4-壬基酚對擬柱胞藻生長、抗氧化酶和光合作用的影響及機(jī)理

喻燚，李巧玉，董聰聰，張紅波，向蓉，施軍瓊，吳忠興

西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室，重慶市三峽庫區(qū)植物生態(tài)與資源重點(diǎn)實驗室，重慶 400715

壬基酚(nonylphenol, NP)是非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚(nonylphenol polyethoxylates, NPEOs)合成原料[1]，同時也是其降解代謝產(chǎn)物。壬基酚是一種環(huán)境激素類似物[2]，與1,7-β-雌二醇(雌激素的一種)具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而具有雌激素的性質(zhì)，能代替雌激素作用于雌激素的受體，從而抑制生物體內(nèi)雌激素的作用，干擾生物體內(nèi)正常代謝活動，因此被列入環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(EDCS)和33種優(yōu)先污染物名錄中[3]。2005年美國環(huán)保局(EPA)指出壬基酚在淡水中的濃度應(yīng)低于6.6 μg·L-1，海水中濃度應(yīng)低于1.7 μg·L-1 [4]。然而，近些年來，在我國水體如天津河流[5]、黃河[6]、長江[7]、膠州灣水體[8]、湄洲海灣水域[9]等均發(fā)現(xiàn)不同濃度的壬基酚，如嘉陵江和長江自然水樣中壬基酚濃度為0.02～6.85 μg·L-1，而膠州灣附近墨水河壬基酚濃度達(dá)28.656 μg·L-1，其濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于EPA參考濃度。陳慰雙[10]的研究表明大遼河流域部分站位、黃河蘭州段水體部分站位、海河流域部分站位及香港米埔濕地壬基酚的污染水平已經(jīng)對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成威脅，并危害水生動植物的生長。因此，探討壬基酚的生態(tài)毒性和風(fēng)險評估顯得尤為重要。然而，目前關(guān)于壬基酚的毒性研究主要集中在哺乳動物[11]、魚類[12-13]及其他水生動物[14]的毒理研究上。研究表明壬基酚對小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)有一定的損傷作用[15]；對鯽(Carassiusauratus)肝細(xì)胞具有一定的毒性作用[16]；還能引起端足類河蜾蠃蜚(Corophiumacherusicum)DNA的損傷，且損傷程度呈顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系[17]。

藻類是水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的起點(diǎn)，也是最重要的初級生產(chǎn)者，其可將無機(jī)營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)移至更高級的有機(jī)生命體，擔(dān)負(fù)著物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要任務(wù)[18]。因此，開展壬基酚對微藻毒性效應(yīng)的研究對壬基酚的生態(tài)風(fēng)險評估具有重要意義。有研究表明壬基酚對三角褐指藻(Phaeodactylumtriconutum)的生長具有明顯的毒性效應(yīng)，并可以造成抗氧化酶系統(tǒng)和光合系統(tǒng)的損傷[19]；壬基酚能使微小小環(huán)藻(Cyclotellacaspia)細(xì)胞生長速率減慢，葉綠素a含量下降，細(xì)胞畸形率增大[20]。雖有不少壬基酚對藻類的毒理學(xué)研究，但主要集中在硅藻和綠藻等真核藻類方面，而對水體浮游植物另一重要組成原核藻類—藍(lán)藻的方面，特別是光合生理方面的研究相對較少。因此，為了探討壬基酚對藍(lán)藻的影響，本文以擬柱胞藻(Cylindrospermopsisraciborskii)為研究對象，本實驗通過測定不同濃度下壬基酚對擬柱胞藻生長、光合系統(tǒng)Ⅱ相關(guān)參數(shù)及抗氧化酶的影響，旨在探究壬基酚對擬柱胞藻毒性效應(yīng)，為揭示壬基酚對浮游植物的致毒方式和機(jī)理以及生態(tài)風(fēng)險評價提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實驗材料

擬柱胞藻(C.raciborskiiFACHB-1096)由中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫提供。將藻擴(kuò)大培養(yǎng)至指數(shù)生長期，離心去上清后轉(zhuǎn)接到250 mL錐形瓶150 mL MA培養(yǎng)基中，接種OD為0.15。實驗采用丙酮(化學(xué)純，中國國藥有限公司)作為助溶劑，配制丙酮的6個體積濃度系列：0、1‰、3‰、5‰、7‰和10‰，48 h培養(yǎng)后用浮游植物計數(shù)框顯微計數(shù)，測定藻細(xì)胞的密度，計算得到丙酮對擬柱胞藻的不可見效應(yīng)劑量(no observed effect level, NOEL)為5‰。參考野外水體濃度和相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合預(yù)實驗結(jié)果，設(shè)定4-壬基酚(優(yōu)級純，中國國藥有限公司)終濃度為0.00、0.05、0.10、0.50、1.00和2.00 mg·L-1。培養(yǎng)條件為光照強(qiáng)度30μE·(m2·S)-1，溫度25 ℃，光暗比12 h:12 h。每個濃度設(shè)置3個重復(fù)，以不添加4-壬基酚(0.00 mg·L-1)為對照組。每天定時搖動3次，使藻細(xì)胞充分與培養(yǎng)液接觸。取樣測量0 h、24 h、48 h、72 h、96 h的藻液OD值，并測量暴露96 h后藻細(xì)胞的葉綠素a含量。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，通過線性回歸分析計算NP對擬柱胞藻的96 h-EC50。

1.2 葉綠素a的測定

取不同濃度處理96 h的藻液各5 mL，離心后去上清，加入90%的丙酮進(jìn)行提取，測定663 nm、645 nm下的OD值，用公式Chl a (mg·L-1)=(12.72×OD663-2.7×OD645)×Vt/V計算葉綠素的濃度，其中Vt為提取后定容的體積，V為提取所用的藻液體積[21]。

1.3 快速光曲線(RLCs)和最大光化學(xué)效率

用浮游植物熒光分析儀(PHYTO-PAM, Waltz公司，德國)測定藻細(xì)胞的最大光化學(xué)效率及電子傳遞速率，測定方法參見Maxwell等[22]的方法?？焖俟馇€數(shù)據(jù)采用以下等式的非線性曲線擬合過程擬合[23]：

rETR=rETRmax[1-e-(α·PAR/rETRmax)]e-(β·PAR/rETRmax)

rETRmax是最大相對潛在電子傳遞速率，α是RLC的初始斜率，PAR是光照度，β是在PSII下降的點(diǎn)上RLC的斜率，半飽和光強(qiáng)IK=rETRmax/α[24]。

1.4 PSⅡ快速葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線(OJIP)的測定

藻體脅迫培養(yǎng)96 h后，每個處理各取2 mL藻液置黑暗中暗適應(yīng)20 min后，測定快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線(OJIP)?？焖偃~綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線采用植物效率分析儀(PEA, 英國漢莎科技有限公司，英國)測定，測定光強(qiáng)為3 000μmol·m-2·s-1，最大激發(fā)波長650 nm，記錄了從10μs到2 s葉綠素?zé)晒獾淖兓^程，從而準(zhǔn)確記錄O-J-I-P等相?？焖偃~綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線由O點(diǎn)到P點(diǎn)的所有熒光需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以對數(shù)形式進(jìn)行表示。通過OJIP曲線的變化，獲得了以下參數(shù)：單位受光面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/CS0)，t=0時最大光化學(xué)效率(ΦP0)，t=0時捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過醌分子(QA)的其他電子受體的概率(ψ0)，t=0時用于電子傳遞的量子產(chǎn)額(ΦE0)，單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)，t=0時單位反應(yīng)中心耗散掉的能量(DI0/RC)，t=0時單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量(TR0/RC)，t=0時單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ET0/RC)，從0到tFmax時間段QA-/QA的平均氧化還原態(tài)(Sm/t(Fm))[25]。

1.5 超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)的測定

酶液提取采用細(xì)胞凍融法，分別吸取不同濃度處理96 h的藻液各50 mL，離心去除上清液，加入定量磷酸鹽緩沖液(PBS) pH=7.5，置于-80 ℃冷凍，經(jīng)反復(fù)凍融后，離心提取酶液。蛋白質(zhì)的測定參照考馬斯亮藍(lán)法[26]、SOD和CAT活性的測定分別參照Wu等[27]和Choo等[28]的方法。

1.6 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)處理使用SPSS 16.0進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)及LSD法(P<0.05)檢驗處理組與對照組之間的差異，“*”、“**”、“***”表示P<0.05、P<0.01、P<0.001，差異顯著。

2 結(jié)果(Results)

2.1 不同濃度4-壬基酚處理下擬柱胞藻葉綠素a含量的變化

不同濃度壬基酚處理96 h后，結(jié)果(圖1)顯示，與對照組葉綠素含量相比，0.05、0.10 mg·L-1處理組葉綠素a含量顯著增加(P<0.001)，分別增加了21.32%、27.27%。然而，在0.50、1.00、2.00 mg·L-1壬基酚中培養(yǎng)96 h后，各處理的葉綠素a顯著低于對照組(P<0.001)，分別減少了77.96%、88.77%、94.18%。當(dāng)濃度>1 mg·L-1時培養(yǎng)瓶底部出現(xiàn)大量無色或白色的藻細(xì)胞沉淀物。根據(jù)回歸曲線，4-壬基酚對擬柱胞藻的96 h半數(shù)效應(yīng)濃度(96 h-EC50)為0.457 mg·L-1。

圖1 不同濃度4-壬基酚處理后擬柱胞藻的葉綠素含量注：與對照組比較，“***”表示P<0.001，差異顯著，下同。Fig. 1 Effect of different concentrations of 4-nonylphenol on chlorophyll a content in C. raciborskiiNote: compared with the control,“***”represents significant difference at P<0.001. The same below.

圖2 不同濃度4-壬基酚對擬柱胞藻Fv/Fm的影響Fig. 2 The maximum photochemicial effeciency (Fv/Fm) for the responses of C. raciborskii to different concentrations of 4-nonylphenol

2.2 最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)的變化

如圖2所示，在不同濃度4-壬基酚處理96 h后，與對照組相比，0.05 mg·L-1和0.10 mg·L-1處理組的Fv/Fm無顯著差異，而在0.50 mg·L-1、1.00 mg·L-1和2.00 mg·L-1處理后，F(xiàn)v/Fm分別下降了50.99%、88.08%和100%，具有顯著的差異(P<0.001)。

2.3 快速光響應(yīng)曲線(RLC)

4-壬基酚處理96 h后，當(dāng)壬基酚濃度大于0.50 mg·L-1時，與對照組相比，RLC發(fā)生顯著降低；當(dāng)4-壬基酚濃度為2 mg·L-1時，檢測不出熒光值(圖3)。與對照組相比，0.05 mg·L-1處理組α值無明顯變化，當(dāng)濃度大于0.10 mg·L-1時，隨著濃度增加，α明顯下降(P<0.01)，0.50、1.00、2.00 mg·L-1處理組α值分別減少了46.58%、77.17%和100%；當(dāng)濃度大于0.1 mg·L-1時，處理組的rETRmax發(fā)生了明顯變化(P<0.01)，其中0.1 mg·L-1處理組的rETRmax增加了5.36%，0.50 mg·L-1、1.00 mg·L-1、2.00 mg·L-1處理組rETRmax分別減少了78.43%、94.31%、100%；所有處理組的IK值均發(fā)生了明顯變化(P<0.01)，其中0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-1處理組的IK值分別增加了11.8%、17.19%，0.50、1.00、2.00 mg·L-1處理組IK值分別減少了61.16%、76.23%、100% (表1)。

圖3 不同濃度4-壬基酚對擬柱胞藻快速光曲線的影響Fig. 3 Rapid light curves of C. raciborskii under the influence of different concentrations of 4-nonylphenol following 48-h treatmentNote: rETR stands for electron transport rates; PAR stands for photosynthetic active radiation.

表1 擬柱胞藻經(jīng)4-壬基酚處理后的光合參數(shù)變化Table 1 Changes in the photosynthetic parameters of C. raciborskii following treatment with 4-nonylphenol

注：每個值是3個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；**表示P<0.01，與對照組比較，下同。α表示斜率；rETRmax表示最大電子傳遞速率；IK表示飽和光強(qiáng)。

圖4 不同濃度4-壬基酚對擬柱胞藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)(JIP-test)的影響注：RC/Cs0、ABS/RC、DI0/RC、TR0/RC、ET0/RC分別表示單位受光面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量、單位反應(yīng)中心吸收的光能、 單位反應(yīng)中心耗散掉的能量、單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量、單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量； ΦP0、ψ0、ΦE0、Sm/t(Fm)分別表示最大光化學(xué)效率、捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的概率、用于電子傳遞 的量子產(chǎn)額、從0到tFmax時間間隔QA-/QA平均氧化還原狀態(tài)。*、**表示P<0.05、P<0.01，與對照組比較，下同。Fig. 4 Changes in the JIP test parameters and expressed as a percentage of the control when C. raciborskii were exposed for 96 h to various concentrations of 4-nonylphenolNote: RC/Cs0, ABS/RC, DI0/RC, TR0/RC, ET0/RC stand for density of reaction centers (RC), absorption flux per RC, dissipated energy flux per RC, trapped energy flux per RC, electron transport flux per RC, respectively; ΦP0, ψ0, ΦE0, Sm/t(Fm) stand for maximum quantum yield of primary photochemistry, probability that a trapped exciton moves an electron into the electron transport chain beyond QA-, quantum yield of electron transport, the average redox state of QA-/QA in the time span from 0 to tFmax, respectively. *, ** indicate P<0.05, P<0.01, compared with the control; the same below.

2.4 PSII葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化

不同濃度4-壬基酚處理后，擬柱胞藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)反應(yīng)活性中心所捕獲的光能(ABS/RC)、反應(yīng)活性中心耗散掉的能量(DI0/RC)、反應(yīng)活性中心(RC)所捕獲的激發(fā)能用于還原QA的能量(使QA減少從而還原成QA-，TR0/RC)、反應(yīng)活性中心的捕獲的光能用于電子傳遞的能量(QA--QB--PQ，ET0/RC)、熒光參數(shù)單位受光面積的反應(yīng)活性中心數(shù)量(RC/Cs0)、最大光化學(xué)效率(ΦP0)、光照2 ms時有活性的反應(yīng)中心開放程度(ψ0)、反應(yīng)中心吸收的光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)額(ΦE0)及從0到tFmax時間段QA-/QA的平均氧化還原態(tài)Sm/t(Fm)的變化情況如圖4所示。與對照相比，當(dāng)4-壬基酚濃度小于0.10 mg·L-1，擬柱胞藻各參數(shù)未表現(xiàn)出明顯的差異(P>0.05)。當(dāng)濃度高于0.50 mg·L-1，擬柱胞藻ABS/RC、DI0/RC和TR0/RC均顯著增加(P<0.05)，而RC/Cs0、ET0/RC、ΦP0、ΦE0、ψ0和Sm/t(Fm)均顯著下降(P<0.05)。當(dāng)4-壬基酚濃度為1.0 mg·L-1時，ABS/RC、DI0/RC和TR0/RC分別增加到對照組的235.23%、321.05%和118.10%，而RC/Cs0、ET0/RC、ΦP0、ΦE0、ψ0和Sm/t(Fm)則分別比對照下降了96.19%、83.72%、93.02%、86.04%、48.95%和63.30%。

2.5 抗氧化酶活性的變化

在不同濃度4-壬基酚處理96 h后，與對照組相比，0.05和0.10 mg·L-1處理組SOD和CAT活性無明顯變化。然而，當(dāng)濃度大于0.50 mg·L-1時，隨著濃度增加，SOD、CAT的活性明顯增加(P<0.01)，0.50、1.00和2.00 mg·L-1組SOD的活性分別是對照組的3.65、13.78和15.65倍，CAT的活性分別是對照組的2.02、3.14和3.49倍。

3 討論(Discussions)

葉綠素是光合作用的重要組成部分，葉綠素含量與光合速率、營養(yǎng)狀況等密切相關(guān)，測定葉綠素的含量是表征植物生長與光合作用狀況重要標(biāo)志[29]。本次研究得到，低濃度4-壬基酚處理下(<0.1 mg·L-1)，在高濃度(>0.5 mg·L-1)處理下，葉綠素的合成受到明顯抑制(圖1)。這與Liu等[30]對Cyclotellacaspia和Gao等[31]對Chlorellavulgaris和Selenastrumcapricornutum的結(jié)果相似。當(dāng)濃度>1 mg·L-1時培養(yǎng)瓶底部出現(xiàn)大量無色或白色的藻細(xì)胞沉淀物，表明藻細(xì)胞葉綠素產(chǎn)生脫鎂的效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞中葉綠素失活，其大量產(chǎn)生說明藻類全部死亡。這表明與真核藻類相似，高濃度處理會使得擬柱胞藻藻細(xì)胞的葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠素的合成受阻，從而導(dǎo)致葉綠素含量降低，生長受抑制。4-壬基酚處理96 h，擬柱胞藻的半致死濃度(EC50)為0.457 mg·L-1，與球形棕囊藻96 h-EC50相似(0.42 mg·L-1)[32]。然而，低于三角褐指藻、蛋白核小球藻的96 h-EC50，分別為0.84 mg·L-1 [19]和3.13 mg·L-1[31]。然而，低濃度處理96 h后，擬柱胞藻的葉綠素含量增加(圖1)，表明低濃度的壬基酚促進(jìn)擬柱胞藻的葉綠素的合成，這與Liu等[30]、Gao等[31]和管超等[32]對真核藻類的研究結(jié)果不同，表明在低濃度壬基酚暴露下，擬柱胞藻可能產(chǎn)生了毒物興奮效應(yīng)。目前，已報到水體中的壬基酚檢測濃度均為低劑量[6-9]，藍(lán)藻的4-壬基酚毒物興奮效應(yīng)可能導(dǎo)致水體藍(lán)藻的競爭優(yōu)勢。

光合作用為植物提供物質(zhì)與能量，是植物生長發(fā)育的重要保障[33-34]。當(dāng)植物體遭受一定條件的脅迫，其葉綠體的膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，葉綠素含量將隨葉綠體膜結(jié)構(gòu)的解體而降低，進(jìn)而降低植物的光合能力[35]。Fv/Fm表示PSII最大光量子產(chǎn)量，當(dāng)遭受外界脅迫時，該參數(shù)明顯下降[36]。Gao等[31]對C.vulgaris和S.capricornutum、Zhou等[37]對Scenedesmusobliquus研究也得到了高濃度處理下Fv/Fm受到明顯抑制。本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度高于0.5 mg·L-1，擬柱胞藻的Fv/Fm隨濃度增加而減少(圖2)，表明擬柱胞藻的光合作用受到抑制作用，其原因可能是葉綠素的合成受阻，導(dǎo)致了光量子的產(chǎn)量受到抑制。rETRmax表示光合效率的大小，被用來描述PSII的最大光化學(xué)效率和開放氧化反應(yīng)中心的比例[38]。本次研究得到，在壬基酚濃度>0.5 mg·L-1時，擬柱胞藻的rETRmax隨濃度增加而減小(表1)，這和Fv/Fm的結(jié)果一致，表明擬柱胞藻的光合作用受到了抑制。α是快速光曲線的初始斜率，表示藻的捕光能力[39]，本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度高于0.5 mg·L-1，擬柱胞藻的α隨濃度增加而減少(表1)，表明擬柱胞藻在高濃度壬基酚的脅迫下捕光能力減弱。IK的大小表示植物耐受強(qiáng)光的能力[39]，本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度高于0.5 mg·L-1，擬柱胞藻的IK隨濃度增加而減少(表2)，表明在高濃度壬基酚的脅迫下，擬柱胞藻耐受強(qiáng)光的能力減弱。當(dāng)壬基酚濃度高于2 mg·L-1時，擬柱胞藻葉綠素?zé)晒獠荒軝z測，也支持了管超等[32]對棕囊藻研究的結(jié)論。然而，與前人對真核藻類的研究不同，低濃度下，擬柱胞藻的rETRmax和IK增大，表明4-壬基酚對擬柱胞藻產(chǎn)生了毒性興奮效應(yīng)，進(jìn)一步支持了葉綠素的結(jié)果。

圖5 不同濃度4-壬基酚處理后擬柱胞藻抗氧化酶活性注：(a)超氧化物酶(SOD)，(b)過氧化氫酶(CAT)。Fig. 5 Effect of different concentrations of 4-nonylphenol on the antioxidase activity of C. raciborskiiNote: (a) superoxide dismutase (SOD); (b) catalase (CAT).

由于葉綠素?zé)晒馇€提供了大量關(guān)于PSII反應(yīng)中心原初光化學(xué)反應(yīng)的信息，因此葉綠素?zé)晒鈪?shù)被認(rèn)為是分析環(huán)境脅迫條件光合系統(tǒng)II(PSII)行為的敏感指標(biāo)參數(shù)[40]。本研究發(fā)現(xiàn)在高濃度4-壬基酚處理下，擬柱胞藻的光合機(jī)構(gòu)的比活性，即活躍的單位反應(yīng)中心(RC)的各種量子效率(ABS/RC、DI0/RC、TR0/RC)均顯著增加(圖4A)，表明了高濃度4-壬基酚處理增加了擬柱胞藻反應(yīng)活性中心所捕獲的光能，然而，這些捕獲的能量主要被反應(yīng)活性中心耗散掉，導(dǎo)致了QA-的大量積累[25]。同時，高濃度4-壬基酚處理也導(dǎo)致了擬柱胞藻單位面積上的反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/Cs0)、反應(yīng)中心的最大光化學(xué)效率(ΦP0)、反應(yīng)中心用來推動電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的激子比率(ψ0)、反應(yīng)中心用來推動電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的概率(ΦE0)及QA-/QA的平均氧化還原態(tài)(Sm/t(Fm))均顯著降低(圖4)，進(jìn)一步表明了高濃度4-壬基酚破壞了擬柱胞藻的光合反應(yīng)中心，導(dǎo)致了PSII供體側(cè)的電子供體和受體側(cè)電子受體受到了毒害作用，反應(yīng)活性中心捕獲的能量更多地用于QA還原為QA-，減少了用于電子傳遞的能量，進(jìn)而抑制了QA-到QB的電子傳遞，QA-大量積累，增加質(zhì)體醌(PQ)庫的庫容量，從而抑制了光合作用[40]，該結(jié)果與擬柱胞藻的rETRmax隨濃度增加而減小的結(jié)論相一致。

植物在逆境脅迫下，會產(chǎn)生過量的氧自由基，抗氧化酶防御系統(tǒng)是植物保護(hù)自身免受氧自由基毒害的防御系統(tǒng)，其中SOD和CAT是2種重要的抗氧化損傷保護(hù)酶[40]，SOD將氧自由基轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O2和O2，CAT進(jìn)一步將H2O2轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O和O2，植物通過這2種酶的相互協(xié)作，消除或減少氧自由基和過氧化氫的毒性[41-42]。本研究發(fā)現(xiàn)高濃度壬基酚處理后，擬柱胞藻的SOD和CAT活性均顯著增加，支持了Liu等[30]和Gao等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，表明高濃度壬基酚刺激藻細(xì)胞體內(nèi)產(chǎn)生的大量氧自由基，植物為了生長必須清除這些氧自由基，因而合成大量SOD和CAT，使得SOD和CAT活性增加。然而，低濃度處理組中，擬柱胞藻的SOD和CAT與對照沒有顯著性差異(圖5)，表明低濃度對擬柱胞藻未產(chǎn)生毒害。

綜上所述，與真核藻類一樣，高濃度4-壬基酚處理下，擬柱胞藻的葉綠素合成受阻，光合色素減少，光合反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)受損，QA-大量積累，光合效率下降，抑制藻細(xì)胞的光合作用，導(dǎo)致了擬柱胞藻生長受到阻礙。同時，高濃度處理導(dǎo)致藻細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量氧自由基，為了清除氧自由基，細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性急劇增加。然而，與真核藻類不同，低濃度壬基酚處理下，擬柱胞藻則可能表現(xiàn)出毒物興奮效應(yīng)。因此，研究壬基酚對藍(lán)藻的影響不僅需注意高濃度產(chǎn)生的急性毒理效應(yīng)，也應(yīng)該關(guān)注低濃度下產(chǎn)生的效應(yīng)問題。