和As（V）处理组中均检测到丙二醛和过氧化氢含量的显著升高,且显著高于对照组（P<0.05）;海带中超氧化物歧化酶和过氧化氢酶7 d内随时间的延长呈现先升高后降低的趋势,28 d时抗氧化酶活性仍处于较高水平。在实验结束时,暴露组海带孢子体幼苗的DNA甲基化水平均显示出不同程度的升高,其中As（III）和低浓度As（V）对其影响较小,V-b、V-c、V-d组海带DNA甲基化水平在28 d时显著高于1 d时水平（P<0.05）。说明砷胁迫对海带造成一定的氧化损伤,短期内海带可以通过激活抗氧化酶体系减缓氧化损伤,但长期砷暴露会降低海带的抗氧化能力。海带可能通过增强基因组DNA特定基因的甲基化修饰来应对环境中砷胁迫。