基于藻类光合作用抑制效应的敌草隆毒性响应参数研究

摘要

藻类作为单细胞生物,其个体小、易培养、对毒物敏感、且能够观察细胞水平上的中毒症状,是快速检测水质生物毒性的理想受试生物."藻类生长抑制试验"依赖于藻类细胞的繁殖代谢过程,测量周期长,无法满足生物毒性快速检测的需求.藻类光合作用过程对污染物毒性的响应速度和灵敏度显著优于"藻类生长抑制试验",以藻类光合作用状态为毒性测试指标可大幅缩短毒性检测时间.现有"光合作用抑制实验"多采用可变荧光Fv或最大光化学量子产量Fv/Fm作为生物毒性反应终点,缺乏对多个光合荧光参数响应敏感性的对比分析,造成生物毒性定量检测的灵敏度不高.以蛋白核小球藻为受试对象,以叶绿素荧光作为藻类光合作用状态快速无损探针,采用荧光动力学手段测量藻类光合荧光参数,对典型除草剂DCM U抑制下的多个光合荧光参数的毒性响应敏感性进行对比分析,得到适用于快速、定量评价DCM U胁迫效应的关键光合参数,提高DCMU生物毒性检测的速度和灵敏度.结果显示:(1)DCMU对光合荧光参数F0,Fm,σPSⅡ,τQA,Fv,Fv/Fm,Yield,rP,NPQ,α响应显著,其中参数α,rP,Fv/Fm,yield和NPQ在5 min即呈现出类似时长(96 h)的响应效应;(2)参数α,rP,Fv/Fm,yield和NPQ的5 min抑制程度对DCMU浓度具有良好的剂量效应关系.其中,参数N PQ的相关系数和EC50-5 min分别为0.9985和2.41μg·L-1,显著优于其他四个参数,且优于96 h的测量结果.采用光合荧光参数NPQ作为5 min定量测量DCM U生物毒性的反应终点,可极大缩短DCM U生物毒性的检测时间(从96 h缩短至5 min),并显著提高检测灵敏度(与光合抑制方法常规参数Fv/Fm相比,EC50降低了81.4％).实验结果为基于藻类光合抑制效应的DCMU生物毒性定量检测提供了基础数据,研究方法也为其他污染物胁迫下的藻类光合荧光参数筛选提供了参考.