《不同磷浓度对螺旋藻砷吸附、吸收及转化的影响研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
一f.'‘一;^.心'‘C;、;?一:.'"''..’,?分类号_mi_?学号為音泉違义參硕±学位论文不同碟巧度对螺旋藻神吸附、吸收及转化的影响研究王淑MVr;,追乂—.--,.:r个气..,.-A-一.声^一-—-'’’户一t'’-.‘1T巧一?’,‘-,—…;;。;:?-.*VN度V;指导教师葛縷教授'II.,v今八?/专业名称环境科学研究方向环境污染控制与生物修复i’尸—V/答辩日期二〇五年五月:.V,■■占争..■.V-.'’.--r、:-侣-;-^:一'r0--一???7W--■..;."一….■;人―、.■’f..V EFFECTSOFVAMOUSPHOSPHATECONCENTRATIONSONTHEARSENICADSORPTIONUPTAKEAND,TRANSFORMATIONINSPIRULMAPLATENSISbyWanShugSupervisedbyProf的sorGeYingAThesisSubmittedtoNaninAriculturalUniversitjggyInPartialFulfillmentoftheReuirementsqForThemasterdegreeComletedinMa2015py,CommencementinMa2015y, 原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研巧工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中W明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者(需亲笔)签名:主識A广年月么日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被査阅和借阅。本人授权南京农业大学可W将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进斤检索,可W采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密□,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不巧巧向^""(请在W上方框内打V)学位论文作者(需亲笔)签名;年^月X日'导师(需亲笔)签名:展方"年/月2日左 不励縱媳对叛緻就峨附、吸收及转化的影嚇伉本研究得到^^下项目资助国家自然科学基金(41371468;31400450) 目录目录巧¥————————*—————————————■—Tlir—■■——TTT——一TTT干tT干一巧章文献综巧11.1螺旋巧的简介及其营养成分21.1.1该旋藻的简介21丄2爆旋藻的营养成分及功能31.2淡水中的神与其在微藻中的代谢41玉1水环境中As的污染现状41.2。As与人类健康的关系51.2.3As的形态及毒性51.2.4微藻As的代谢机制61A.3P与s的竞争作用81.3.1微藻的P营养巧求81..32P对微藻As积累的影响91s.4螺旋藻A污染研巧进展101.5拟解决的问题111.6研巧内容111.7研巧目的和意义111.7.1研巧目的111.7三研巧意义121.8技术路线12—...W第二章不同F浓度对g巧藻生长巧及吸附、吸收和转化神巧盐的影咱—.口2.1材輯骑法142^*1?113^验W及培^将?糸142丄2试验设计152.1.3测定项巨与方法162丄4数据处理182.2结果与分析18 不同巧浓度对度巧巧巧吸巧、吸化及转化的巧巧研巧2玉1不同P浓度对巧旋藻生长的影响182三对!l.2As(V)i旋藻生物量的影响192.2.3摄旋藻对As的宮集192.2.4P营养条件对语旋藻胞内As形态的影巧22;2.31^论222.4小24S第兰章不同P浓度对?巧藻吸附、吸收和转化亚巧8^的巧咱巧3.1材辑与方法283.1.1试验材料及培养条件283.1立试验设计283.1.3测定项目与方法巧3丄4数据分析293.2结果与分析293.1fl对爆旋藻生物*的影响.2不同浓度AsC)293.s.22爆旋藻对ACni)的巧化303.2.3不同浓度Asfl对螺旋藻宮集As的巧巧31C)3.2.4不同浓度P和As(m)处理对摄旋藻宫集As的影响巧3.2.5不同浓度P和As(ra对巧旋藻胞内As形态的影巧35)3.3讨论363.4小S38第四章全文总结与展望巧4.1全文总结.394丄1不同浓度As(V)、As(ra)对爆旋藻吸附、吸收和转化As的巧响........巧4丄2不同P浓度对塚旋藻积累和代谢As(V)、As(in)的影响394.2创新之A404.3研巧展望4041巧谢 图表目录图表目录-表21Zairouk培养基组分15-2微量溶液A表2s和战的成分与用量15-3不同P浓度下巧旋藻生物量表2、藻胆蛋白、叶绿素含里19表2^螺旋藻吸附和吸收的神含量及比例20表3--1不同PAs(fl)处理组合293-2处理下巧旋巧As形态表胞内的33表3-3不同Asni和P处理对爆旋藻吸附s含量的双因素方差()、吸收和宮集A備35图レl缺P和富P条件下徹藻细胞对As的吸收和转化过程(Hellweger等,2003)10-图21據旋藻光学显微镜A)和(B)14(扫描电镜图片-图22不同巧浓度处理对爆旋藻神宫集的影响21-图23不同稱处理对爆旋藻神吸附、吸收的影响心21 ̄4不同巧处理对爆旋藻胞内神形态的影响图2122-图31不同浓度Asm处理下螺旋藻的生物量30()-1图3-2300LraAs处理7d内培养基中AsV的比例30惦()()-3培养液中氧化的AsV图3比例31() ̄4不同浓Asm图3度(处理下该旋巧宮集的总神含呈32)图3-5不sra处理下摄旋藻吸收巧吸附的神含量同浓度A()32>图36不同处理下螺旋藻富集的总巧含量34-图37不同处理下操旋藻吸收(A)和吸附(B)的神含量34--图38不同浓度PAsin处理组合下巧旋藻胞内各As形态的含量35()化 摘要不同磯浓度对螺旋藻神吸附、吸收及转化的影响硏究摘要""螺旋藻被誉为21世纪最理想的食品。随着保健品的生产和开发螺旋藻的安全,品质越来越受到人们的关注。近年来,我国部分品牌的螺旋藻保健品中发生了坤(As)含量超标事件,开展螺旋藻钟污染控制的研究已非常祭迫。W往这方面的研究大多集中在藻粉中总As含量的检測和巧旋藻As污染源的分析。有关蹲化)浓度如何影响螺旋藻吸附、效收和转化坤酸盐As(V)、亚坤酸盐As(m)的研究仍鲜有报道。本试验k乂化顶螺旋藻为研究对象首先用不同浓度AsV、Asm处理螺旋藻7d研究藻,()(),体对As的吸附和吸收特性;然后降低培养液中P浓度,研究不同P浓度对螺旋藻生长的影响;在藻体生长不受影响的情况下,研究不同P浓度对螺旋藻As(V)、As(III)吸附、吸收及胞内As形态的影响。主要研究结果如下:1.不同P浓度对巧旋藻生衣的影响P浓200P ̄PP采用实验室内培养,设置系列度(l/i正,正为正常P供应时培养基-i88.中P的浓度.9mgL)处理研究不同P浓度对螺旋藻生物量、藻胆蛋白、叶绿素,1025l含量的影响。结果表明与Pi相比1/、1/、AOPi对螺旋藻的生长没有影响,,;当P浓度降低时1/100Pit时,藻体藻胆蛋白显著降低,叶绿素含量增加:当P继续降低至1/200P正时,螺旋藻的生物量、藻胆蛋白、叶绿素含量降低,生长受到显著影响。2.不同浓度As(V)、As(in)对巧旋藻生衣、As富集的巧响—1分别用不同浓度AsV(50、100、150、200、250、300L)、Ani(50、()邮<)-I100、200、300帖L)处理螺旋藻,比较不同As处理对巧旋藻生长和As哎附、吸收特性的影响。研究结果表明,与无As处理的对照组相比,不同浓度As(V)对螺旋藻的生物量几乎无影响,As(ni)处理的藻体生物量有增加的趋势,但变化不显著。螺旋藻As吸附量、吸收量和总钟含量均随着培养液中As处理浓度的升高显著增加。在相同As处理浓度下,As(m)处理的藻体As巧收量和总坤含量均比As(V)处理的藻体-I处理的巧旋藻几乎不吸收A高,而As硬附量相差不大。50、100鸭LAs(V)s,As(m)-is,处理的藻体A吸收量分别为0.242、0.300mk。因此在相同As浓度处理时gg,,-浓度达到I螺旋藻对Asin的富集能力更强。此外,当培养液中AsV150时()()帖L,-i-1‘s.s藻体富集的A.006mk了我国保健品中A的限量值l.Omk含量为1gg,超过gg。---1iii..A.sin处理浓度为200L、3001/体总坤含量为1.471mk、2285mk.()帖惦,藻gggg,I 不同巧浓度巧?巧藻巧吸附、吸收及转化的形咱研巧严重超过标々限*。但大部分的As被吸附在细胞表面,因此可W通过PBS洗脱明显处理时巧旋藻胞内只有A—降低藻体的总坤含壬?此外AsVsV,()()种As形态,巧As(ni)处理的藻体J吃内同时奋在As(m)和As(V),但W后者为主要形态。3.不同P浓度对螺袭藻吸財、吸化和转化As(V)、As(in)巧影々1设里在不影嘴巧旋藻正常生长的P浓度50P ̄P分别用AV00(1/a±)s((31/)、,)惦Am1s((200、3001/)处理巧旋藻,研究比较不同P浓度对巧旋藻AsV、Asra)牌()()-i吸附300.LAV、吸收和化内As形态的差异。研究结果表明,王常P条件下s、,pg()fl处理的藻体吸收A’iAs()s含壬分别为0.2的、0.802mgkg;当P浓度为1/25P正时,-i藻体As吸化量分别显著增加至1.369、2.181mgkg;P降低至1/50P正藻体吸收的-1A含量绝续靖加至.s1.457、2.672mk表明降低培养液中P的浓度会促进藻体对gg,As的吸收,增加了巧旋藻As污染超标的风险。此外,用As(V)处理巧旋藻后,培养液中P浓度的降低还会促进巧旋莱胞内As的还原、甲基化和外排过程。当用As〇n)处理时,巧旋藻对As(m)具有较强的氧化作用,降低培养液P浓度也促进了上述过程1的发生。在300阳I/As(V)处理下,仅当P浓度降低至1/50P正时,巧旋藻胞内产生-二甲基im对(DMA)?而当用300iLAs(处理时P浓度25P旋藻jg),降低至1/正,巧化内开始产生DMA,且DMA的含壬随P浓度的降低(1/50Pa)而增加,但是,As(V)处理的巧旋藻甲基As比例较大(巧.35%),而处理的藻细化内甲基As仅占5.58%。由此可W说明当培养液中P浓度降低时Asm处理下藻体胞内更容是产,,()生甲基对,但As(V)处理下藻体甲基化能力更强。关键词:巧旋藻;鸿酸盐;种酸盐;亚钟酸盐;吸批;吸化;转化n ABSTRACTEFFECTSOFVARIOUSPHOSPHATECONCENTRATIONSONTHEARSENIC乂BSORPTIQN,UPTAKEANDTRANSFORMATIONINSPIRULINAPLATENSISABSTRACT",,如aisknownasthemostidealfoodinthe21stce凸turbecauseofitshihyg打utrientcontents.Howeveritssa佐tyhasreceivedmoreattentio打withthedevelomentofphealthproductsmadeSpirulina,Inrecentyears,arsenic(As)contentinsomeSpirulinahealthroductsexceededfoodqualitystandards.Previousresearchon乂spollutioninp?AZrw/内幻hasbeenmostlfocusedo打化edeletionoftotalscontentinalaeowderas坏zygp,wellastheanalysisofthe乂sollutionsources拓rthisalgae.Howevertheefectsofp,phosphate(P)CO打centrationon站senate(As(V)),扣senite(As(in))adsorption^abso巧tionandtransformationinSwrw/maarestillrarelyreorted.Pmainfluencetheutakeand/pypbiotransformato凸ofAsthussossbletoreducetheaccumuationofthoxceemeniitiilistilt,pby皿aniulatin呂PCO打centrationintheculture.Tot:estthishypothesis,wefirstsd:uppdiferentAsVorAsin仕eatme凸tsfor7dastoanalzetheAsadsortionandabsorption()()yyp?characteris垃OSofiS7/rw/z乃。?/幻姑/wb.ThenthePconcentrationoftheculturewasdecresed//化study化eefectsofnormal过凸dlowPlevelso凸thegrowth^the乂s(V)orAs(ni)uptake,adsorptio凸andbiotransformatio打ofthisalgae.Themainresultsaresummarizedasfollows:?1.EfectsofdifferentPconcen仕ationsontherowthof/ru/i舟a/afewbg卸pwese?InlaboratoryculturestuvariousPtreatments1/200PPnomalP,p(,!-concentrationis88.9m1/toinvestiatetheefectsofPonthebiomassg)g,phycobiliproteinandchlorophyllcontentofSpirulinalatensis.Theresultsshowedthatp1/101/25175OPtreatmentshavelittleimpactonthegrowthofiSw>w/加a如佑nsw,,/,comparedwiththenormalPlevel.町ephycobiliproteincontentsigniScantlyreduced^butltentincreasedat1/1P.PtthechlorophylconOOlevelWhentheconcentraionwasdecreasedto1/200,thebiomass,hycobiliproteinchlorollcontentdecreased,indicatinthep,phyg面 不同巧浓度对螺旋藻神吸附、吸收及转化的影响研巧growthofSpirulinaplatensiswasaffectedsignificantly.2.EfectsofdifferentAsVAsIDconcentrationson化erowthandAsenrichment(),()gofrulnaatensisSiilppWetreated々wrw/zrta/?/幻化nwjwi也diferent乂s(V)(50,100,150,200,250,300—-iior.LAsin)0100200300xLconcentrations化comarethedifer畑ceof惦)(口,,,jg)pgrowth.Asadsorption,absorptionofthismicroalgae.Theresultsshowedthat,comparedwithcontroldiferentconcentrationsofAsValmosthadnoefectonthebiomassof,()z>m/加幻/a化w別Anincreaseofbiomasswasobserved汪fterAsintreatmentbutthe坏p(),changewasnotsignificantTheAsadsorption,absorptionandtotalarseniccontentofiS/wn//如ap/a化rosesigni扫cantlybyincreasingAsconcentrationintheculturemedium.Atthesametreatmentconcentration^也euptakeandb)talAscontentofthisalgaetreatedby^s(in)wereallhigherthanAs(V)trcatoenttheamountofadsorbed乂8hadlittle^?diference.TherehadnoAsabsorptionin却>w/z打。知。化巧加exposedat50and100_-iiAV-*Lsbut化eaccumulatedAsreached0pg.242and0.300mkwiie凸化ealaewas(),gggtreatedwithAsIII.Therefore,thisalaehadastronerabilittoaccumula化AsIIIatthe()ggy()on1sameconcentratis.WhentheAsVCO岛centrationwas1501/化eAsaccurnulation()惦,-iof-/rw/切幻?/口fe/wisreached1.006mkexceedinthelimitvalueofAsinhealthcare命/gg,g"^roducts1k.Thehenomenonwasmoreseriousinthealaetreatedb200andp.0m(gg)pgyi300L/AsIIIwhichiMcause过risktohumanhealth.ButmostoftheAswas蜡(),yadsorbedonthecellsurfaceandthereforeusinoshatebufersolutio打PBScan,gphp()sni巧cantlyreducethetoalarseniccontentofthisalae.I打additio凸onlsVoccurredigtg,yA()n/w化wsexosureandserefoundeaaeirja/幻ith乂V.乂sniAVwinthl娘只()p()()gedst化elaerwas化emanformtreatAinbuti.(),3.EffectsofvariousPcone畑trationsonAs(V)orAs(ni)adsorp材on,absorptionandconversionofSirulinalatensisppnorma?erower过ndlPconcenationsOPPnortrecwasUndltrl^owhdutionfound(,g'^V*forSpirulinawecultivatedthisalaewithA¥300iLorAsIII200300),g()(|g)()(,U^VitocomaretheefectsofPconcentrationsontheAsorAsIIIadsortion[g)p()()p,absorptionandintracell山扯Asspecies.TheabsorbedAscontentwere0.202and0.802"'AVinSpirulinalatensistreatedwith300,LsorAsIIIundernormalPppg()()conditionresectivel.WhenPconcentrationwas1/25PtheAsutakesinificantl,py,pgy'increasedto1.369and2.181mgkVWhafsmore,theabsorbedAsincreasedto1.457andg'^-was2,672mgkgbyalgaewhenPchangedto1/50P.ThefindinsindicatedthatreducinggIV ABSTRACTPconcentrationinthemediumwillromotetheabsaonofalaeincreasintheriskofpptig,gAsaccumulatioiiinSpindinalatensis.Inaddition.AsreductionmethlationandefQuxp,yprocesseswerepromotedlowerPconcentrationsunderAs(V)treatmentWhentreated^thAsnidecreasinPconcentrationalsoromotestheaboverocessbecauseofthe(),gpp-1.strongAsinoxidationofin此Tia7虹化虹300惦LAsV仕础m迅()破/()dimetfaylarsinicDMAroducedin化isalaeWienthePlevelwasireduced化1巧OP.()pgNeverthel坊电DMAwasdetected虹algaeexposedAs(ni)at1/25P,andthemoreDMAwasroducedin1化OP.Neverthelesstherorti処ofDMAinAsVtreatedalaewas37.35%p,ppo()goftotalabsorbedAsonl5.58%wasfoundintheAsIIItreatmentalalcells.Itindicated,y()gthatlowerPconcentrationintheculturemediummayleadtomoremettrlatedAsintheQalaeexposedAsmbutthecaabilitofme也ylationseemedhierfor曲t/K/iaintheg(),pygh毎AsVtreatment.()**KEYWORDS:SirulinalatensisPhohatersenaterseniteAbsortipp;^;A;A;pon;AdsortionTransformationp;V 第一章文献综述第一章文献综述微藻作为海洋和淡水生态系统中的初级生产者,将光、二氧化碳、无机盐和水通过光合作用转化成有机物和氧气,供其自养生长所需的养分,对维护水环境的生态平衡具有重要作用(Lee,2008)。不少微藻含有丰富的营养物质,在保健品的开发与利一用上具有很高的经济价值。螺旋藻是种古老的原核生物,含有丰富的蛋白质、维生"素、氨基酸、多糖不饱和脂肪酸等生理活性物质,被营养学家、医学家称为地球上"一(2012的营养冠军张晓燕等,)。作为种营养价值极高的保健品,螺旋藻的重金属含量日益受到人们关注,2012年。例如国家食品药品监督管理局对W螺旋藻为原料的保健食品进行的重金属专项监督检查结果表明,部分品牌的神含量超过了国家限量标准。该事件发生后,云南、浙江、山东等各省食品药品监督管理局加强了螺旋藻保健品质量监管工作。巧一(As)是种广泛分布于±壌、矿物、水体和生物体的类金属元素,在地壳中的丰度在所有元素中排列第20位,由于其毒性被列为I类致癌物(Oremland&Stolz,-112003‘)。淡水水体中As含量从低于1帖L到10帖心,在己报道的受污染的地下水-1中含量达5000帖L(Levy等,2005)。在自然水体中,As主要W神酸盐(AsV)()和亚神酸盐(As田I)的形态存在(李妍丽和柯林,20口)。随着人类矿山开采、金)属冶炼、农药施用等不合理的开发与利用,造成了大量神化合物进入环境并随河流进入水体,As污染事件屡见不鲜。例如,2008年云南阳宗海As污染;2009年9月大沙河部分断面As含量超标,挑河出省境断面超标2.62倍;2014年湖南石口县受污染水体神含量超过国家地面水质标准的巧倍。‘一陆生植物中?P/cr/svz7fflfaAs超级累植物,己有研究表明娱蚁草()是种,其老-i.k叶部分积累的As含量可高达13800mg(Tu等,2002)sg,被广泛应用在止壌A污染的生物修复上。大型水生植物也常被用于去餘水体中的As,如Zhang等(2008)-’imo’scaroKm用50lLAV处理卡洲满江红(yizo化7ana)10d后,乂caro化的n()-i一,As富集量为284mgkg。微藻是类广泛分布在陆地和海洋的自养生物。近年来,微藻因其表面积大、吸附、吸收能力强、成本低等特点(D执皿ezandAksu,2002;?〇13站等,2009),能从水体环境中富集大量的神(1^^巧邮^3等,2008;、也等,2011;Yamaoka等,1999;Foster等,2008)而日益受到关注。Yamaoka等(1999)发现,i盐藻SO’(DtmflWe化I化JO)在lOOOmgI/AsV处理7d后,藻体富集的总神含量为2740()‘i-mgkg。微藻对As较强的富集作用使其在含神污水的生物治理方面有良好的应用前景。但当微藻作为保健食品时,神富集含量高则可能使水体中的神污染大量积累于藻1 不同巧浓度对巧旋藻巧吸附、吸收及转化的影巧研巧:体,对保健产品的质量造成了严重威胁。憐(P)和As属于同族元素,AsV能通过微藻吸收磯酸盐的通道进入藻细胞(张()兵等,2011;Qin等,2006)。研巧表明,环境中的P会影响微藻As的吸收,较高的P浓度减少了微藻As(V)和As(m)的吸收量(Hasegawa等,2001;Karadjova等,2008)。-iAs,除此之外,微藻的代谢也受P的制约。当培养基中的稱酸盐浓度较高时1.3mgL,()—1,V1jmolLAs/i/oreWflja化wjt72h后,藻细87%的As为处理小球藻(C胞内,|())无机神甲基神只占9%,同样浓度的As(m)处理后,81%的细胞内神为Asm),甲基化神和(AsV的比例很低(Karadjova等,2008)。然而Hellweger等(2003)认为,环境中()的P缺乏时,藻内As代谢甲基化为主,外排的主要是甲基化神。目前有关P浓度对螺旋藻As积累与代谢的影响还没有报道。因此,本研巧W纯顶螺旋藻(却化?a.如为研巧对象,设置不同浓度P、As(V)、As(ni)处理,探讨不同P浓度条件对螺旋藻As(V)、As(m)吸附、吸收和转化特性的影响。1.1螺旋藻的简介及其营养成分微藻由于表面积大、吸附和吸收能力强,营养物质丰富等特点,被广泛应用在食品、饲料、化工原料、废水净化等领域,尤其在保健品方面发挥着很大的优势。而螺""旋藻在保健品中占重要地位,被誉为全球最理想的食品。1丄1螺旋藻的简介螺旋藻是一类低等生物,属蓝藻口、蓝藻纲、颤藻目、颤藻科、螺旋藻属(袁晓雄和杨淑培,1997),是地球上最早出现的光合生物,细胞结构简单,没有真正的细50 ̄500m7 ̄胞核。藻丝主要靠简单的细胞分裂增加藻丝长度,藻体长M,螺距长180im,J ̄70-螺旋宽20^111(徐建祥,1998;胡鸿钩,2003)。螺旋藻细胞壁很薄,厚度大约4060im1。[,主要由蛋白质构成,纤维素含量较低,极易被消化吸收(陈峰和姜悦,999)螺旋藻广泛分布在许多热带湖泊 ̄30、池塘中,生长最适的光照强度为25Klx,最适’温度为25 ̄35C ̄9H范围为81,1。,最适p(李定梅,9%陈峰和姜悦999);早在16世纪,墨西哥城郊SosaTexcoco湖沿岸的阿兹台克人将从Texcoco湖中采集的螺旋藻晒干,制成绿色饼干出售(Farrar,1966)。1940年,法国药物学家Creach到非洲探险时,发现乍得湖沿岸的±著人也食用螺旋藻(Ciferri,1983)。25年后,正当学者们为世界人口剧増,粮食短缺问题担忧时,乍得湖及其邻近地区其他盐碱湖螺旋藻的再次发现,受到了营养学家、藻类学家、政府的高度重视。20世纪70年代2 第一章文献综述初螺旋藻开始了大规模的工厂养殖。我国螺旋藻的研巧起步较晚,1983年从美国、法89年我国国、德国、印度等国开始陆续引进藻种在实验室内进行研究,19出现了工厂(3化养殖螺旋藻胡鸿钩,200)。此后,螺旋藻的生产得到了飞快的发展。化’目前国内外螺旋藻工厂化生产的主要是纯顶螺旋藻(毎70巧ofe/ws)和极大、2002螺旋藻(衝1>?化(杨也宁,)。螺旋藻的应用非常广泛,可用于食品、饲料、精细化工及化妆品等。螺旋藻蛋白质含量丰富,氨基酸的种类齐全,且含有较多的碳水化合物,特别是在保健食品的开放利用上具有独特的功效,被世界卫生组织""(WHO)认定为人类21世纪的最隹保健品。1丄2螺旋藻的营养成分及功能(1)蛋白质蛋白质是细胞的主要组成部分,,维持和调节机体正常的代谢活动是生命活动的 ̄%7物质基础。螺旋藻W高蛋白含量著称,约占细胞干重的60%70(周志刚等,199),相当于大豆的2倍,牛肉、鸡肉的3.5倍,蛋类的4.6倍,猪肉的7倍(Ciferri&T化〇址1985)。藻蓝蛋白含量高达蛋白质总量的20%,藻蓝蛋白能提高人体免疫力,改善机体的血红素血液循环。氨基酸是蛋白质的基本组成单位,螺旋藻含有天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等18种氨基酸,其中包括8种人类必须氨,19952003),且组成均衡FAO推荐的基酸(黄圣基和万青;胡鸿钩,,接近联合国标准。(2)碳水化合物°螺旋藻中碳水化合物含量占细胞干重的15/^20%(杨董董,2011),其中多糖是 ̄主要的存在形式(含量占千重的14%16%)。螺旋藻多糖主要是碟酸脂环醇、糖原、葡聚糖、唾液酸等动物淀粉性多糖。研巧表明,螺旋藻多糖具有调节和提高机体免疫、、力,抗镇射抗癌抗氧化和促进淋己细胞转化,提高伸进系统的反应速度等作用(张静,2011)。(3)脂类一螺旋藻脂肪含量约6%-9%3 ̄9,是种低脂食品。粗脂肪含量约为%%,脂肪酸°-4.9/^5(陈峰和姜悦,1999)。脂肪酸W不饱和脂肪酸为主.7%,其中Y亚麻酸由于其含量丰富-(每lOOg螺旋藻干重约900mg)受到营养学者的瞩目。Y亚麻酸具有调节血压、抗衰老、降低胆固醇、促进前列腺分泌、清除血脂、软化血管、加强机体免疫3 不同巧浓度对授旋藻神吸附、吸收及转化的影咱研巧调节和代谢等功能(Tanticharoen,1994)。(4)矿物质及其他营养成分螺旋藻含有人体必需的巧、络、镑、铁、铜、钟、钢、巧等50种W上的矿物质和微量元素,,其中W钟、巧、钥、铁、倭、磯含量居高这些矿物在藻内W馨合态存在,易被吸收利用,消化利用率高,能有效调节机体平衡且不会对细胞和组织器官产生毒害作用(刘惠芳,2001)。此外,螺旋藻含有丰富的植物色素和维生素。类胡萝h素含量为干粉的°0.2/^.4%10倍。藻蓝素是螺旋藻主要的光合色素,是胡萝h的,这种纯天然的藍色素被广泛应用在化妆品和食品中,且具有提高机体免疫力和抗艾滋病的作用(杨宝莖,2B6、B12、2011)。螺旋藻含有13种维生素,例如维生素E、维生素B1、B、烟酸、-叶酸等。尤其P胡萝h素是所有食物之冠,具有保护视力、治疗白内障、青光眼和抗癌的作用(张静,2011)。1.2淡水中的神与其在微藻中的代谢1.2.1水环境中As的污染现状一神(As)是地表环境中普遍存在的种有毒的类金属元素(Mandal,2002),在—"i",地壳中的平均含量为1.8mkg(Liard&Ber1augppg,994),被称为毒药之王(Nrig,—一1‘2007As含5 ̄2L)。海水中的量般为0.帖(,1996Ne拓1997)在天然孙赂等;;-—i,As的背’-iaeld983淡水中,景浓度约0.1gL(Mrtin&Whi祀,1),平均含量为0.5帖LK(李妍丽,2012)。除了火山爆发、富神矿物的风化等自然原因之外,人类金属冶炼,工厂废水的肆意排放、,农药除草剂、杀虫剂等不合理施用(Bhumbla等,1994),加剧了环境As污染问题。全世界每年有12.5万吨的神通过各种途径进入水体中(李妍丽,2012;Chua,1999),大量As进入到水环境中,因As引起的水体污染现象及其带来的健康问题在世界范围内普遍存在。孟加拉国、印度、智利、阿根廷、秘鲁、匈牙利、墨西哥等20余个国家均报道过饮用水As中毒事件(Mandal,2002)。例如‘1乂 ̄七在智利北部的1^)33浓度为1902180016(汪宁欣,2014)孟加拉湾河流中^;在H角洲地区,约%00万人喝了As污染的水导致As中毒(李妍丽,2012)。据统计,201512)10年我国仍有约.%的近岸区域中神含量超标(李宝洁,20。在我国神污染在新疆、内蒙古、陕西、云南、贵州、湖南、广西、广东和台湾等省区较为严重(胡立刚和蔡勇,2009;郭华明等,2007),湖南省岳阳县、贵州省独山县、四川省安宁镇4 第一章文献综述等地多次发生饮用水As污染中毒事件。据报道,中国内蒙古地区饮用水As含量高达-i2400’igL(Sharma&Sohn,2009),新疆奎屯地区部分居民饮用水神含量高达t ̄190850(Km,2000)。然而根据我国卫生部规定,生活饮用水As含量限值(5749-2006(W为10GB)。世界卫生组织HO)己将生活饮用水中乂3标准值--'150一从原来的i降为10。由此看来,水体As污染己被视为个全球性的公Mg峨L共卫生问题,严重威胁了人类的健康。1.2.2As与人类健康的关系,2007)微量的As可W生血润肤,促进人体新陈代谢(郭华明,但近年来随着大量As被排放到环境中,As污染问题日益突出,己经严重威胁到人类的健康。As被国际癌症研巧机构(InternationalAgentforResearchonCancer,IARC)和美国环保署一人类有害物质信息库(IntegratedRiskInformationSystem,IRIS)列为第类致癌物(金雪莲等,2012)。孟加拉盆地有超过20刀人曰神中毒(Sme姐巧&Kinnibuigh,2002);我国有高达1500万人口暴露在As中毒危害病区,且己确诊的患者数万人之多(王颖等,2010)。レ、、As可乂通过呼吸道食道皮肤进入人体,干扰机体的新陈代谢,抑制蛋白酶01化Pa-的活性并致癌(王萍等,2l等,2002)。人体As中毒剂量为化010.052g,06 ̄02A..(杨胜科等2004)。目s致死量是0g,前污染对人体造成的健康风险主要来源于地下水As的长期低剂量暴露,其次为空气和食品中的As。长期摄入低剂量As可引起慢性中毒,出现神经系统奈乱、眩晕、气短、全身乏力、食欲不振、恶也啦吐,还可引起神经性疼痛(杨胜科等等症状,严重者四肢末梢有多发性神经炎,2004;—1200,1)。长期商神(>50^L)、肖唐付等,g暴露会引起皮肤角质化结膜炎、也血管至可能患皮肤癌、肺癌、肾癌等(Meliker等2007。As等疾病,甚,)急性中毒可导致中枢神经系统障碍致全身麻木、呼吸道和消化道病变甚至死亡。此外,As暴露会阻碍儿童的智力发育,且成年后患肺癌的机率更大(罗婷和景传勇,2011)。1.2As的形态及毒性.3A4周期第V主族33一s位于元素周期表第,原子序数为,是种有非金属到金属-+的过渡元素3、0、巧、5^,[^价态存在。在自然界中,八3主要1^?硫化物的形式存在于主壤、岩石矿物中,例如雄黄(AsS)、雌黄(AS2S3)、神黄铁矿(FeA巧)等(吴佳等,2011)。水体中的As主要WAs(V)和As(m)两种无机As形态存化在富氧化5 不同踐浓度对巧旋藻神吸附、吸收及转化的影响研巧A2’3—性水体中主要是神酸根(H2As〇4\Hs〇4),在还原性水体中亚神酸盐(As〇3)占优势(CuUen&Reimer,1%9;Ferguson&Gavis,1972)。除此之外,自然界中还一存在多种形态的有机As,主要是甲基化的神化物,常见的有甲基神(MMA)、二甲基神(DMA)和H甲基肿的氧化物(TMAO)(杨搪和朱永官,2009胡立刚和蔡;勇,2009)。A一s的毒性不仅与其浓度有关,还由其存在形态决定。般认为无机As毒性比有机As大,As(in)的毒性是TMAO的1000倍(Hirano,2004)。而在两种无机As中,As(m)是As(V)毒性的60倍W上(王颖等,2010)。As各形态毒性顺序依次为:巧化H氨(AsHs)>有机神化H氨衍生物>亚神酸盐(III)>有机神化合物(阻)>氧化神"(As2〇3)>种酸盐(V)>有机神化物(V)>金属神(As)(杨胜科等,2004;王静,2012)。1.2.4微藻As的代谢机制、我国藻类资源丰富,微藻因其个体小表面积大、代谢迅速、吸附能力强等将点被广泛应用到含As废水净化的研究中。微藻对As胞外的快速吸附和胞内的缓慢吸收一系列代谢机制W及之后的,使微藻能在含As环境中存活。(1)微藻细胞表面对As的吸附藻类细胞壁含有径基、氨基、琉基、幾基等许多功能基团,这些基团使细胞壁能通过离子交换或其它机制与重金属或类金属离子结合(Xue&Sigg,1990;Ting等,一1991)。例如,许文涛等(2009)研究发现i,纯顶螺旋藻能耐高浓度Crn)的种机(制,就是细胞表面分予能与Cr(ni)结合使其沉积下来,防止过度Cr(III)进入细胞造成—1,As伤害。杜氏盐藻(公《/2〇说仏化W)在500fimolL(V处理13d后,藻体表面吸)1附的神含量为683.9x(王亚等,203)。另外,蓝藻的胶质销或銷被在生长过程中(g向胞外分泌的多糖阴离子聚合物,能与重金属结合,对藻细胞起到保护作用(Parker等,1996;DePhilippis&Vincenzini,1998)。并且大量研究表明(Mohamed,2001;Pirszel等,1995;Doshi等,2009),死t的藻体细胞同样具有较强的吸附能力。这可能是由于藻体死亡后细胞膜通透性改变,离子更容易进入藻体内,而藻体表面积増大,能(2009结合较多的金属离子许文涛等,)。6 第一章文献综述(2)微藻细胞对As的吸收微藻为了满足自身对微量元素的需求从环境中吸收重金属一,另反面也导致了重金属在藻体内相对缓慢和长期的积累。环境中的As通过水甘油通道蛋白(Aquaglycerolporin,AQP)、縣酸盐转运蛋白等途径进入藻类细胞,然后在细胞质内与琉基-(P(細)、还原型谷腕甘化(GSH)、蛋白质、植物络合素Cs)、多磯酸体(PPB)一m-等形成稳定的化合物,从而降低其毒性。般认为在藻细胞内As与SH、GSH结()一akawa等,2合(Ha,2005Naramnandura等006)。PC类广泛分布在藻类中y;s是的富含半脱氨酸的小分子多肤,还能,不仅能使重金属离子失活缓解重金属的毒性作为过氧化氨和超氧阴离子自由基的清除剂,减少重金属引起的氧化胁迫损伤(王宏06T一叶,20)。金属硫蛋白(M)是种低分子量、高琉基含量的金属结合蛋白,能与金属离子结合形成无毒或低毒的络合物,目前很少在藻类中发现MT的存在。As在藻细胞内还通过氧化还原一、甲基化、外排等系列代谢活动降低As对细胞的毒性效应。(3)微藻对As(ni)的氧化作用A一sin氧化成毒性较低的Ass微藻将毒性较高的()(V),是藻体A代谢的个重要-12刖3)250 ̄500m1机制。王亚等(用叫1〇化As()处理无菌盐藻3d后,藻体内AsV()84?/的比例为5?r^8.8%,盐藻细胞吸收Asm后将其大部分氧化成了AsV。集胞藻.()()—i103--(々Tjec片〇呼加sp.PCC68)在2lolL和1001〇11/As(in处理14d后,胞内叫叫)As形态均WAs(V)为主,说明As(in)进入集胞藻后,藻细胞启动了As田I傅化机制(张2n等??兵等,011)。然而Qi(2009)则认为红藻(CywH況航WC妙zo?)受到Asfl胁迫时,在胞外将氧化,与藻体分泌的胞外碳酸巧酶、胞外碱性磯酸酶()等酶类物质有关。但无论藻体是胞外还是胞内将As(m)氧化为As(V),都降低了As(III)的毒性,达到了解毒的目的。(4)AsV还原与外排()研巧■表明陆生植物娱蛇草(巧erbviTto/a)通过根系吸收As后,在体内将As(y)转化为As(m)(Zhang等,2002)。在微藻细胞中也呈现出相同机制,As(V)进入藻体I后,在神酸盐还原酶的作用下经酶促反应首先被还原成As(巧,然后排出胞外,或者通过与琉基物质络合后运输至液泡中储存,从而降低胞内As的含量及其毒性(艮osen,-I.A1999;Douclef&Terry,2002)。Karadjova等(2008)用1叫ioILs(V)处理小球藻(CWoreWa50化?〇)72山发现小球藻细胞吸收的神形态中32%为As(III),说明藻体内AsV向Asin转化。不同藻类对AsV的还原能力不同,温度、藻类分泌物、藻类()()()7 不同稱浓度对螺旋藻巧吸附、吸化及转化的影巧研巧生长状态等因素都会影响藻类对As(V)的还原。肖虹滨等(1995a)研究发现,8701金藻在指数生长初期时As(V)还原率最高,H角褐指藻As(V)还原率比叉鞭金藻高约?2% ̄11%。藍绿藻类(如o/vm航/Wsp.)容易吸收As(V)并在细胞内将其还原为As(ni),随之分泌到胞外art,2009)。(Moriy等(5)微藻As甲基化藻类将从水体中吸收的Ara一s(V)还原为As()后,可进步通过甲基化作用形成毒性较小的甲基神(张楠等,2013)。As(ni)在甲基转移酶(Me也yltransferase)的催化一作用下-MA,通过利用S腺昔甲硫氨酸作为甲基供体,甲基化生成甲基神化物(M)、二甲基神化物(DMA),最终WDMA(V)的形式排出体外(陈保卫等,2009)。例如,集胞藻在7.5As(V)处理14d后,形成了可挥发的甲基神化合物(Yin等,2011)。扁藻(Tfe/rase/niwc/iwY)经As(V)处理4d后培养基中测到了DMA,7d后DMA浓度上升,因此rcAwj由于其产生DMA的能力强被应用到高盐废水神的去除(李妍丽,2012)。微藻将毒性较高的无机As转化为毒性较弱的有机As并排放到胞外,可W有效的降低藻细胞内和培养基中无机As的含量,减轻无机As对藻体造成的损害。(6)微藻内神脂和神糖的合成藻类的As代谢与脂类和糖类代谢密切相关。Irgolic等(1977)研究发现As(V)进’入扁藻(re/mw/mwcAwO细胞后,As可W取代磯脂醜己醇胺和磯脂酷胆碱中的P-或N,从而进入磯脂的合成过程形成含As的脂类。神糖是由S腺昔甲硫氨酸转化而-磯脂醜乙醇胺-PE-A-PC来,在神(As)合成神磯脂酷胆碱(s)的甲基化过程中发生一&了这转化(Edm畑ds&Francesconi,1983PhillisD)lede,1985)。;pqg但目前有’'(2008关微藻中产生神脂和神糖的报道较少,Foster等)发现盐藻(Dwmz&e化/化r/zo/ecto) ̄和H角褐指藻(削〇6〇洗JC如umWco/TiM化OT)中脂溶态神占总神的比例分别为29%38%、 ̄29%20%。1.3P与As的竞争作用1.3.1微藻的P营养需求憐(P)是微藻的必须营养盐,是生物体蛋白质和核酸的基本成分,主要存在于藻细胞的原生质和细胞核中,直接参与了包括光能吸收与同化、卡尔文循环、同化产(Beardall等,2001,1),调节微藻物的运输等光合作用的各个环节;潘晓婷等9978 第一章文献综述细胞膜结构、能量传递、信号传导等代谢活动(薛敏,2012李宝洁,2012)。同时;,P还是叶绿素、核酸、蛋白质和磯脂的重要组成部分,参与叶绿素合成、碳水化合物的代谢W及脂肪的转化(金月梅,2008)。微藻不能在细胞内直接合成磯酸盐,只能从周围的环境中摄取P来满足自身的生长需求-2---。环境中的P主要从有机憐酸盐(葡萄糖雜酸、2磯甘油酸、和无机稱酸盐(K2HPO4、防电P〇4、K3PO4)形式存化无机磯酸盐则是微藻主要的P源(贾顺义,2006;薛敏,2012)。在磯酸盐含量较高时,微藻可W吸收过量的稱酸盐并储存在体内,W便外界P耗尽时能继续维持自身的生长(李斌,2009)。当环境中无机P缺芝时,藻类还可W利用有机形态的P(薛敏,2012)。如有研巧发现,许多蓝藻能"P利用约75%的溶解性有机(Dissolvedorganichosphorus,DOP)(李斌,2009)。p宋丽娜等(2010)研巧发现,在高P浓度下小球藻生长最快,低P浓度会抑制小球藻细胞的分裂,使其生长较慢。赵艳芳等(2009)认为P是控制单细胞微藻中肋骨Vo’条藻(SAe/etonemaeoWarw)和东海原甲藻(irace/7/nwi況>/7如wense)生长的最重要’的因素。莱茵衣藻(CA/amydoTMonosrezn/ia/Y/衍)在P限制4d后其光合放氧率降低75%(Wof等1998。Pyk,)上述研巧均表明了是微藻生长的主要限制因素。石親勇等(2000)在研究纯顶螺旋藻对磯酸盐的吸收利用时也发现藻体对P消耗较大的现象,‘■57mmo,L当螺旋藻的培养基中磯酸盐浓度为1,.1l时藻体对其利用率高达74.42%,且憐酸盐的含量不足时会抑制螺旋藻的正常生长。1.3P对微藻As.2积累的影响P和As属同族元素,由于两者化学结构相似,AsV)可W通过憐酸盐转运通道被(浮游植物吸收(Hellweger&Lall,2004;Nies,1999)。As对微藻的毒性与培养液中P浓度密切相关。研巧表明,较高的P浓度会抑制微藻对As的吸收,増加藻体As的半数致死浓度(Hasegawa等,2001;Karadjova等,2008)。Knauer等(1999)研-i1009..乂5巧发孤当培养液?含量较低(0.1mgL)时,1^101〇11/¥处理能刺激小球()33藻生长。这可能是由于在缺P条件下As〇4巧TiU代替P041乍为营养盐供细胞生长(Howard等,1995)。然而肖化滨等(1995b)研巧结果则相反,培养基中P浓度的降低抑制了H角褐指藻的生长。这可能是由于P浓度的降低促进了藻体对As(V)的吸收,造成As对藻细胞的毒性加强。大量研究表明,,培养液P浓度会影响微藻对As的积累与代谢从而影响As对’藻细胞的毒性。Karadjova等(2008)研巧了憐酸盐对小球藻(CA/ore化arsa/zna)吸收As的影响,结果发现P的加入显著降低Asm和AsV对小球藻细胞的毒性,但对其()()9 不同稱浓度对巧旋藻巧吸附、吸收及转化的彭响研充细胞内甲基神的含量却无影响。王振红等(2015)在不同P水平下(±P)研究铜绿微‘i囊藻对神酸盐的吸收情况-,,在P环境下用10叫nolLAsV处理藻体24h后(),藻内的—1神含量为60’+P-.37mk,条件下藻体神含量的15倍P促进sgg约为,且了藻体内A向As(m)和DMA的转化。Hellweger等(2003)认为当环境中P缺乏时,藻内As代谢W甲基化为主,外排的主要是甲基化神sV还原为As田I;憐丰富时,A()后大部分)-直接排出藻体(图11)。由此看来,培养基中P的浓度对藻体As的积累、代谢及其毒性效应起到了至关重要的作用。能否通过调节培养基P营养水平改变藻细胞内As的含量,或调控藻类As的代谢,促进胞内无机As向有机As转化s,W降低A的毒性,是微藻神污染研巧的热点。-otmimitcd(luxisuptakePHm似N(a)itcdy)DMA…"D户,、'DMWMUM/DMA\/^\""fVi觀;餐\N//\u//As(吼-w图11巧P和畜P条件下微藻细跑对As的吸收和转化过程(Helleger等20的),-巧>llTheAsabsortiondtrrmatifmcroargpanansfoonrocessoilaeundepg--PPlimUedandNotlimUedcon出tions1.4螺旋藻As污染研究进展近年来,有关螺旋藻As污染的研巧主要集中在藻粉中As含量的检测和As污染源的追溯。螺旋藻的As含量大多采用原子吸收(Morals等,2009董顺玲8,199);或原子英光光谱法(王亚等,2014;陈辉等,2013)进行检测。随着螺旋藻保健品的发展,人们更加注重其安全品质,藻粉中As来源日益受到关注。王志忠等(2012)追踪了鄂尔多斯碱湖纯顶螺旋藻粉中As的来源,发现养殖用水主要的As污染源。此-i外,s,螺旋藻的对As的富集作用得到验证。Ahmad等(2010)用化15mgLA处理10 巧一韋文巧综巧‘1d后A‘1.8k014爆旋藻21,藻体s宫集量为mgg?王志忠等(2)发现,当As浓度llm??为0.32gI/时,弓|进的非洲乍得湖锦顶螺旋藻富集的As含量大于2.5mgk皆,而’i,s标准限量为1.0mgk。但1>上研s我国保健品的Ag1^究仅对廣旋藻A富集量进巧检测,有关巧旋藻As吸附、吸收特性,W及培养基中P营养益对螺旋藻As积累与代谢的影咱几乎没有涉及。1.5拟解决的问题一s^?往的研巧表明頗旋藻对As具有定的富集作用的吸附、,然而关于爆旋藻对A吸收及As的代谢过程尚未进行解释。基于前述文献的分析,可知摄旋藻可W通过表面吸附和跑内吸收的作用宮集培养基中的As,且培养基中P的浓度还会影响藻体对As吸收巧转化。因此本文对螺旋藻吸附和吸收的As进行区分,并研究P浓度对螺旋藻As积累与代谢的影响,W期为螺旋藻生产养殖中As汚染控制提供理论依据。1.6研究内容研巧内容包括W下两个方面;一(1)在实验室条件下,待塚旋藻生长至对数期,设置系列不同浓度的As(V)、As(fl)处理藻体,检测嫁旋藻As吸附量、吸收虽及胞内As的存在形态,研巧螺旋藻对As(V)、As(m)的吸附、吸收和转化特性。(2)首先设置不同P浓度处理爆旋藻,比较P浓度对爆旋藻生物里、藻胆蛋白、叶绿素a含量的影响。,确定不影响藻体生长的P浓度在螺旋藻生长未受影响的前提下,巧置As(V)、处理,分析比较不同P浓度对螺旋藻As(V、As(m))积累与代谢的影响。1.7研究目的和意义1.7.1研巧目的(1)明确不同P浓度对爆旋藻生物量、藻胆蛋白等生理指标的影响。(2)明确不同P浓度条件下螺旋藻As(V)和As(m)吸附、吸收及胞內形态的变化。(3)为螺旋藻品质As污染控制的P素营养提出建议。11 不同巧浓度对g旋藻神吸附、吸收及转化的巧巧研充1.7.2研究患义螺旋藻营养价值髙,富含蛋白质、多糖、不饱和脂肪酸、维生素、矿物质等多种营养成分,且易于被人体消化吸收,近年来被广泛用于保健食品、医药和生物工程等领域。为应对爆旋藻神汚染,本研究对螺旋藻吸附和吸收的As进行区分,并分析外源P营养的调节对嫁旋藻对神的富集和代谢的影咱,W期降低藻体积累As含畳。这对于保障揉旋藻产品的品质安全、阻断有害巧形态在食物链中的传递、降低神对人体健康的威胁具有十分重要的意义。1.8技术路线预试验:不同P浓度对據旋藻生长的影巧(生物里、巧胆蛋白、叶绿巧含貴拥定),r一ra试验:不同As(vyAs()浓度试验二:不同P浓度对塚旋巧对揉旋藻生长、As吸附、吸收As(V)/As(m)积累、代谢的影响和转化n的影响1ryrI[A物量测g藻体吸附、吸收的藻胞内、培养基As含量测定中As形态测定XY£分析不同磯浓度对螺旋藻神吸附、吸收及转化的影响12 第二章不同p浓度对螺旋藻生及吸附、吸收和转化神酸盐的影响第二章不同P浓度对螺旋藻生长《及吸附、吸收和转化神酸盐的影响一螺旋藻(的/化70)是种光合自养型蓝藻,因其含有丰富的蛋白质却、多种维生素,2、碳水化合物、藻多糖、不饱和脂肪酸和微量元素等物质(胡海燕等012;许文--一,),二(,2)涛等2009被联合国粮农组织誉为I世纪最优秀的食品胡鸿钩003。螺一一旋藻作为种高蛋白的绿色天然保健品,其品质近年来也成为国内外关注的热点之。例如,2012年国家食品药品监督管理局发现市场上某些品牌的螺旋藻保健品存在铅和神超标的情况。类似地,民ichmond(2013)报道了来源于墨西哥和乍得当地的两株螺--ll2??A1m,ANV旋藻中神含量分别为.9mgkg、.8gkg超过了己西圈家卫生监测机构(IS)和目前全世界最大的食用螺旋藻农场EarthriseFarms对螺旋藻中神的最大限量1.0-’-mgkg(Richmond,2013;Morais等,2009)。神(As)在地壳中的丰度在所有元素中排列第20位,其毒性被列为I类致癌物(Oremland&Stolz,2003),长期接触As污染会导致细胞调亡,还能诱发肝癌、皮肤癌、肺癌等疾病(Abernathy等,1999)。在自然水体中,As主要W神酸盐(As(V))和亚神酸盐(AsIII)的形态存在(李妍丽和柯林,2012)。随着我国经济社会的快(),矿山开采,速发展、金属冶炼、农药施用等工农业活动的不合理排放造成了大量含神化合物进入环境并随河流进入水体。近年来,As大范围扩散到地表、地下水及饮-i,L,己有报道表明,受污染的地下水中As含量高达5000i(Lev等,2005)用水中^gy。如果养殖水体遭受As污染,将对螺旋藻保健品的品质安全产生严重威胁。例如王志忠等(2012)研究发现鄂尔多斯碱湖純顶螺旋藻粉中的As主要来源于螺旋藻的养殖用水,,且在养殖过程中随着养殖用水和原料的添加藻体富集的As越来越多。在原核生物中,Asni通过水通道被吸收或细胞膜渗透进入细胞(张兵等,,2011)()AsV的吸收则是通过稱酸盐通道进入细胞,然后被神酸盐还原酶还原成Asni外排()()或储存在液泡中,AsU巧可在甲基转移酶的作用下转化成毒性较小的有机巧,从而达一A(P),到神解毒的作用(Q,2006)。作为螺旋藻的必需元素之sin等磯与同族,一化学性质相似,两者会竞争与细胞结合的同位点,从而调控神酸盐对细胞的毒性效应(Knauer等1999)。研究表明,胞外的P浓度对微藻As,的富集有着至关重要的作用,增加P的浓度会抑制藻类对As的吸收和积累。李宝洁(2012)发现,小球藻i(CWore航TVM哈加S)在1、10、30xmoM/As处理下,其细胞的总As含量随着P浓)度的降低呈现增加趋势Wan等(2014)研究结果表明,莱茵衣藻(CWoTw?wonas;gy沈13 不同礎浓度对螺旋藻神吸附、吸收及转化的影响研究rem&w加7)在缺P条件下细胞内积累的As含量最高,在正常P营养时积累最少。因此,可,随着螺旋藻培养时间的延长,培养基中的憐酸盐含量降低能会促进螺旋藻对As的吸收,增加螺旋藻As污染风险。目前国内外对螺旋藻As污染的研究主要集中在藻体、藻粉As含量的检测,W及利用藻体去除水体中的As等方面。例如王亚等(2014)、陈辉等(2013)和Morais等(2009)利用原子巧光光谱法、原子吸收光谱法等不同方法检测了螺旋藻中As含量。但是,有关螺旋藻对As的转化、W及培养基中P营养水平对螺旋藻As代谢的,本试验W纯顶螺旋藻(毎化为研巧对象影响仍鲜有报道。因此,通过设置不同As(V)和P浓度处理,测定螺旋藻吸附和吸收的As,研究P浓度对螺旋藻AsV积累和形态转化的影响,并分析磯酸盐缓冲液(PhoshateBuferedSaline,PBS)()p降低藻体As富集的效果,W期为螺旋藻工业化生产中神污染的控制提供理论依据和实践指导。2.1材料与方法2丄1试验材料及培养条件純顶螺旋藻(却如/蜘献)藻种购自中国科学院海洋研究所,本实验室保种、--2-1培养,藻种形态如图1所示。采用Zarrouk培养基(表2和表22,H调节至9.0,p°1211:高压蒸汽灭菌3〇111111)(231]:〇化,1966),培养温度(30±1)C,光照强度为 ̄4摇匀3次3500000lux,光照明暗比12h:12h,培养期间每天定时。[吗IHmu-图21螺旋藻光学显微镜B)(A)和扫描电镜(图片.*-Fi.21ticaicaliizrw巧W口)/幻fe化SOlMcroscoeAandSnningEectro打McroscoeBcturesofWgpp()成/p()p14 第二巧不同p巧度对g巧藻生长抖及吸附、吸化巧巧化巧巧法的巧巧表24Zanouk培养基组分Tab-le21Chemicalcompositionof21arroukmedium成分浓度成分浓度'’,^Co-nqjonentConcentrationgLComponentConcentraticMimLL()()NaHCQj16.8As1NaN〇2.513成NaCl1KHPO0.524K2SO41M0-7H0〇三换42CaCU.7H〇02.04F〇-7H〇0eS.0142EDTA0^表2-2A巧B微《溶巧ss的成分与用量Tab-tsiiile22Theamounandroortionsofabsorbedandadsc^bedAsSrulnalatenssppppAsBe成分浓度成分浓度'C^,omponentConcentradon(gL)ComponentConcentration(巧I/)H3BO32.86NH4VO322.9MnClr4战O1.8NiSOrTHO47.8jZnS〇-7H〇022NaW〇179424.M0O30.01Ti(S〇4)240?CuS〇?知〇0CoN〇畑〇442(3)之2^^2丄2试验设计2丄2.1不同P巧度对螺旋藻生长的影响螺旋藻生长致機觀,过撤藻体,用无F培养液冲洗3遍,接种于无F培养基中,-iOD约为〇三.初始setan。之后分别取lOOmL藻液于250血锥形瓶中,加入不同体积的50gL-iKHPOP浓度P.L24母液,使藻液最终分别为:P正(88.9mg)、1/1犯正、1/25P正、1/50P正、1/100P正、1/200P正。每个处理设置3各平折处理4d后用快速滤纸过滤收获藻体,5、15 不同巧浓度对巧旋藻神吸附、吸收及转化的影响研巧15、50mL藻液分别用a含量、藻胆蛋白含量和生物量于测定螺旋藻的叶绿素。2.1.2.2不同巧度As(V)处理下曝旋藻对As的富集将生长至对数期的螺旋藻接种于1L锥形瓶中,接种初始ODsfiOnm约为0.2。之后200mL藻液L锥,0、4005000分别取于500m形瓶中加入100、200、30、、60阵的-i00.V1mLAs母液(NasAsCV12,藻液最终AsV浓度分别为50、100、g()战0配制)()-1150、200、250、300峭七。每个处理设置6个平行,并不加AsV的藻液作为空()73个1-8白对照。处理d后用快速滤纸过滤收获藻体,在收获时平行直接用采用BetaLDplus冷冻干燥机进行干燥,W测定其富集的总As含量和生物量;另外3个平行用-i.=0.1molLpBS(pH7.0)清洗(每次5mL冲洗3次),去除藻细胞表面吸附的As(王亚等,2013),再经冷冻干燥后测定藻内吸收的As含量及其形态,富集的总As含量减去胞内吸收的As即为螺旋藻表面吸附的As含量。本研究预实验结果表明,PBS不会对藻细胞的完整性产生影响。2丄2.3不同P巧度对爆旋藻As(V)吸附、吸收、转化的影响螺旋藻生长至对数期,过滤收集藻体,用无P培养液冲洗3遍,接种于无P培养基中饥饿处理Id后,再接种于4种不同P供应水平(2丄2,本试验选用.1结果表明的4种P浓度不会对螺旋藻生长产生影响)的培养基中:Pi、1/10Pi、1/25PjE、--iiy--SOP正(正常Zairouk培养基中&阻〇4含量为0.5gL,即88.9mgPL)。之后从’一i200,mL500mL同瓶藻液中分别取藻液于锥形瓶中,加入60阵1000mgLAsV()-i母液,使不同P浓度水平藻液的最终As(V)浓度均为300惦L,处理7d后用快速滤纸过滤收获藻体.2。,剩余步骤同2丄22.1.3测定项目与方法2丄3生物呈測定.1螺旋藻经P、As(V)处理7d后,用快速滤纸过滤收集藻体,并冷冻干燥24h。滤纸和藻体的质量与过滤前滤纸的质量之差即为螺旋藻的生物量。同时将未过滤藻液的滤纸同批次冷冻干燥,避免滤纸水分造成的误差。16 第二章不同p浓度对孩旋藻生长w及吸附、吸收和转化巧酸盐的影响2丄3.2藻胆蛋白的测定-i,=取15mL藻液过滤收集藻体于离也管中5m.1mo7PBS,,加入1L00lL(pH.0)’-i-8000放入20C冰箱反复冻融6次W上,然后rmin离也10min,收集上清液定容到’¥-501131容量瓶中,4(:静置20姑11后,1^?88为空白,1;5300紫外分光光度计测2、nm3-20其在波长%mn620nm、652处的吸光值(SN/T1112002;张静,11),按下公式计算不同色素蛋白的爸量:-i—X.=xA089x藻篮蛋白(皿gmL)0.187^Orun.0A^52nm-i=—Y.96x别藻藍蛋白mmL0.1xA^52nm0.041A^2〇m?(g)-i=——.0.104xA0藻红蛋白Z(mgmL)562nm.253X0.088Y藻胆蛋白=X+Y+Z2丄3.3叶绿素的測定一叶绿素含量的测定参考了鲍亦瑶(2012)的方法,定的修改并进行,具体步骤’为-20C冰箱反复练融6次:取5mL藻液过滤收集藻体,用纯水清洗两遍后,放入W上入等体积的90%丙丽浸泡过夜提取、,加,离屯后收集上清液,W90%丙丽为空白,-530030UV紫外分光光度计测其在波长6nin、647mn、664nm、750nm处的吸光值,—1,按,m;(^下公式计算叶绿素浓度(QhaL)ig———__—11AxC1-5A〇-〇8xAch.8^A4AAia(^64nmvsonm)^47nniysonm)^3〇ninysonm(()-i,样品叶绿素浓度与生物量的比值即为叶绿素含量(Chla,mg)。[]g2丄34藻体As的测定.总化〇525mL将冷冻干燥后的螺旋藻样磨碎,称量约g样品于玻璃消煮管中,加入2mL体积比为4:1的HN03:HC104混合酸,静置过夜(王亚等,2014)。采用LabTechED54型智能样品消解仪(莱伯泰科有限公司)电热消解至溶液澄清透明,打开消煮0。管塞进行赶酸至消煮管内剩下.2mL左右液体时,取出满煮管静置冷却用去离子水润洗移至10mL容量瓶中,加0.5mL浓盐酸(优级纯)和2mL5%硫脈+5%抗坏-血酸混合溶液后定容(-AFS。采用氨化物发生双道原子英光光度计HG,北京吉天仪器有限公司)测定其总As含量,W同批次藻样加标和米粉标准物质(SRM1568b)°-3r1.2相同步骤消解进行加标回收.24/t077%SRM1568b回收,藻样加标回收率为9,率为95.09%。17 不同稱浓度对操旋藻巧吸附、吸收及转化的影咱研巧2丄3.5As形态提取及测定准确称取0.05g干样于10血离也管中,加入3mL0.28HN03进行提取,‘C超90声10min后14000g离屯10min,重复提取3次(Shi等,2013),上清液合并后定容至10mL。定容后的样品及收集的培养液用0.22叫n滤膜过滤,滤液过阴--X-离子交换柱(HamiltonPRP100),采用高效液相氨化物发生原子巧光LC-HG-AFS)Ass(HP,北京吉天仪器有限公司测定螺旋藻中的形态。同时设置Am、()一甲基神(MMA)、二甲基神(DMA)、As(V)的加标回收实验,神形态提取率为 ̄343%94.73%1.2。检测条件如下(王亚等,2014):流动相为稱酸氨二H=锭(6进样体积100阵;5.1),等度洗脱载流%盐酸;还原剂:1.5%棚氨化钟p:;+10.5%氨氧化钟;屏蔽气;700;载气:At,600光电倍增管电270V:灯电流:100mA。压;2丄4数据处理所有数据均采用3次重复的平均值±标准偏差来表示。运用Excel2010和SPSS20统计分析软件进行数据处理与分析,用SigmaPlotl2.5作图。采用单因素方差分析(e-waANOVATuk巧检验进行差异显著性分析(<Ony)和p0.05)。2.2结果与分析21P浓度对.2.不同螺旋藻生长的影响-正常P营养比乾1/10由表23可知,与、1/25、1/50P正处理对螺旋藻的生物量、>0l.05)1/OOP理时藻胆蛋白、叶绿素含量没有显著影响(护;s处,生物量稍有下降但变化不显著,其藻胆蛋白含量显著(/7<0.05)下降,而叶绿素含量显著上升;当P浓度为1/200PS时,螺旋藻的生物量和藻胆蛋白含量均显著降低,叶绿素含量也比对照。^?)^时高因此,可1^1看出当?浓度降低至1/100Ps、1/200?1时螺旋藻的生长受到显著彭响。18 第二章不同p浓度对爆旋藻生长抖及吸附、吸收和转化神敌盐的影响表2-3不同P巧度下爆旋藻生物量、藻胆蛋白、计绿素含量Tabe-23TeamountsandrooionsofabsorbedandadsorbedAsbSpirulinaplatensislhrtppy-i—i-P处理50m-JL藻液生物量(mg)藻胆蛋白含量(mgg)叶绿素含量(mgg)PreatmentsBiomassPhcobiliroteincontentChlatyp[]P5±1.06a628.214±iE巧.0.狂732a.0.05c1/1OPI巧.20±l.%a61.2壯0.45a2.04±0.12c73.30t062.2.332.0&t0.011/2评正.70a6±9ac:tl47±4211巧OP73.n.53a62..05a.狂0.16cIE1±1/1P71.7社.20a43.387.43b3.4虹0.22aOOIE1/200P正66.97±2.81b37虹128fc〇.73.0b.fc.50b注:不同字母表示不同处理间差异显著(p<0.05)。下同n<0.0.Noh:Diferentletersindicatesiificantdiferencebetweendifferenttreatmentshesamebelowg(p巧,t2.2.2AsV对螺旋藻生物量的影响() ̄LA2374.2m由螺旋藻干重的结果可知(表2),200ms处理时生物量为藻液在无g,加入不同浓度AsV处理后,与对照相比螺旋藻的生物量均有所下降。但单因素方差()分析结果表明,在本实验设置的AsV处理范围内,螺旋藻生物量之间的差异均不显()—1V?著。由此可说明培养基中As浓度在0300帖L时,螺旋藻的生长趋势未受到影()响。2.2.3螺旋藻对As的富集2.2.3.1不同As(V)巧度处理下曝旋藻对As的富集螺旋藻在不同浓度As(V)处理7d后,藻体对As的富集量随着As(V)处理浓度的-I?^ ̄300L升高呈増加趋势(表2)。与无As处理的螺旋藻空白对照相比,50蜡As(V)A-1s的富集AsV150七,处理能显著提高螺旋藻对。当()处理浓度为惦时螺旋藻富集-iA,A的总s含量为1.006皿gkg,且s形态全部为As(V),超过我国保健(功能)食品--11‘(10mkg)40-1s神的限量.g(GB167997)。当培养基中A(V)浓度为300帖L时,—1As含量最高,藻体富集的总(l.:569mgkg),As形态也均为As(V)。19 不同巧浓度对巧旋藻神吸附、吸收及转化的影巧研巧—i2^ ̄’AV从螺旋藻吸收的As含量可W看出(表)50100Ls处理时,,在帖()藻1AV50‘细胞几乎不吸收As(V);当s()浓度増加到1雌1/时,藻细胞内检测到少量的-11As‘,含量为0.009mkAsV3001/gg;当()处理浓度达到帖时,藻体吸收的As含量-i,k显著増加至0,As存在形态经检测均为AsV。随着As处理水平的提.076mggV)()(--ii’’kk ̄高,螺旋藻细胞表面吸附的As由0.235mgg显著増加至1.493mgg(表24),吸附的As所占比例均在95%W上。该结果表明,在本研究条件下,螺旋藻对As的富集可能W吸附为主,只有少量的As被藻体吸收(<4.84%)。表2 ̄4巧旋藻吸附和吸收的神含S及比例Tb-併Misale24TheamountsandroortionsofabsorbedandadsorbedAsbzrw化。。/细ppy却少As(V)处理浓度生物量富集的神吸收的神(比例/%)吸附的神(比例/%)''m-*m-*AsVtreatmentBiomassAccumulatedAsAbsorbedAsmkAdsoibedAskg()(g)(gg)(g)_'i*concen-m-trationsiLkProortionProortion(()()(fg)ggpp)0237-.2±6.82aNDND±50228.46.70a0J35±0.006eND.(U35±0006e00")±0100235.沿王80a0.539.068dND0.53肚0.068d(100)150231.5±8.43a1.006i0.028c0.009t0.003c0.89化997±0.022c99.11()()±2t0±0200235.5.30a1.04扯0.016c0.01〇.005c.9.033.016c9.04(0句1^)250234.6±7.65a1.367±0.03沉0.025±0.002b1.拍1.342±0.032b98.17(())300233.狂5.11a1.569i〇.122a0.07虹0.007a4乂41.493±0.087a5.16()^) ̄注:ND表示未检出或低于方法检出限。Not:e:NDmeansnotdetectedorbelow化emethoddetectionlimit.2232P浓度对螺旋藻As富集的影响..不同-i,2-2可知30〇LAsV处理条件下P从图,在ng(),随着培养基中浓度的降低,螺-i,旋藻富集的As含量逐渐増加。在正常P,螺旋藻富集的As1.766mk条件下含量为gg;当P浓度降低至1/25、1巧0Pie时,螺旋藻积累的总As含量分别显著増加至2.624、-2i.822mg*g,表明培养基中P的浓度对螺旋藻As富集有重要影响。这主要是由于P浓度为25OP-在培养基1/、l^条件下,藻体吸收的As含量増加所致(图23)。螺iE旋藻胞内总As含量随培养基中P浓度的降低而増加,当P浓度降低至1/lOPi时,藻-iAs433,体吸收的含量显著増加到0.mgkg,约为PI条件下藻体吸收As含量的2倍;’乂〇1当?处理浓度为1/25、1伯0?^£时,胞内3含量分别显著増加至69、1.4571116韦6。该结果表明,降低培养基P浓度会促进藻体对As的吸收。藻体表面吸附的As含量随着培养基中P浓度的増加整体呈増加趋势,但在兰个低P7X平下(1/10、1/25、1/50P正)藻细胞表-iAPA’面吸附的s之间差异不显蓄在正常供应条件下吸附的s含量显著増至1.684mgk。g20 第二章不同p巧度对巧旋藻生长w及吸附、吸收和转化巧酸盐的巧响30?1■bI香fI.内金1.5徊潭巧-1.0--5'-1* ̄ ̄I1 ̄ ̄ ̄ ̄I1 ̄ ̄ ̄I ̄ ̄0IIII.0P1/10P1/251巧OP正jE正P处理團2-2不同巧巧度处理对巧旋藻神富集的影响'-WFig?22EfectofdiferentPtreatme打ton化Jaisenicenrichment勾注:图中不同小写字母表示各化理间差异显著K0.05)。(/<0ote:eentlowercaselette巧indicatesinificantdifTerence7.0amondifferenttreatments.NDiffrg任巧gw1^吸收的巧今CZI]吸附的巧*m?Bniir1::lillillIIIIIP1/10PICSP1巧OPEjEejjp化理2-3不同巧处理对巧旋藻神吸前图、吸收的影响-EfarncsoransoronofFig.23ectofdiferentPt忙atmentsonseiadptiondabptizrw/ma坏.注:不同小写字母表示不同巧处理间每旋藻吸收巧的差异显著005)不同大写字母表示各处理间揉旋藻吸附(/K,7<0.05)巧的差异显著(/。Note.iriai:Differentlowercaselettersindicatedthesiniicantdifference005)ofabsorbedAsinSpulnaltenssandg^(^p’haK0.in>u如betweendifTcrentcllettersindicatedthe化esignificantd近erence/05ofadsorbedAs&2/ina^()pvart.iousPtreatmens21 不同巧浓度对巧旋藻巧吸附、吸收及转化的影咱研巧2.2.4P营养条件对螺旋藻胞内As形态的影响在四种不同P供应水平下,螺旋藻胞内As形态均WAsV为主(图2^),所占()"一比例为56.12/?^400%。在培养基?浓度为?正和1/10?正时,藻细胞内只有八5〇〇种’iP的45m’ks1/25时m.0,且形态,胞内As含量仅0在A;当P浓度降低为正常()gg培养基中未检测到As(m)形态;然而当P浓度降低至1/50PI时,螺旋藻吸收的As增j'i’’加.135mgkgAsm和0.544mkDMA,同时在培养液中检测,且部分转化成0()ggm-1的存在.6L。到As(,含量为19该实验结果表明,培养基中P浓度的降低会促)階进螺旋藻对As(V)的吸收、还原、甲基化和As(m)的外排。L61-14Asioi)I1TzrxVSiAK-III_2As(V)暑-iI1*:。nI^——0*I^.0TNNP1/10P1任SP1巧OPjEjEjEjEP处理图2 ̄4不同游处理对摄旋藻胞内神形态的影响-iSifnFi24ArsenicsecescontentinirulinaunderdferentPtreatmetsg.pp2.3讨论P一/1、1/25、是螺旋藻必须的营养元素之,试验结果表明,当P浓度降低至101/50时对螺旋藻的生长没有显著影响,其生物量及营养成分藻胆蛋白和叶绿素的含量^变化不大。送可能主要由于藻细胞具有储存稱酸盐的功能,藻细胞可(^>吸收过量的磯酸盐yJl多聚磯酸盐的形成储存在体内,当培养液中P充足时,藻体利用培养液中的P,藻细胞可维持细胞的正常生长,不消耗体内储存的P;当培养液中P缺乏时!^利用ental等88)。1/100、1/200P正时,储存的P来维持自身的生长需要(B,19当P降低至螺旋藻的藻胆蛋白含量显著减少,送可能是由于藻体生长和繁殖不断的消耗培养液和22 第二章不同p浓度对爆旋藻生长w及吸附、吸收和转化巧度盐的巧巧体内贬存的礎酸盐又得不到外界?的补充,1^^1至于体内核巧酸、A^p及核算等含p有机物合成受到影响,从而抑制了蛋白质的合成(施永宁和陈善坤,1989)。而与P正相比,1/100、1/200PI时藻体的叶绿素含量升髙,可能由于死t:的藻体将体内的P释,但培养基中P与螺旋藻叶绿素含放到培养基中,供给活藻细胞生长所需合成叶绿素一量变化之间的关系仍需进步研巧。A一水生生物在适应s污染水体的过程中,形成了定的As代谢机制。AsV可W()通过磯酸盐转运通道进入浮游植物细胞,被神酸盐还原酶还原成Asm)(王静,2012),(Asfl)与胞内的谷脱甘肤(GSH)或植物络合素(PC)整合储存在液泡中,或者直接(通过膜蛋白排出(张思宇等,2013),也可W甲基化形成毒性较小的非挥发性甲基神化物再排出胞外(李宝洁,2012)。P和As为同族元素,由于两者的化学性质相似,一通道进入生物体内。因此P对藻类Ass通过同,环境中的(V的积累W及胞内A形)态的转化有着至关重要的作用。本试验结果表明,不同浓度As(V)对螺旋藻千重没有产生显著影响。王志忠等',20-(14)研究结果也发现,螺旋藻培养液中As浓度在00.32mgI/,随着As浓度的増加,螺旋藻的生长没有显著变化。原因可能是憐和As(V)均通过磯酸盐通道进入i一细胞,AsAV,而培养基中P浓度较高(88.9mgI/),与CV)竞争同通道,导致s较()难进入藻体造成胁迫,绝大部分的As都吸附在藻体表面。王静等(2012)研究发现,---Iii’PL.LLA20d在缺条件下,100、Im、lOmsV惦gg()处理铜绿微囊藻,未对其生长趋势产生影响,,多碟酸体是重金属结合位点主要是由于胞内存在多稱酸体,能富集多种重金属;20d后胞内踞酸体消耗殆尽,释放憐酸盐的同时释放其结合的重金属离子,表现出AsV的毒性。但在本研究中,螺旋藻体内是否也存在相似作用机理()仍需要进一步探索。 ̄74%的藻类螺旋藻细胞壁表面积较大,,含有24%多糖能提供许多与金属离子结合的活性基团,如幾基、氨基、径基、酵基、酷胺基等(田丹等,2011;黄宏霞, ̄i,2006s ̄)。有研究表明,螺旋藻培养基中A浓度越高(00.32mgL),藻粉As含量越-高V1(王志忠等,2014)。本试验结果显示,当培养基中As()处理浓度从50帖七増加至300时,藻体富集的总As含量増加了约6惊且当培养基中As(V)浓度为-1150胆L时,藻体富集的As含量己超过国家标准限量值。因此,在螺旋藻的生产养殖过程中,应及时监测水体中的As浓度。螺旋藻对AsV的吸收和累积与培养基中的縣酸盐密切相关(Duncan等,2013)。()有研巧发现,増加P浓度可W抑制小球藻对As的吸收和积累(李宝洁,2012)。而在-iarro’址培养基中P浓度为88,本实验中,螺旋藻的Z.9mgL导致螺旋藻在As(V)浓度低于100时吸收As较少。随着As处理浓度提高,藻体吸收的As随之增加,23 不同稱浓度对場旋藻神吸附、吸收及转化的影咱研巧但含量均远远低于国家标准,藻体仍将大部分的As吸附在细胞表面。通过PBS洗脱可W去除螺旋藻95%W上的As,清洗效率是王志忠等(2012)利用蒸馈水清洗减少藻粉As含量方法的2倍。此外,降低培养基中P浓度有利于藻类对As的吸收。Zhang’iecAP5’等(2014)研巧发现,集胞藻(勾wfwysftaO在低(叫nolI/)条件下培养6d,—1-iA,P(230藻细胞内总s浓度迅速増至7.9mmoIL,约为正常jm〇rL)营养时藻内|--ii,,As浓07 ̄0100mV..9mmolLLAs处理下度()的倍。铜绿微裹藻在1g(),在不含憐1-1A75’酸盐培养基中积累的s含量达到最大值19.帖古,当磯酸盐含量为10mgL时藻细胞对As(V)的吸收量最小(王静,2012)。本研巧中,在正常P培养基中,螺旋藻1As202m’kP浓度降低为吸收的总为0.gg;当1/25、1/50PI时,藻体吸化的As均A-i显著増加到1.369、1.457mgg,证明了胞外P浓度的降低会促进螺旋藻藻体吸收As。且在1/25低P供应水平下,螺旋藻胞内的As全为无机As,其含量己超过国家保健(功能)食品中神的限量标准,该部分As被藻细胞吸收进入体内较难去除。因此,,,在螺旋藻养殖生产的过程中,应当注意培养基中P含量的监测及时添加磯酸盐防止培养液中P浓度过低导致的螺旋藻As含量超标。研巧表明低P不仅能显著影响藻体对As的吸收,还能影响其细胞内As的代谢。’-li‘50L’当AsV处理浓度为帖,杜氏盐藻(£>?/7〇沁化7ferrio/ecto)在3mL高磯条()g件下体内99.7%的神为AsV,P浓度降低到化后,促进体内AsV的还原,()()AsIII)比例升高至%%,未检测到体内As向DMA、MMA等其他As形态的转化(1V(Duncan等,2013)。然而本研究的结果与前人报道有些不同,300帖1/As处理()螺旋藻7d后,正常P条件下螺旋藻胞内全为As(V);1/25P正条件下胞内仅3.28%的AsAsIII1^0P,细胞内9.24%s转化为);而正条件下的A转化为As(m饼外排到培(-1’L养基中(1,3735%elweer(2.69帖).的As转化为DMA储存在体内。Hlg等003)提出,当环境中的P缺乏时,藻内As代谢W甲基化为主。Q虹等(2009)研究也表’VA明,红藻Cyanz讯炒zonsp.5508在As()吸收增加后,迅速还原成s田1),随后转化为H甲基神化物(TMAO)和二甲基神(DMAs(V))。因此,推测培养基P浓度的-iAsVP78m-降低促进了螺旋藻细胞对吸收、还原和外排,且当浓度降低至1.7L()g(U50Pi)时,胞内AsV的代谢主要是转化为毒性较弱的DMA,从而降低神酸盐()的毒性。2.4小结P ̄(1)与i营养条件相比P浓度降低至l/l〇y5〇P、,iE时螺旋藻生物量藻胆蛋白和叶绿素含量变化不大;但当P浓度降低至1/100、1/200时,螺旋藻的生长受到显著影响。24 第二韋不同P浓度对《旋藻生长及吸附、吸化和巧化巧度盐的R巧’lV ̄300L0)在本试验As处理浓度范围内(0),螺旋藻的生长几乎不受影响,()雌生物量差异不显著(p>0.05)。此外,正常P条件下,螺旋藻富集的总As含量随着AsV处理浓度的増加显著増加,且As形态均为As(V)。当培养基中As(V)浓度为150()1一帖心处理7d后,螺旋藻宮集的总As含量超过了国家碌准限量值,在定程度上造成了爆旋藻保健品的As污染。G)培养环境中P浓度的降低有助于揉旋藻对As的吸收、还原、甲基化和外排。正常P营养条件下,通过PBS清洗可W明显降低螺旋藻胞外对As的吸附,从而减少巧旋藻的As污染。25 第S章不同P浓度对巧旋藻吸附、吸收和转化亚神酸盐的影巧第H章不同P巧度对螺旋藻吸附、吸收和转化亚神酸盐的影响自然水体中,As主要WAs(V)和As(m)无机形态存在,而As〇II)的毒性约为As(V)的60倍。研究表明AsV还原为Asm后外排,Asin产,生物体能将()()对水环境中()一Wan20420生定贡献(,1Doucle任&Terr2002,11)。g等;y,;张兵等不同藻体能从水体中富集As(in),对其生长产生不同影响。李妍丽和柯林(2012)的研究结果表明,随着As(m)处理浓度的増加,小球藻CWore化isp.的生长受抑制作用加强,且CWore//asp.对As(in)的敏感度大于As(V)。他们认为在微观上As可W通过阻碍生物大分子的重要功能,取代生物大分子的必须金属,改变其活性部位的构象等途径干扰藻体的正常代谢:在宏观上则通过阻碍细胞分离,破坏DNA结构;降低叶绿素含量,抑制其光合作用;改变核酸的组成等方式产生毒性效应(李妍丽和柯林,2012)。该-’’一1结果与Wang等(2013)研究致,50^1111〇1七乂5(111)抑制了铜绿微囊藻(Mrcrocyj/zsaerwKWfl)的生长Maen/奶IOM也表现出对AsHIKaova2008抑,()巧为敏感。而radj等()i,则发现10nm〇lI/Asrn会刺激海水小球藻(CWoreWaso/fna)细胞的増长。()P作为微藻的主要营养盐之一AV,参与藻体生长发育的各个代谢过程。由于s()PAi-能和竞争磯酸盐通道进入藻体细胞,而sn则通过水甘油转运蛋白通道进入微()-&R藻细胞内SH基团结合在酶蛋白中(Bhattachaieeosen2007)。,与j,因此,目前学者们大多关注的是培养基中的P浓度对微藻As(V)积累与代谢的影响。例如Zhang--ii?uno.等(2014)发现,与正常?营养(230imolL)条件相比,低浓度(5lL)f^处理能促进集胞藻(砂nec&ocy加S)对As(V)的吸收。As(III)不通过磯酸盐通道进入藻—内,所W般认为培养基中P的浓度不会影响微藻对AsIII的积累与代谢。但近来()’Wang等(2014)研究了P浓度对莱茵衣藻(C7舶沈j/wo/wwreznAar加7)亚神酸盐的积累、氧化和毒性的影响,发现在相同As(ra)处理浓度下,胞外P的浓度缺乏时藻体内的神含量最高。说明P浓度的降低也能够促进藻体对As(in)的吸收。s。螺旋藻细胞生长速度快螺旋藻具有表面积大的特点,能富集水体里的A,随着藻体的正常生长,,培养基中的P含量日益减少。如果水体遭受As田I)污染并且培养液P的消耗可能会导致藻体积累的As含量増加,藻体富集的As可通过食物链进。入人体,威胁人类的健康但是目前有关P浓度对螺旋藻积累与代谢的影响仍鲜有报道。为了验证上述假设,本试验W纯顶螺旋藻(衝fn/献a如fltewb)为研究对象,首先用不同浓度As(ni)处理螺旋藻,分析藻体对As(m)的吸附和吸收特化再通27 不同巧浓度对巧旋藻神吸附、吸收及转化的影咱研巧过培养基中不同浓度P和As(m)组合处理,检测藻体吸附和吸收的As含量及其形态,研巧不同P浓度对螺旋藻As(ni)积累与代谢的影响。W期为有关螺旋藻P与As(III)相互作用的研究奠定基础,同时能为螺旋藻大规模养殖生产中神含量控制提供理论依据。3.1材料与方法3丄1试验材料及培养条件二章21同第..13.1.2试验设计3丄2.1不同巧度Asm对螺旋藻生长和As富集的影响()将生长至对数期的螺旋藻接种于1L锥形瓶中,接种初始OD560nm约为化2。之后-1分别取200’mL藻液于500址锥形瓶中加入100、200、400、600咕的100mL,gA—i(in50200As(ni)母液WNaAs〇2配制),藻液最终s()浓度分别为、100、、300帖L,并W不加As(in)的藻液作为空白对照,处理7d后收集藻体。检测指标化及具体操作i二2丄2230〇,I/Am步骤同第章.。同时W不加藻,含ngs()的无菌培养基为试剂空白。-i300,每天取iLAsm处理下,有藻和无藻培养基测定As形态,科分析培养基中jg()Asm的氧化情况。()3.1.2.2不同P浓度对螺旋藻As(ni)吸附、吸收和转化的影响,过滤收集藻体螺旋藻生长至对数期,用无P培养基冲洗3遍,接种于无P培养基中饥饿处理Id后,再接种于3种不同P浓度的培养基中:Pe、1/25PjE、l^OP正-i-i一ZaKHPO-L-(正常rrouk培养基中24含量为0.5g,即P正88.9mgPL)。之后从同-Li瓶藻液中分别取200m藻液于500mL锥形瓶中,分别加入40、60阵1000mgL1Asin母液Asm300心-(),使不同P浓度水平藻液的最终()浓度分别为200、帖,即PAsm处理组合如表3-1所示),Pi处理组为实验对照组。处理7d后用快速滤纸过滤(收获藻体,剩余步骤同2丄2.2。28 第己章不同p浓度对巧旋巧吸附、吸收和转化亚种酸盛的巧巧表3--1不同PAs仰嫂bS组合’T--?able31The出ferentPAstreatments虹ru/ina7虹似姑;&/ ̄'P处理水平P正1/25P正1/50P正As(m)浓度(惦石200200■—-?正2001/25?正2001店0?正300-P--正3001/25P正3001/50P正^223丄3測定项目与方法3丄3.1生物量痴定3.1.3.2藻体总As的測定3丄3.3As形态提取及測定二1^^上部分同第章3丄4数据分析所有数据均采用3次重复的平均值±标准偏差来表示。运用Excel2010和SPSS20altl。ne-wa统计分析软件进行数据处理与分析,用SigmPo2.5作图采用单因素(Oy-<>。ANOVA)或双因素(TwowayANOVA)方差分析检验差异显著性(/〇.05)13.2结果与分析3.2.1不同戒度Asm对螺旋藻生物量的影响()由螺旋藻干重数据(图3-1)sm处理时可知,在无A(),螺旋藻的生物量最小为1m2.m,5、21/处理螺旋藻7d后.、181g0、10000、300雌As(),其干重分别増加至1827-i ̄A183.8、190.4、193.0m030〇Lnig,说明在ngs()处理范围内,随着培养基中As(m)。处理的升髙,螺旋藻的生物量呈増加趋势但单因素方差分析结果表明,各浓度As(fl)处理之间螺旋藻的生物量无显著差异(,>〇.〇5)。巧 不同巧浓度对度旋藻巧吸附、吸化及转化的巧巧研巧220..*II1扣宮%>?/I’I,田140.0501G0200300Ara|>1/()jjya?!?(味)3-困1不同巧度As仰的b理下螺旋藻的生巧量F-irinaaig.31ThebiomassofSpulpltensisunderdiferentAsIIItreatments()3.2.2螺旋藻对Asni()的氧化’l图3-2300LAm处理3d内培养基中As为燥旋藻在s()(V的比例。在As帖)〇n)sm.65%处理1d后,A被氧化了34;处理2d后,培养基中大部分As〇n被氧化()).。直到试验结束时(7d)(8372%);处理3d后,培养基中全为AsV,培养基中均()—只检测到As(V种As形态。从揉旋藻体和无藻试剂空白对As(ni的氧化比例可Ui))-)看出(图33,Asin的氧化仅有8.02%来源于试剂空白(无菌培养基)的非生物因()素氧化。综上可W说明螺旋藻对As〇n)有较强的氧化作用。-120- ̄ ̄ ̄ ̄100IIIII1IIIIA于T交80.巧%40-<f口.201234567AsODwyi^Oi)13-23001/乂8图惦(111)51理7(1内培养基中^\5(\〇的化例'^'i-tidiF.32TheercenaeofoxzedAsVinmediumunder300LAsIIItreatmentfor7dsgpg()^g()^30 第s章不同p浓度对巧巧藻吸巧、吸枚和转化亚巧度盐的巧巧-10DI1工80-巧60-II山巧20-J—1I1— ̄I0I1A巧藻巧捆空白困3-3培养巧中巧化的AsV比钢()-3Theercenta佩ta巧gJeofoxidizedAsVZn?/血饥曲扭dmediumpg()切毎/3.2.3不同巧度Asm对螺旋藻富集As的影响()-i由图34可1^^看出炼旋藻对As宫集随>^8(111)浓度的増大而増加。50iLAsmfg()’i,km处理螺旋藻7d后,藻体官集的As含量为0.525mgg;当As()处理浓度提高至'-1100、200、300惦L,藻体的总As含量分剔显著(/K0.05)升窩至0.829、1.471、’i2.285mAg,单因素方差分析结果表明培养基中Asm浓度的増大能著提高藻体g()^心1对As的宮集。且当As(m)处理浓度为200、300雌时,藻体富集的As含量均严-1‘-。重超过了我国保健(功能)食晶神的限量(l.Omgkg)(GB167401997)不同浓度As〇n)处理下,螺旋藻吸附的As含里均比藻体吸收的As含里高(图3-5A)。从摄旋藻吸附的s含量可抖看出Asni处理浓度的増加,藻体吸附的,随着()-iAs含量呈増加趋势。当乂與巧处理浓度为50iL时,藻细跑表面吸附的As含量为tg-1.0.283mgkAsm,As0.528、g;随着(膊度的増加藻体吸附的含呈分别显著増加至0.8化、1.4做mgkg人-5)藻体吸收的As含量也呈现出相同趋势(图3,但当Asfl处理浓度为50和()11100惦心时,藻体吸收的As含S差异不显氧当As(m)浓度为200、300帖1/时,藻体吸收的巧含量显著増多s-2。从操旋藻胞内的A形态数据(表3)可得,在不同As〇n处理条件下,藻体内的As形态全为无机As,且WAs(V)为主要存在形态。胞)浓度的升离而増加‘i内的Asm和As(V含量均随培养基中Asfl,在200、300L())()腿31 不同巧浓度对煩旋藻神吸附、吸收及转化的影咱研究Asm)处理时差异显著。(玉0-Z5?5^么〇-—逆費b一-1.SI—I巧如1-養.0C-.5門IjI—■庄0150100200300-|Asinii理浓度)()(峽图3*4不同巧度Asm处理下塚旋藻富集的总神含呈()3-化un巧&4TheiAsaccumulatonof化I口/;/幻der出ferentAsintre泊ments()注:图中不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。Note:Diferentlowercaseletersindicatesignificantdiference7<0.05amondiferenttreatments.〇)g-1.61A^吸收的巧田■mi1l吸附的巧.2V:JimI■Lio..-i....IllIL50,00200300-raIAs()4!i理浓度L(化)-图35不同巧度AsIII处理下螺旋藻吸收和吸附的巧含量()-Fi.35TheAsabsortionamengndadsortionofSirulinalatensisluiderifferenAsIIIreasppppdt(ttt):不同小写字母表示不同巧化理间挂旋藻吸收巧的差异显吾(KO.的)不同大写字母表示各处理间毋旋巧吸附注/,巧的差异显吾〇7<〇.〇5)。itlttit化es<0.05Note:Dfferenowercaselee巧indcaedignificantdifference於ofabsorbedAsin>1/化化2/oTc旭and)如p成difTerentc^halletersindicatedthe化esignificantdifference<0.0ofadsorbedAsiniVu化raa虹/巧251>between(p巧成var.iousPtreatments32 第兰章不同p浓度对巧旋藻吸附、吸收和转化亚巧酸盐的巧响3-2AsII表(I)处理下摄旋藻胞内的As形态-如。庐Table32TheAsspeciescontentof!>7///如e/wbunder出ferentAsnitreatments成()各As形态含*As(ra側理's**Aspeciescontentmk(gg)'T*reamentsQigL)AsIIIDMAMMAAsV()()50NDNDND0.242±0.024c100NDNDND0300±〇.020c2000.054±0.0肥bNDND0.554±〇.1巧b0.08妇方.006a0.794±0.077a^^223.2.4不同巧度P和As〇II)处理对螺旋藻富集As的影响3 ̄6可知in从图,在200As处理的条件下,螺旋藻富集的总As含量随P()-i供应水平降低显著増加300?LAsm,帖()处理时,不同P处理对螺旋藻富集的As含(3-3)可^?量呈现出相同规律。从双因素方差分析结果表1^1看出,在相同条件下,不同As(in)处理浓度显著影响了藻体对As的富集;P和As(m)交互作用对螺旋藻As的富集量没有显著影响。PAsAs吸收量的数据(图3-7A从不同和(m)处理对螺旋藻可知),在相同浓度As(m)处理的条件下,培养基中P浓度越低,藻体吸收的As含量显著增加,表明降一PAsni的吸收3-3P浓低培养基的浓度能促进藻体对()。从表可知,在同度处理水平下,藻体吸收的As含量随培养基中As(ni)的升高显著增加:但P和As(m)交互作用对螺旋藻As的吸收没有显著影响。从螺旋藻对A3-7BAsQIP浓度s吸附的情况来看(图),在巧同C)处理时,不同对螺旋藻的As吸附量没有显著影响。但As(m)处理浓度的提高能显著増加藻体吸附—s(-A表33),该结果与3.2.3致。P和As(m交互作用对螺旋藻As的吸附量没有显)著影响3-。综合不同处理下螺旋藻吸附和吸收As含量的数据(图7A和B)可知,在P正条件下,螺旋藻吸附As为主;当P浓度降低至1/25PI和1/50P时,藻体吸收JE的As占主要部分。33 不同稱浓度对巧旋藻巧吸附、吸收及转化的影响研巧5■■■P正1/25P正5GP■ZZZ1/41正王aj,%>3-i內I-為I。I巧2-IiILilIII200300-fl化理汲度IAs(()H&L)图3-6不同处理下爆旋藻富集的总神含量-Flg_36ThealAscontentreamentotofunderdiferentttts却:<不同字母表示相同巧度As(m)处理不同P巧度处理么间爆旋藻査集的神爸童存在显著性差异(.下同注p〇〇5).,Note:ThediferentleterindicatedthesignificantdiferenceofAsaccumulationC0打tentof丘nap虹Ze/w/samonthegreaerensameAs(nittmentsanddiftPtreatments<0.).0,也esamebelow(p巧3-3-5.5]圓P圓P:AiB. ̄ ̄■3-0'*1。开.130t1I/25Pj罕?1巧01r7T7?1化W正I'-一Z5.TKr2.51>音MI/2-b/i^/言誦…aai。^誦互I円度.,iM^mh〇??Jmmi\\^化0J■IIM■IIM,,,200300200300-*AL*smmmfLC)w1/(化)图3-7不同处理下强旋藻吸收(A)和吸附(B)的巧含童-巧?37The浊sortAionandadsoronAsBcontentgp()ptioffrw/fwa?/幻/e/MW()卸/underdife托nttreatments34 第s章不同p浓度对場旋藻吸附、吸收和转化亚神酸盐的巧响3-3s表不同A(in)和P处理对爆旋藻吸附、吸收和富集As含里的双因素方差分析-Tw-of孤dmenTable33owayNOVAtheefectsofAsniPtreattsonthecontentofAsadsortionA()p*absorptionandaccumulationin州/扣。/?/。似wb成mTOilTreatmentsAdsorptionAbsorptionAccumulation*?PnsA***sIII()PxAs(III)nsnsns?<0注:表示.05nsp,表示差异不显著。*Note:meanssinificantdifTerenceat0.05level<0.05nsmeansnosinificantdifferenceunderdififerenttreatments.g(p),g3.2.5不同巧度P和As(ni)对螺旋藻胞内As形态的影响-8可W看出Psm从图3,不同浓度的和A,藻体内均()处理螺旋藻(^As(V)为主要形态。在正常P条件下,胞内只有AsUI和AsV两种无机神,培养基中只有AsV()()()-i一种形态300,\i。当P浓度降低至1/25时,200、ngL处理的藻细胞内is(n)含量增---11-kbMA300.加.〇46、0.072m处理的培养基中检测到0.,同时产生〇gg,腿七455帖L-1Asin50P200-AMA()。当P浓度继续降至U正时,、300帖L处理的藻内s(m)和D含’-ii098’’量分别增加到0.120、0.mgkg和0.088、0.149mgkg,培养基中As(ni)分别为1.096、1.173表明P浓度的降低促进了藻体内As的还原、甲基化和Asm()的外排过程,且在相同P(l/25Pi和ySOPs)条件下,Asm处理浓度増加,藻体内()DMA含量越多。As仰DMAI2->*.5奇么0■II:IS.n巧.養1.0袋拂^^..5I1i'—ajLULJUIdbffffff义《《《《《、於/與於I-Asp処a(ra)?1)?度(|江3--I图8不同浓度PAs(II)处理组合下搔旋藻胞内各As形态的含量Fi-8IIg?3TheAsspeciescontentof化W。?/口cultivatedunderdiferentPandAsItreatments成/()35 不同巧浓度对爆旋藻巧吸附、吸收及转化的影响研巧3.3讨论与无As处理组相比,不同浓度As(m)处理后,螺旋藻的生物量有升高的趋势,—i?999 ̄但是变化不明显endrayatm等(1)20mLAsIII,。Suh用10帖()处理下小球藻 ̄(CA/ore化ivM/gwb)的生长速率比无Asni)对照组高10%50%。同样地,Zhang等(-l?(2013)发现10和30mlolL乂8阻处理刺激海洋真核微藻(Oj/reococcuj/awO细^()><57sines胞增长巧旅%,他们认为这主要是由于A()的毒物兴奋效应(Hormis)。在本-1试验中0、300,190.4、193.0,当Asm处理浓度为20腿L螺旋藻生物量分别升商至()mg,比无神处理组(182.1mg)分别增长了4.6%和6%。-?iAZhang等(2014)研巧表明,集胞藻(妙《ecAo加■?)在2叫nolLsm)处理4化巧(I后.7sm3.6%,能将49%的A氧化成As(V),无藻对照姐As(II)的氧化仅,他们认为()!A300?!/sIII的氧化主要是由于蓝藻细胞表面及其分泌物的影响。在本实验中,雌()As(in)处理螺旋藻Id后,34.65%As(m)被氧化成As(V);处理2d后,As(m)氧化比例升至83.72%;处理3d后,培养基中As(m)全被氧化为As(V),而试剂空白对照组中As(m的化学氧化比例仅占8.02%。由此看来,藻液中As(in)的氧化作用主要来源)2014。Wan()于螺旋藻藻体,且其氧化能力较强本试验的结果与g等研究莱茵衣藻''?i?ni1’(y/ewAa/v化I.ICWamy況wjono)对As氧化作用相似,CwnAw航Z在3xmol/()iAs(in)处理1d、2d后,As(in)的氧化率分别为27%、79%,处理4d后培养基中无Asin〇()螺旋藻细胞表面具有如幾基、经基、氨基等许多活性集团,能结合重金属离子(黄宏霞,2006)。大量研巧表明(Yin等,2011Suhendraatna等,1999王志忠等,;y;2014),微藻富集的As含量随培养基中As(m)或As(V)处理浓度的増加而増加。徐建i,802 ̄2mI/Asrn祥(199)用..0g处理螺旋藻,Asin浓度越高,螺旋藻富集的As()()-iAs,k含量越高,0.2As(m)处理时藻体的含量为2.04mgg。本试验结果与前人1一-致,503001/Asm处理螺旋藻7dIII浓度的研究鸭,藻体富集的As含量随As)()(---1i1‘’且在200升高从0.525mgkg显著升高至2.285mgkg,、300雌L时藻体积累的-iAs含’As含量限值量为1.471、2.285mgkg,严重超过了我国保健品中。藻体总As含量増加是由于Asm浓度的升高可显著増加藻体对As的吸收和吸附。与第二章()中As(V)浓度对螺旋藻As富集影响研巧相比较,As(ra)处理的螺旋藻对As的吸收量和富集量均比相同浓度As(V)处理时高,而As田I)和As(V)处理对藻体吸附的As含量几乎没有影响。由此说明相同浓度As(m)和As(V)条件下,螺旋藻对As(ni)的积累作用可能更强。这可能是由于部分As(m)直接通过水通道进入藻体,氧化的As(V)通过36 第H章不同P浓度对爆旋藻吸附、吸收和转化亚押酸盐的影响磯酸盐通道进入藻细胞并积累下来。此外,本试验与之前研巧呈现出相同规律,即乂5仰卿As(V)处理下,螺旋藻体内都乂5(\〇形态为主,且吸附的As含量占较大比>9例(As(m)处理时53.9%^3.69%,As(V)处理时5%)。因此,在螺旋藻的生产养殖—1,中,可通过PBS洗脱减少藻体积累的As含量,使其低于国家标准限量1.0mgkg。-i2,研究表明,蓝藻(砂在nmolLAsIII处理前提下,培养基中无P()时,藻体吸收的As含量约为正常P条件时的7.7倍(Zhang等,2014)。与Wang等’一(2014)研究结果致,培养基的P浓度降低促进CrunAw讯/7对As的吸收。在本实验中,相同As(m)处理时,培养基中P浓度越低,藻体富集的总As含量越高,这主要是由于培养基中P浓度的降低促进了藻体对As的吸收,而对藻体吸附的As含。Asm迅速氧化成AsVP量几乎无影响螺旋藻能够将培养基中,浓度的降低促进()()Vm一s的吸收,的个重要原因了藻体对A这可能是造成低P促进螺旋藻吸收As,()()一同时也是藻体降低周围环境As田I的浓度和毒性的个重要机制。)—A1不同P和sm处理下,藻体内均WAsV为主要存在形态。200雌LAsIII()()()处理时,正常P条件下胞内只存在无机神,As(m)占总神比例7.27%;当P浓度降低至l/25P正时,藻细胞内As(m)比例降低至3.94%,但藻内产生DMAa.81%);当P浓度为1/50P正时,藻内As(in)和DMA比例分别増加至5.01%和3.67%。培养基中iA,s(ni)的浓度随P浓度的降低而增加,未检测到有机神。当As(ni)为300[igI/时,胞内队及培养基中As形态的转化呈现出相似规律。上结果表明,在相同As(m)处理时,P浓度的降低会刺激藻体内As还原、甲基化和As(HI)外排作用。这与Helhv巧er2003一PAV迅速转化为Am等()观点致,在含量丰富时,藻体将吸收的s()s()排出;而在P缺乏时,刺激藻体As(V)还原成As(m)后甲基化生成MMA和DIVTA。-i-DMA第二章中300iL乂3\〇处理的螺旋藻在1/50P1条件。,fg(下才产生而本章中相同浓度AsIII处理的螺旋藻l/25PDMA,且),当P浓度降低至i时体内开始产生(DMA的含量随P浓度降低而升高。由此可W推测,当P浓度降低时,暴露在AsIII()一中的螺旋藻胞内更容易产生甲基神sm处理时,部分AsIII通过。这可能是由于A()()水甘油通道直接进入藻体,在甲基转移酶的作用下最终形成DMA(Zhang等,2013;Naranmandura等,2006)。而用AsV处理时’AsV进入藻内需要先还原为As阻,()()()A一sm经甲基化作用形成MMA,再通过系列代谢再次甲基化形成DMACKaradova()j-iA等2008;Yin等,2011)。此外,相同P浓度(1/50P正)下,300LsV处理的帖()-1A00LI58%螺旋藻DMA比例较大(37.%%),3峭s田)处理的藻细胞内DMA仅占5.。由此可W推测,当培养液中P浓度降低时sV,A()处理的藻体甲基化能力较强。张兵1VDMA等(2011)研究表明,100As()处理集胞藻12d和14d后,藻体内31DMA133分别占总神的.60%和4.5%,比相同浓度As(in)处理的集胞藻胞内高.%37 不同巧浓度对巧巧藻巧吸附、吸收及转化的影巧研巧A一和1.09%。但造成sV)处理的藻内DMA含量较髙的机制尚不清楚,需要进步的(研究。综上可W推测低P条件下爆旋藻对As〇n的代谢过程为:首先在细胞表面将毒性)较强的As(m)氧化为毒性较弱的As(V);其次低P环境促进藻体对As(V)的吸收;As(V)进入藻细胞后还原成As(in)并甲基化形成DMA储存在胞内,同时还可W将As(ni)外排。3.4小结-1m-1ra(1)50和100雌LAs(处理对塚旋藻生长没有影巧,200、300LAs)雌()一处理可W在定程度上増加强旋藻生物量。(2)螺旋藻对As(m具有巧强的氧化作用;藻体对As的宮集随着培养基中As(m))浓度的提高显著増加,且对As的吸附占主要部分,通过PBS洗脱可^1.9%1降低藻体巧W上的As含量。(3)在相同As(ni)处理时,降低培养基的P浓度会促进藻体对As的吸收和胞内As(V)的还原、甲基化及As(ra)的外排:在相同低PO/25、1/50Pe)条件下,As〇n)处理浓度的升高也会刺澈上述过程的发生?说 第四章全文总结与展望第四章全文总结与展望4.1全文总结4.1.1不同巧度As(V)、As(ni)对螺旋藻吸附、吸收和转化As的影响在实验室条件下,分别用不同浓度的As(V)、As(m)处理螺旋藻,藻体富集的总神含量均随培养液中As处理浓度的升高而增加,这主要是由于藻体吸附和吸收的As含量均增加所致。与As(V)处理螺旋藻时相比较,相同浓度As(in)处理的螺旋藻对As—1乂3?的吸收量和富集量较高,而对藻体吸附的含量几乎没有影响。50、100iLAsV^g()-iAs,,m300m处理的螺旋藻几乎不吸收As)处理的藻体As吸收量分别为0.242、0.k。(gg由此看来,相同浓度As(III)和As(V)条件下,螺旋藻对As(m)的富集量更大。—i当培养液中As浓度超过150帖X时,可能会造成螺旋藻As含量超标,威胁人类健康。As(m)、As(V)处理下,螺旋藻体内都WAs(V)形态为主,但吸附的As含量 ̄Am处理时As吸附比例为巧.963.的,AV处理时As吸附比例占较大比例,s%%s()()均大于95%。因此,在螺旋藻的生产养殖中,可通过PBS洗脱减少藻体富集的As,-i.使其低于国家标准限量(1k。.0mgg)4.1.2不同P舰宴对螺旋藻积累和代谢As(V)、As(m)的影响在P不影响螺旋藻生长的前提下,研巧培养基P浓度的降低对螺旋藻积累和代谢As(V)、As(ni)的影响。用As(V)处理螺旋藻后,降低培养基中P的浓度,藻体吸收的As含量显著増加,且胞内Asin和DMA含量増加,胞外培养液检测到Asin,说明()()降低P浓度可促进螺旋藻对As(V)的吸收、还原、甲基化及As(m)外排过程。当用As(m)处理时,螺旋藻对As田I)具有较强的氧化作化能在3d内将培养基中As(in)几乎氧化成As(V),降低培养基中P浓度,藻体吸收的As含量也显著増加,从而导致藻体富集的总As含量増加,且胞内As还原、甲基化和As(in)外排作用増加。此外,无论是As(in)还是As(V)处理,当P浓度降低至1/25、U50Ps时,藻体内吸收的As含量均超过了国家保健品中As的限量值,且该部分As被藻体吸收不易被去除。因此,在螺旋藻的生产环节中应当注意培养基中P浓度的监测和P营养物质的添加。不同P浓度和As(V)、As(m)处理下,螺旋藻胞内均WAs(V)形态为主,P浓度的降低促进了藻体内As(V)向As(ni)和DMA的转化。在As(V)处理下,仅当P浓度降39 不同巧浓度对螺旋藻神吸附、吸收及转化的影咱研巧低至l^OPiE时,螺旋藻胞内产生甲基神。而当用As(m)处理时,P浓度降低至1/25Pje,螺旋藻胞内开始产生DMA,且DMA的含量随P浓度的降低(ySOP),I而増加。但是1A当P(l/50P)、As(300心)浓度相同时sViE帖,()处理的螺旋藻甲基As比例较大(巧.35%),而As(ni)处理的藻细胞内甲基As仅占5.58%。上述结果可说明,当培养液中P浓度降低时,As(m)处理的藻体胞内更容易产生甲基神,但As(V)处理的藻体甲基化能力较强。4.2创新么处本文明确了在正常P条件下,As(V)、As(m)处理的螺旋藻W吸附的As占主要部分,因此可W通过PBS洗脱的方法,明显减少藻体的As含量,为螺旋藻生产养殖环节中As污染控制提供有效办法。本文较全面地研究和比较了不同P浓度对螺旋藻As(V)、As(m)积累与代谢的影响,发现降低P浓度对螺旋藻As吸收和代谢产生影响,且对藻体Asm吸收的影响较大()。4.3研究展望(1)本论文只通过螺旋藻的As吸附、吸收含量及胞内各As形态含量等生理数据,研究了一P浓度对螺旋藻As吸附、吸收及转化的影响,在定程度上说明了螺旋藻对As的积累和代谢的过程。但还需从相关基因的表达、酶的活性等方面开展研巧,明确在不同P和As浓度处理时,螺旋藻对As的响应机制。(2)本文从螺旋藻保健品As污染控制的角度进行研巧,设置的As(V)、As(m)浓一些受AVAm度不高。据报道s污染的地下水As浓度很高至于在较高浓度的As、s,()(),螺旋藻对乂5的富集与代谢条件下[^^及?浓度的影响,是否呈现出相同规律需要进-步研巧。(3)本论文的试验是在实验室内培养的条件下进行的,且处理时间较短,试验结果可能会与室外螺旋藻大规模生产养殖的结果产生一定的差异。因此,本试验结果是否适用于螺旋藻的室外养殖仍需进一步验证研究。40 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致m致谢20156月年,我即将研究生毕业、离开美丽又宁静的校圍,踏入社会开启自己的新篇章。回首过去兰年,我收获了很多,也成长了很多。送要感谢我身边所有的朋友与亲人。我首先要非常感谢我的导师葛沒老师。在他的悉也指导下,我的科研文献阅。本文的选题读能力、实验操作及科研论文写作能力都得到了很大地提髙、方案的确定、试验开展及论文撰写无不凝聚了他的也血,在实验过程中遇到的具体实验操作等问題一,巧老师都十分耐也的给予了帮助与指导。在每两周次的课題组汇报中,通过课题组内的讨论,自己的演讲和沟通能力也得到了很多地锻炼和提髙。所在此非常感谢导师给予的这些宝贵机会。本文研巧工作是在南京农业大学海洋生物学实验室和南京农业大学生命科学实验中也完成的,试验的顺利进行离不开各位老师和同学们的帮助。感谢张春华老师对实验方法及仪器操作的耐也指导,感谢王长海、赵耕毛、马晶等老师,吴泽贏、陈雪、刘丹青、王亚、陈雷、尤惜、徐瑶、庞晓辰、杨亚洲、许平平、刘聪、李思、唐瞧、郑燕恒同学化及所有朋友们的帮助与陪伴一。正因为有这样个团结、友爱和有凝聚力的团体,我的实验才能得顺利且圆满完成。一我还要特别感谢自己的家人?送些年来,他们直在背后默默支持着我,鼓励着一一我,让我度过了个又个的难关。感谢你们!在这个特殊的时刻里,千言万语都不足W表达我内也的感激之情。而我也即将带一!着这颗感恩的必踏上新的征程,朋友们,起加油,为自己的明天而努力王淑二〇—五年六月51
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