硅藻重金属污染生态学研究进展_丁腾达

其中镉、 硅藻的生长会受到重金属污染的影响 ， 铅、 铜、 汞等能在藻细胞内大量富集而干扰细胞代谢
［10 ］ 过程， 最终影响藻类的生长和繁殖 ． 目前重金属 ［11 － 15 ］ ， 污染对藻类生长的影响主要集中于蓝绿藻 但 ［16 ］ 其对硅藻的毒性研究也开始逐渐受到关注 ， 主要 是从硅藻的生长速率、 细胞分化速率以及胞内植物
［5 ］
* 国家自然科 学 基 金 项目 （ 21177106 ） 、பைடு நூலகம்浙江 省 自 然 科 学 基金项目 （ Y50527 ） 、 浙江省科技厅项目 （ 2007C23040 ） 和杭州市环保局项目 （ 2009007 ） 资助 . mail： zjy@ zju． edu． cn ＊＊通讯作者． E20110509 收稿， 20111206 接受．
应 用 生 态 学 报 2012 年 3 月
第 23 卷
第3 期
Chinese Journal of Applied Ecology，Mar． 2012 ， 23 （ 3 ） ： 857 － 866
硅藻重金属污染生态学研究进展
丁腾达
1， 2
*
倪婉敏
1， 2
张建英
1， 2 ＊＊
（ 1 浙江大学环境科学研究所，杭州 310058 ；
－4 －1 硅藻体内遗传 度的增高 （ ＞ 2. 2 × 10 mol · L ） ， ， （ Phaeodactylum tricornu物质发生变化 三角褐指藻
tum） 细胞内 ATP 含量显著下降， 影响细胞光合作用 ［19 ］ 镉达到一定浓度时， 就会对藻 的正常进行 ． 然而，
－5 －1 类产生遗传毒性． 镉浓度为 8. 9 × 10 mol · L 时， 65% 角毛藻 （ Chaetoceros 结合碱性彗星法分析发现，
2
浙江省有机污染过程与控制重点实验室，杭州 310058 ）
摘 要 硅藻是水生生态系统健康的指示生物之一， 对环境变化极为敏感， 某些典型硅藻已 应用于指示水体重金属污染． 本文围绕地表水重金属污染， 从毒性效应、 生物吸附和累积、 生 综述了硅藻重金属污染生态学研究进展， 阐 态适应机制及生物指示与生态修复作用等方面 ， 述重金属污染下硅藻的生长趋势和硅壳形态的变化 ， 硅藻对重金属生物吸附和生物累积的差 别， 硅藻对重金属的表面络合和离子交换等生态适应机制 ， 以及硅藻对水体重金属污染的指 示作用和生态修复作用， 为水生生态系统的重金属污染防治与预警技术提供科学依据 ． 关键词 硅藻 重金属 毒性效应 生物累积 污染生态学 文章编号 1001 － 9332 （ 2012 ） 03 － 0857 － 10 中图分类号 X171． 5 文献标识码
螯合肽等 3 个方面进行探讨（ 表 1 ） ． 研究发现， 葡萄 牙废弃采 矿 区 附 近 水 体 中 铅、 镉和锌的含量很高 （ 其平均值分别超过背景值 376 、 96 和 19 倍 ） ， 此 时， 硅藻几乎不生存， 直到距离采矿区 2 km 的水体 ［3 ］ 下游， 水质逐渐恢复， 才慢慢出现硅藻 ， 表明一定 浓度的重金属对硅藻的生存有毒性作用 ． 硅藻的生长状况与水体的重金属浓度有关， 尤 其是镉浓度的高低不仅影响硅藻的生长速率 ， 还会 对藻细胞内光合作用系统及遗传物质产生影响 ． 高 －8 －1 浓度镉 （ 8. 4 × 10 mol·L ） 处理下， 硅藻生长速
× 10 － 6 mol·L － 1 ） 在暴露 48 h 内反而能够提高细胞 ［22 ］ 当 分化速率 ． 铅也会抑制硅藻的细胞分化速率，
－7 －1 其达到一定浓度 （ 4. 8 × 10 mol · L ） 时， 中肋骨 ［20 ］ 条藻的细胞分化速率几近为 0 ．
重金属污染也会导致硅藻细胞内产生植物螯合 PCs 的生物合成在硅藻的耐 肽（ PCs） 等硫醇类物质， ［23 ］ 金属毒性过程中起着重要的作用 ． Morelli 和 Fantozzi［24］研究了重金属浓度与三角褐指藻细胞内植 物螯合肽之间的关系， 发现随着培养基中重金属离 子浓度的升高， 胞内植物螯合肽浓度也会相应增加 ，
－6 －6 生长速 率 将 会 上 升． 铜 （ 0. 78 × 10 ～ 3. 1 × 10 mol·L － 1 ） 对细胞分化速率的影响则随其浓度变化 －6 －1 而改变， 低浓度铜 （ 0. 78 × 10 mol·L ） 在暴露 72 h 内能够明显降低细胞分化速率， 而高浓度铜 （ 3. 1
1， 2
A
Research advances in heavy metals pollution ecology of diatom． DING Tengda ，NI Wan2 2 min1， ，ZHANG Jianying1， （ 1 Institute of Environmental Science，Zhejiang University，Hangzhou 310058 ，China； 2 Zhejiang Province Key Laboratory of Organic Pollution Process and Control，Hangzhou 310058 ，China） ． Chin． J． Appl． Ecol． ， 2012 ， 23 （ 3 ） ： 857 － 866． Abstract： Diatom，due to its high sensitivity to environmental change，is one of the bioindicators of aquatic ecosystem health，and some typical diatom species have been applied to indicate the heavy metals pollution of water body． With the focus on the surface water heavy metals pollution， this paper reviewed the research advances in the toxic effect of heavy metals pollution on diatom， biosorption and bioaccumulation of heavy metals by diatom，ecological adaptation mechanisms of diindicator and in ecological restoration of atom to heavy metals pollution，and roles of diatom as bioheavy metals pollution． The growth tendency of diatom and the morphological change of frustule under heavy metals pollution as well as the differences in heavy metals biosorption and bioaccumulation by diatom，the ecological adaptation mechanisms of diatom on heavy metals surface complexation and ion exchange，and the roles of diatom as bioindicator and in ecological restoration of heavy metals polluted water body were also discussed． This review could provide scientific evidences for the prevention of aquatic ecosystems heavy metals pollution and related early warning techniques． Key words： diatom； heavy metal； toxic effect； bioaccumulation； pollution ecology． 重金属污染是世界各国普遍关注的问题之一 ， 其进入水体后会危害水体生态系统的安全 ． Islam 和 Tanaka［1］综述了重金属进入水体的各种来源以及对 生态系统和水生生物的危害， 引起众多学者对水体 规划中就提 重金属污染的重视． 我国首个“十二五 ” 出水体重金属污染防治的问题 ， 凸显了当前我国 水体重金属污染问题的严重性及治理的紧迫性 ． 由
， 而被广泛应用于仿生学中． 有关硅
藻的研究也由原来简单的形态描述和分类发展到现 在以硅壳、 单个硅藻细胞、 硅藻种群和类群等不同尺
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度对象的分子学研究， 诸如从种类分布与细胞膜损 ［6 － 7 ］ ， 以及从 害角度研究水体重金属污染的敏感性 分子水平上探讨硅藻细胞膜形成过程及其对化学污 ［8 － 9 ］ ． 染物胁迫的响应等 鉴于硅藻与水体重金属污染之间的相互关系， 本文分别从重金属污染对硅藻的生态毒性效应 、 硅 藻对重金属污染的生物吸附和生物累积、 硅藻对重 金属污染的生态适应机制及硅藻对重金属污染的指 示作用和生态修复作用等四个方面， 综述硅藻重金 属污染生态学研究进展， 提出着力解决我国水体重 金属污染的硅藻生态学研究观点 ． 1 1. 1 重金属对硅藻的生态毒理效应 重金属污染对硅藻生长的影响
［2 ］
于水体重金属污染会威胁水生生物的健康安全 ， 有 必要建立水体重金属污染的防治和预警系统 ， 防止 水生生态系统的破坏． 硅藻是水体中重要的初级生产者． 因其生命周 期短而 比 高 等 水 生 生 物 更 能 快 速 地 响 应 环 境 变 ［3 ］ 产生基 化 ； 其能与细菌之间进行双向基因转移， 因的非正规组合， 在营养管理和环境信号作用中扮 ［4 ］ 6 演着重要的角色 ； 其纳米结构及承受 10 Pa 左右 压力的性能