全 文 ：第2 0卷 第 4 期
19叨年 10月
青 岛 海 洋 大 学 学 报 V o l忍0 , N o 4
OJ U R
N A L O F O C E A N U N Iv E R Sr Y O F Q加G D A O 0 e r l 9 9()
环境化学因子对单胞藻生长和代谢
产物络合容量的影响 *
张怀成 孙秉一 史致丽 郝恩良
(化学系 )
摘 要 通过一次培养 、 极谱滴定侧定研究一次培养过程中叉边金藻细胞渗出物对铜 、 锡
的络合容量及常数的变化 ; 培养介质的营养水平 ; 加入微量营养元素铁 、 锰和重金属铜对
细胞生长和渗出物释放的影响 。 结果表明 , 在一次培养过程中 , 从接种到稳定生长期细胞
渗出物的铜络合容量从 1 . 49 x l0 一 7 m ol / dm 3增加到8 . 34 x l0 一 7 m ol 丫dm 3 , 条件 稳 定常 数
L g K七。 L从 7 . 57 变化到 7 . 1 1 。 培养介质的营养水平愈高 , 单个细胞渗出的有机物量增加 , 铁
明显抑制细胞渗出物的释放 , 铜在细胞中可容忍的浓度范围内刺激细胞渗出物的释放 。
关键词 叉边金藻 ; 渗出物 ; 络合容量 ; 条件稳定常数
有机物对海水环境中某些痕量金属的形态有较大的影响 , 同样对浮游植物的生长也
有重要作用 , 是生物地球化学研究的重要内容〔1 一。 。 海洋浮游植物是海洋中的初级生产
者 , 也是海洋生态系中各种能量的基础 。 浮游植物不仅构成海洋颗粒有机质的一部分 ,
其渗出物也是海洋有机物的来源之一 。 一些微藻渗出物能有效地络合溶液中的某些重金
属离子 , 从而减少细胞对其吸收 , 降低金属毒性 〔7 一幻 。 在微藻渗出物中 , 最普遍的有机
配体包括多糖 、 多酚 、 氨基酸 、 多肤和蛋白质〔1 0〕 〔1 1〕 。
玩 be lrt Z〕对中肋骨条藻渗出物的锌键合性能的研究表明 , 稳定生长后期确定了两种
配体聚体 L ,和玩 。 并且 , 配体聚体 L l的表观分子量大于 3 x 10 4 , 配体聚体 L Z是多种 大
小分子的棍合体 。 cS 、 in得 〔1 3 ) 对杜氏盐藻渗出物与铜络合性能进行研究 , 测出浓度大约
为 1 0一 7 m ol · / d m “ , 络合常数为 1 0 7 。 M ck o lg h口 4〕对浮游藻释放出与铜络合的物质 , 四种
兰藻释放出大约 1 0一 , m 。 卜 / d m “的有机物 , 其 L g K乞。 L范围在 8 一 12 之间 。
关于侧定微藻渗出物的络合容量 , 国内尚未见报导 。 培养液的化学因子变化对微藻
渗出物络合容量的影响 , 国外报导的也不多 。 本文试图通过这两方面的工作探讨微藻生
长与代谢间的关系 , 并了解微藻代谢产物对海洋有机物的贡献及对重金属形态的影响 。
. 国家自然科学基金资助项目 。
本文于 19 89 年 7 月 2 7 日收到 。
青 岛 海 洋 大 学 学 报 1 9 9 0年
材 料 与 方 法
叉边金藻系引自黄海水产研究所 , 纯 种培养做藻种用 。 培养介质取自胶州湾中心的
海水 ( p H = 8 . 1 3 , A IK = 2 . 3 2 rn · rn o l · / d m 3 , S= 3 0 . 7 84 , CO D = 0 . 9 4 m g / dm 3 ) 陈化数周 ,
经。 . 4 5户m滤膜过滤 , 煮沸消毒作培养介质 用 。 营养水平采用表 l 配制 , 铁用 eF CI 3 的 酸
性溶液 , 通常向培养介质中加入 10拜 g / d m ”铁 。 锰用 M nC 12酸性溶液 。
表 1 培养介质中营养盐 的含 t 今
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脊徽之连 一 级 二 级 三 级l , l 】e v e l Z n d l e v e l 二r d l e v e l
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实验室培养在经过酸泡 、 18 0 0 C消毒的玻璃锥形瓶中进行 , 每天摇动三次 , 温度保持
在 2 4 士 Z OC , 光源为日光灯 , 照度为2 8 0 0 士 2 0 0 L x 。
藻细胞数用吸光度租血球板计数器计数的方法来对照测定 。 培养液经 0 . 45 拜m 滤 膜
过滤 , 滤液用于测定渗出的络合容量 , 采用A S v 滴定法测定 , 滤液酸化测定 溶 解 态 金
属 ; 滤膜和藻细胞经 1 : 1 H N O 3消化 , 用以测定藻细胞中重金属含量 。
2 结 果 与 讨 论
2
.
1 藻细胞生长过程中 , 其渗出物铜络合容 t 及条件稳定常数的变化
图 1 示出了细胞密度随培养时间的变化 。 从第三天开始细胞进入指数生长期 , 第八
天进入稳定生长期 。
图 2 : 为经过滤的藻培养液之 C u 、 :d( 络合容量随培养时间的变化 。 从铜 络合容量看
出 , 在适应期 , 细胞释放渗出物的速率较快 , 指数生长期变得缓慢 , 到稳定生长期释放
速率又加快 。 图 Z b单个细胞释放有机配体的量随 时间的变化也表明有上述趋势 。 .c cC u
( x 10
一 ’ “ m 〔 , l· / 。 e ll ) 与生长速率赵呈负相关关系 ( z = 一 0 . 8 7 5 , 。 = 0 . 0 5 ) , 表明当细胞
分裂旺盛时 , 其释放渗出物的速率减慢 。 玩 bc lrt s 〕对海链藻渗出液中D O C 的测量 也表
明 , 在生长期 , 0 0 C浓度较低且增加缓慢 , 而在稳定生长期和衰老期 , D O C浓度增加较
快 。 关于渗 出液络合容量的变化趋势 、 加 b c r1[ 2〕 , Z h ou 〔1 . 等也得 出过类似结果 。
. 山东海洋学院水产系 , 饵料生物培养 「
4 期 环境化学因子对单胞藻生长和代谢产物络合 容量的影响
印4 0
图 1
F j g
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叉边金藻在天然海水介质
中培养生长曲线
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c ult ur ed i n na饥 r al s e a wZ t亡 r
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在叉边金藻培养过程中
变化情况
渗出液的铜 、 锡络合
容量
单个细胞渗出物的铜
络合容量
铜的条件稳定常数
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e o n d一r一o n a l s t a b i ] i ty e o n s ta n ts
f o r c o P P c r
.
从图 Z a还可看出 , 渗出物的福络合容量比铜络合容量小得多 , 这与福离子与有机配
体络合能力较小有关 。 培养初期 .C cC u 数值与 .c c d差别较小 , 随着培养期的延长 , 积累
的渗出物的量增多 , .c C cu 与 .C cC d之间的差别也越来越明显 , 说明微藻渗出物较海水中
原存的有机配体具有性质和组成上的差别 。 图 2滚明渗出物的铜络合条件稳定常数随时
间的延长而具有变小的趋势 。
2
.
2 营养水平 , 过 t 铁 、 锰离子对微藻生长及其渗出物络合容最的影响
图 3 、 图 4 分别表示培养介质的营养水平以及在二级营养水平条件下 加 入 过 量
eF ” + 、 M 户 + 对微藻生长的影响 。 培养介质的营养水平越高 , 微藻生长速率越低 , 适应期
延长 。 在一级营养水平下适应期较短 , 这可能是与藻原培养液与一级营养水平相近的缘
青 岛 海 洋 大 学 学 报 19 9 0年
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图 3 叉边金旅在不同营养 图 4 在含有 50 , s/ dm 3 cF 3 `
水平下培养生长曲线 或 M萨 十离子的二级营
F , 9 3 G r o w ht c u 『v c , o f 尤万c ar ot 汕 c u lut r e d 养水平培养介质中 ,
, n d , f f c r e n “ 『o p h lc Ic v c l , 一 1 5。 叉边金旅的生长曲线
. e v e l ; x一 Z n d Ie v o l, ` 一 s r d Ic v o I F : 9 4 G r o w ht c u r v e s in Z n d le v e l t r o Ph 一c
e u lut r e m e d 一u m . 一 e o n r r o l ; X一
5 0声 g / d二 3 F e a d d e d ; 么一 5 0
拜 g / dm 3 M n a d d e d
故 。 eF +3 、 M 萨+ 离子的过量 不皆为 50 拜g/ d m 3 ) 对微藻的生长有一定的促进作用 , 缩短了
适应期 , 但作用不如营养水平明显 , 这表明培养介质的营养状况是决定微藻生长的重要
因素之一 〔1 7〕 〔1 8〕 。
表 2 给出了营养水平 , 过量铁 、 锰离子对微藻渗出物络合容量的影响 。 二级营养水
平对细胞渗出物的络合容量最大 , 达了. 7 x 10 一 7 m ol · / d m “ 。 因为微藻渗出物能够改变介
表 2
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曹养水平及「e ” + 、 M n Z十离子对细胞渗出物释放的影晌
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C eu ( x 10
一 1 6 m o一 / c e l . ) 3 . 13 5 . 10 7 . 0 2 2 . 0 0 3 . 8 7
拜 , 2 O 叨 0 . 7 8 0 . 36 0 . 8 2 0 . 8 2
N ( x 10 . C e l l s /。 1 ) 17 3 . 3 15 2 . 3 2 7 . 5 15 5。 5 15 5 . 5
4期 环境化学因子对单胞藻生长和代谢产物络合容量的形响
质中金属的形态 , 有效地控制金属的生物有效性和毒性 。
但是 , 就单个细胞释放渗出物的量而言 , 三级营养水平最高 , 达7 . 02 x lo 一 ’ “ m补 /
c e ll , 而一级营养水平仅为 3 . 1 3 x xo 一 l “ m o l · / e e l l。
加入过量 eF ” + 、 M oZ +离子对细胞分裂有一定促进作用 , 尤其过量 eF +3 离子引起细胞
渗出物释出量降低至 2 . 0 x or 一 1 6 m ol · / ce ” , 对此尚需作进一步研究 。
2
.
3 铜对细胞生长及其渗出物释放的影响
图 5 表示向培养介质中加入不同浓度的铜对微藻生长的影响 。 培养液中含有过量的
铜 (召g/ d m 3数量级 ) , 无 论 对微藻生长的适应期还是稳定生长期的藻密度 都产生明显
的影响 。 加入 20 ” g d/ m 3铜时 , 微藻生长的适应期长达六天 , 稳定期的藻密度仅为对照样
的二分之一 。 从图 6 微藻 72 小时生长速率随加入的铜浓度的变化 , 可以估计半效应浓度
为 : 7 2 EC 5 o = 0 . o l 7 m g / d m 3 , 零生长浓度约为 0 . 0 2 5 m g / d m 3 。
160
14 0
. 对照 . 20 ” 召 / d o 3 e u
x s 解宕 / dm 3 e 。 o 即夕召 / d m 3 e u
A 10召月/ d m 3 C。
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自一 山一
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图 5 叉边金藻在含不同铜浓度的培养
介质中生长曲线
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e u r v e s o f 众 c ar ot 碗 e u l ut r e d
一n Z n d le v e l t r o P h ic m e d iu m c o n住 in i n月
d i f f e r e n r c o n c e n t r盆 t io o s o f e o PPe r
.
. 一 e o n r r o l ; x一 s肚 g /d m 3 c u a d d e d ;
山一 l电 g / dm 3 c u : d d e d ; D一 2 0
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C u a d d e d
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402
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图 6 培养介质的铜络合容量以及细胞
72 小时相对生长速率随培养铜浓
度变化曲线
撬. c o p作 r con 民 n t (脚 g / d m , )
V a r ia it o n w i ht c o P ep r e o cn c n r r a r lo n in
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e d iu m . 一 co PeP r co m 详 x in g
c a p a c i灯 o n “ l l b, , 15; X一 c o m pa ` in导
g r o w ht r a et o f 7 2 h o u r s
.
ēù一台、告`巴l。lx) ,召é
为了解加入铜量对微藻代谢的影响 , 取培养 9 天的过滤液测定铜络合容量 , 结果见
表 3 。 由表 3 可知 , 渗出液的铜络合容量与培养液中微藻的密度是一致的 。 微藻的密度
大 , 渗出液的络合容量亦大 , 但在影响微藻释放渗出物的多因素中 , 营 养 水 平 、 过 量
eF ” +离子比藻密度起着更重要的作用 (见表 2 ) 。
从图 6 单个细胞释放渗出物的量 ( x 10 一 16 m .ol / ce l) 随加入的铜浓度的 变 化 可 得
出 , 铜离子刺激细胞释放渗出物 , 在铜浓度 10 召g / d m ”左右达到最大值 ( e . 29 x 10 一 `“ m o 卜
ce/ l)
,以后又随铜离子的加入而下降 。 估计当铜离子浓度达到 2 5 , g d/ m “时 ,单个细胞释放
背 岛 海 洋 大 学 学 报 1 9 9 0年
表 3
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铜对细胞分裂及其渗出物释放的影响
T
Z b le e f f e c r s o f c o P P c IO n S o n th e d一v 一 s lo n o f a lg a c e l l
通 n d rh e r e le Z cs o f 一 r s e x u d a t e
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(培 养 九 天 )
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一 7m o一 /dm 3 ) 7. 58 7. 15 6。 7 2 5. 0 8 4. 1 1
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.
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,
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渗出物的量开始小于对照值 ( 5 . 0 x l。一 ’ “ m ol · / c 旧 , 这恰好与藻细胞的零生长浓 度相
吻合 。 可以推测 , 当培养介质中铜离子浓度小 于零生长浓度时 , 会刺激藻细胞释放渗出
物 。 吕小乔 . ( 19 8 ) 研究汞对三角揭指藻渗出物 C O D的影响发现 , 当汞加入培 养液中
时 , 在藻细胞能忍受的浓度内 , 会加快细胞的代谢作用 , 刺激细胞分泌更多的有机质 。
任素梅二 ( 19 88) 研究了铜 、 锡的加入对三角褐指藻渗出物溶解有机碳的影响 , 发现有
类似现象 。
3 结 论
1
、 叉边金藻一次培养实验中 , 渗出物的铜络合容量在适应期和稳定生长期有明显
增加 , 指数生长期增加缓慢 。
2
、 与接种藻液的营养水平相比 , 培养介质的营养水平越高 , 细胞生长愈不利。 过
量铁 、 锰对细胞生长有一定刺激作用 。 铜离子明显抑制细胞的分裂 。
3
、 中等营养水平的细胞渗出物络 合容量最大 。 过量铁离子明显抑制细胞渗出物的
释放 。 铜离子在细胞可容忍 范围内刺激细胞渗出物的释放 , 估计此限度近似 于 零 生长
值 。
吕小乔 : 青岛海洋大学玲 8 年硕 士论文 。
二 任素梅 : 青岛海洋大学 19 8 年硕 上论文 。
4 期 环境化学因子对单胞 藻生长和代谢产物络合容量的影响 4 l
. 参 考 文 献
.
.
.
〔 l 〕 D : v e y , E . W 、 M O r g a n 、 M J
.
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xo l o g l ca l m :
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c之 Pa c l详 o f 父Z w : er r . L im n o l O Ce a n o g r , 19 7 3 , 18 : 9 9 3一 99 7
〔 2 〕 Su n d a , W G , H : n犯 n , p J , C h e m 一e a l s P e e一: r 一o n o f c o P Pe r 一n r i v e r w a r e r 二 e f f e e t O f t o 以 1 co PPe r , P H ,
c o r b o n a t e a n d d l蜘 I v e d o r g a n i c m a t ct r , 一n : “ C h e m : c : 1 M o d e l l i n g 一n A q u o u s s y s t e m ` . 、 Je n n e , E A ( E d ) , A nr e r
C h e m ocS
.
,
s ym P 义 r g , , W a sh l n g or n D C , 19 79 , 9 4 1
〔 3 〕 G a c h ct r , R , D a v i s , J 5 a n d M a r : s , A , R e g u l a t l o n o f Co P pe r a v a i l a b : l一叮 t o P h y ro P l a n k ro n b y m a c r o m o l e Cu l e s
i n ] a ke w a te
r m E n v x r o n 阮一 T e c h n o l , 19 78 , 12 : 14 16 一 14 2 2
( 4 ) K
r e m l , n g
,
K
,
v a r i a it o n o f d一却 I v e d o gr a n ,c c o p pe r 一n 价 a r一n e w a r e r , In “ T r a e e M e at j , n eS a w a te r w o n g ,
C
.
5 ( E d )
,
P l e
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r e “ , N e * Y o r k , 19 8 3 , 60 9
〔 5 ) K r 。几 l一n g , K , w e n ek , A a n d O s re r r o h r , C , nI v e r s t zg a t l o n s o n d ,叨 Iv e d c o pep r刁 r g a n , c su b s at n c e s I n B a l r l c
w a t e r s
,
M
a r c h o m
,
19 8 1
,
1 0
:
20 9
一
2 1 9
〔 6 〕 M , 115 , G L a n d Q u l n n , J G . , D :淤 ] v e d c o P Pe r : n d e o p p e r o r g a n : c c o m P l e x e s I n t h e N a r r a g , n se r B a ,,
e s ru a 可 , M a r C h e !n , 1984 , 15 : 15 1一 17 2
〔 7 〕 G n a s i , 一 B a r e ll i , M , R o nr e o , M H , L a u m o n d , F a n d P e sa n do , D , E x 琳 r 一m e n r a ] sut d 一e s o n ht e r c l: t i o n s h iP
b e t w e亡 n c o p伴 r co m p l e x e s a n d ht e l r ro x i ` i印 ro p h y「o P la n k ot n , M a r B l o l , 1 9 7 8 , 4 7 : 15 一 19
〔 8 〕 Sw a l lo w , K c , W e s仪 11, J C , M c K n 一g h r , D M M o r e l , N M L : n d M o r e l , F M M , p o t e n it o me t r ,e
de et r m i n a t 一o n o f co p伴 r c o m pl e x a t io n b丫 ph y ot p l: n k ot n e x u da r e s L l m n o l o c : a n o g r . 19 7 8 , 2 3 : 5 3 8 一 5 4 2
〔 9 ) F ihs e r , N s , F r o o d , L H e a v 了 m e at ls a n d m a r z n e d 一a t o m s二 i n f l u e n e e o f d i叨 Iv e d o r g a n lc e o m p o u n d s o n
or x 一c 一印 a n d 笑 l e c t 10 n f o r m e 仪 ] r o le r : 。 c e f o u r sp e e i e s M : r . B l o l . , 19 8 0 , 5 9 : 8 5 一 9 3
〔 10 〕 L a n g sot n , W J , B叮 a n , G w . , T h e r e l a r i o n sh ip b e rw e e n m e at j sp e e i a t 一o n , n r h e e n v z r o n m e n t a n d b : o a c e -
u m u l之 r一o n 一n Z q u a t , c o r g a n l sm ln
:`
C o m P ] e x a n o n o f T
r a c e M e at l z
n N Z ut r a l W
a比 r犷 , K r a m e r , C J a n d
D u
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r
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19 77
,
5
:
5 2 3
一
5 3 4
〔 12 〕 mI b e r, B
.
E
.
R o bi
n
so 。
,
M
.
G
.
,
o
r te 名a , A M a n d B u r : o n , J D . c o m P l e x a t 一o n o f z一n e b y e x o da te s f r o m
s k e le to 犯e树a c os 勿细m g r o w n , n e u i ur r e M : r C h e m , 19 8 5 , 16 : 13 1一 13 9
〔 1 3〕 阮 : i t , , A , p e l l e召r l n i , D , M e r e l l l , o E , B a r g h 一g i a n 一, C a n d F e r r a 份 , R , C o Ppe r c o m Pl e x i n g c a P a e l吓 o f
Ph y r o Pl
a n k ot o e e l l o x u d a et
s
M
a r
C h e m
,
19 8 6
,
18
:
3 5 1
一
35 7
〔 14 〕 M改 n :名h t , D M . , M o r e l , F M M , R e l e : se o f w e ak a n d s t r o n g e o P Pe r刃 r g a n 一c e o m Pl e x i n g a g e n r by a lg : e
L im on o “ a n o g r , 19 79 , 24 : 8 2 3 一 8 3 7
〔 1 5〕 加 b e r , 5 E a n d R o b i n so 。 , M G , c o m p一e x a lt o n o f z : n c by e x u da et s o r 刀如勿“ ios iar j7 u瘫 t’ 碗 g r o w n
I n c u lut r e M
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C h e m
.
,
19 8 3
,
14
:
3 1
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〔 17 〕 吴瑜端 , 陈慈美 , 王隆发 , 厦门港湾重金属污染与海域生产力关系 , 海洋与湖沼 , 19 86 , 17 :
17 3
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18 3
〔 18 〕 陈于望 , 张文 , 砷污染对硅藻生长的效应 。 海洋环境科学 , 19 85 , 4 : 17 一23
4 2育 岛 海 洋 大 学 学 报 1 9 9 0年
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