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江蓠对N、P和重金属Cd2+、Cr6+、Cu2+、Ni2+污染的去除效应及其生理生化响应

作　者: 黄鹤忠
导　师: 梁建生
学　校: 扬州大学
专　业: 植物学
关键词: 江蓠 氮磷 重金属 生物修复 生理生化
分类号: X173
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


江蓠属(Gracilaria)海藻具有分布广、适应性强、生长快、产量高、易栽培等特点,具有重要的营养、药用和环保价值,并且在海洋环境污染的生物修复和监测中具有重要的前景。针对当今近海水域以及水产养殖等水体所面临的富营养化和重金属污染问题,本文在实验生态条件下,以菊花江蓠(Gracilaria lichenoides)为主要材料,研究了其对水体氮(N)、磷(P)和4种重金属离子(Cd2+、Cr6+、Cu2+、Ni2+)的去除效应及其生理生化响应和耐受机制；同时,比较了菊花江蓠与龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)对环境中Cu2+的生理生化响应机制。以期为江蓠作为环境污染的生物修复器或生物检测器的实际应用提供理论依据和实践指导。研究的主要结果如下：1.菊花江蓠对N、P短期(0-4h)和长期(第14d)吸收的最佳N：P比为16：1,最大N和P短期吸收速率(12.85和0.79μmol g-1DW h-1)的环境N/P浓度分别为1200/75和960/60(μmol.L-1),而最大N和P长期吸收速率(4.23和0.31μmol g-1DW h-1)的N/P浓度均为480/30μmol.L-12.混合N源条件下,江蓠对NH4+-N的吸收速率显著高于N03--N,长期吸收更为明显；光照条件有利于江蓠对NH4+-N和N03--N的吸收,尤其以N03--N更为明显。硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)的活性分别受环境中N03--N和NH4+-N的诱导并促进江蓠对NO3--N和NH4+-N的吸收。3.饥饿状态下的菊花江蓠在N、P营养盐缺乏条件下,生长减慢、各光合色素含量、蛋白含量、脯氨酸含量以及抗氧化能力均处于低水平,藻体颜色变浅,细胞内叶绿体、线粒体萎缩但淀粉粒增加,出现负生长；而在N/P为960/60和1200/75μmo1.L-1浓度中5-7d,江蓠的抗氧化防御系统受到显著抑制,引发大量自由基和脂质过氧化产物积累,叶绿体增多但类囊体肿胀、排列杂乱,线粒体数量减少,生长率、各光合色素和蛋白质含量显著下降。4.菊花江蓠在480/30-750/45μmol.L-1N/P浓度下的生长率(SGR)最高,光合色素、生化、抗氧化防御系统和细胞超微结构指标均显示,N/P750/45μmol.L-1和N/P480/30μmol.L-1分别是菊花江蓠短期(<7d)和长期(15d)内适宜N/P浓度的上限。在N/P480/30μmol.L-1条件下,江蓠获得最佳的生化和生长状态的N：P和ρ(NH4+-N):ρ(NO3--N)比值分别为16：1-32：1和6：0-1：1。5.在单一重金属离子(0.05mg.L-1或0.5mg.L-1)或各重金属离子质量浓度(0.5mg.L-1或1.0mg.L-1)相同的复合条件下,江蓠对重金属离子的去除率、去除效率和去除速率以及在江蓠体内外的积累量均依次为Cu2+>Ni2+>Cr6+>Cd2+。6.随着Cu2+、Ni2+、Cr6+、Cd2+胁迫浓度的提高,江蓠细胞活性氧自由基和脂质过氧化产物的积累逐渐增加,抗氧化防御体系中的SOD,CAT,POD, APX, GST, GR, T-AOC活性先被激活后被抑制,各光合色素和可溶性蛋白质含量逐渐降低；并且,细胞超微结构逐渐受到损伤或破坏(如：类囊体有肿胀,原生质穿壁转移,淀粉粒大量堆积,嗜饿小体增多,甚至叶绿体双层膜结构和核糖体消失等),并在细胞壁及叶绿体被膜上有大量Cu2+颗粒沉淀,叶绿体的元素成分发生改变。综合分析结果显示,江蓠对Cu2+、Ni2+、Cr6+、Cd2+胁迫的浓度生理耐受阈值依次为0.5、2.5、2.5、5mg.L-1。7.在过低或过高P浓度(1.5μmol.L-1或60μmol.L-1)下,江蓠对Cu2+、Ni2+、Cr6+、Cd2+胁迫的耐受性减低,表现为生长率下降和细胞超微结构损伤加剧；而其在适宜P浓度(15μmol.L-1)下,对Cu2+、Ni2+、Cr6+、Cd2+胁迫的耐受性均有所提高。8.与菊花江蓠相比,龙须菜在其生长速度、色素(叶绿素a,叶绿素b,藻胆蛋白,p-胡萝卜素)含量及光合活性方面受到Cu2+胁迫抑制的效应更显著,反应更敏感,生理耐受阈值为0.05mg.L-1。因而更适合作为Cu2+污染的潜在指示生物。

全文目录


摘要  2-4
Abstract  4-10
符号说明  10-11
第一章 文献综述  11-32
  1.1 近海富营养化与重金属污染  11-12
  1.2 大型海藻对N、P吸收和富营养化环境修复的研究  12-15
  1.3 藻类对重金属污染修复及其生理生化响应研究  15-21
  1.4 江蓠的资源与开发利用现状  21
  1.5 选题的依据和意义  21-22
  参考文献  22-32
第二章 江蓠对氮、磷的吸收效应  32-49
  引言  32
  2.1 材料与方法  32-34
  2.2 结果与分析  34-43
    2.2.1 江蓠适宜的培养密度  34-35
    2.2.2 江蓠对不同N、P营养盐浓度的短期和长期吸收速率及吸收效率  35-37
    2.2.3 江蓠对不同N、P比营养盐的短期和长期吸收速率  37-39
    2.2.4 江蓠对不同N形态组合营养盐的短期和长期吸收速率  39-42
    2.2.5 不同N形态组合对江蓠硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影响  42-43
  2.3 讨论  43-45
  2.4 结论  45
  参考文献  45-49
第三章 不同N、P条件对江蓠生长和生理生化影响研究  49-77
  引言  49
  3.1 材料与方法  49-52
  3.2 结果与分析  52-65
    3.2.1 不同N、P营养盐浓度对江蓠生长的影响  52-53
    3.2.2 不同N、P营养盐比例对江蓠生长的影响  53
    3.2.3 不同N营养盐形态组合对江蓠生长的影响  53-54
    3.2.4 不同N、P营养盐浓度对江蓠光合色素含量的影响  54-55
    3.2.5 不同N、P营养盐比例对江蓠光合色素含量的影响  55-56
    3.2.6 不同N营养盐形态组合对江蓠光合色素含量的影响  56-57
    3.2.7 N、P浓度环境对江蓠生化组成的影响  57-58
    3.2.8 N、P浓度环境对江蓠抗氧化防御系统指标的影响  58-61
    3.2.9 2种江蓠对水体N、P浓度变化的抗氧化生理响应  61-62
    3.2.10 N、P浓度环境对江蓠细胞的超微结构的影响  62-65
  3.3 讨论  65-70
  3.4 结论  70
  参考文献  70-77
第四章 江蓠对水体Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的去除和积累效应  77-91
  引言  77
  4.1 材料与方法  77-79
  4.2 结果与分析  79-85
    4.2.1 江蓠对水体中Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的去除率  79-80
    4.2.2 江蓠对水体中Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的去除效率  80-81
    4.2.3 江蓠对水体中Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的去除速率  81-82
    4.2.4 江蓠对水体Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的体外吸附量和体内积累量  82-83
    4.2.5 江蓠红外光谱  83-85
  4.3 讨论  85-87
  4.4 结论  87-88
  参考文献  88-91
第五章 江蓠对Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的生理响应及其在不同磷浓度条件下的生长及其细胞超微结构研究  91-131
  引言  91
  5.1 材料与方法  91-93
  5.2 结果与分析  93-121
    5.2.1 重金属离子浓度胁迫对江蓠外观形态的影响  93
    5.2.2 重金属离子在江蓠细胞器的分布和积累量  93
    5.2.3 重金属离子浓度胁迫对江蓠细胞叶绿体元素成分的影响  93-101
    5.2.4 重金属离子浓度胁迫对江蓠光合色素含量的影响  101-104
    5.2.5 重金属离子浓度胁迫对江蓠可溶性蛋白含量的影响  104-105
    5.2.6 重金属离子浓度对江蓠脯氨酸含量的影响  105
    5.2.7 不同重金属离子浓度胁迫对江蓠抗氧化防御体系的影响  105-112
    5.2.8 不同磷浓度条件下的重金属离子胁迫对江蓠生长的影响  112-114
    5.2.9 不同磷浓度条件下的4种重金属离子胁迫对江蓠细胞超微结构的影响  114-121
  5.3 讨论  121-126
  5.4 结论  126
  参考文献  126-131
第六章 菊花江蓠和龙须菜对Cu~(2+)的生理响应比较研究  131-148
  引言  131
  6.1 材料与方法  131-132
  6.2 结果与分析  132-141
    6.2.1 对生长的影响  132-133
    6.2.2 细胞壁多糖含量  133
    6.2.3 细胞内、外及细胞器中的Cu~(2+)累积量  133-135
    6.2.4 对叶绿素荧光参数的影响  135-136
    6.2.5 对光合色素含量的影响  136-139
    6.2.6 对江蓠ROS、抗氧化酶、脂质过氧化性和电解质外渗的影响  139-141
  6.3 讨论  141-143
  6.4 结论  143
  参考文献  143-148
全文结论  148-150
附录  150-151
致谢  151-152
攻读学位期间公开发表的相关学术论文  152-153

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境植物学
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