藻類植物在環(huán)境監(jiān)測中的研究進展

李干蓉，楊曉武，袁德奎，鄒序安

（ 銅仁職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系，貴州 銅仁 554300 ）

藻類植物在環(huán)境監(jiān)測中的研究進展

李干蓉，楊曉武，袁德奎，鄒序安

（ 銅仁職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系，貴州 銅仁 554300 ）

從藻類植物的生長、繁殖、以及代謝作用方面，對藻類在巖溶、重金屬、農(nóng)藥以及藻毒素監(jiān)測中的研究成果和應(yīng)用實例進行簡要論述，論述了藻類作為生物多樣性中一員，用于環(huán)境監(jiān)測的長期性和有效性的特點，藻類植物的研究越來越受到重視和關(guān)注。

藻類植物； 巖溶作用； 重金屬； 藻毒素沉淀；

藻類生物是地球上最早出現(xiàn)的進行光合作用的低等生物，[1]從早前寒武紀至今，藻類自始自終都是重要的原初生產(chǎn)力（Primary Production），在地球及地球演化過程中擔任重要角色。在巖溶地區(qū)，藻類生物以其獨特的生理生態(tài)特性繁殖生長，并深刻地影響著巖溶的形成與發(fā)育。[2]Folk R.E.等人（1973）認為加勒比?？ㄒ谅簫u上巖溶地貌與我國南方適宜氣候條件的藻類繁盛密切相關(guān)。

從20世紀50年代人們就開始關(guān)注近海富營養(yǎng)化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，[3]到1990年已有大量有關(guān)波羅的海20年來富營養(yǎng)化狀況的文章發(fā)表在瑞典皇家學會知名刊物《AMBO》上。1979年，美國環(huán)境保護協(xié)會首次舉辦了關(guān)于河口地區(qū)富營養(yǎng)化問題的國際專題研討會。Rosenberg1985年提出“富營養(yǎng)化——未來海洋沿岸的威脅”。在1988年～1997年間共有1574篇文獻與近海富營養(yǎng)化相關(guān)，并且維持了較高的論文數(shù)量年增加速率。[3]隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國沿海地區(qū)水域富營養(yǎng)化的問題也日趨嚴重，國家也資助了大量有關(guān)海洋富營養(yǎng)化的研究：[2]如“近海富營養(yǎng)化評估和赤潮預(yù)測技術(shù)研究”、“膠州灣流域生源要素流失與海灣富營養(yǎng)化演變過程”、“中國沿海典型增養(yǎng)殖區(qū)有害赤潮發(fā)生動力學及防治機理研究”、“香港及珠江口海域富營養(yǎng)化及有害赤潮研究”、“長江口水域富營養(yǎng)化特性及對策研究”和“我國近海有害赤潮發(fā)生的生態(tài)學、海洋學機制及預(yù)測防治”等等。同時又多次開展了主題關(guān)于“富營養(yǎng)化”的研究。近年來，關(guān)于污染物協(xié)同作用（特別是富營養(yǎng)化和其他污染物的相互作用）的研究正在逐步展開。

1.藻類生物的巖溶作用

王福星等[2]研究發(fā)現(xiàn)藻類生物的新成代謝活動深刻地影響著巖溶的形成與發(fā)育，藻類呼吸作用產(chǎn)生的CO2遇水生成碳酸，分泌酸性物質(zhì)。粘液及遺體經(jīng)微生物分解，產(chǎn)生CO2等，這些物質(zhì)對碳酸鹽巖均有溶蝕作用；藻類的鉆孔作用，使碳酸鹽巖表層形成多孔狀，網(wǎng)絡(luò)狀，從而增大其化學溶蝕的有效表面積、降低其物理機械強度。藻類通過同化作用，通過捕捉粘性作用等方式沉淀碳酸鹽。藻類對碳酸鹽巖的作用可產(chǎn)生特性產(chǎn)物及生成顯微結(jié)構(gòu)構(gòu)造。田友萍，何復(fù)勝等人[4]對四川九寨溝、貴州黃果樹、馬嶺河峽谷以及香紙溝的地表鈣化的考察和研究，首次在地表鈣化體中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代淡水疊層石及其藻席。并總結(jié)了研究區(qū)疊層石藻席的種類和特征，認為該研究區(qū)疊層石藻席中微生物群落的優(yōu)勢種主要屬于藍藻門的裂須藻屬、席藻屬、和鞘絲藻屬。[5]66-69該疊層石的形成是由于藍藻藻席的新舊更替以及沉積物的周期性沉積造成的；疊層石的紋層和形態(tài)可能與藍藻的屬種及疊層石的生長環(huán)境有關(guān)，認為現(xiàn)代鈣化淡水疊層石及其藻席的研究將對沉積學、地球微生物學、疊層石及其形成喀斯特地貌演化及水文氣候等方面的研究有著重要的理論意義。

2.凈化廢水、消除污染

水的白凈作用在自然界中到處都有發(fā)生，哪里的水中有有機物，哪里水的白凈過程就在進行。[6]55-57水的白凈作用是多種因素促成的，有物理、化學和生物等因素參加，這里我們主要談生物因素中藻類的作用。藻類在光合作用過程中放出氧氣，在分解過程中產(chǎn)生CO2，又可在藻類的光合作用過程中被利用或排除。有些單細胞藻類，如一種衣藻也能像有些細菌那樣，在無氧的條件下，同化污水中的有機物，供自身需要。有些藻類有吸收和積累有害元素的能力，它們體內(nèi)所積累的元素，往往高于環(huán)境的數(shù)千倍以上，如四尾柵藻積累的鈰和釔比外界環(huán)境高兩萬倍。有些有害物質(zhì)還可以通過藻類體內(nèi)的解毒作用和生理過程，而逐步降解和消除。有些藻類對周圍環(huán)境反應(yīng)非常敏感，在水體中藻類植物群落組成的性質(zhì)和數(shù)量，是由被污染的水中有機物的情況決定的。近年來，對淡水藻與水體污染之間關(guān)系的研究，有很大的發(fā)展，不僅補充了水質(zhì)化學分析的不足。而且被廣泛用于評價、監(jiān)測和預(yù)報水質(zhì)的情況。底棲的藻類對污水的自凈作用也有很大意義。在它大量出現(xiàn)時，就有細菌及其他小生物共同在土壤中、石頭上和浸沉在水中物體上，呈一薄的腔質(zhì)層。它有極大的吸附能力，并保留膠狀溶解的有機物質(zhì)和柔軟分散的有機物質(zhì)。由于細菌和藻類在此薄膠質(zhì)層中的作用，有機物質(zhì)很快就被礦化.從而達到凈化的目的。

3.利用水生藻類監(jiān)測水體重金屬污染

藻類是水體的初級生產(chǎn)者，在水生生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中起著十分重要的作用。[7]重金屬通過各種途徑進入水體后，一旦被藻類吸收，將引起藻類生長代謝與生理功能紊亂，抑制光合作用，減少細胞色素，導(dǎo)致細胞畸變、組織壞死，甚至使藻類中毒死亡，改變天然環(huán)境中藻類的種類組成。曾麗璇等[9]通過分析水生藻類的種類和數(shù)量組成，研究其生理、生化反應(yīng)及積累毒物的特點，可以準確地判斷水體的污染性質(zhì)和污染程度。多項利用藻類監(jiān)測重金屬的研究表明[8]，同一種重金屬由于價態(tài)、化合態(tài)和結(jié)合態(tài)不同，對藻類的毒性也不同，藻類對重金屬的富集存在特異性。因此，利用藻類監(jiān)測重金屬污染可能存在特異性，小球藻富集重金屬的機理仍需進一步研究。

4.藻類對農(nóng)藥的富集作用

塑料大棚是利用日光溫室進行人工調(diào)控的栽培農(nóng)作物的一種方法。近十幾年來，大棚栽培的規(guī)模和農(nóng)作物種類發(fā)展很快，取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，在中國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，起著重要作用。大棚栽培的規(guī)模和農(nóng)作物種類發(fā)展很快，隨著大棚栽培的發(fā)展，大棚土壤農(nóng)藥殘留問題愈來愈嚴重，污染土壤的修復(fù)問題亦愈來愈迫切。因此只要能研究出適宜接受的技術(shù)，較經(jīng)濟的投入，良好的修復(fù)效果，應(yīng)用前景無疑是非常廣泛的。研究表明[10]，藻類對農(nóng)藥的富集具有很高的富集能力，藻類富集農(nóng)藥不受細胞生長、代謝速率的影響。但到目前為止，所有研究都集中在水生生態(tài)系統(tǒng)中，這主要是因為藻類易于生長在水體中。但也有一部分藻類在潮濕的陸地、巖石，甚至樹干上都可以生存。而大棚栽培因其密閉溫室的特點，恰好提供了藻類生存所必需的環(huán)境。因此，研究藻類在適宜的土壤中生長，對研究其中的農(nóng)藥富集和降解有很大的幫助，并且由于藻類的生長周期短，栽種容易，對大棚種植的農(nóng)作物沒有影響。降解農(nóng)藥后，經(jīng)過灰化處理還可以作為有機肥料，是大棚污染土壤修復(fù)的一條新的途徑。

5. 藻類毒素的毒害作用

隨著環(huán)境污染的加劇，自然界的許多水體日益富營養(yǎng)化，水體的富營養(yǎng)化直接導(dǎo)致了藻類的迅猛生長，嚴重影響了水的質(zhì)量[1]。淡水藻類中藍藻的過度繁殖，會造成水味腥臭、透明度下降、消耗水體溶解氧，其中的微囊藻屬、顫藻屬、魚腥藻屬、念珠藻屬等藻類自身及其代謝產(chǎn)物有毒性和致癌作用，危害人體健康。研究發(fā)現(xiàn)[9]，藍綠藻水中的微囊藻毒素與人群中的肝癌有密切的關(guān)系。藍藻廣泛地生長在世界各地的水體中，而且某些種類的藍藻能產(chǎn)生毒素。根據(jù)藻類毒素的作用方式，可將其分為肝毒素（如微囊藻毒素）、神經(jīng)毒素（如類毒素）、皮膚刺激物或其他毒素。其中肝毒素的危害最大，它是由在地表水中普遍存在的藍藻分泌的。藻類產(chǎn)生的毒素對人類的健康影響很大，其中微囊藻毒素是分布最廣、最復(fù)雜、研究得最深入的毒素、可抑制和控制許多生化過程中的生物體蛋白磷酸酶1和2生成，產(chǎn)生的酶與一些促癌劑非常相似，是一種很強的肝癌腫瘤促進劑。流行病學調(diào)查顯示人在飲用含有這些毒素的水后，可引起胃腸炎癥、肝癌和脾脹疾病等，劑量過度時可導(dǎo)致死亡。微囊藻毒素能抑制肝細胞漿中蛋白磷酸酶1或2的作用，人類飲用含微囊藻肝毒素的水，將在肝、腎、肺等器官積累，最終導(dǎo)致肝溢血、肝癌等疾病，有關(guān)研究證明肝癌高發(fā)率與飲用水中微囊藻毒素含量有關(guān)。

總的來看，目前藻類植物的研究受到日趨重視，藻類生物的生長繁殖與環(huán)境表現(xiàn)體現(xiàn)其物種多樣性和營養(yǎng)多樣性。

[1] 梅洪等.中國淡水藻類生物多樣性研究進展[J]，生態(tài)科學，2003，22（4）：356-359.

[2] 王福星等.初論藻類生物巖溶作用[J]，桂林工學院學報，1995，15（2）：149-158.

[3] 趙衛(wèi)紅，王江濤，季乃云.海洋富營養(yǎng)化及與其它污染物間相互作用研究進展[J].濟南大學學報（自然科學版），2005，19（4）：298-302.

[4] 田友萍，何復(fù)勝.川黔地區(qū)地表鈣化中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代淡水疊層石及藻席[J]，地質(zhì)論評，2000，46（5）：549-558.

[5] 吳國芳等編著，植物學（下冊）[M].北京：高等教育出版社，1992.

[6] 膝崇德主編.植物學（下冊）[M].吉林：東北師范大學出版社，1997.

[7] 錢彥叢，秦百宣，鄧淑風.藻類植物多糖的藥理研究進展[J].中藥材，1998，21（1）：48-50.

[8] 曾麗璇等.水體重金屬污染生物監(jiān)測的研究進展[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)·專論與綜述，2003，15（3）：12-15.

[9] 丁笑生，李效宇.微囊藻毒素的研究進展[J].水產(chǎn)科學，2004，23（12）：42-43.

[10] 信維平，趙麗紅.藻類植物對降低大棚土壤及蔬菜中殘留敵敵畏的作用[J].有機農(nóng)業(yè)與食品科學，2005，21（11）：78-79.

Research Progress Of Algae in Environmental Detection

LI Gan-rong, YANG Xiao-wu, YUAN Dekui, Zou Xu-an
（ Dept of EE, TongRen Polytechnic College, Tongren, Guizhou 554300, China ）

From algae growth, reproduction and metabolic role, the research and application examples about algae detection in the carst, heavy metals, pesticides and algal toxin are briefly discussed. As a member of biodiversity, algae is long-term and effective in environmental detection. Much attention has been payed in the research on algae.

algae;carst action;heavy metal;phycotoxin

（責任編輯 李宗寶）

Q-9 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A

1673-9639 （2011） 02-0132-03

2011-01-20

李干蓉，女，碩士研究生；從事環(huán)境生物工程研究。