海洋微藻吸附環(huán)境污染物及其產(chǎn)油性能的研究進(jìn)展

陶愛(ài)天，孟 茹，劉懿鋒，梁佳音，竇曉娜，孔 亮，劉 靖

（大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連 116023）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)研究的發(fā)展，人們將研究重心從陸地轉(zhuǎn)向海洋。污染物不斷進(jìn)入海洋，破壞了沿海海洋環(huán)境，對(duì)海洋生態(tài)造成嚴(yán)重的威脅，部分海域污染超出了環(huán)境的承載力。海洋環(huán)境污染主要分為陸源輸入和石油類(lèi)[1]。每年工業(yè)污水和生活污水排放高達(dá)100×108t，這些污水中含有大量的有毒物質(zhì)，如養(yǎng)殖剩余餌料、排泄物和投放的化學(xué)藥劑等，另外，海洋石油開(kāi)采、油輪事故、石油勘探泄漏、港口和船舶的作業(yè)含油污水的排放、含油廢氣沉降等進(jìn)入海水后，直接造成了近岸近海區(qū)域的水質(zhì)嚴(yán)重惡化。有時(shí)部分污染物也會(huì)通過(guò)燃燒能源物質(zhì)產(chǎn)生的污染顆粒物在大氣中漂浮后沉降入海[2]。

主要的污染物可分為以下幾種：①重金屬。2016年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)顯示，海洋中重金屬的污染來(lái)自于陸源排污口的輸入、漁業(yè)養(yǎng)殖、工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)施肥等，帶來(lái)了汞、六價(jià)鉻、鉛和鎘等污染物，漁業(yè)的產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、洄游通道等也被檢測(cè)出銅、鎘、砷等。同時(shí)，海中船只的防污漆和船體也會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的重金屬污染。重金屬具有生物蓄積性、難降解、危害時(shí)間長(zhǎng)、隱蔽性等特點(diǎn)，會(huì)毒害水生生物，高濃度重金屬污染會(huì)降低魚(yú)類(lèi)免疫能力，破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。同時(shí)還可進(jìn)入水體通過(guò)飲用水等方式直接作用于人體，引起人體疾病，如水俁病、骨痛病等。②營(yíng)養(yǎng)鹽。營(yíng)養(yǎng)鹽指溶解于海水中，作為控制海洋植物生長(zhǎng)因子的元素。作為海洋食物鏈的基礎(chǔ)，促進(jìn)初級(jí)生產(chǎn)力，是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必需的成分，一般在上升流等高營(yíng)養(yǎng)鹽海域，浮游植物生產(chǎn)量高，漁獲量也高。近年來(lái)，人類(lèi)排污頻繁，海水富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象突出，我國(guó)年均會(huì)發(fā)生數(shù)十次赤潮。當(dāng)與人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)的排入水體的營(yíng)養(yǎng)鹽量增加或組成的改變時(shí)，水體中有機(jī)物的加速累積，超出了浮游植物的利用量，導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象[2]，這也是赤潮頻發(fā)的主要因素。營(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)量，赤潮生物爆發(fā)性增殖，而后大量死亡，使得水體中溶氧降低，致使海洋生物因缺氧死亡，造成海洋生態(tài)失衡。③持久性有機(jī)污染物。目前，海洋有機(jī)物污染主要的研究重點(diǎn)是持久性有機(jī)污染物。該污染物具有高毒、持久性、生物蓄積性、半揮發(fā)性及長(zhǎng)距離遷移性等特點(diǎn)。通過(guò)陸地徑流、船舶溢油及大氣沉降等途徑進(jìn)入海洋[3]，可在海洋生物體內(nèi)富集，直接危害海洋生物與生態(tài)。也可沉積在沉積物上，間接影響人類(lèi)健康，破壞生態(tài)系統(tǒng)。隨著國(guó)家對(duì)持久性有機(jī)污染物的加強(qiáng)監(jiān)管，早期典型的持久性污染物的污染情況得到控制，但眾多新型POPs的污染水平仍呈上升趨勢(shì)，如有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、短鏈氯化石蠟、多溴聯(lián)苯醚和全氟化合物等。

海洋微藻是一種含有多種色素，可進(jìn)行光合作用的可再生資源。海洋微藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的最主要初級(jí)生產(chǎn)者，參與海洋的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。在污染物治理與資源化方面，通常使用小球藻、青島大扁藻、等鞭金藻、米氏凱倫藻、牟氏角毛赤潮異彎藻、中肋骨條藻和三角褐指藻等，多為褐藻和綠藻門(mén)，因其吸附能力強(qiáng)，便于觀察。

海洋微藻的化學(xué)成分復(fù)雜，初級(jí)代謝產(chǎn)物獨(dú)特，易于培養(yǎng)且成本相對(duì)較低。海洋微藻還能夠產(chǎn)生蛋白質(zhì)、油脂等，在生產(chǎn)生活中具有較高價(jià)值，被廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)、醫(yī)藥、化工、食品等許多方面。例如，在環(huán)境保護(hù)中，用于污水處理時(shí)，海洋微藻可吸收水中的氮磷物質(zhì)，凈化水質(zhì)；可作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的天然餌料；海洋微藻體內(nèi)合成的油脂，經(jīng)技術(shù)耦合可用于生產(chǎn)生物質(zhì)油等。

1 海洋微藻吸附污染物的研究

對(duì)于海洋中的多種污染物（重金屬、持久性有機(jī)污染物、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽等），傳統(tǒng)的污染物去除方法多為物理或化學(xué)方法，均具有方法操作復(fù)雜、投入成本高、資源化利用率低、易產(chǎn)生二次污染等不足。為解決這些問(wèn)題，眾多研究者開(kāi)始使用生物吸附技術(shù)，以自然界中的海洋微藻吸附海洋中的污染物。這種技術(shù)相比之下，具有很大優(yōu)勢(shì)：①原料方面。海洋微藻在自然環(huán)境中種類(lèi)繁多、產(chǎn)量高、普遍性存在[4]、生長(zhǎng)需求低、無(wú)二次污染、可再生、對(duì)環(huán)境友好。有些特定藻類(lèi)對(duì)毒物反應(yīng)敏感，是理想的環(huán)境污染物毒性測(cè)試材料，如蛋白核小球藻、斜生柵藻等[5]，可提供極為豐富的研究材料。②處理效果。具有吸附容量大、選擇性強(qiáng)、效率高、消耗少，并能有效地處理含低濃度重金屬離子廢水的特點(diǎn)[6]。③結(jié)果展示。所有微生物中，藻類(lèi)是最容易觀察的，因此常用來(lái)指示水體、生態(tài)系統(tǒng)及營(yíng)養(yǎng)條件的變化[7]。

1.1 對(duì)重金屬污染物的吸附

重金屬污染是重金屬和其化合物造成的污染，在生物體內(nèi)和沉積物或土壤中富集，難以降解。在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化形成價(jià)態(tài)不同、毒性不同的化合物。

現(xiàn)階段研究主要圍繞海洋微藻吸附單一重金屬的機(jī)理和性能展開(kāi)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，海洋微藻吸附重金屬會(huì)發(fā)生吸附和吸收2個(gè)過(guò)程。在海水環(huán)境下，重金屬首先接觸海洋微藻的細(xì)胞壁。海洋微藻細(xì)胞壁由肽聚糖、糖醛酸、磷壁酸、多糖、蛋白質(zhì)等組成，這些物質(zhì)均屬于聚合電解質(zhì)，含有許多功能團(tuán)，如 -COOH，-OH，-PO3，-NH2，-SH[4]。由于重金屬離子會(huì)與基團(tuán)間形成電荷引力，在特定的吸附位點(diǎn)，被吸附至細(xì)胞壁表面，被稱(chēng)為被動(dòng)吸附。被動(dòng)吸附的過(guò)程也分為2種形式：第1種為絡(luò)合反應(yīng)型吸附。李攀榮等人[8]認(rèn)為，金屬陽(yáng)離子與細(xì)胞里的蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和多糖中帶負(fù)電荷的官能團(tuán)產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)形成金屬絡(luò)合物，官能團(tuán)包括-NH2，-CONH2，-COOH，R-SH，硫酸鹽和磷酸鹽等。第2種是離子交換型吸附。在自然水體中，細(xì)胞壁上的基團(tuán)可以與鉀鈣鈉鎂等輕金屬離子或氫離子結(jié)合，一旦重金屬離子進(jìn)入海水水體，由于親和力更強(qiáng)，替代鉀、鈣、鈉、鎂等輕金屬離子或氫離子被吸附[9]，其吸附速度快、時(shí)間短、可逆、不依賴(lài)于細(xì)胞的能量代謝[10]。此過(guò)程也會(huì)受到海洋微藻本身性質(zhì)、重金屬形態(tài)和環(huán)境因素（光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽、pH值等）的影響。

當(dāng)重金屬吸附到細(xì)胞壁上，重金屬會(huì)因?yàn)榧?xì)胞的新陳代謝被吸收到細(xì)胞體內(nèi)富集，并發(fā)生一系列生物反應(yīng)，包括一些解毒過(guò)程，此過(guò)程為主動(dòng)吸收。重金屬離子穿過(guò)細(xì)胞膜屏障的運(yùn)輸，隨后在細(xì)胞體內(nèi)積累，附著于細(xì)胞內(nèi)化合物或細(xì)胞器上。游離在細(xì)胞內(nèi)的重金屬離子，對(duì)巰基有較強(qiáng)的親和力，可以與富含巰基的蛋白，如植物螯合素（PCs）、谷胱甘肽（GSH）和金屬硫蛋白（MTs）等所結(jié)合，減少胞內(nèi)含量，從而降低自由重金屬離子對(duì)細(xì)胞的毒害作用[11-12]。同時(shí)，重金屬也會(huì)促進(jìn)抗氧化脅迫過(guò)程?？紫檠┑热薣11]研究證明，當(dāng)Cd刺激細(xì)胞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致ROS過(guò)量產(chǎn)生；而Cd通過(guò)與一些抗氧化酶類(lèi)和谷胱甘肽（GSH）的巰基基團(tuán)等活性位點(diǎn)結(jié)合會(huì)引起生物抗氧化防御系統(tǒng)的失活，從而間接地誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生。藻類(lèi)的抗氧化系統(tǒng)在脅迫條件下活性提高、抗氧化系統(tǒng)得到增強(qiáng)，從而增加對(duì)逆境的抗性，以此參與胞內(nèi)解毒過(guò)程。此吸收過(guò)程的特點(diǎn)是吸附速度慢、作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)程不可逆，并且可能會(huì)被能量代謝抑制劑所抑制。

重金屬的吸附過(guò)程還會(huì)受到海洋微藻細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的影響。Macfie SM等人[13]通過(guò)研究有無(wú)細(xì)胞壁的萊茵衣藻對(duì)Cd的吸附能力，結(jié)果表明具有細(xì)胞壁的萊茵衣藻吸附Cd的量是無(wú)細(xì)胞壁萊茵衣藻的2倍左右。伍盈盈[6]利用Freundlich等溫吸附方程對(duì)衣藻和小球藻2種海洋微藻的Cd的生物吸附量進(jìn)行了擬合，發(fā)現(xiàn)小球藻吸附量大于衣藻。這是因?yàn)樾∏蛟宓谋缺砻娣e高于衣藻，而且衣藻細(xì)胞壁缺少微纖維結(jié)構(gòu)，而小球藻細(xì)胞壁上含有網(wǎng)狀微纖維結(jié)構(gòu)。

另外，重金屬在環(huán)境中會(huì)因?yàn)榄h(huán)境因子的變化而發(fā)生改變，也會(huì)使吸附過(guò)程發(fā)生變化。pH值是影響重金屬吸附的重要因素之一，pH值通過(guò)影響生物體表面吸附位點(diǎn)和溶液中金屬離子的電解狀態(tài)，進(jìn)而影響吸附過(guò)程。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)Cr吸附時(shí)，當(dāng)pH值升高，H+和金屬陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)生物體吸附位點(diǎn)的作用減弱，有利于金屬陽(yáng)離子的吸收。水中的Cr會(huì)以Cr6+形式存在，但H+的質(zhì)子化作用減弱，吸附的抑制作用增強(qiáng)。當(dāng)pH值較低時(shí)，H+和金屬陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)生物體吸附位點(diǎn)的作用增強(qiáng)，對(duì)金屬陽(yáng)離子吸附不利。但Cr主要以Cr2O72-的形式存在，H+的質(zhì)子化作用增強(qiáng)，使更多的官能團(tuán)暴露出來(lái)，吸附作用增強(qiáng)[14]。

另一方面，重金屬?gòu)?fù)合脅迫，海洋微藻會(huì)產(chǎn)生毒性效應(yīng)，阻礙藻細(xì)胞分裂、破壞DNA結(jié)構(gòu)、抑制光合作用、破壞葉綠素的合成、細(xì)胞器退化或形態(tài)呈現(xiàn)多樣化，以及改變浮游植物種類(lèi)組成等[10]，從而破壞微藻對(duì)重金屬的吸附。

1.2 對(duì)持久性有機(jī)污染物的吸附

海洋中持久性有機(jī)污染物的來(lái)源眾多，城市的排污口將工業(yè)廢水、生活污水排入海洋，這種陸源輸入是PCBs和OCPs的重要來(lái)源。同時(shí)，農(nóng)藥噴灑、化石燃料的燃燒及土壤中殘留污染物進(jìn)入海洋[14]。這些均造成了海洋生態(tài)環(huán)境的惡化。

海洋微藻吸附持久性有機(jī)污染物的機(jī)理與重金屬大致相同。首先吸附在細(xì)胞表面的細(xì)胞壁上，為被動(dòng)吸附，然后通過(guò)主動(dòng)吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與胞內(nèi)環(huán)境發(fā)生作用。

根據(jù)來(lái)源不同，國(guó)際POPs公約將持久性有機(jī)污染物分為殺蟲(chóng)劑、工業(yè)化學(xué)品和生產(chǎn)中的副產(chǎn)品3類(lèi)，新增多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯醚、全氟化合物等9種持久性有機(jī)污染物。對(duì)海洋微藻吸附不同種類(lèi)的POPs研究均有報(bào)道，其中典型的持久性有機(jī)污染物研究較多。這些POPs大部分均具有毒性興奮效應(yīng)，在低濃度時(shí)對(duì)海洋微藻的生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用，高濃度環(huán)境下，海洋微藻生長(zhǎng)被抑制。同時(shí)，大量的試驗(yàn)表明海洋微藻富集農(nóng)藥不受到細(xì)胞生長(zhǎng)代謝的影響，最大富集量一般出現(xiàn)在農(nóng)藥低濃度而海洋微藻生長(zhǎng)率較高時(shí)。由于海洋微藻特殊的高比表面積、胞內(nèi)外組分的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，以及酶活性位點(diǎn)，可對(duì)一些POPs吸附并降解，如海洋微藻可將DDT降解為DDD和DDE。

近年來(lái)，典型的POPs已被大部分禁止使用，但新型POPs不斷出現(xiàn)。

（1）全氟化合物。全氟化合物（PFC） 是一系列人工合成的新型有機(jī)污染物，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域被作為工藝氣體使用。其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，疏油疏水，在水中大量蓄積，毒性高于有機(jī)氯農(nóng)藥、二惡英等。在海洋微藻富集的過(guò)程中，由于PFC的種類(lèi)不同、結(jié)構(gòu)不同，富集效果及其對(duì)海洋微藻的毒性有較大差異。苑曉佳等人[15]研究全氟烷基化合物（PFASs）對(duì)3種海洋微藻的富集效果，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈的PFASs疏水性強(qiáng)，更易結(jié)合在生物體內(nèi)；短鏈的PFASs水溶性強(qiáng)，更傾向于存在于水環(huán)境中而不被水生生物富集。周靜韻等人[16]的試驗(yàn)表明，PFOA和PFNA對(duì)杜氏鹽藻和三角褐指藻的毒性，隨濃度升高抑制效應(yīng)增強(qiáng)，且PFNA對(duì)2種藻的毒性皆比PFOA強(qiáng)。

（2） 多溴聯(lián)苯醚。多溴聯(lián)苯醚（PBDEs） 是一類(lèi)新型的POPs，可通過(guò)滲出或揮發(fā)等方式進(jìn)入環(huán)境，具有顯著的遷移性、持久性、脂溶性和生物積累性，易蓄積在脂肪和蛋白質(zhì)中，從而對(duì)生物造成危害[17]。目前關(guān)于PBDEs的研究主要集中在淡水或海洋生物，對(duì)海洋微藻的研究較少，系統(tǒng)研究海洋微藻對(duì)PBDEs的吸附及生理響應(yīng)在國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)報(bào)道。不同濃度下的PBDEs對(duì)海洋微藻大部分表現(xiàn)出顯著的抑制作用，但也有毒性興奮效應(yīng)，在低濃度下能促進(jìn)生長(zhǎng)。李卓娜等人[18]在不同濃度的BDE-47培養(yǎng)液中培養(yǎng)4種海洋微藻，試驗(yàn)結(jié)果顯示，處理24 h后，低濃度處理組的小球藻（0.1μg/L）、牟氏角毛藻（0.1～5.0 μg/L） 和赤潮異灣藻 （0.1～1.0 μg/L） 的生長(zhǎng)具有短暫的促進(jìn)作用，即毒性興奮效應(yīng)。同時(shí)，不同海洋微藻的96h-EC50數(shù)值不同，在張?chǎng)析蔚热薣19]的試驗(yàn)中差異明顯。這是由于不同種類(lèi)的海洋微藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異性造成的，比如細(xì)胞壁是否有甲板、硅質(zhì)殼等具有影響海洋微藻細(xì)胞耐受強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。另外也有研究不同種PBDEs對(duì)同一種海洋微藻的刺激毒性。姜爽[17]的研究表明，2種多溴聯(lián)苯醚BDE-47和BDE-209能對(duì)赤潮異彎藻和米氏凱倫藻種群增長(zhǎng)和種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系產(chǎn)生不同的影響。BDE-209脅迫可促進(jìn)2種海洋微藻的種群增長(zhǎng)，BDE-47脅迫則對(duì)2種海洋微藻的種群增長(zhǎng)主要表現(xiàn)為抑制作用。

海洋微藻吸附PBDEs，符合一般有機(jī)污染物的吸附機(jī)理，吸附后也會(huì)產(chǎn)生一定的生理效應(yīng)。由于藻細(xì)胞的較大比表面積，首先進(jìn)行被動(dòng)吸附，又因?yàn)镻BDEs的脂溶性強(qiáng)，易在磷脂雙分子層中游離富集。然后通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸、被動(dòng)擴(kuò)散等方式進(jìn)入海洋微藻體內(nèi)[20]，PBDEs會(huì)對(duì)海洋微藻的超微結(jié)構(gòu)和抗氧化防御系統(tǒng)均有很大影響。電鏡結(jié)果顯示，隨BDE-47濃度的增大，細(xì)胞出現(xiàn)破碎、失水、鞭毛脫落的現(xiàn)象。細(xì)胞器等也會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷，如葉綠體皺縮、類(lèi)囊體排列散亂、線(xiàn)粒體數(shù)目增加、細(xì)胞基質(zhì)渾濁等[21]。在環(huán)境脅迫下，海洋微藻體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，形成氧化損傷[17]。張?chǎng)析蔚热薣19]研究BDE-47影響米氏凱倫藻谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的酶活性變化，結(jié)果表明抗氧化防御能力降低，活性氧積累，造成損傷。

（3） 多環(huán)芳烴。多環(huán)芳烴（PAHs） 是一種廣泛分布的POPs，形成于有機(jī)質(zhì)的高溫分解過(guò)程中，例如煤、石油等的不完全燃燒。多環(huán)芳烴在環(huán)境中持久存在，毒性大、難修復(fù)，目前研究使用海洋微藻吸附多環(huán)芳烴的研究較為少見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外主要集中在對(duì)生物毒性的研究，少數(shù)試驗(yàn)涉及多環(huán)芳烴對(duì)海洋微藻的毒性、耐受性及生理反應(yīng)。目前的研究表明，典型的菲、芘、蒽、苯并[k]熒蒽和苯并芘等多環(huán)芳烴對(duì)海洋微藻的生長(zhǎng)均呈現(xiàn)抑制作用。沈忱[21]篩選出湛江等鞭金藻、塔溪堤等鞭金藻、牟氏角毛藻 3種敏感度強(qiáng)的海洋微藻測(cè)定96h-EC50，發(fā)現(xiàn)苯并芘對(duì)這種海洋微藻的抑制效應(yīng)均隨著時(shí)間和濃度的增加而增大，呈明顯的時(shí)間劑量效應(yīng)。張智華等人[22]利用菲、芘、蒽進(jìn)行海洋微藻的毒性試驗(yàn)表明，低濃度促進(jìn)小新月菱形藻生長(zhǎng),而高濃度抑制小新月菱形藻生長(zhǎng)。王洪斌等人[23]的研究結(jié)果類(lèi)似，苯并[k]熒蒽對(duì)海洋小球藻和塔胞藻的生長(zhǎng)都存在抑制作用，其中小球藻的抑制率最高達(dá)62%，并存在劑量效應(yīng)。而不同海洋微藻對(duì)污染物的耐受性也不同。金藻門(mén)的湛江等鞭金藻等敏感強(qiáng)，耐受性差；綠藻門(mén)的塔胞藻等耐受性較高；硅藻門(mén)的牟氏角毛藻較敏感，而三角褐指藻與小新月菱形藻耐受性高。

各種藻類(lèi)所體現(xiàn)的耐受性的差異，與藻細(xì)胞的比表面積大小關(guān)系不密切，而與細(xì)胞內(nèi)相關(guān)解毒酶活性有關(guān)[24]。海洋微藻受到多環(huán)芳烴脅迫，體內(nèi)的酶、葉綠素等組分含量、生理機(jī)制會(huì)發(fā)生變化。于娟等人[25]的試驗(yàn)表明，當(dāng)海洋微藻受到蒽脅迫時(shí)，微藻活性氧代謝系統(tǒng)失衡，使微藻體內(nèi)的活性氧清除能力下降，引起活性氧積累，這些自由基會(huì)對(duì)生物體的膜系統(tǒng)產(chǎn)生危害，進(jìn)而抑制微藻生長(zhǎng)。低濃度PAHs脅迫下，敏感性不同的海洋微藻抗氧化酶均出現(xiàn)應(yīng)激活性[24]。方浩[26]指出，隨著PAHs濃度的升高，細(xì)胞增長(zhǎng)緩慢，藻液沉淀增多，這與蒽可能引發(fā)赤潮藻葉綠素降解加速有關(guān)。沈忱[21]也通過(guò)測(cè)定葉綠素含量變化情況證實(shí)了PAHs能夠抑制藻細(xì)胞葉綠素的合成，從而可能抑制藻細(xì)胞的光合能力。在海洋微藻的光合作用中，PAHs與光照強(qiáng)度協(xié)同，影響光合速率。唐學(xué)璽等人[27]將UV-B輻射（0.3 J/m2的輻射劑量）與多環(huán)芳烴聯(lián)合試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此法增強(qiáng)了菲、芘和蒽對(duì)赤潮微藻光合效率的抑制作用，導(dǎo)致光合速率顯著降低。同時(shí)在一定程度上改變了3種多環(huán)芳烴毒性作用的強(qiáng)弱，使芘的毒性作用變得更強(qiáng)。

1.3 對(duì)水中氮磷的吸收

近年來(lái)，我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象頻發(fā)。生活污水亂排及養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，增加海洋中餌料和排泄物的積累，使水中的營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物含量過(guò)高，抗生素過(guò)量，加重水域污染。眾多學(xué)者對(duì)海洋微藻吸附氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行了研究，如鐘非等人[28]觀察到塔胞藻去除水體N，P能力最強(qiáng)，在藻細(xì)胞起始密度為1.5×105 cells/mL，鹽度為20‰，光照強(qiáng)度為5 000 lx，溫度為20℃時(shí)，經(jīng)過(guò)6 d處理，對(duì)NH4+-N和PO43--P去除率均高于99%。但吸附過(guò)程與重金屬、有機(jī)污染物的吸附機(jī)理不同。劉磊等人[29]研究表明，藻的光合作用引起pH值變化，在藻體表面誘導(dǎo)水中鈣磷沉積。當(dāng)未添加鈣離子時(shí)，導(dǎo)致海洋微藻本身對(duì)磷酸鹽的吸附能力下降，海洋微藻對(duì)磷無(wú)吸附作用。同時(shí)，藻細(xì)胞表面可能會(huì)吸附少量含氮離子，但并不影響整體的濃度變化，因此也說(shuō)明海洋微藻對(duì)氮無(wú)吸附作用。試驗(yàn)證實(shí)，海洋微藻去除氮磷主要是通過(guò)對(duì)氮磷的同化吸收作用而非吸附作用。吸附氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽也對(duì)海洋微藻的油脂含量有很重要的影響。

1.4 對(duì)多種污染物的吸附

海洋微藻可以對(duì)重金屬、有機(jī)污染物、水中氮磷吸附，但在試驗(yàn)中大多集中在單方面的吸附毒性上。實(shí)際環(huán)境下，海洋微藻的生活環(huán)境富含多種或多類(lèi)污染物，共同起作用，有時(shí)會(huì)促進(jìn)其中一種物質(zhì)的吸收，有時(shí)2種物質(zhì)產(chǎn)生聯(lián)合毒性等。對(duì)于重金屬而言，復(fù)合污染比單一污染的毒性強(qiáng)，去除效果難，但產(chǎn)油量高。唐青青[30]的重金屬生物吸附試驗(yàn)可見(jiàn)，復(fù)合重金屬脅迫下，蛋白核小球藻的生長(zhǎng)在低濃度下表現(xiàn)出一定耐受性，高濃度下生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象明顯；重金屬的存在對(duì)蛋白核小球藻而且抑制葉綠素的合成。單一重金屬的吸附均是一個(gè)快速吸附的過(guò)程，初始就有良好的吸附效果，結(jié)合緊密，不易脫附，而復(fù)合重金屬聯(lián)合作用時(shí)，藻細(xì)胞表面的官能團(tuán)對(duì)不同重金屬具有選擇性，存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。水中Cu，Cd和Pb脅迫下的蛋白核小球藻比單一脅迫的蛋白核小球藻提脂處理更優(yōu)，且試驗(yàn)中蛋白核小球藻提取的脂質(zhì)含量達(dá)到17.0%以上。

營(yíng)養(yǎng)鹽的存在，在一定程度上可以促進(jìn)海洋微藻對(duì)重金屬的吸附。黃旭光等人[31]在未添加營(yíng)養(yǎng)鹽的條件下，采用放射性同位素示蹤法，東海原甲藻對(duì)鎳的吸附量要高于硝酸鹽添加組，但吸收量則較低，而中肋骨條藻的吸附量和吸收量均低于硝酸鹽添加組。當(dāng)以尿素為氮源時(shí)，可促進(jìn)藻類(lèi)對(duì)鎳的吸收，其吸收量為同一濃度硝酸鹽的1.2倍。但目前促進(jìn)作用的機(jī)理尚不明確，不過(guò)有研究表明，硝酸鹽狀態(tài)下藻類(lèi)可能會(huì)產(chǎn)生能夠與金屬結(jié)合的基團(tuán)，金屬硫蛋白，植物螯合肽類(lèi)物質(zhì)等。當(dāng)P含量突然升高時(shí)，藻細(xì)胞容易將P以多聚磷酸鹽形式儲(chǔ)存在體內(nèi)，并與多種重金屬結(jié)合，因此以這種方式促進(jìn)對(duì)重金屬的吸收。有機(jī)磷農(nóng)藥和重金屬的共同作用表現(xiàn)為拮抗作用，這可能是2種物質(zhì)發(fā)生了某種化學(xué)作用（絡(luò)合反應(yīng)），進(jìn)而降低了2種毒物的濃度。對(duì)于三角褐指藻、鹽藻和青島大扁藻，丙溴磷-銅聯(lián)合毒性在毒性比為1∶1時(shí)，72 h相加指數(shù)AI分別為-0.462，-0.557，-0.702，均表現(xiàn)為拮抗作用。同時(shí)，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加也會(huì)對(duì)有機(jī)污染物的吸附有影響。柴超等人[32]的試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著硝酸鹽濃度的升高，BDE-99和47富集量分別從0.180和0.179 ng/mL降低到0.167，0.150 ng/mL。其原因是營(yíng)養(yǎng)鹽濃度影響了其細(xì)胞生化成分組成，其中脂類(lèi)含量與富集量存在一定的相關(guān)性。

自然環(huán)境下，光照作為海洋微藻生長(zhǎng)的必要條件，也對(duì)有機(jī)污染物的吸附和氮磷的吸收有影響。在宋政嬌[33]的研究中，將UV-B輻射和BDE-47聯(lián)合作用，發(fā)現(xiàn)其明顯抑制米氏凱倫藻的種群增長(zhǎng)，顯著減少細(xì)胞內(nèi)葉綠素a的含量，降低了光能利用率，并導(dǎo)致細(xì)胞核核消失，色素體中類(lèi)囊體膜破裂、排列不整齊、線(xiàn)粒體數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)也遭到破壞。光照對(duì)海洋微藻吸收氮磷也有著重要影響。增加光照強(qiáng)度會(huì)促進(jìn)海洋微藻吸收氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽。有試驗(yàn)證明，在6 000 lx光照度下微藻對(duì)磷酸鹽和硝酸鹽的吸收效果均顯著優(yōu)于3 000 lx光照度。磷酸鹽在6 000 lx光照度時(shí)，在12，24，36，48，60 h的去除率分別為3 000 lx光照度下的3.53，3.03，1.21，1.23，1.13倍，而硝酸鹽分別是5.83，4.44，3.13，6.11，2.83倍[34]。

2 吸附污染物的海洋微藻產(chǎn)油性能研究

海洋微藻吸附海洋中的污染物進(jìn)入環(huán)境，引發(fā)各種生理效應(yīng)，利用這些生理效應(yīng)表現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)海洋微藻利用、資源化。研究表明，海洋微藻吸附也可以耦聯(lián)海洋微藻柴油的生產(chǎn)，從而提升污水處理的經(jīng)濟(jì)效益。有些海洋微藻具有高的含油量，是生產(chǎn)生物柴油的絕佳原料?？紫檠┑热薣11]研究發(fā)現(xiàn)，Auxenochlorella protothecoides UTEX 2341對(duì)Cd具有較強(qiáng)的耐受能力，在高濃度Cd存在條件下，葉綠素的抑制程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于已有研究報(bào)道。海洋微藻吸附重金屬，也會(huì)有很多有利于產(chǎn)油的生理變化，孫晶[35]觀察4種重金屬離子Pb2+，As3+，Cd2+和Hg2+脅迫下的海洋微藻。結(jié)果顯示，海洋微藻細(xì)胞壁表面出現(xiàn)了溝槽和墻皺，表面顆粒狀突起的直徑增加，總比表面積增大1倍。這是因?yàn)橹亟饘俑街诩?xì)胞壁上，增加了粗糙度。海洋微藻細(xì)胞內(nèi)油脂滴和淀粉粒含量增加，細(xì)胞油脂含量由22.30%提高到23.74%～25.41%，這是由于重金屬抑制了細(xì)胞積累磷脂質(zhì)而誘導(dǎo)促進(jìn)積累油脂。

海洋微藻吸附氮磷后，體內(nèi)的油脂含量也會(huì)產(chǎn)生變化，不同的海洋微藻會(huì)表現(xiàn)出不同的脅迫響應(yīng)。氮作為營(yíng)養(yǎng)元素之一，水中氮濃度直接影響著海洋微藻的生長(zhǎng)繁殖和油脂積累。海洋微藻在一定的脅迫條件下可以促進(jìn)脂類(lèi)的合成和積累，但是這樣的環(huán)境往往也會(huì)抑制藻細(xì)胞的生長(zhǎng)，導(dǎo)致生物量降低。試驗(yàn)結(jié)果顯示，鹽生杜氏藻、亞心型扁藻和蛋白核小球藻凈化海水養(yǎng)殖廢水后油脂含量為22.05%，12.42%，17.20%。饑餓48 h比未饑餓處理的油脂含量分別提高了5.00%，5.87%，8.96%?？傊e累的實(shí)驗(yàn)中，三角褐指藻氮含量80%組總脂含量最高，是氮含量100%組2.5倍；綠色巴夫藻氮含量60%組最高，是含量100%組3.4倍；米氏凱倫藻、球等鞭金藻、海水小球藻、衣藻在降低氮含量后，總脂均超過(guò)細(xì)胞干質(zhì)量的30%。這可能是由于各種海洋微藻對(duì)氮的轉(zhuǎn)化率不同，影響到微藻吸收碳氮比?；蚴且?yàn)槊腹δ艿牟町愒斐闪烁鞣N海洋微藻利用氮的能力差異。大量試驗(yàn)證明，氮缺乏會(huì)導(dǎo)致海洋微藻油脂的積累。在氮源充足時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛，蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和核酸等生物活性物質(zhì)均正常合成，使相對(duì)總脂酸含量較低；當(dāng)?shù)慈狈r(shí)，蛋白質(zhì)和核酸等含氮化合物的合成受到限制，氮元素較少的脂類(lèi)貯存物仍能繼續(xù)合成，造成細(xì)胞干質(zhì)量中油脂的含量增加。磷也是初級(jí)生產(chǎn)力水平的制約因素之一，可以直接利用無(wú)機(jī)磷元素，當(dāng)無(wú)機(jī)磷缺乏時(shí)，藻類(lèi)也可以利用有機(jī)磷來(lái)維持代謝活動(dòng)。海洋微藻的生長(zhǎng)需要適當(dāng)?shù)牧诐舛?，磷濃度過(guò)高或過(guò)低均會(huì)影響海洋微藻生長(zhǎng)和油脂積累。高濃度磷有利于細(xì)胞生長(zhǎng)，但不利于油脂的積累。

3 海洋微藻吸附污染物的研究發(fā)展方向及趨勢(shì)

目前，海洋微藻吸附污染物的研究還有一定的局限性。微藻吸附重金屬的研究主要集中在單一重金屬對(duì)海洋微藻生理的脅迫作用、主要機(jī)制、影響吸附行為的主要因素等方面。目前還未能結(jié)合真實(shí)室外環(huán)境，在多環(huán)境因子作用下，以及多重金屬共同脅迫的條件下，測(cè)試海洋微藻的生理效應(yīng)。同時(shí)，重金屬的研究大多數(shù)應(yīng)用鈍頂螺旋藻、小球藻等少數(shù)藻種，對(duì)于新藻種的實(shí)踐較少[6]。微觀層面，在重金屬脅迫下，海洋微藻清除活性氧及合成酶系的機(jī)理尚不明確。在吸附回收廢水中的重金屬技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，海洋微藻和菌體結(jié)合處理技術(shù)還有待改進(jìn)，海洋微藻的循環(huán)使用性有待進(jìn)一步探索。從受脅迫的海洋微藻中提取油脂，并應(yīng)用在生活生產(chǎn)中，也是相關(guān)領(lǐng)域繼續(xù)研究的方向。

POPs吸附研究主要集中在污染物對(duì)海洋微藻種群的影響變化，而針對(duì)單個(gè)海洋微藻個(gè)體的吸附機(jī)理、生理脅迫作用研究較少。同時(shí)，現(xiàn)研究也針對(duì)于重金屬、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽與POPs對(duì)海洋微藻的共同作用。而在自然環(huán)境下，鹽度、pH值等環(huán)境因子和POPs的協(xié)同作用，以及多種POPs協(xié)同作用是研究發(fā)展的方向。在技術(shù)層面上，抗POPs毒性的產(chǎn)油藻種的篩選是研究熱點(diǎn)，而藻類(lèi)產(chǎn)油的機(jī)理研究涉及的不多。同時(shí)，也有少量學(xué)者研究了酞酸酯類(lèi)化合物等新型有機(jī)污染物對(duì)海洋微藻的毒性。

營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度影響藻類(lèi)的生長(zhǎng)，缺氮缺磷條件下，可促進(jìn)海洋微藻對(duì)油脂的積累。但在自然營(yíng)養(yǎng)鹽異常的情況下，海洋微藻產(chǎn)油的情況在何種水體營(yíng)養(yǎng)化異常的時(shí)候可以產(chǎn)油，目前的研究仍未全面展開(kāi)。因此，將廢水的海洋微藻處理技術(shù)和海洋產(chǎn)油微藻培養(yǎng)的技術(shù)耦合具有重大的科學(xué)意義與潛在的經(jīng)濟(jì)效益。