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不同老化方式的聚苯乙烯微塑料对木犀草素抑藻抑毒效果的影响及机制

张明霞

不同老化方式的聚苯乙烯微塑料对木犀草素抑藻抑毒效果的影响及机制

张明霞1
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作者信息

  • 1. 中国农业大学
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摘要

全球气候变暖与水体富营养化诱导微囊藻主导的蓝藻水华(Microcystis-dominantcyanobacterialblooms,MCBs)持续暴发且愈演愈烈,严重威胁水生生物多样性甚至引起水生态系统退化,其中产毒微囊藻释放的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)进一步恶化水质,危及水生生物和人类健康。植物源黄酮类化感物质——木犀草素,被证实具有良好的抑藻抑毒特性,具备控制MCBs和MCs污染的应用前景。随着微塑料(Microplastics,MPs)在淡水环境中广泛分布,常与MCBs时空共存。因此,MPs与微囊藻的相互作用可能会干扰微囊藻抗性从而影响化感物质(如木犀草素)对微囊藻的杀藻效果。本研究使用平均粒度约75μm的聚苯乙烯微塑料(PS-MPs),展开为期16天的培养实验,从MPs的不同老化类型视角出发,揭示原始与不同老化方式的PS-MPs分别对低水平(5mg/L)和高水平(10mg/L)的木犀草素抑制产毒微囊藻细胞生长和生理代谢的影响。结果显示: (1)低浓度和中浓度(0.5-5mg/L)的不同老化方式的PS-MPs可分别在8天内和16天内削弱低水平(5mg/L)木犀草素对细胞生长的抑制效应,但削弱程度随老化方式的不同而存在差异:原始PS-MPs在低浓度下削弱效果好,光老化在中浓度下削弱效果好,但并未引起胞外藻毒素(ExtracellularMCscontent,EMC)的过量释放。 (2)高浓度(50mg/L)的不同老化方式的PS-MPs可在16天内增强低水平木犀草素的抑藻效应。尤其是湿热老化PS-MPs的增强作用最显著,同时极大增强了对EMC的抑制。因而,采用化感抑藻时,化感物质(如木犀草素)浓度控制在较低水平,可获得高“性价比”的抑藻效果。 (3)无论老化与否,PS-MPs均可削弱高水平(10mg/L)木犀草素的抑藻效应,其中湿热老化的PS-MPs在低浓度时的削弱作用最强,光老化PS-MPs在中浓度时的削弱作用最强,高浓度时湿热老化PS-MPs在11天前削弱作用最强,而后被光老化取代。 (4)机制分析表明,不同老化方式的PS-MPs通过上调/下调与光合作用和氮素获取能力有关基因的表达,从而增强/减弱了细胞抗氧化防御能力,促进/抑制了藻毒素、胞外聚合物的合成,进而导致木犀草素的杀藻效应增强/削弱。 本研究指导评价不同老化方式和浓度的MPs污染对木犀草素控制MCBs和消除MCs污染的化感作用杀藻效果的影响,具有重要的环境意义。

关键词

水体富营养化/微塑料/木犀草素/微囊藻毒素/基因表达/胞外聚合物

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授予学位

硕士

学科专业

资源利用与植物保护

导师

李洁明

学位年度

2023

学位授予单位

中国农业大学

语种

中文

中图分类号

R5
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