全 文 ：文章编号:1005-376X(2006)03-0194-03 【论　　著】
淡水小球藻清除 Cu2+ 、Cd2+ 、Zn2+污染能力的研究
李坤 1, 2 ,李琳 3 ,王福强4 ,于增国 1 ,逯越 1 ,赵莲华 1
(1.大连大学医学院 ,辽宁 大连　116022;2.大连大学 生物有机重点实验室 ,辽宁 大连　116022;3.大连妇产
医院;4.大连水产学院 养殖系 )
　　【摘要】　用接种密度(n /m L - 1)为 498×104的淡水小球藻对含 Cu2+、Cd2+、Zn2+的水体分别处理 , 观察了藻细
胞对上述 3种离子的清除能力 ,并用金鱼存活检测了结果。结果表明:(1)淡水小球藻对不同密度的 Cu2+、Cd2+、
Zn2+都有清除能力 , Cu2+的密度在 0. 094 ～ 0. 484 mo l /L时 , 清除率为 61% ～ 84. 5%;Cd2+的密度在 0. 053 ～ 0. 32
m o l /L时 , 清除率为 45. 90% ～ 78. 20%;Zn2+的密度在 0. 077 ～ 0. 466 mo l /L时 , 清除率为 61. 80% ～ 84. 80%。 (2)
淡水小球藻 Cu2+、Cd2+和 Zn2+良好工作浓度分别为 0. 094 ～ 0. 484 m o l /L、 0. 053 ～ 0. 32 m o l /L和 0. 077 ～ 0. 466
m o l /L。其中 , Zn2+的清除能达到国家污染物排放的二级标准。
【关键词】　淡水小球藻;清除;能力;Cu2+;Cd2+;Zn2+
【中图分类号】R136. 31　　　　【文献标识码】A
Study on the removal capac ity ofChlorela vulagris of freshwater tom eta l ions
LIKun
[ 1, 2] , LI Lin3 , WANG Fu-qiang4 , YU Zeng-guo1 , LU Yue1 , ZHAO Lian-hua1
(1. M edical College, Da lian Un iversity, Dalian 116022, China;2. B ioorganic Chem istry Key Lab of Da lian, Dalian
116022, China;3. Hosptia l for Gynecology and Obstetrics ofD alian , Dalian 116021, China;4. D epartm ent of aquicu lature ,
Da lian AquicultureUn iversity, Da lian 116021, Ch ina)
【Abstract】　 The paper repo rts the remova l m eta l ions capac ity o f Ch lorela vu lagris of fre shwa ter w ith 498 ×
104 cultura l density (n /mL - 1) and the fina l re sidua l of me ta l ions by the survv ing tim e o f goldfish. Chlorela vulagris o f
freshw a te rw as cultured in 1% Kangwe i medium trea ted w ith Cu2+, Cd2+ and Zn2+ a t the concentration of 0. 094 ～ 0. 484
m o l /L. The results show ed tha t:(1)Chlorela vulagris of fre shwa ter had the remova l capac ity to the m eta l ions of Cu2+,
Cd2+ and Zn2+. And the 61% ～ 84. 5% o f Cu2+w as rem oved from the wastewa te rw ith the concentration of 0. 094 ～ 0. 484
m o l /L Cu2+;the 45. 90% ～ 78. 20% of Cd2+ w as removed from the w astew a te r w ith the concen tra tion of 0. 053 ～ 0. 32
m o l /L Cd2+;the 61. 80% ～ 84. 80% o f Zn2+ w as rem oved from the wastewa te r w ith the concentra tion o f 0. 077 ～ 0. 466
m o l /L Zn2+. (2)The effic ien t remova l concen tra tion range of Cu2+, Cd2+ and Zn2+w ere 0. 094 ～ 0. 484 m o l /L, 0. 053 ～
0. 32 mo l /L and 0. 077 ～ 0. 466 mo l /L respective ly. A fter removed from thew astew a te r, the final residua l o f 0. 466 m o l /L
of Zn2+ had reached the relessing crite rion of Ch ina.
【Keyw ords】　Ch lorela vulagris o f freshwa te r;Rem oval;Capac ity;Cu2+;Cd2+;Zn2+
　　随着重工业的飞速发展 ,我国不少水域被重金属污
染。传统的处理方法具有能量消耗大、去除不彻底 、易二
次污染等不足 ,而水中残存的重金属离子将随着生物链迁
移 、富集 ,最终会对人类健康造成威胁。单胞藻类对重金
属离子具有较强的富集能力 ,尤其适于含量较低(低于 2.
34mmol /L)的重金属离子的富集。近年来用海水单胞藻
处理近海污染已有成功的报道 ,而我国淡水水域及淡水储
备污染的现象仍很严重。因而该文尝试利用淡水小球藻
(Chlorela vulagris of freshw ater)对淡水中重金属离子
Cu
2+、Cd2+、Zn2+进行清除 ,旨在为治理陆地水域中重金属
离子提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　实验材料　所用淡水小球藻藻种为从大连地区
淡水水域中分离筛选 ,用抗生素处理无菌单株繁殖而
来 。 1‰康威营养盐由辽宁省水产研究所提供 。其中
淡水为自来水 ,存放于聚乙烯塑料桶中备用。实验用
金鱼为一周龄的同一批孵化的观赏孔雀鱼鱼苗 ,健
康 、活泼 、体长(不含尾长 )约 1. 5 cm ,实验前经筛选
和暂养 ,正式实验的前一天停止喂食 。
【收稿日期】2005-11-22
【作者简介】李坤(1972-),女 ,讲师 ,研究环境毒理学
1. 2　实验试剂　ZnSO4 7H2O (AR)、CdC l2 2. 5
H 2O(AR)、CuSO 4 H2O(AR)为国产药品 ,用无菌水
定容至 156 mmo l /L母液 ,存于容量瓶备用。康威营
养盐配方与文献 [ 1]相同。
1. 3　实验方法
1. 3. 1　藻类培养与测定　将自来水煮沸 20 m in,滤
纸封口 ,放置 24 h,配成康威淡水培养基 ,用电感耦合
等离子体发射光谱 (ICP)测定其 Cu2+、Cd2+、Zn2+浓
度分别为 1. 43×10- 5 、2. 31×10- 7、4×10- 6mmol /L。
1. 3. 2　重金属污染模型建立　将指数生长期的藻种
无菌单种培养 ,接种密度 (n /mL -1)为 498×104 ,分别
加入 Cu2+、Cd2+、Zn2+,其浓度范围为 0. 004 ～ 0. 625
mmo l /L,各处理组均用三角瓶 ,培养液 10 L,在 20 ～
25℃, 30001x, 11 h∶13 h ,光暗周期下振荡培养 ,每日
随机调换培养瓶位置 ,各隔 2 d测一次生物量 ,在显
微镜下放大 400倍 ,用血球计数板计数 ,至第 10天 ,
检测其生物量(n /mL -1)。
1. 3. 3　金鱼存活测试　根据 1. 3. 2培养至 10 d ,
4 000 r /m in离心 20 m in,取去藻培养液 ,按照文献
[ 2] ,分别在浓度最大的去藻培养液中投放 10尾孔雀
金鱼 ,饲养温度在 23 ～ 25℃,容器为 10 L玻璃缸 ,记
录金鱼平均存活时间 。
194 Chinese Jou rnal o fM icroeco logy, June 2006, Vol.18 No.3DOI牶牨牥牣牨牫牫牳牨牤j牣cnki牣cjm牣牪牥牥牰牣牥牫牣牥牨牬
1. 3. 4　藻细胞对重金属离子的清除实验　根据
1. 3. 2培养至第 10天 , 4 000 r /m in离心 20 m in,取去
藻培养液 ,用 ICP测定重金属离子的浓度 (mmo l /L)。
2　结果和讨论
2. 1　单胞藻清除重金属离子过程中生物量变化　单
胞藻在清除 3种重金属离子的过程中 ,藻细胞的数量
均减少 ,且在重金属离子浓度高的水体中 ,藻细胞数
量急剧减少 (图 1)。 Cu2 +的浓度在 0. 094 ～ 0. 484
mo l /L时 ,藻细胞数量为 1 310 ～ 35万个 /m l,超过
图 1　淡水小球藻清除(c /mmo1L - 1)
重金属离子过程中生物量变化
0. 484mo l /L时藻细胞数量极少 ,观察到藻细胞大量
破碎呈碎末状 (图 1, a);Cd2 +的浓度在 0.053 ～ 0.32
mmo l /L,藻细胞数量为 1 678 ～ 70万 r /m l,超过 0.32
mmo l /L时藻细胞数量极少 (图 1 , b);Zn2+的浓度在
0. 077 ～ 0. 466 mo l /L,藻细胞数量为 1 165 ～ 875万
个 /m l(图 1, c)。
2. 2　金鱼存活测试　用单胞藻清除 Cu2+和 Zn2+后
的水体中 ,金鱼的存活时间增加了 21. 42 ～ 172. 1倍 ,
可见单胞藻清除 Cu2+和 Zn2+效果较好;用单胞藻清
除 Cd2+后的水体中 , 金鱼的存活时间增加了 1. 05
倍 ,认为是单胞藻对 Cd2 +的清除效果稍差的原因 。
图 2　淡水小球藻去除重金属离子(c /mmo1L- 1)作用(培养 10 d)
表 1　清除重金属离子(c /mmo lL - 1)后的上清液中金鱼的存活测试
离子 浓度(mmo l /L) 处理前鱼生存时间(h) 处理后鱼生存时间(h) 处理后生存时间 /处理前生存时间
Cu2+ 0. 484 2. 33 401. 1 172. 1
Zn2+ 0. 466 24. 6 527. 1 21. 42
Cd2+ 0. 32　 24. 1 25. 33 　 1. 05
对照组 - >1704 -
2. 3　淡水小球藻清除重金属离子能力　单胞藻对中
等程度的不同浓度的重金属离子污染都有清除能力 ,
与文献 [ 3, 4]一致 (图 2)。其中 , Cu2 +的浓度在
0. 094 ～ 0. 484 mol /L时 ,清除率在 61% ～ 84. 5%,上
清液离子残留量在 0. 037 ～ 0. 075mo l /L(图 2, a);Cd2+
的浓度在 0. 053 ～ 0. 32mol /L时 ,清除率在 35. 90% ～
78. 20%,上清液离子残留量在 0. 047 ～ 0. 068 mol /L
(图 2, b);Zn2+的浓度在 0. 077 ～ 0. 466 mo l /L时 ,清
除率在 61. 80% ～ 48. 80%,上清液离子残留量在 0.
031 ～ 0. 071mo l /L(图 2, c)。
可见 ,随着 3种重金属离子的浓度增加 ,水体中
离子清除率增加 ,但上清液离子残留量也增加。其
中 , Cu2+的浓度超过 0. 484 mo l /L时 , Cd2+的浓度超
过 0. 32 mol /L时 ,藻细胞大量破碎 ,藻细胞数量较
少 ,因而认为该浓度较接近藻细胞的上限生物清除能
力 。
3种重金属离子的浓度较低时 ,离子清除率随之
降低 ,清除不彻底 。其中 Zn2 +的浓度为 0. 466 mo l /L
时 ,残留量为 0. 071mo l /L,已达到我国的第二类污染
物最高允许排放浓度的二级标准 (文献 [ 2] );但
Cu
2+和 Cd2+的浓度为 0. 094mo l /L和 0. 068mol /L时 ,残
留量分别为 0. 075mo l /L和 0. 037mo l /L, (下转第 198页)
195中国微生态学杂志　2006年 6月第 18卷第 3期
等检测了法国当地的 49株肠杆菌的整合子分布 ,
59%含有整合子 [ 3] 。中国台湾 CHANG等对 104份
大肠埃希菌检测发现 52%的菌株整合子阳性 [ 4] 。西
欧一作者报道在 43%的肠杆菌科细菌中有整合子结
构存在 [ 5] 。实验中收集的 86株菌中 Ⅰ类整合子检出
率平均为 46. 5%,与报道一致。 Ⅱ类整合子阳性率
为 8. 1%,其中克雷伯菌 Ⅰ类 、Ⅱ类整合子检出率最
高分别为 89%和 22%, Ⅰ类整合子在革兰阴性杆菌
中广泛分布 、检出率最高。其原因可能与本地区抗生
素使用情况 、患者长期住院 、机体免疫力降低 ,导致条
件致病菌感染机会增多有关。
3. 2　整合子是耐药基因扩增的一种新机制 ,在整合
酶的催化下 ,于 59 bp的特定位点上识别并整合耐药
基因盒 , 1个整合子可捕获多个基因盒 ,表达对不同
抗菌药物的多重耐药性 ,并且整合子属可移动基因元
件 ,参与耐药性在细菌中传递 ,故多重耐药性与整合
子相关 。实验研究的 86株临床常见致感染菌 ,与无
整合子的细菌相比 ,这些细菌易表现对 β-内酰胺类 、
氯霉素 、喹诺酮类 、氨基糖苷类药物的多重耐药性 。
从表 3可以看出 ,多重耐药性的克雷伯菌属 、沙雷菌
属 、埃希菌属 ,其耐药率高的 ,整合子阳性率也随之增
高 ,分别为 89%、75%和 64%。革兰阴性杆菌多为条
件致病菌 ,其耐药机制主要为产生灭活酶 ,整合子参
与这些酶在细菌间的水平传播。对 β-内酰胺类 、氯
霉素 、喹诺酮类 、氨基糖苷类药物耐药预示着整合子
的存在 。说明整合子的存在与细菌的耐药性有密切
关系。
3. 3　整合子为细菌提供了一种适应抗生素环境压力
的策略 。 JONES等调查来自 9个国家的 13种革兰阴
性菌 163株 , 42%菌株含有整合子 ,有的甚至多种整
合子共存。我们研究的 86株临床常见致感染菌中 ,
有 6株革兰阴性菌同时检测出 Ⅰ类和 Ⅱ类整合子 。
可能是在抗生素选择压力下 ,整合子不断进化 ,产生
新的耐药形式 。广泛使用抗生素所造成的选择压力
是诱导细菌耐药产生和维持的主要动力 ,整合子在医
院内细菌中的播散导致多重耐药性应引起足够的重
视 ,因此 ,要合理联合用药 ,避免抗菌药的滥用。同时
在实践中 ,通过对整合子的研究 ,对耐药基因的解析 ,
建立快速诊断细菌耐药性的检测方法 ,为新药的开发
和临床诊断提供一个新途径 。
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(上接第 195页)
未达到国家排放标准 。因而认为该浓度接近藻细胞
的下限生物清除能力 。重金属离子的浓度较低时 ,离
子清除随之较低 ,这可能与毒害胁迫下的生物防御有
关 。
因而认为 ,淡水小球藻生物清除 Cu2+、Cd2+和
Zn
2+的良好工作浓度分别为 0. 094 ～ 0. 484 mo l /L、
0. 053 ～ 0. 32 mol /L和 0. 077 ～ 0. 466mo l /L。
还发现 , Cu2+和 Zn2+的清除率较高 , Cd2 +的清除
率稍低 ,这可能与 Cd2+为生物非必需元素有关 ,同文
献 [ 5] 。
以上结果提示 ,用生物清除重金属离子污染的方
法 ,只有 Zn2+能达到国家污染物排放的二级标准 ,可
见即使是轻微的污染也是很难彻底清除的 。
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