全 文 ：衣藻 、 栅藻对重金属福吸收的研究’
王奇 许静 林华
(辽宁大学生物系 )
卜
卜
随着现代工业的高速发展 , 重金属对环境的污染已经成为全球性的严重危害。 在某
些局部地区 , 个别重金属污染的程度已为人类造成了严重的 , 甚至是不 可医治的疾病 .
众所周知 , 发生 J “ 日本被认为是世界公害之一的 “ 富山骨痛病 ” 就是人们大虽吸入了锅
而造成的 。 因而治理重金属污染这项工作就显得十分重要而且迫在眉陡 了。 然而到 1 前
为止 , 「! ,外对此问题的研究除改 一革工艺及控制排放等措施外 , 尚无 切实可行方法 。 因而
治理 重金属污染问题尚属探索阶段 , 对于探索性的问题 , 其每一解决该问题具有积极倾
向的步骤 , 都应受到足够的重视 。 本文就是基于这种观点 , 仅以金属锅的研究为例对如
何治理重金属污染问题提供一点线索 。
环境中屯金属污染的治理不同于一般有机污染的治理 。 因其不具备 .丁降解性 , 从而
为问题的解决带来了困难 , 理化方法固然可取 , 然而生物处理作为理化处理的补允或 子
找到一条生 物处理途经 却具有特殊意义 . 低等植物藻类可取材于自然水体 , 而又易于培
养 , 繁殖快 , 因其具 -{J 如此多的优点 , 从发展的角度看 , 无论从经济上或从工艺上讲 ,
都较其它 方法优越 。 关于高等或 多细胞低 等植物对 重金 属的 吸收 , 曾有过详细的综
述 . 〔1〕 l厄一单细 胞藻类 较高等或 低等多细胞植物有着不可比拟的优点 . 本文试就栅藻
衣藻在含福培养液中所呈现的状况来探讨其吸收锡的能力 .
一 、 实验方法
峨
1
. 实验材料的培养
实验 J}J的藻利,为 : 绿藻门 ( C h l e r o p h 3厂 t a ) 、 绿藻纲 ( C l o r o p h少e e a e ) 、 I不· l藻 11
( v
o l v o e a l e s )
、 衣藻 )lj ; ( C h l a m y d o m o n a s ) 和绿藻 Ll ( C h o l o r o c o e c a l e s ) 、 栅藻科
( s
e e n e d e s m a e e a e )
、 栅藻属 ( S c e n e d e s m o s ) `} , 的藻类 , 采 一’ 1一仃湖公 l闷热 , }{李鱼养殖
池 , 取回后月1 1 0 l/ 0 的仁1菜汁培养液在培养架上用 日光灯问歇照射培养 , 温度保持在
2 0
’
C左右 , 照度达 1 5 0 0 L u X , 培养液 p H 保持在 6 . 8 、 7 . 0之问 .
2
. 毒性实验方法
) }16 个一o o o m l J行养缸 , 分别 )] 11入 s o o m 1B e je r i e k培养液〔2 〕, 再 分别加人窝度约 6 8 7个
/ m l的藻 ; l交1 6 o ln l , f吏少台养液密度达 2 0 0个 / m l左右 , 设一只、】J!(龙乡}l , J仁佘的分另IJ )Jl一入 叮` I司
浓度 的俩 i浅 ( ; }IC d ( N o 。 ) : 配成 ) , 使培养缸 ` I,捅浓度 分别为 : 0 . 18 ; 1 . 5 9 ; 3 . 1。 ;
了. 1 2件g /m l , 然后置培养缸 于培养架上 . 加福后立即取样一次 , 作为 。 小时 ( 即原始液
一 4 5 一
浓度 ), 然后在 4 , 8 , 12 , 24 小时时分别取样 , 每次取样 20 m l .
3
. 样品处理
i
、 将取出液倒入离心管中 , 置于80 0型离心机中 , 以 150 畴打分的速度 , 离心 20 分
钟 , 停止离心后 , 将上清液移入预先用稀硝酸洗过的 试管中 , 置于冰箱保存 , 弃去下层
藻体 。
i
、 将上述保存液 15 m l置于分液漏斗中 , 同时加入 Zm l H C C I 。 , 振荡萃取 , 静置分
层 .
F
、 将有机层收集于另外试管中 , 同时加入 Zm l 蒸馏水 , 用 H C I调 P H到 , 振荡 ,
对福进行反萃取 , 静置分层 。
4
. 样品浏定
经上述处理后的样品用火焰原子吸收分光光度法直接测定各样品 `} ,福含量 。
测试条件 :
灯 电流 ( I ) ; 4 : 波长 ( 入 ) : 2 2 5 8 增益粗调 : 2 ; 燃助比 : 1 : 7
门
.
二 、 结果与分析
本实验历经 4 8小时 , 在指定的时间定时取样 , 经原子吸收分光光度法测定 , 其结果
归于表一 。 根据实验结果分析如下 :
表一 在不同时间样液中C d 十 十浓度
. .目. . . . . . . . . .曰 .归 . 侧 . . 口 . . . . , , . , . . .
、
}户 J 十 十 未公 一浓度 .
( 件g /m l )
取宇羊时间 ( 时 )
0
4
编 L J与
8 1
了1
)
: , 2
6
。
9 5
.
1
. 处理液中锦浓度变化与时间的关系
图一 、 !冬! _ 1分别是第 l 、 2 两组在不同时间内处理液福含址的变化情况 。
从图 ` l , , If以看 11; , 在前1 2小 {l寸内 , 福浓度随着处理时 I司的延 长角J减 小 ; 一2 小 I{、J J.亏,
俪浓度 义随 {JJ` }l吐的延续而 (J 所增加 。
从 上述可以肴出 ,栅藻 、 衣藻对重金 .)4 确有吸收作川 , 而这种吸收是 r J` 限度的 , 存心
`求 .
卜
,l 丁一犷一犷气芯—一一一弃 蕊
图二 第二组 C d 十 + 浓度随时问的变化曲线
图一 第一组 C d 十 斗浓度随时间的变化曲线
,
着饱和点 , 这表现在 1 2小时时处理液 : }; 福含量出现的最低值 . 从而推断出栅藻和衣藻对
锅的吸收处于最大吸收高峰 。 当藻达到最大吸收高峰后 , 会随时间的延 长而逐渐释放一
些铜 , 然而 释放的速率却远不及吸收时的大 .
2
. 不同原始浓度的 C d + +对蕊吸收能力的影晌
在所得结果的最大吸收高峰处 , 按公式 :
N i 一 〔(X i一 X i 1 2 ) / X i 〕 X 1 0 0肠
其 ,! , : N i . C d + + 的减少率 ;
xj
: 各组原始锅浓度 ;
x i 1 2
: 各组培养 1 2小时时锅浓度 ;
计算出各组的 C d + 十减少率 , 列图表如下 :
睁
表二 最大吸收高峰时C d 十 + 的减少率
组号 (
X i
N i
鱿
苦 I
.
图三 最大吸收高峰时 C少 十减少率曲线
从图二石出 : 藻体培 养液的C少 ` 原始浓度越高 , 在达到址大吸 :}父高峰时锅的减少率
越低 。 曾有人研究 J’l 馆曰对小球藻生 长的形响 , 并指出一定浓度的 I一绝会给小球藻带来生
长停滞期 , 浓度 冉高时 ,汀引起藻生 长的完全抑制 〔3〕. 从图二 也可肴出高丫久)留的 C少 ` 对
衣藻 、 栅藻 也引起抑制作川 , 反映到 C d 千 十的减少率 _卜也就越小 。 这给 j几我们这样一点启
示 , 那就是找到特异性谏种对 J 在特定情况 一 :1处理某种 工金属的污染具 台 ! 分巫生的怠
义 。
3
.在起始 1 2小时内 , C d 十 十含 t 减少与时间的相关性
从 仁述分析看出藻对 C d + ` 的吸收存在着最大吸收高峰 , 然而从开始到最大吸收高峰
这一段时间内 , C d + 牛浓度的减少和时间的延长是否相关呢 ? 由公式 :
t 一 r 、 / N 二 3 /了 l 一 r Z 及 r 一 (艺 ( x 一 x ) (卜 , ) )夕 : ( x 一 x ) 之; 乏 (卜 y ) ` -
其中 : x : 取样时间 ,
x : 0一 1 2小时取样时间的平均值 ,
y : C +d
+ 的减少量 ,
y : 。一 1 2小时 C d ` + 减少量平均值 ,
N
: 频数 .
计算相关系数 , 并将计算结果例于表三
司
表三 各组 C +d + 浓度随时间减少 t 值表
… 2 .
3
.
16 3 5 2
.
61 5 2 1
.
6 2 12 1
.
77 7 6
. . . . . . . . ` . . 白 . . . . . . . . `一一一
-
一 一 ~ ~
-
. . . . . . . ` 曰 . . . . . . . . . 曰 . . . . . . . . 口曰 . . . .
从 F i s h e r表中查 得 t ( 0 . 0 5 , N 一 2 ) = 2 . 7 0 6与上表所例各 t 位比较得出 : l 、 2 两
组 C d 率 + 的减少与时间的延长正相关是显著的 , 并且第一组 ( 原始浓度小的 ) 比第二组
( 原始浓度较大的 ) 更为显著 . 且第三 、 四两组用该方法测定结果甚至不相关 .
三 、 小结与讨论
1
. 从本实验的结果与分析中可以得到以 _ L三种值得注意的结论 :
1
. 栅藻和衣藻在含 C d 十 ` 污水中确有净化作用 , 至小可以暂缓重金属C d ` 十对水体的
污染 。
11
. 栅藻和衣藻棍合藻体对水中 C d + 十 的 去除有一定限度 , 这与水 , 1, C d 十 ` 的原始浓
度有关 。 每一种藻山于 J红生理 活动及其体内积累重金属能力的不 同 , 所表现出的最大吸
收高峰的时间亦不相同 . 栅藻和衣藻棍合藻体对水中 C+d 十吸收的最大高峰时 hIJ 在 12小时 .
1 1
. 藻对水中重金属的吸收 , 当达到最大吸收高峰后 , 还随时间的延续而释放一
部分 , 但释放 .速率却远不及吸收速率大 .
从上述看出 , 栅藻和衣藻混合藻体在水中C d ’ 十的积聚转移方而起右一定作用 .
2
. 本实验完全是在培养柜中进行的 , 选用 日光灯为光源 , 照度 Z 0 0 0 L u x , 虽昼开
夜闭问歇照 _射 , 却远不及 自然条件 , 加之通风不 良 , 因而在实验进行中 , 肯定会形响藻
的祈陈代咐速率 , 所以没有充分发挥出藻应具有的实际能力 . 换言之 , 藻对 去除污水中
的重金属共有巨大的潜力 .
3
. 关于络合物的讨论 :
在实验 ` ! , , 我们对足 一否存在 C d + 十的络合态物质或 C d ’ 十进入藻体 内足台又 以络合态波
月
自
放出的问题进行了探讨 , 其方法是用三氯甲烷萃取溶液中的络合物 , 再用酸把络合物破
坏掉 , 再用无离子水迸行反萃取 , 测定其 C d + 十含量 . 现将结果例于表四 :
表四 反萃取液中C d 十 + 含量
\令 ·认度 二 , { ·
( 卜 g /m ` ) `乡 一 ’ “ { “ { 4取样时间 ( 时 ) … 一 }
0
.
0 3 0
.
0 5
0
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0 4
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0
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8 9
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0
.
2 1
0
.
11
味
从 友四可以看出下述结果 , 在 4小时出现络合态 C d 十 + 一含 }L七的高峰 , 随后随 朴处理时间
的延长 ,络合态 C d 十 + 急剧减少 。根据这样结果作如下推断也是不无道理的 。在 4小时时山于
重金属C d + + 的刚刚介入引起藻体本身代谢的停滞 , 这样 C d 十 千得以和培养液中的原始存在
的络合剂络合 , 而使褂培养液中络合态 C d 卜 十含虽达到高峰 , 而藻首先吸入络合态的C d + 十 ,
这样经一段适应后 , 藻体又恢复 J ’ 正常的生理代谢 , 因而大量吸入络合态 C d 十 十 进入体
内 , 致使溶液中络合态 C少 干含址大大减少 , 表现在 8小时时反萃取液中C d ` 十的突然降低 .
另外 , 藻体排出 C d 干 牛是以络合物形态排 出的这一设想 ,至少不能给于 肯定 .
4
. 栅藻 、 衣藻对 C d + 十耐受性的讨论 :
为了确定栅藻 、 衣藻何者是 C d 十 + 的耐受种 ,我们对 。小时及 4 8小时培养液中藻体种
类组成进行了镜检 , 结果农明 : 在 O小时时本来是衣藻占优势的藻体组成 , 到 48 小时时
却被栅藻的绝对优势所取代 , 并且 48 小时时即使有少量的衣 藻也失去 了原有的 活力 .
这一结果说 明栅藻是 C d + 的耐受种 。
5
. 关于藻 类吸收重金属 C d 十 + 的一些 设想 :
藻类有 机体 内富 集亚 金属 的机理 方 而问 题有很 多人通 过不 卜d途径作 了讨论 .
p e t e r s o n p
.
J
.
( 1 9 7 1 ) 归纳了三 z从: ( l ) 了J毒少。索从细胞中步11: j示或部分排斥 ; ( 2 )
受到细胞壁 的限制 , 被细胞壁粘合 ; ( 3 ) 元素进入细胞被代谢 。 金 属硫蛋白 ( M T )
的研究表明 〔们 : 金 属硫蛋自和类金属硫蛋 白对重金属在生物体内贮存 , 传递和毒性解
除可能起着重要作川 , 生物体内的重金属含址达到一定浓度时 , 重金属在生物体内可诱
导合成金属硫蛋白或类金属硫蛋 自 。 A . lr . 维若格拉多人 ( 1 9 49 ) 指出植物聚积化学元素
两种情况 : ( 1 ) 山于某地区环境中儿索含员高 , 该区域全部有机体中该 化学元素的含
址均高 , ( 2 ) 某种有机体 ( 通常一个属 ) 能特别聚集某种化学元索 . 综合大家对各方
面的研究 , 对藻类吸收并积累重金属的机理 , 可作如下似设 ; 随着 培养液 ,卜C d 十 + 浓度增
高 ,细胞壁上吸附的 C d + + 也随之增多 , 当达到一定虽时 , 开始进入细胞 , 刚进入细胞的
(
一卜转 29 页 )
一 4 9 一
〔5 〕 B jo r t h, A i f a n d E k l u n d , G o r a n : A n a l a b s t r . ,
V o l
.
3 7
, 火 . 4 , 4 2 2 , 1 9 7 9
〔6 〕 B e jo y S . D a s e t a l . , A n a l . C h e m , V o l . 5 0 , ( 7 ) 1 9 7 5 , 9 6 7
〔 7 〕 M a r 少e A n n e F o x e t a l . , A n a l C h e m . , V o l . 4 s , ( 7 ) , 10 7 6 , 9 9 2
〔8 〕 J · C h r o m a t o g r . , 一7 0 , ( 7 9 ) 14 7 、 25 6
〔 9 〕 《 B a s i c L I P u i d C h r o m a t o g r a p h y 》 , b y E d认二 r d L . J o l n s o n a n d R o 七e r t
S t e v e n s o n
.
19 7 8
,
P 2 0 8
,
P 2 1 2
〔1 0〕 《 分析化学 》 南京药学院主编 , 人民卫生出版社 . 1 9 7 9 , P 3 8 3 。
C d
+ +
( 上接 49 页 )
很可能与蛋自质的极性基 团相结合 ,从而影响其功能 , 这表现在生长的停滞现象 .
由于任何生物都有对环境改变的适应能力 ( 改变机体的某些结构或合成了新的物质 ) ,
因而很可能在藻体内合成了金属硫蛋白酶或类金属硫蛋白酶或者 J七它物质 , 从而结合重
金属 , 使其减毒 , 因而藻类又恢复了正常代谢阶段 。 由于某种 {J 机体能特别聚积某种
元素 , 因而表现出不 同有机体对不同元素的适应力不同 , 以本实验的结果 l丁以看出栅藻
对 C d + + 的忍耐力最强 。 因而可以称栅藻是 C d 十 十的耐受性种类 .
综上所述看出利用藻类净化重金属污染的污水 , 其前景是可观的 , 并且有待进一步
研究。
参 考 文 献
1
. 《 植物对金属元素的吸收积累及忍耐变异 》
孙令韶 环境科学 8 3年 l 期 6 5 贝
2
. 《 C u l t u r e M e t h : d s & G r o w t h M e a s u r e m e n t s 》
E d i t e d b y J a n e t R
.
S t e i n
3
. 《 衣藻在含 H g + 十培养基上的生 长 》 D a vi d B e n一 B as sa t `1“ 国科学院图书馆译
环境保护资料汇编 7 5年 2 期 6 5页
4
. 《 金属硫蛋白的研究概况及其与环境科学的关系 》
刘发义 「! ,囚环境科学 8 2 . 72 一 7刁
本实验足在林碧琴副教授和尚德隆老师的直接指导下完成的 .