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本文通过室内暴露实验研究了Zn、Cd和Cu三种金属元素对2种海洋微藻(Dunaliella tertiolecta,Thalassirosira weissflogii)和翡翠贻贝(Perna viridis)的影响,探讨了生物体富集金属和相关生物标志物的动力学变化规律,以及它们之间的相互关系。研究将有助于理解痕量金属的海洋生物地球化学特征,及海洋生物在不同金属条件下的生理反应机制,对渔业生产和海洋环境监测也具有一定的参考价值。
结果表明在不同金属暴露条件下,生物机体会有不同程度的应激反应和生理协调机制,低浓度金属添加具有刺激微藻细胞生长的作用,而高浓度金属则显著抑制藻细胞生长,对贻贝的毒性也非常明显,严重时会发生致死现象。经过不同金属驯化的微藻细胞(D. tertiolecta)再度面临金属胁迫时具有不同的耐受力和生长力,选择合适的驯化剂有可能提高微藻的耐毒害能力。zn和CA属于同一副族元素,具有许多相似的化学特性,结果表明在微藻(T. weissflogii)培养体系中无Zn添加条件下,低浓度Cd具有刺激生长的作用,能够维持细胞以较高的生长率生长繁殖。分析表明T. weissflogii细胞吸收Cd的过程与细胞营养盐的消耗密切相关;细胞生长条件越好,所需损耗的营养物质越少,即细胞能够保持越高的物质利用效率。利用双箱动力学模式拟合翡翠贻贝的金属吸收过程,并计算了富集动力学参数(k1,k2,BCF,CAmax),结果表明贻贝消化腺内金属的最大理论吸收量,随着金属暴露浓度的增加而增加,而生物富集系数(BCFs)则呈减少趋势。
实验利用极谱方法测定了不同金属暴露条件下微藻细胞内外植物螯合肽(phytochelatin)类物质和翡翠贻贝消化腺内类金属硫蛋白(metallothionein likeprotein)的含量,发现金属能诱导它们发生不同程度的增加。微藻细胞对金属反应非常敏感,暴露初始细胞内外的PCs水平就开始增加,在3~6小时之间达到最大值,随后出现降低的趋势。贻贝消化腺内MTLP的浓度会随着水体和生物体内金属含量的升高而增加,并可能保持一定的线性关系。本实验条件下在暴露第4~7天时达到最大值水平,随后其合成会由于过长时间的金属暴露和生物体内过量的金属富集而受到限制。实验结果表明,微藻细胞PCs和贻贝消化腺MTLP指标能够敏感的反映水体环境的金属污染变化,是很好的生物预警标志物。
通过研究金属暴露条件下海洋微藻和贻贝的生长指标、富集金属的规律以及引起生物体内外金属结合蛋白含量的变化特征,可知海洋生物在适宜的金属条件下能够保持健康的生长状态,一旦金属浓度过高,生物体会调整所有可能的适应和抵御机制,以促进体内金属的均质化和解毒过程,从而降低过量金属对生物机体的毒害性。