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典型阳离子表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻的毒性效应及机制

作　者: 卓静
导　师: 荆国华
学　校: 华侨大学
专　业: 环境工程
关键词: 阳离子表面活性剂蛋白核小球藻四尾栅藻毒性效应 QSAR
分类号: X171.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文研究典型阳离子表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻的毒性,测定12种表面活性剂对受试藻种致毒的半抑制浓度EC50以及一些生理指标包括叶绿素含量和蛋白质含量。随后,挑选2种代表性阳离子表面活性剂,测定其作用下受试藻种SOD酶活及丙二醛含量的变化,并通过光镜和扫描电镜进行细胞表面结构损伤观察,用流式细胞术研究表面活性剂造成的藻细胞凋亡损伤情况,比较表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻藻细胞的毒性,并从生物角度分析其致毒机理。最后,采用多元线性回归方法对表面活性剂分子结构参数与其对藻细胞毒性（-lgEC50）的相关性进行分析,分别建立二者间的QSAR模型,并用交叉验证法进行验证,以期为同类表面活性剂的生态毒性进行预测。论文研究得到以下主要结果:1)表面活性剂对藻细胞的生长抑制效应受浓度和时间的影响显著,不同浓度表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻的生长量和生化组分（包括叶绿素、蛋白质含量等）均有影响。低浓度表面活性剂在不同程度上刺激了藻细胞的生长和生化组分合成,高浓度表面活性剂则显著抑制藻细胞的生长和生化活性。2)表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻的刺激存在差异,四尾栅藻对表面活性剂的抗性一般强于蛋白核小球藻。表面活性剂对藻的毒性强弱不是简单地在浓度上的线性增加,也不是在藻抗性强弱上的对应变化。3)生长抑制实验发现,部分表面活性剂在低浓度时对藻细胞SOD酶活有促进作用,说明藻细胞自身能调节抗氧化机制,促进抗氧化机能,降低低强度逆境对藻细胞生长和生理机能的影响。随着暴露组浓度超过细胞耐受极限,脂质过氧化带来的损伤大于细胞自身的修复能力,SOD酶活受到抑制,自由基产生和消除之间的平衡被破坏,细胞开始受到毒害,藻细胞生长也受到明显抑制。MDA是细胞膜脂质过氧化的产物,同时也是膜损伤的重要指标,其变化与SOD活性变化相对应。随着暴露组浓度的增加,SOD活性下降,细胞抗氧化能力也降低,引起藻体内H2O2的积累,导致脂质过氧化造成细胞膜通透性增大,藻细胞内MDA含量上升,这种现象随暴露组浓度增大表现愈加明显。并通过细胞电镜观察和流式细胞仪检测中得出表面活性剂首先攻击藻类细胞的靶位置是细胞膜上的膜脂分子,验证了表面活性剂是通过损伤藻细胞的细胞膜进而破坏细胞内的核酸生成机制。4)以16种理化、量子化学参数值为自变量,以急性毒性(-lgEC₅₀)为因变量,进行多元线性回归分析,得出表面活性剂对蛋白核小球藻、四尾栅藻的的毒性与其量参数间的定量构效关系,建立相应QSAR模型。共同进入预测表面活性剂的急性毒性的QSAR模型的参数分别是X轴主惯性矩σxx,总连接性系数TC和碳链长度CL,该模型具有较好的稳定性和预测性能。5)推测表面活性剂对藻种的制毒机制:表面活性剂首先穿过细胞膜,在生物体内积聚,然后表面活性剂分子与蛋白质、核酸进行结合吸附,减少藻类蛋白质和核酸的合成,进而破坏细胞内部结构。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-31
  1.1 表面活性剂  11-14
    1.1.1 表面活性剂概述  11
    1.1.2 表面活性剂应用现状  11-12
    1.1.3 表面活性剂污染现状  12-13
    1.1.4 表面活性剂的危害分析  13-14
      1.1.4.1 土壤中表面活性剂的危害分析  13
      1.1.4.2 水体表面活性剂的危害分析  13-14
  1.2 藻类毒性实验  14-25
    1.2.1 国内外研究状况  14-15
    1.2.2 藻类毒性实验的应用  15-21
    1.2.3 藻类毒性实验评价环境生态风险  21-25
  1.3 定量构效关系（QSAR）  25-27
    1.3.1 QSAR 概述  25-26
    1.3.2 多元线性回归建模方法与技术  26-27
    1.3.3 QSAR 研究的基本步骤  27
  1.4 本文的研究思路和主要内容  27-31
    1.4.1 论文的研究目的和意义  27-28
    1.4.2 论文的研究方案、研究路线和创新点  28-31
第二章表面活性剂对藻细胞生长和生理指标的影响  31-51
  2.1 实验仪器与试剂  31-34
  2.2 实验方法  34-39
    2.2.1 藻种的培养  34
    2.2.2 细胞浓度的测定  34-36
    2.2.3 藻类生长抑制实验  36-37
    2.2.4 藻细胞蛋白质含量的测定  37-39
    2.2.5 藻细胞叶绿素含量的测定  39
  2.3 结果和讨论  39-50
    2.3.1 表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻生长的EC50  39-40
    2.3.2 表面活性剂对蛋白核小球藻的96h 毒性抑制效应  40-43
    2.3.3 表面活性剂对四尾栅藻的96h 毒性抑制效应  43-45
    2.3.4 表面活性剂对藻细胞蛋白质含量的影响  45-47
    2.3.5 表面活性剂对藻细胞叶绿素含量的影响  47-49
    2.3.6 讨论  49-50
  2.4 本章小结  50-51
第三章表面活性剂对藻细胞凋亡和抗氧化机制的影响  51-63
  3.1 实验仪器与试剂  51-52
    3.1.1 主要实验试剂  51
    3.1.2 主要实验仪器  51-52
  3.2 实验方法  52-53
    3.2.1 SOD 活力的测定  52
    3.2.2 MDA 含量的测定  52
    3.2.3 细胞表面结构观察  52
    3.2.4 流式细胞仪观察藻细胞凋亡状况  52-53
  3.3 实验结果  53-61
    3.3.1 表面活性剂对藻细胞SOD 活力和MDA 含量的影响  53-55
    3.3.2 表面活性剂胁迫下藻细胞镜检观察  55-56
    3.3.3 FCM 观察表面活性剂作用下藻细胞的凋亡/坏死  56-61
  3.4 表面活性剂对藻细胞制毒的机理讨论  61-62
    3.4.1 藻细胞在毒物胁迫下的抗氧化机制  61
    3.4.2 表面活性剂对藻细胞膜的破坏机制  61-62
  3.5 小结  62-63
第四章阳离子表面活性剂对藻细胞毒性的QSAR 研究  63-72
  4.1 表面活性剂理化参数和半致死浓度的确定  63-66
    4.1.1 表面活性剂半致死浓度的确定  63-64
    4.1.2 表面活性剂理化参数的确定  64-66
    4.1.3 模型的建立和评价  66
  4.2 表面活性剂对蛋白核小球藻毒性的QSAR 模型的建立  66-68
    4.2.1 模型的最优方程及主要指标的确定  66-67
    4.2.2 模型的稳定性和预测性能的检验  67-68
  4.3 表面活性剂对四尾栅藻毒性的QSAR 模型的建立  68-70
    4.3.1 模型的最优方程及主要指标的确定  68-69
    4.3.2 模型的稳定性和预测性能的检验  69-70
  4.4 两种QSAR 模型的对比与参数机理讨论  70-71
  4.5 小结  71-72
第五章结论与展望  72-74
  5.1 结论  72-73
  5.2 论文不足之处  73
  5.3 建议  73-74
参考文献  74-81
攻读硕士学位期间发表及录用的论文  81-82
致谢  82

典型阳离子表面活性剂对蛋白核小球藻和四尾栅藻的毒性效应及机制

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