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溢油胁迫下孔石莼碳氮稳定同位素的变化

刘瑀 刘宇馨 米雪娇 李娜 王海霞

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溢油胁迫下孔石莼碳氮稳定同位素的变化

    作者简介: 刘瑀(1965-), 男, 陕西西安人, 教授, 博士, 主要从事海洋环境化学领域的研究, E-mail:ylsibo@foxmail.com;
  • 基金项目: 国家科技支撑计划项目(2015BAD17B05);中央高校基本科研业务费专项(3132016332)
  • 中图分类号: X132

Effect of oil spill stress on carbon and nitrogen stable isotope of Ulva Pertusa

  • 摘要: 为了研究溢油对海岸潮间带重要的大型绿藻孔石莼(Ulva Pertusa)的影响,本文探究了在180#燃料油的原油分散液(WAF)胁迫下,孔石莼的生长速率、叶绿素a以及碳氮稳定同位素的变化。在低WAF浓度(1.43 mg/L、2.87 mg/L和4.30 mg/L)胁迫下,对孔石莼的生长具有促进作用,生长速率均高于对照组,同时叶绿素a和碳氮稳定同位素均呈现上升的趋势;而高浓度WAF(5.72 mg/L和7.17 mg/L)会抑制藻类生长,导致生长速率低于对照组,而叶绿素a含量却高于对照组,孔石莼的δ15N和δ13C相比对照组偏负。对于孔石莼来说,C、N稳定同位素变化的趋势比叶绿素a更明显,这表明在溢油胁迫下,孔石莼的C、N稳定同位素能够更好更快速地评价溢油胁迫毒性大小,因此可以作为海洋环境监测和评价的一种新手段。
  • 图 1  180#燃料油WAF中正构烷烃相对含量

    Figure 1.  The relative content of n-alkanes in WAF of 180# fuel oil

    图 2  180#燃料油WAF中多环芳烃相对含量

    Figure 2.  The relative content of PAHs in WAF of 180# fuel oil

    图 3  不同WAF胁迫下孔石莼的生长速率

    Figure 3.  The growth rate of U.Pertusa under different WAF stress

    图 4  不同WAF胁迫下孔石莼的Chl a含量

    Figure 4.  The Chlorophyll a content of U.Pertusa under different WAF stress

    图 5  不同WAF胁迫下孔石莼的δ15N含量

    Figure 5.  The δ15N of U.Pertusa under different WAF stress

    图 6  不同WAF胁迫下孔石莼的δ13C含量

    Figure 6.  The δ13C of U.Pertusa under different WAF stress

    表 1  分组名称及各成分加入量

    Table 1.  The names of groups and the amount of each ingredient

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  • [1] BEYER J, TRANNUM H C, BAKKE T, et al.Environmental effects of thedeepwater horizon oil spill:a review[J].Marine Pollution Bulletin, 2016, 110(1):28-51. doi: 10.1016/j.marpolbul.2016.06.027
    [2] AKSMANN A, TUKAJ Z.The effect of anthracene and phenanthrene on the growth, photosynthesis, and SOD activity of the green alga Scenedesmus armatus depends on the PAR irradiance and CO2 level[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2004, 47(2):177-184.
    [3] 吴倩倩, 佟少明, 侯和胜.干出胁迫对孔石莼生长及生理影响[J].海洋渔业, 2011, 33(4):472-475. doi: 10.3969/j.issn.1004-2490.2011.04.017
    [4] 王珊, 刘瑀, 张松.石油烃对孔石莼生长及光合作用的影响[J].大连海洋大学学报, 2011, 26(5):432-436. doi: 10.3969/j.issn.1000-9957.2011.05.010
    [5] OH J J, CHOI E M, HAN Y S, et al.Influence of salinity on metal toxicity to Ulva pertusa[J].Toxicology and Environmental Health Sciences, 2012, 4(1):9-13.
    [6] 刘瑀, 娄亚迪, 李颖, 等.密闭培养对纤细角毛藻稳定同位素组成的影响[J].环境科学研究, 2018, 31(8):1464-1470.
    [7] WU Y Y, XU Y, LI H T, et al.Effect of acetazolamide on stable carbon isotope fractionation in Chlamydomonas reinhardtii and Chlorella vulgaris[J].Chinese Science Bulletin, 2012, 57(7):786-789. doi: 10.1007/s11434-011-4861-9
    [8] 刘瑀, 姚敬元, 李颖, 等.溢油胁迫下海洋微藻脂肪酸合成过程中碳稳定同位素分馏效应[J].海洋环境科学, 2015, 34(1):54-57, 65.
    [9] GB 17378.4-2007, 海洋监测规范第4部分: 海水分析[S].
    [10] JEFFREY S W, HUMPHREY G F.New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton[J].Biochemie und Physiologie der Pflanzen, 1975, 167(2):191-194. doi: 10.1016/S0015-3796(17)30778-3
    [11] 王秀翠, 高彦征, 朱雪竹, 等.萘、菲和芘对铜绿微囊藻生长的影响[J].农业环境科学学报, 2014, 33(4):656-663.
    [12] 高雯欣.两种多环芳烃对孔石莼的生物毒性及氧化胁迫研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2010.
    [13] 舒卫先, 李世杰.太湖流域典型湖泊表层沉积物中多环芳烃污染特征[J].农业环境科学学报, 2008, 27(4):1409-1414. doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2008.04.022
    [14] 袁萍, 吕振波, 周革非.石油烃胁迫下3种微藻的生长动力学研究[J].海洋科学, 2014, 38(10):46-51. doi: 10.11759/hykx20130830004
    [15] SARGIAN P, MAS S, PELLETIER É, et al.Multiple stressors on an Antarctic microplankton assemblage:water soluble crude oil and enhanced UVBR level at Ushuaia (Argentina)[J].Polar Biology, 2007, 30(7):829-841. doi: 10.1007/s00300-006-0243-1
    [16] GILDE K, PINCKNEY J L.Sublethal effects of crude oil on the community structure of estuarine phytoplankton[J].Estuaries and Coasts, 2012, 35(3):853-861. doi: 10.1007/s12237-011-9473-8
    [17] KONG Q X, ZHU L Z, SHEN X Y.The toxicity of naphthalene to marine Chlorella vulgaris under different nutrient conditions[J].Journal of Hazardous Materials, 2010, 178(1/2/3):282-286.
    [18] KARSH K L, TRULL T W, SIGMAN D M, et al.The contributions of nitrate uptake and efflux to isotope fractionation during algal nitrate assimilation[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014, 132:391-412. doi: 10.1016/j.gca.2013.09.030
    [19] WAITE A M, MUHLING B A, HOLL C M, et al.Food web structure in two counter-rotating eddies based on d15N and d13C isotopic analyses[J].Deep Sea Research Part Ⅱ:Topical Studies in Oceanography, 2007, 54(8/9/10):1055-1075.
    [20] JAJOO A, MEKALA N R, TOMAR R S, et al.Inhibitory effects of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on photosynthetic performance are not related to their aromaticity[J].Journal of Photochemistry and Photobiology B:Biology, 2014, 137:151-155. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2014.03.011
    [21] JIANG Z B, HUANG Y J, XU X Q, et al.Advance in the toxic effects of petroleum water accommodated fraction on marine plankton[J].Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(1):8-15. doi: 10.1016/j.chnaes.2009.12.002
  • [1] 张硕谢斌符小明张虎李云凯 . 应用稳定同位素技术对海州湾拖网渔获物营养级的研究. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 507-511. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160405
    [2] 刘瑀张旭峰李颖赵新达王海霞 . 黄渤海刺参稳定同位素组成特征的初步研究. 海洋环境科学, 2017, 36(1): 37-42. doi: 10.13634/j.cnki.mes20170106
    [3] 刘瑀姚敬元李颖冯天姝 . 溢油胁迫下海洋微藻脂肪酸合成过程中碳稳定同位素分馏效应. 海洋环境科学, 2015, 34(1): 54-57,65. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150110
    [4] 刘瑀赵新达方志强李颖张旭峰 . 基于氨基酸碳稳定同位素的黄渤海刺参产地溯源的研究. 海洋环境科学, 2018, 37(3): 377-382. doi: 10.12111/j.cnki.mes20180310
    [5] 刘瑀李颖王晓琦王海霞韩俊松 . 原油分散液对小新月菱形藻C、N稳定同位素组成的影响. 海洋环境科学, 2015, 34(4): 503-507. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150405
    [6] 刘瑀王海霞李晓琳李颖 . 赤潮过程中塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamareme)C、N稳定同位素组成的变化规律. 海洋环境科学, 2015, 34(5): 783-787. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150524
    [7] 刘湘庆姜美洁刘璐李艳张学雷李瑞香王宗灵 . 浒苔藻体叶绿素提取方法的比较. 海洋环境科学, 2016, 35(1): 144-148. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160123
    [8] 刘广鹏高磊朱礼鑫李道季 . 长江口冬季叶绿素活性荧光及遥感分析. 海洋环境科学, 2015, 34(2): 245-250. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150215
    [9] 郭康丽陈洁王小冬王艳 . 两种海洋硅藻透明胞外聚合颗粒物的产生及其生态学意义. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 1-7. doi: 10.12111/j.mes.20190053
    [10] 郭康丽陈洁王小冬王艳 . 两种海洋硅藻透明胞外聚合颗粒物的产生及其生态学意义. 海洋环境科学, 2019, 38(5): 649-655. doi: 10.12111/j.mes20190501
    [11] 褚瑶瑶刘岩任兰英宫庆礼 . 大连、青岛及温州野生鼠尾藻种群生态调查. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 840-847. doi: 10.12111/j.mes20190604
    [12] 于广磊李斌李凡齐占会张明亮 . 黄河口附近海域沉积物中碳氮元素地球化学特征及有机质来源研究. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 862-867. doi: 10.12111/j.mes20190607
    [13] 王玉珏邸宝平李欣刘东艳 . 潮间带大型海藻氮稳定同位素的环境指示作用. 海洋环境科学, 2016, 35(2): 174-179. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160203
    [14] 刘瑀王海霞冯天姝李颖韩俊松 . 溢油长期风化的碳稳定同位素指纹变化规律. 海洋环境科学, 2016, 35(5): 760-763. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160520
    [15] 刘瑀陈文静王海霞蒋大伟 . 不同产地原油的碳稳定同位素组成特征研究. 海洋环境科学, 2017, 36(5): 699-705. doi: 10.13634/j.cnki.mes20170510
    [16] 许吉翔刘瑀蒋大伟王海霞 . 原油中芳烃及其碳稳定同位素组成特征. 海洋环境科学, 2019, 38(3): 374-384. doi: 10.12111/j.mes20190309
    [17] 谭扬吴学丽侯立杰 . 样品处理方法对海洋沉积物有机碳稳定同位素测定的影响. 海洋环境科学, 2018, 37(5): 780-784. doi: 10.12111/j.cnki.mes20180523
    [18] 陈伟霖缪绅裕陶文琴龙连娣戴文坛刘志群陈学梅易祖盛 . 珠海淇澳与广州南沙湿地3种植物稳定碳氮同位素组成比较. 海洋环境科学, 2018, 37(1): 38-42. doi: 10.13634/j.cnki.mes20180107
    [19] 刘瑀姚敬元李颖张旭峰 . 预处理方法对海洋微藻脂肪酸萃取量及其碳稳定同位素组成的影响. 海洋环境科学, 2015, 34(3): 457-461. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150323
    [20] 隋娟娟江雪艳许博超于志刚 . 黄河干流铀同位素的沿程变化及入海通量. 海洋环境科学, 2016, 35(3): 349-356. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160305
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-27
  • 录用日期:  2019-01-22
  • 刊出日期:  2020-04-20

溢油胁迫下孔石莼碳氮稳定同位素的变化

    作者简介:刘瑀(1965-), 男, 陕西西安人, 教授, 博士, 主要从事海洋环境化学领域的研究, E-mail:ylsibo@foxmail.com
  • 1. 大连海事大学 环境科学与工程学院, 辽宁 大连 116026
  • 2. 大连海事大学 航海学院, 辽宁 大连 116026
基金项目: 国家科技支撑计划项目(2015BAD17B05);中央高校基本科研业务费专项(3132016332)

摘要: 为了研究溢油对海岸潮间带重要的大型绿藻孔石莼(Ulva Pertusa)的影响,本文探究了在180#燃料油的原油分散液(WAF)胁迫下,孔石莼的生长速率、叶绿素a以及碳氮稳定同位素的变化。在低WAF浓度(1.43 mg/L、2.87 mg/L和4.30 mg/L)胁迫下,对孔石莼的生长具有促进作用,生长速率均高于对照组,同时叶绿素a和碳氮稳定同位素均呈现上升的趋势;而高浓度WAF(5.72 mg/L和7.17 mg/L)会抑制藻类生长,导致生长速率低于对照组,而叶绿素a含量却高于对照组,孔石莼的δ15N和δ13C相比对照组偏负。对于孔石莼来说,C、N稳定同位素变化的趋势比叶绿素a更明显,这表明在溢油胁迫下,孔石莼的C、N稳定同位素能够更好更快速地评价溢油胁迫毒性大小,因此可以作为海洋环境监测和评价的一种新手段。

English Abstract

  • 溢油(原油或成品油)会对海洋生态环境造成损害。溢油发生后,油品中含有大量正构烷烃和多环芳烃,尤其多环芳烃毒性较强,不易降解会长期蓄积在海水和沉积物中,对海洋植物和生物都造成损伤[1]。已有研究表明多环芳烃有三致作用,影响海洋动物繁殖和发育,导致海洋物种减少,影响海洋生态平衡。多环芳烃中含有的萘和菲系物,易被海洋藻类吸收并在体内累积,破坏藻体的细胞结构和生物酶活性,抑制藻类生长[2]

    孔石莼作为海岸潮间带的优势绿藻,生长旺盛,一年四季均有繁殖。并且孔石莼营养成分丰富,常被用来当做饵料供给海洋生物摄食,同时孔石莼对营养吸收速率快,也多应用在生态养殖方面[3]。当石油泄漏后会随着海浪和风等不断扩散,随着潮汐作用蓄在海岸潮间带,影响孔石莼的生长繁殖,导致藻体内部化学成分发生变化,从而影响了食物链的传递和生物的多样性。已有研究报道在不同污染胁迫下对孔石莼的影响,王珊等[4]研究了石油烃对孔石莼生长及光合作用影响,发现低浓度的石油烃会促进孔石莼生长;OH等[5]研究发现低盐会加强金属对孔石莼的毒性等。

    稳定同位素技术在环境生态研究领域中的应用越来越广泛。当藻类正常生长时,营养元素充,足易吸收较轻12C和14N[6],当有污染胁迫时,毒性物质被藻体吸收进入到藻类内部,改变藻体细胞膜的通透性,影响藻体内各类生物酶活性,导致藻类代谢紊乱,对所需的营养物质,尤其C、N元素吸收速率发生变化,可能会引起动力学分馏,从而C、N稳定同位素比值也会发生明显改变[7]。也会进一步影响生物体内脂肪酸、氨基酸等物质的合成[8]。所以应用稳定同位素技术可以更好推断藻类的生长状态以及藻体内部代谢状况。

    本文通过研究在不同含量180#燃料油水溶性成分胁迫下,对海岸带优势物种孔石莼的生长速率,Chl a含量及C、N稳定同位素组成的影响,分析WAF对大型藻类的毒性效应,为潮间带环境生态风险评估以及对石油污染生态环境进行监测提供有效的手段。

    • 海水和孔石莼取自于大连黑石礁海域,位于中国辽宁大连的西南方海域(38°52′N, 121°33′E)。海水经过灭菌过滤处理,用处理过的海水反复冲洗藻体表面并用小毛刷轻轻刷洗以去除杂质,用海水在充气条件下预培养一周,每两天更换一次海水。

      将180#燃料油和灭菌海水按照1: 9的比例混合在烧杯中,室温下磁力搅拌器搅拌24 h,静置使油水层分离,采用虹吸法将下层的含有石油组分的海水收集到棕色瓶中,放在4℃下保存待用。

    • 180#燃料油的油浓度采用紫外分光光度法进行测定[9]

      WAF中的正构烷烃及多环芳烃含量测定:取100 mL的WAF,用5 mL的正己烷萃取,重复两次,将正己烷萃取液合并到10 mL的具塞比色管中,加入3.0 g干燥后的无水Na2SO4,离心处理后的上清液氮吹至1.0 mL待用。用活化过的硅胶填充层析柱,将溶液转移至层析柱中,用正己烷和正己烷-二氯甲烷混合液(体积比2: 1)洗脱出饱和烃15 mL和多环芳烃20 mL后氮吹浓缩至1 mL待测。

    • 按照表 1加入各种成分,不同百分含量WAF浓度分别为0、1.43、2.87、4.3、5.73、7.17 mg/L;在恒温光照培养箱中培养,加入改良的Conway营养液及维生素,光强为3000 lx,光暗周期12 h/12 h,温度18±0.1℃,每天晃动一次培养液。每天在同一时间从不同浓度WAF中取出孔石莼吸干水分并用超纯水反复冲洗干净,放到冷冻干燥机中烘干待测。实验进行96 h,设置三组平行。

      表 1  分组名称及各成分加入量

      Table 1.  The names of groups and the amount of each ingredient

    • 吸干孔石莼表面水分,称取其重量计算特定生长率,公式如下:

      式中:Wt代表t时藻片湿重m/g;W0为试验初时藻片的湿重;t为试验时间;

      取出干燥好的孔石莼,用研钵研磨成粉末,称取0.20 g研磨好的孔石莼放到10 mL具塞比色管中,加入55℃的90%丙酮10 mL,在4℃条件下放置4 h,离心15 min取上清液,用紫外分光光度计测定吸光度,按照Jeffrey和Humphrey的公式计算Chl a的含量[10]

    • 取出干燥好的不同组分的孔石莼,用研钵研磨成粉末,称取0.45 mg研磨的藻粉,包入到锡杯当中,样品经过元素分析仪(flash EA 1112,thermo fisher scientific,美国)和稳定同位素比质谱仪(delta V advantage,thermo fisher scientific,美国)进行测定。得到孔石莼的δ15N和δ13C值。

      稳定N、C同位素的自然丰度表示为:

      式中:X代表15N或13C;R代表15N/14N或13C/12C;δ15N值是相对空气中N2的丰度;δ13C值是相对于PDB标准的自然丰度。δ15N和δ13C的分析精度分别为±0.30‰和±0.20‰。

    • 实验数据用SPSS 20软件经单因素方差分析,结果差异显著后进行多重比较(Duncan)。以P < 0.05作为显著标准。

    • 燃料油180#的WAF中正构烷烃和多环芳烃的相对含量如图 1所示,其中正构烷烃的分布为C11-C26;正构烷烃的C12-C19相对含量较大,C14相对含量最多为27.12%,随着碳链的增加,融入到海水中的含量越来越少。多环芳烃的含量如图 2所示,萘和菲系列的化合物相对含量较多,分别占总量的24.17%和45.09%。三甲基萘含量在萘系物中最多为14.91%,二甲基菲在菲系物中含量最多为21.67%,其余苊、芴、芘等相对含量较少。

      图  1  180#燃料油WAF中正构烷烃相对含量

      Figure 1.  The relative content of n-alkanes in WAF of 180# fuel oil

      图  2  180#燃料油WAF中多环芳烃相对含量

      Figure 2.  The relative content of PAHs in WAF of 180# fuel oil

      在石油中多环芳烃(PAHs)属于持久性难降解的有机污染物,易在沉积物和海洋生物中富集,对海洋浮游植物以及藻类起到了主要的毒性作用。在多环芳烃中,随着苯环数量逐渐增加,其水溶性逐渐减小。低分子量的萘和菲的结构简单环数较少,分别为二环和三环化合物;所以在WAF溶液中,萘和菲的含量相对较多,为主要的毒性成分。王秀翠等[11]研究了微藻在三种多环芳烃化合物毒性胁迫下,高浓度会抑制藻类生长并且破坏细胞结构,并产生不可逆的毒性作用。高雯欣[12]研究了菲和芘对孔石莼的氧化胁迫,其会破坏藻体内氧化酶活性,对藻体造成氧化损伤。亲脂性的多环芳烃也会被藻类累积到体内,影响到食物链的传递[13]。所以WAF对孔石莼的毒性效应的探究是十分必要的。

    • 图 3是不同WAF浓度下孔石莼每天的特定生长率变化曲线。由图可知随着时间的增加,不同浓度下孔石莼的生长速率均逐渐减小,在4 d时生长速率最小分别为4.26%、5.52%、6.25%、6.20%、5.00%和1.91%。随着孔石莼的生长需要吸收大量的营养物质,1 d时营养充足孔石莼生长旺盛,生长速率大;随着时间推移,营养成分逐渐消耗,孔石莼生长减缓,生长速率变小趋于平稳状态。

      图  3  不同WAF胁迫下孔石莼的生长速率

      Figure 3.  The growth rate of U.Pertusa under different WAF stress

      当相同时间时,孔石莼的在不同浓度的WAF下,生长趋势不同。有图可知,当WAF含量浓度为1.43 mg/L、2.87 mg/L和4.30 mg/L时,孔石莼的生长速率要高于对照组。当浓度为5.72 mg/L和7.17 mg/L时低于对照组并且生长速率变化幅度小(P < 0.05),生长速度缓慢。研究表明低浓度石油烃可以促进藻类生长,高浓度则抑制生长。袁萍等[14]研究了0#柴油对微藻的影响,也是相同的变化趋势。

      图 4为不同WAF浓度下孔石莼的Chl a变化趋势,随着浓度的增加,孔石莼Chl a的含量也是先升高后下降的趋势,不同浓度WAF下,Chl a含量也逐渐升高。在96 h时,当WAF为5.72 mg/L时,Chl a含量最大为2.42 mg/L,均高于其他组分(P < 0.05),当WAF浓度为7.17 mg/L时,Chl a含量为1.45 mg/L,除了高于对照组但均低于其他油组分。由图可知,当在低浓度石油烃刺激下,Chl a含量升高,在高浓度刺激下,Chl a含量下降。研究表明,随胁迫加剧,会减少初级化学能产量、电子传递等来抑制藻类的光合作用[15],导致叶绿素含量降低;在石油烃中一些高毒性物质胁迫下,也会导致有关光合作用酶和叶绿素合成酶失活,从而影响了叶绿素的含量[4]。但本文研究发现在高浓度下Chl a含量虽然下降但高于对照组,无法很好判断藻类胁迫状况。Gilde等[16]发现Chl a的测量不能充分反映出浮游植物群落对低浓度的石油暴露的反应。所以叶绿素并不能作为一个很好地指标去评估藻类胁迫程度。

      图  4  不同WAF胁迫下孔石莼的Chl a含量

      Figure 4.  The Chlorophyll a content of U.Pertusa under different WAF stress

    • 孔石莼在不同WAF胁迫下的氮稳定同位素组成变化如图 5所示,随着180#燃料油WAF浓度的升高,孔石莼δ15N的值呈现先偏正后偏负的趋势。随着时间增加,在相同浓度胁迫下孔石莼的δ15N在对照组和低浓度中越来越正,在高浓度中则变化平缓甚至略微的偏负。在96 h不同浓度WAF胁迫下,δ15N的变化范围在7.70‰~5.21‰;当WAF浓度为5.72 mg/L和7.17 mg/L时,δ15N值相比对照组偏负,平均偏负了2.10‰和2.00‰,差异性显著(P < 0.01)。WAF浓度为2.87 mg/L时δ15N值最正,相比对照组偏正了0.39‰。

      图  5  不同WAF胁迫下孔石莼的δ15N含量

      Figure 5.  The δ15N of U.Pertusa under different WAF stress

      氮是藻类不可缺少营养元素之一,并且孔石莼属于海洋大型藻类,叶片比表面积比较大,光合作用能力和吸收营养成分能力相对微藻更强。所以在氮营养元素充足的条件下,孔石莼则会优先吸收水体中较轻的14N,而歧视较重的15N,发生同位素分馏现象。而当石油烃浓度较低时,可以增加藻体中酶的活性,加快藻体新陈代谢,促进藻类生长;导致藻体要吸收更多的营养元素,导致水体中14N缺乏供应不足,藻类则要吸收15N继续供应生长,从而使δ15N的值偏正[6]。所以当WAF浓度较低时,孔石莼的δ15N比对照组偏正。当随着污染胁迫的加深,石油中含有的毒性物质会进入到细胞内部,破坏藻类细胞结构和细胞膜系统,改变细胞膜通透性,导致体内大分子物质蛋白质等流失,使毒性物质更易进入到细胞当中,从而进一步加深对藻类毒性作用[17],使细胞生长减缓或者死亡,所以δ15N逐渐偏负。Karsh等[18]研究发现当硝酸还原酶发生低表达的时候,会影响硝酸盐的转化。所以在高浓度WAF胁迫下,可能抑制了硝酸还原酶活性,氮吸收比率下降,导致δ15N逐渐偏负。

      孔石莼在180#燃料油WAF胁迫下的碳稳定同位素如图 6所示,随着WAF浓度升高,δ13C均是先偏正后偏负的趋势,在96 h的δ13C变化范围在-16.14‰ ~ -20.07‰。在WAF的浓度分别为7.17 mg/L时,孔石莼δ13C值最负为-19.94‰。随着时间的逐渐增加,不用浓度WAF下的孔石莼的δ13C值逐渐偏负,在4 d时最负。当低浓度时,WAF作为外源物质,刺激孔石莼快速增长,藻类会优先吸收水体中较轻的12C,随着光合作用增强,加快藻体细胞的新陈代谢,藻体需要大量碳源,12C供应不足,藻体开始吸收大量13C,所以在低浓度的胁迫下,孔石莼的δ13C相比对照组偏正[19]。随着WAF浓度逐渐增加,石油烃会对孔石莼产生毒害作用,一方面使藻体生长减缓,藻体内细胞合成速率也会减慢,在碳源充足条件下,藻体优先吸收轻的12C,使δ13C逐渐偏负;并且有机污染物还会从抑制光合作用的电子传递,使PSII反应中心受损,光合能力和光化学效率降低,减少了光合作用CO2固定,也会导致δ13C逐渐偏负[20]。另一方面,WAF含有大量的烃类物质(烷烃及芳烃),尤其苯系物和萘系物,两种物质具有高毒性并且还有一定的水溶性和亲脂性,易在双层膜的中间积累,与磷脂双分子层相互作用改变膜结构和影响膜功能,毒性物质还会使藻细胞内参与生化过程生物酶失活[21],导致机体的氧化平衡失调,会产生大量自由基破坏细胞,导致藻体不能进行正常的生命活动,所以δ13C逐渐偏负。

      图  6  不同WAF胁迫下孔石莼的δ13C含量

      Figure 6.  The δ13C of U.Pertusa under different WAF stress

    • (1) 在180#燃料油不同WAF浓度胁迫下,孔石莼的生长速率表现为低快高慢,且随着时间变化生长速率逐渐减慢。

      (2) Chl a含量随着WAF浓度上升,呈现出先高后低的趋势,但是在高浓度时,Chl a含量虽然下降但是依然高于对照组,不能很好地评价孔石莼在溢油胁迫下的生长状态。

      (3) 孔石莼的δ15N和δ13C均随着WAF浓度升高呈现先偏正后偏负的趋势,且在高浓度下差异性显著,可以及时的反映藻类在受到外界胁迫下对C、N元素吸收和分馏情况,可以更好更快速地评价溢油胁迫毒性大小,因此可以作为海岸潮间带环境监测和评价的一种新方法。

参考文献 (21)

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