鋅（Zn²⁺）對銅綠微囊藻生長和葉綠素熒光特性的影響

馬欠 鄧春暖 郭鋒鋒 徐麗瓊

摘 要：研究不同濃度鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻生長和葉綠素熒光特性的影響.結果表明：鋅對銅綠微囊藻的吸光度值（OD680）、藻細胞密度、比生長速率、葉綠素熒光參數（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETo/RC）影響顯著.鋅（Zn2+）濃度越高，對銅綠微囊藻生長的抑制就越明顯，當Zn2+的濃度達到0.8 mg/L以上時，銅綠微囊藻基本停滯生長甚至死亡.

關鍵詞：鋅（Zn2+）；銅綠微囊藻；葉綠素熒光；生長影響

[中圖分類號]Q945.78 [文獻標志碼]A

文章編號：1003-6180（2018）02-0047-04

Abstract：The effects of zinc （Zn2+） on the growth and chlorophyll fluorescence characteristics of chlorophyll were studied.The results showed that the absorbance value （OD680）， the density of algal cells， the ratio of growth rate， chlorophyll fluorescence parameters （Fv/Fm） and electron transfer rate （ETo/RC） were significant.The higher the concentration of zinc （Zn2+） was， the more obvious the inhibition of the growth of the microcystis was. When the concentration of Zn2+ reached 0.8mg /L， the microcystis were basically stagnant and even died.

Key words：zinc （Zn2+）；microcystis aeruginosa；chlorophyll fluorescence；growing influence

我國水體重金屬污染嚴重，很多地方出現重金屬超標的情況，湖泊、水庫、河流等地的重金屬污染率高達80.1%.[1]重金屬在水體中以不同的形態在水體、底泥、水生物之間遷移，排入水體后很難被降解消除，對水域生態系統構成嚴重的威脅.重金屬在水體生物、魚類及農作物中富集，通過食物鏈的放大富集作用，危害人類的健康.重金屬是水體環境因子的一個重要部分，對微藻生長的影響很大，濃度過高會對微藻生長產生威脅.鋅（Zn2+）是藻類生長必需的微量元素之一，但是只在適度的范圍，如果超過適度的范圍，隨著濃度的增長，對微藻生物毒性效應相增加，對微藻生長抑制也越強.邱昌恩[2]的研究表明，當鋅（Zn2+）濃度低于10 mg/L范圍時，綠藻的呼吸強度會隨鋅（Zn2+）濃度的增加而增強，當鋅（Zn2+）濃度大于10 mg/L時，綠藻的呼吸強度隨鋅（Zn2+）濃度的增加而降低.張鐵明[3]的研究表明，桅桿藻對鋅（Zn2+）濃度最適宜的范圍是0.02 μg/L，當鋅（Zn2+）濃度大于0.10 μg/L時，就會對桅桿藻的生長產生抑制作用；銅綠微囊藻最適的鋅（Zn2+）濃度范圍是0.02～1 μg/L，當鋅（Zn2+）濃度超過0.1 mg/L時，銅綠微囊藻的生長受到明顯抑制.王山衫[4]等的研究結果表明，當鋅（Zn2+）濃度為1 μmol/L時，固氮魚腥藻的比生長速、光合放養速率、Fv/Fm值都是最高的，是固氮魚腥藻最適生長濃度.當鋅（Zn2+）濃度大于5 μmol/L時，則對固氮魚腥藻的生長產生明顯的抑制.王帥[5]等研究表明，鋅（Zn2+）脅迫下杜氏鹽藻的葉綠素熒光參數（Fv/Fm）生長會隨著（Zn2+）濃度的增加而下降.本文以銅綠微囊藻為研究對象，研究不同濃度鋅對銅綠微囊藻生長和葉綠素熒光特性的影響.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）購自中國科學院武漢水生生物研究所，BG-11培養基，SPSS20.0軟件分析，origin8.0繪圖.

1.2 試驗方法

1.2.1 銅綠微囊藻擴增培養

將處于對數生長期的銅綠微囊藻接種在裝有1 L BG-11培養基的三角瓶中，在人工氣候箱擴大培養.培養溫度25 ℃，光照6 000 lx，光暗比12 h∶12 h.

1.2.2 OD680測量、藻細胞計數和葉綠素熒光參數測定

250 mL三角瓶中分別添加重金屬鋅（Zn2+） 0，0.08，0.8，8，80 mg/L.藻液銅綠微囊藻初始密度設置為OD680 0.050（±0.01），每天搖晃3次并換動位置.在第1，2，3，4，5，6，7，8，9 d取銅綠微囊藻藻液，測OD680，進行細胞計數，測定葉綠素熒光參數.

OD680測量 每天定時取銅綠微囊藻藻液1次，吸取2.5 mL放入比色皿中，紫外分光光度計測量OD680值.空白校準用BG-11營養液.

藻細胞計數 充分搖勻銅綠微囊藻藻液，用計數框為16×25的血球計數板在400×400顯微鏡下計數.每個樣品計數兩次，兩次誤差在15%以上重復計數，求四次的平均數.

葉綠素熒光參數的測定 取2.5 mL銅綠微囊藻藻液，放入比色皿中.暗適應5 min后，利用葉綠素熒光儀（FL3500，PSI，捷克）檢測.

比增長速率計算 比增長速率計算公式為：μ=（lnXt-lnX0）/t.μ表示藻細胞的比增長速率，Xt表示t天后細胞密度（個/mL），X0表示初始細胞密度（個/mL）.

2 結果與分析

2.1 鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻OD680的影響

鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻OD680的影響見圖1.銅綠微囊藻OD680在第2天呈上升趨勢， 而后隨著鋅（Zn2+）濃度的增加，銅綠微囊藻OD680下降速度加快，可能是因為Zn2+會對銅綠微囊藻產生一定的刺激作用，但隨著時間的延長，銅綠微囊藻抵不住鋅（Zn2+）的毒性，所以生長減緩，銅綠微囊藻OD680開始下降.Zn2+對銅綠微囊藻生長的抑制作用隨濃度升高而升高，少量的鋅（Zn2+）不會對銅綠微囊藻的生長產生危害，反而會有一定的刺激作用.

鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻的OD680有顯著影響.鋅（Zn2+）濃度為0.08 mg/L時，對銅綠微囊藻的OD680沒有顯著影響，對其他實驗組吸光值有顯著影響.

2.2 鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻細胞數量生長的影響

不同濃度鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻細胞生長的影響是不同的，見圖2.鋅（Zn2+）濃度為0.08 mg/L時，對銅綠微囊藻的生長沒有產生抑制作用，相反，對銅綠微囊藻的生長有一定的刺激作用.當鋅（Zn2+）濃度大于0.08 mg/L時，在第二天會有一個緩慢生長的過程，第三天銅綠微囊藻藻細胞數量開始下降，之后藻細胞數量一直呈下降的趨勢，濃度越高抑制作用越明顯.

2.3 鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻細胞增長率的影響

不同濃度鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻細胞增長率的影響是不同的.由圖3可以看出，鋅（Zn2+）濃度為0.08 mg/L，0-5 d時，對銅綠微囊藻增長起促進作用；5 d以后，銅綠微囊藻生長呈緩慢下降趨勢.鋅（Zn2+）濃度為0.8，8，80 mg/L，1 d以后迅速呈下降趨勢.

2.4 Zn2+對銅綠微囊藻葉綠素熒光的影響

不同濃度鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻最大光合量子產量影響情況見圖4. 同一時間在不同濃度脅迫下，銅綠微囊藻的Fv/Fm的變化趨勢見圖5.第4天銅綠微囊藻的Fv/Fm隨著濃度的升高呈下降趨勢，銅綠微囊藻的Fv/Fm與鋅（Zn2+）濃度成顯著的負相關關系.說明鋅（Zn2+）濃度越高對銅綠微囊藻的生長抑制作用越明顯.

鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻最大光合量子產量影響顯著.鋅（Zn2+）濃度80 mg/L組Fm /Fo，Fv/Fo，Fv/Fm與控制組差異性顯著，其他實驗組與控制組之間差異性不顯著.

穩定且偏低.當鋅（Zn2+）濃度為8 mg/L和80 mg/L時，銅綠微囊藻的ETo/RC值比較高且變化幅度較大.其他的比活性參數值和ABS/RC的變化趨勢是一致的.隨著Zn2+濃度的升高，其參數值ABS/RC， TR O /RC，DI O /RC，ET O /RC波動增大，而Zn2+濃度變小則參數值波動減小.隨著鋅（Zn2+）濃度的升高，ABS/RC， TR O /RC，DI O /RC，ET O /RC都呈升高趨勢，ABS/RC， TR O /RC值比較高，DI O /RC，ET O /RC比較低.表明隨著鋅（Zn2+）脅迫的加劇，銅綠微囊藻單位有活性的反應中心的電子傳遞能力減弱，光合機構吸收的光能無法被反應中心完全利用，過剩激發能會隨著鋅（Zn2+）脅迫加重而增加，通過單位反應中心所耗散的能量DIO /RC急劇增加，從而減少過剩激發能的損害.

3 討論

鋅（Zn2+）雖然是藻類生長必需的微量元素之一，但是只在適度的范圍內，如果超過適度的范圍，隨著濃度的增長對微藻生物毒性效應增加，對微藻生長抑制增加.實驗表明，重金屬鋅（Zn2+）對銅綠微囊藻的生長有脅迫作用，銅綠微囊藻的OD680和銅綠微囊藻藻細胞密度呈顯著的正相關關系；與鋅（Zn2+）濃度呈顯著負相關關系.鋅（Zn2+）的濃度越高，對銅綠微囊藻生長的抑制就越明顯，當鋅（Zn2+）的濃度達到0.8 mg/L以上時，銅綠微囊藻基本停滯生長甚至死亡；鋅（Zn2+）在一定濃度范圍會對銅綠微囊藻的生長產生促進作用，當超過銅綠微囊藻生長最適范圍，隨著濃度增加對藻的抑制作用加強.

參考文獻

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編輯：琳莉