多环芳烃对藻类的影响

摘 要：主要进行多环芳烃对藻类影响研究的概述，包括多环芳烃对藻类生长、抗氧化系统和光合系统的影响，藻类对多环芳烃的富集和降解作用，以及藻类对多环芳烃的代谢作用等方面内容。

关键词：多环芳烃；藻类；毒性效应

中图分类号：X52 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.05.019

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是指分子中含有2个或2个以上苯环的碳氢化合物，分为芳香稠环型及芳香非稠环型2大类。其中，芳香稠环型PAHs分子中，相邻的苯环至少有2个共用的碳原子，如萘（Nap）、蒽（An）、菲（Phe）、芘（Pyr）、苯并[a]芘（Bap）等，而芳香非稠环型PAHs分子中相邻的苯环之间只有一个碳原子相连，如联苯、三联苯等[1]。多环芳烃是目前环境中普遍存在的污染物质，为持久性有机污染物（persistent organic pollutants，POPs）之一。多环芳烃大多是石油、煤等化石燃料，含碳氢化合物的物质（木材、天然气、汽油、重油、有机高分子化合物、纸张、作物秸秆、烟草等）经不完全燃烧或在还原性气氛中经热分解而生成的。多环芳烃对生物及人类的毒害效应，主要表现为参与生命体代谢作用，进而产生致癌、致畸、致突变等毒性效应和生物难降解的特性。而环境中多环芳烃的主要来源，主要是人类活动所为。

随着现代工业的迅速发展，越来越多的有毒有机化学物质通过工业和生活污水排放入海，对生态系统构成了极大威胁。尤其是持久性有毒有机污染物对环境的潜在风险极高，迫切需要开展相应的环境风险评价工作。因此，运用水生生物为受试对象的毒性试验研究，在评价化学品的环境效应方面，具有重要的作用[2]。藻类作为水环境中主要的初级生产者，对整个生态系统的平衡和稳定起着十分重要的作用。在水生生态毒理学研究中，藻类能对环境变化做出快速响应，并通过食物链传递，对更高营养级的生物产生影响。由于藻类测试具有敏感性高、速度快和费用低的优点，在污染物急性毒性试验中，藻类也被视为理想的受试生物[3]。当藻类受到多环芳烃等持久性有机污染物的影响，也许会导致以藻类为食的水生动物的病变，可能会影响整个水产养殖产业的发展，甚至由于食物链的传递，影响人类的健康。所以，研究多环芳烃等持久性有机污染物对藻类的影响，对于水产养殖和生态环境都具有重要的意义。

笔者主要对多环芳烃对藻类的影响进行概述。现有研究中，多环芳烃对藻类的影响，主要集中在多环芳烃对藻类生长、抗氧化系统和光合系统的影响，藻类对多环芳烃的富集和降解作用，以及藻类对多环芳烃的代谢作用等方面。

1 PAHs对藻类生长的影响

王亚等[4]研究指出，随着培养液蒽浓度的逐渐提高，米氏凯伦藻的生长量越来越小，抑制作用越加明显，而蒽对米氏凯伦藻的兴奋效应不是很明显。这可能是由于蒽破坏了米氏凯伦藻的细胞结构，影响其光合色素含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性，从而降低了其光合作用强度，使藻类生长受到抑制[5]。王丽平等[6]采用静态试验方法，研究出荧蒽对中肋骨条藻（Skeletonema costatum）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的72 h-EC50值分别为（18±2.9） μg·L-1和（103±9.1）μg·L-1，证明荧蒽能抑制中肋骨条藻和三角褐指藻的生长。洪有为和袁东星[7]发现高浓度的荧蒽能抑制中肋骨条藻（Skeletonema costatum）和菱形藻（Nitzschia sp.）的生长及细胞分裂。

2 PAHs对藻类抗氧化系统的影响

在正常环境条件下，植物体内活性氧的产生和清除维持动态平衡。然而，在逆境条件下，动态平衡将被打破。植物体内的抗氧化系统是决定植物细胞对氧化胁迫抗性的关键因素，它能清除体内的活性氧和膜脂过氧化所产生的有毒产物，以利于植物在逆境中的生存。当藻类受到胁迫时，会影响微藻体内的活性氧代谢系统的平衡，使微藻体内的活性氧清除能力下降，引起微藻体内活性氧的大量产生和积累，如超氧自由基、氢氧自由基、单态氧、过氧化氢等。由于这些自由基的性质非常活跃，能对生物体的膜系统产生危害，进而抑制藻类的生长[8]。Aksmann A等[9]研究了不同有效光合辐射（PAR）和二氧化碳（CO2）水平条件下，蒽和菲对绿藻（Scenedesmus armatus）生长、光合作用及SOD活性的影响。于娟等[8]指出随着蒽浓度的增加，小新月菱形藻和亚心形扁藻的非酶性系统中的类胡萝卜素（CAR）和还原型谷胱甘肽（GSH）含量下降，酶性系统的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性也下降。当加入抗氧化剂GSH时，蒽对两种海洋微藻的伤害作用得以缓解。这说明，蒽使海洋微藻的抗氧化系统破坏，影响体内活性氧产生与清除的平衡，加剧膜脂过氧化作用，对藻的膜系统产生伤害。王丽平等[6]指出荧蒽的暴露浓度和胁迫时间对中肋骨条藻细胞的超氧化物歧化酶（SOD）没有明显影响，对三角褐指藻细胞的SOD也没有明显影响，只在短期暴露时间内（36 h）明显升高，而后又恢复至原始水平；但是，荧蒽对这两种海洋硅藻细胞的丙二醛（MDA）含量都有明显影响，表明荧蒽胁迫明显增强了两种海洋硅藻细胞的膜脂质过氧化作用，可能会对藻细胞膜的功能产生一定的影响。吕建涛等[10]研究表明赤潮异弯藻的类胡萝卜素对菲、芘和蒽的毒性最敏感，而在这3种多环芳烃中，菲对赤潮微藻类胡萝卜素的降解作用最大。

3 PAHs对藻类光合系统的影响

光合作用是植物赖以生存的重要能量来源，所以，光合系统能否正常运作，直接关系藻类的生存。关于多环芳烃（PAHs）对藻类光合系统的影响，现有研究还较少。田继远等[11]提出，随着蒽浓度的不断升高，2种海洋微藻（小新月菱形藻、亚心形扁藻）的叶绿素a（Chla）和类胡萝卜素（Caro）含量稍有所下降，这可能是因为蒽能破坏叶绿体质膜和叶绿素分子，从而抑制希尔反应，破坏光合系统Ⅱ，使得叶绿体光系统Ⅱ电子传递活性下降的原因。何艺等[12]试验结果表明，荧蒽显著促进了披针舟形藻的光能转化效率、电子传递活性、碳同化反应强度和实际光合效率，但对其PSⅡ反应中心的热耗散能力及潜在的最大光合能力则无显著影响。结合荧蒽对披针舟形藻生长的抑制效应，可推测荧蒽尽管能抑制藻细胞的分裂，但对其单个细胞的光合效率不仅没有抑制反而还有促进作用。这可能是因为荧蒽在抑制藻类生长的同时促进膜脂质过氧化而干扰其代谢，因藻体光合系统的自我保护能力而没有表现出对光合作用的抑制，反而产生促进作用。

4 藻类对多环芳烃的富集和降解

藻类能通过吸附、吸收、富集和降解等过程去除多环芳烃，且不同的种类对多环芳烃及其转化产物的降解能力不同。洪有为等[13]发现中肋骨条藻和菱形藻可快速地吸附菲和荧蒽，随着培养时间的延长，培养液中的菲和荧蒽的含量呈逐渐下降的趋势。Lei等[14]研究表明，在7 d培养内，两种淡水微藻Selenastrum capricornutum和Chlorella vulgaris可将培养液中48%～78%的荧蒽和芘移除。Kirso U等[15]研究了褐藻、红藻、绿藻以及轮藻中的几种代表种对苯并芘（Benzo [a] pyrene）的生物富集和迁移转化，该研究表明藻类对苯并芘的富集水平和迁移转化能力存在物种特异性，并且藻类对致癌性PAHs在环境中的归处具有重要作用。

5 藻类对多环芳烃的代谢作用

目前，有关藻类对多环芳烃的代谢过程的研究还比较少。有研究者推测，藻类对多环芳烃的代谢与细菌代谢多环芳烃的方式类似[15]。Kirso等[15]研究证明绿藻能代谢溶液中59.6%的苯并芘，轮藻能降解42.1%，而褐藻只能代谢4.2%。在试验初期能检测到二醇、苯醌、酚等氧化产物，但试验后期不能检测到这些产物。绿藻在金色光照射下能将苯并芘代谢为二氢二醇-苯并芘，而在白光照射下的代谢产物是二氢二醇-苯并芘和苯醌的混合物，但绿藻、黄藻、蓝绿藻根本不能代谢苯并芘。该研究进而表明，不是所有的藻类都能对所有多环芳烃进行代谢活动。同时，Kirso等[15]还使用加入相应酶抑制剂的方法，证明了邻二酚氧化酶、过氧化物酶（POD）以及细胞色素酶P450在绿藻对苯并芘的氧化降解过程中起到了重要作用。

6 其 他

除以上影响外，还有报道指出UV-B辐射导致多环芳烃对藻类产生光敏毒性效应[4，16-18]，多环芳烃导致藻体内DNA损伤[16]等。

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