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表面活性剂对水生植物的损伤及生物降解研究

刘红玉

  本文以水生植物大薸(Pistia stratiotes L)、稀脉浮萍(Lemna paucicostata L)、满江红(Azolla imbricata(Rexb.)Nakai)、轮叶黑藻(Hydrilla varticillata)和水绵(Spirogyra)为材料,研究了非离子型表面活性剂AE和阴离子型表面活性剂LAS对其细胞结构的损伤及生理生化反应影响进行了系统研究,并进行了AE、LAS降解菌株的筛选、菌种鉴定及降解效率的初步探讨,从环境生物学上填补了有关研究的空白,为深入研究表面活性剂对生态环境的影响奠定了可靠基础,具有重要的科学价值。1.表面活性剂对水生植物细胞结构的损伤利用Olympus光学显微镜和H600型透射电子显微镜,对表面活性剂AE、LAS污染环境中的实验材料水绵、轮叶黑藻和大薸细胞结构的损伤进行了观察,结果是:(1)水绵的伤害症状是:AE污染环境中,水绵的载色体解体,无规则散布于整个细胞中,造粉核逐渐解体。细胞壁外部的果胶层解体,仅剩内部的纤维层,藻丝细胞间容易断裂。细胞膜与细胞壁之间出现质壁分离,空隙增大;在LAS污染环境中,伤害症状显著不同,螺旋状弯绕的带状载色体卷曲,螺距缩小。造粉核仍然明显,随后也会慢慢解体。细胞质膜皱缩,与细胞壁分离,出现较大的空隙。细胞壁外层的果胶质被溶解而消失,细胞壁仅剩内部的纤维层。(2)轮叶黑藻的伤害症状是:在AE污染环境中,胞质环流停止,叶绿体形状不规则,已部分解体,气道逐渐消失;在高浓度LAS污染环境中,叶绿体聚集成团,无胞质环流现象,气道逐渐消失。(3)大薸的伤害症状是:经AE处理后,叶细胞结构出现明显的受伤症状,核膜逐渐解体,染色质凝集,电子密度增高,并逐渐解体;液泡膜破裂,逐渐被细胞质所充填而消失;叶绿体肿胀成球形,随着损伤程度的加重,叶绿体膜破裂,基粒和基粒片层散落于细胞质中;线粒体的内部结构逐渐解体成为空泡,线粒体外膜凹凸不平或部分解体。经LAS处理后,大薸叶组织受到明显的损害,细胞膜向内凹陷,变得不平滑,与细胞壁分离,且部分解体,细胞膜与细胞壁之间出现较大的空腔。细胞质逐渐解体,出现许多小空泡,液泡增大。叶绿体形状不规则,基粒和片层不平整,说明叶绿体已受到较大的损伤,将逐渐解体。在培养过程中发现,随着处理时间的延长,叶片逐渐脱绿死亡。(4)根据水绵、轮叶黑藻和大薸的受伤症状可以推测:非离子型表面活性剂AE对水生植物的损伤以“溶解”为主;阴离子型表面活性剂LAS对水生植物的损伤除“溶解”外,LAS所带电荷使蛋白质构象改变可能也是非常重要的因素之一。2.表面活性剂对水生植物生理生化特性的影响本文进行了水生植物水绵、稀脉浮萍、满江红和大藻在表面活性剂AE、LAS污染环境中组织保护酶SOD、CAT、POD活性及组织中MDA、叶组织中叶绿素a的含量、处理液中DO、pH值的变化及稀脉浮萍生长量影响等生理生化指标的系统研究,结合处理过程中实验植物材料受伤的表观症状,可以得出:(1)从水生植物SOD、POD、CAT酶活性及MDA、叶绿素a的含量、处理液中DO、PH值、生长量等生理生化指标的变化情况,并结合处理过程中水生植物伤害的表观症状,可以得出阴离子型表面活性剂LAS比非离子型表面活性剂AE对水生植物的损伤程度大。口)表面活性剂对水生植物的损伤程度与浓度有关。0.l、1.0 mg/L的 AE、LAS不会对水生植物的生理活动产生很大影响;10刀 mg/L的 AE、LAS对水生植物大%、稀脉浮萍、满江红的生理活动影响较大,山于自山基的伤害,导致SOD、CAT、POD活性升高,MDA含量也逐渐升高,加速了细胞的衰老及死亡;当AE、LAS浓度大于20.0m玫L(对于水绵,AE、LAS浓度大于10.0myL)时,山于表面活性剂引起的急性毒性,导致细胞膜的通透性增加,物质外渗,细胞结构逐渐解体,保护酶SOD、CAT、POD活性及MDA含量、叶绿素含量反而下降。o)水生植物在表面活性剂污染环境中,SOD、CAT、POD都会参与细胞的应急反应。但SOD、CAT的保护能力有限,而POD是起主导作用的保护酶。POD通过清除细胞中的过氧化物自出基,同时增加植物组织的木质化程度,使细胞的通透性降低等方式来达到保护细胞的目的。O)在四种水生植物中,水绵对表面活性剂最敏感*.0m叭的浓度是致死的*刀mg/L时,对水绵的生理活动有较大的影响。满江红和稀脉浮萍次之,大漆抗性最强,急性致死浓度是 20.0 mg/L。(5)水生植物保护酶活性高低与其进化水平有关,进化水平高的稀脉浮萍比进化水平较低等的水绵具有较高的酶活性,因此对污染环境的抗性相对较强。伯)SOD、CAT、POD相对活性,MDA、生长量、培养液叩值增量、OD值变化量,都是比较好的植物分子生态毒理学指标。当污染物为亚致死浓度时,能较灵敏、较准确地指示植物的受伤程度,为环境评价提供非常重要的第一手资料。采用SOD、CAT、POD相对活性,pH值增量作为观测指标,可排除实验过程中其它因?……   
[关键词]:表面活性剂;水生植物;损伤;生理生化反应;生物降解
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:湖南农业大学2001年