多環(huán)芳烴對藻類的影響

徐夢　于敏

摘 要：主要進行多環(huán)芳烴對藻類影響研究的概述，包括多環(huán)芳烴對藻類生長、抗氧化系統(tǒng)和光合系統(tǒng)的影響，藻類對多環(huán)芳烴的富集和降解作用，以及藻類對多環(huán)芳烴的代謝作用等方面內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：多環(huán)芳烴；藻類；毒性效應(yīng)

中圖分類號：X52 文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.05.019

多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是指分子中含有2個或2個以上苯環(huán)的碳氫化合物，分為芳香稠環(huán)型及芳香非稠環(huán)型2大類。其中，芳香稠環(huán)型PAHs分子中，相鄰的苯環(huán)至少有2個共用的碳原子，如萘（Nap）、蒽（An）、菲（Phe）、芘（Pyr）、苯并[a]芘（Bap）等，而芳香非稠環(huán)型PAHs分子中相鄰的苯環(huán)之間只有一個碳原子相連，如聯(lián)苯、三聯(lián)苯等[1]。多環(huán)芳烴是目前環(huán)境中普遍存在的污染物質(zhì)，為持久性有機污染物（persistent organic pollutants，POPs）之一。多環(huán)芳烴大多是石油、煤等化石燃料，含碳氫化合物的物質(zhì)（木材、天然氣、汽油、重油、有機高分子化合物、紙張、作物秸稈、煙草等）經(jīng)不完全燃燒或在還原性氣氛中經(jīng)熱分解而生成的。多環(huán)芳烴對生物及人類的毒害效應(yīng)，主要表現(xiàn)為參與生命體代謝作用，進而產(chǎn)生致癌、致畸、致突變等毒性效應(yīng)和生物難降解的特性。而環(huán)境中多環(huán)芳烴的主要來源，主要是人類活動所為。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的有毒有機化學(xué)物質(zhì)通過工業(yè)和生活污水排放入海，對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了極大威脅。尤其是持久性有毒有機污染物對環(huán)境的潛在風(fēng)險極高，迫切需要開展相應(yīng)的環(huán)境風(fēng)險評價工作。因此，運用水生生物為受試對象的毒性試驗研究，在評價化學(xué)品的環(huán)境效應(yīng)方面，具有重要的作用[2]。藻類作為水環(huán)境中主要的初級生產(chǎn)者，對整個生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定起著十分重要的作用。在水生生態(tài)毒理學(xué)研究中，藻類能對環(huán)境變化做出快速響應(yīng)，并通過食物鏈傳遞，對更高營養(yǎng)級的生物產(chǎn)生影響。由于藻類測試具有敏感性高、速度快和費用低的優(yōu)點，在污染物急性毒性試驗中，藻類也被視為理想的受試生物[3]。當(dāng)藻類受到多環(huán)芳烴等持久性有機污染物的影響，也許會導(dǎo)致以藻類為食的水生動物的病變，可能會影響整個水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，甚至由于食物鏈的傳遞，影響人類的健康。所以，研究多環(huán)芳烴等持久性有機污染物對藻類的影響，對于水產(chǎn)養(yǎng)殖和生態(tài)環(huán)境都具有重要的意義。

筆者主要對多環(huán)芳烴對藻類的影響進行概述?，F(xiàn)有研究中，多環(huán)芳烴對藻類的影響，主要集中在多環(huán)芳烴對藻類生長、抗氧化系統(tǒng)和光合系統(tǒng)的影響，藻類對多環(huán)芳烴的富集和降解作用，以及藻類對多環(huán)芳烴的代謝作用等方面。

1 PAHs對藻類生長的影響

王亞等[4]研究指出，隨著培養(yǎng)液蒽濃度的逐漸提高，米氏凱倫藻的生長量越來越小，抑制作用越加明顯，而蒽對米氏凱倫藻的興奮效應(yīng)不是很明顯。這可能是由于蒽破壞了米氏凱倫藻的細胞結(jié)構(gòu)，影響其光合色素含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性，從而降低了其光合作用強度，使藻類生長受到抑制[5]。王麗平等[6]采用靜態(tài)試驗方法，研究出熒蒽對中肋骨條藻（Skeletonema costatum）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的72 h-EC50值分別為（18±2.9） μg·L-1和（103±9.1）μg·L-1，證明熒蒽能抑制中肋骨條藻和三角褐指藻的生長。洪有為和袁東星[7]發(fā)現(xiàn)高濃度的熒蒽能抑制中肋骨條藻（Skeletonema costatum）和菱形藻（Nitzschia sp.）的生長及細胞分裂。

2 PAHs對藻類抗氧化系統(tǒng)的影響

在正常環(huán)境條件下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除維持動態(tài)平衡。然而，在逆境條件下，動態(tài)平衡將被打破。植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)是決定植物細胞對氧化脅迫抗性的關(guān)鍵因素，它能清除體內(nèi)的活性氧和膜脂過氧化所產(chǎn)生的有毒產(chǎn)物，以利于植物在逆境中的生存。當(dāng)藻類受到脅迫時，會影響微藻體內(nèi)的活性氧代謝系統(tǒng)的平衡，使微藻體內(nèi)的活性氧清除能力下降，引起微藻體內(nèi)活性氧的大量產(chǎn)生和積累，如超氧自由基、氫氧自由基、單態(tài)氧、過氧化氫等。由于這些自由基的性質(zhì)非?；钴S，能對生物體的膜系統(tǒng)產(chǎn)生危害，進而抑制藻類的生長[8]。Aksmann A等[9]研究了不同有效光合輻射（PAR）和二氧化碳（CO2）水平條件下，蒽和菲對綠藻（Scenedesmus armatus）生長、光合作用及SOD活性的影響。于娟等[8]指出隨著蒽濃度的增加，小新月菱形藻和亞心形扁藻的非酶性系統(tǒng)中的類胡蘿卜素（CAR）和還原型谷胱甘肽（GSH）含量下降，酶性系統(tǒng)的超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）活性也下降。當(dāng)加入抗氧化劑GSH時，蒽對兩種海洋微藻的傷害作用得以緩解。這說明，蒽使海洋微藻的抗氧化系統(tǒng)破壞，影響體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的平衡，加劇膜脂過氧化作用，對藻的膜系統(tǒng)產(chǎn)生傷害。王麗平等[6]指出熒蒽的暴露濃度和脅迫時間對中肋骨條藻細胞的超氧化物歧化酶（SOD）沒有明顯影響，對三角褐指藻細胞的SOD也沒有明顯影響，只在短期暴露時間內(nèi)（36 h）明顯升高，而后又恢復(fù)至原始水平；但是，熒蒽對這兩種海洋硅藻細胞的丙二醛（MDA）含量都有明顯影響，表明熒蒽脅迫明顯增強了兩種海洋硅藻細胞的膜脂質(zhì)過氧化作用，可能會對藻細胞膜的功能產(chǎn)生一定的影響。呂建濤等[10]研究表明赤潮異彎藻的類胡蘿卜素對菲、芘和蒽的毒性最敏感，而在這3種多環(huán)芳烴中，菲對赤潮微藻類胡蘿卜素的降解作用最大。

3 PAHs對藻類光合系統(tǒng)的影響

光合作用是植物賴以生存的重要能量來源，所以，光合系統(tǒng)能否正常運作，直接關(guān)系藻類的生存。關(guān)于多環(huán)芳烴（PAHs）對藻類光合系統(tǒng)的影響，現(xiàn)有研究還較少。田繼遠等[11]提出，隨著蒽濃度的不斷升高，2種海洋微藻（小新月菱形藻、亞心形扁藻）的葉綠素a（Chla）和類胡蘿卜素（Caro）含量稍有所下降，這可能是因為蒽能破壞葉綠體質(zhì)膜和葉綠素分子，從而抑制希爾反應(yīng)，破壞光合系統(tǒng)Ⅱ，使得葉綠體光系統(tǒng)Ⅱ電子傳遞活性下降的原因。何藝等[12]試驗結(jié)果表明，熒蒽顯著促進了披針舟形藻的光能轉(zhuǎn)化效率、電子傳遞活性、碳同化反應(yīng)強度和實際光合效率，但對其PSⅡ反應(yīng)中心的熱耗散能力及潛在的最大光合能力則無顯著影響。結(jié)合熒蒽對披針舟形藻生長的抑制效應(yīng)，可推測熒蒽盡管能抑制藻細胞的分裂，但對其單個細胞的光合效率不僅沒有抑制反而還有促進作用。這可能是因為熒蒽在抑制藻類生長的同時促進膜脂質(zhì)過氧化而干擾其代謝，因藻體光合系統(tǒng)的自我保護能力而沒有表現(xiàn)出對光合作用的抑制，反而產(chǎn)生促進作用。

4 藻類對多環(huán)芳烴的富集和降解

藻類能通過吸附、吸收、富集和降解等過程去除多環(huán)芳烴，且不同的種類對多環(huán)芳烴及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的降解能力不同。洪有為等[13]發(fā)現(xiàn)中肋骨條藻和菱形藻可快速地吸附菲和熒蒽，隨著培養(yǎng)時間的延長，培養(yǎng)液中的菲和熒蒽的含量呈逐漸下降的趨勢。Lei等[14]研究表明，在7 d培養(yǎng)內(nèi)，兩種淡水微藻Selenastrum capricornutum和Chlorella vulgaris可將培養(yǎng)液中48%～78%的熒蒽和芘移除。Kirso U等[15]研究了褐藻、紅藻、綠藻以及輪藻中的幾種代表種對苯并芘（Benzo [a] pyrene）的生物富集和遷移轉(zhuǎn)化，該研究表明藻類對苯并芘的富集水平和遷移轉(zhuǎn)化能力存在物種特異性，并且藻類對致癌性PAHs在環(huán)境中的歸處具有重要作用。

5 藻類對多環(huán)芳烴的代謝作用

目前，有關(guān)藻類對多環(huán)芳烴的代謝過程的研究還比較少。有研究者推測，藻類對多環(huán)芳烴的代謝與細菌代謝多環(huán)芳烴的方式類似[15]。Kirso等[15]研究證明綠藻能代謝溶液中59.6%的苯并芘，輪藻能降解42.1%，而褐藻只能代謝4.2%。在試驗初期能檢測到二醇、苯醌、酚等氧化產(chǎn)物，但試驗后期不能檢測到這些產(chǎn)物。綠藻在金色光照射下能將苯并芘代謝為二氫二醇-苯并芘，而在白光照射下的代謝產(chǎn)物是二氫二醇-苯并芘和苯醌的混合物，但綠藻、黃藻、藍綠藻根本不能代謝苯并芘。該研究進而表明，不是所有的藻類都能對所有多環(huán)芳烴進行代謝活動。同時，Kirso等[15]還使用加入相應(yīng)酶抑制劑的方法，證明了鄰二酚氧化酶、過氧化物酶（POD）以及細胞色素酶P450在綠藻對苯并芘的氧化降解過程中起到了重要作用。

6 其 他

除以上影響外，還有報道指出UV-B輻射導(dǎo)致多環(huán)芳烴對藻類產(chǎn)生光敏毒性效應(yīng)[4，16-18]，多環(huán)芳烴導(dǎo)致藻體內(nèi)DNA損傷[16]等。

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