環(huán)境脅迫對(duì)蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生長(zhǎng)和光合作用的影響

1、.凌 族 瑾 碩 士 學(xué) 位 論 文 答 辯 委 員 會(huì) 成 員 名 單姓姓名名職 稱(chēng)稱(chēng)單 位位備 注注周周秀 佳佳教 授授上 海 中 醫(yī) 藥 大 學(xué)學(xué)主 席席由由文 輝輝教 授授華 東 師 范 大 學(xué)學(xué)學(xué)達(dá)達(dá)良俊俊教 授授華 東 師 范 大 學(xué)*;華 東 師 范 人 學(xué) 2 00 9 屆 碩 !一學(xué) 位 論 文摘要摘要葉 綠 素 熒 光 分 析 技 術(shù) 是 一 種 以光 合 作 用 理 論 為 基 礎(chǔ) ，利 用 體 內(nèi) 葉 綠 素 作 為 天 然 探 針 ，研 究 和 探 測(cè) 植 物 光 合 生 理 狀 況 及 各 種 外 界 因 子 對(duì) 其 細(xì) 微 影 響 的 新 型 植 物 活 體 測(cè)

2、定 和 診 斷 技 術(shù) ，具 有 快 速 、靈 敏 、對(duì) 細(xì) 胞 無(wú) 損 傷 的 優(yōu) 點(diǎn) ，是 研 究 植 物 光 合 作 用 的 良好 探 針 。幾 乎 所 有 的 光 合 作 用 過(guò) 程 的 變 化 都 可 以通 過(guò) 葉 綠 素 熒 光 反 映 出 來(lái) ，而 熒 光 測(cè) 定 技 術(shù) 不 需 要 破 碎 細(xì) 胞 ，不 傷 害 生 物 體 ，因 此 通 過(guò) 研 究 葉 綠 素 熒 光 來(lái) 間 接 研 究 光 合 作 用 的 變 化 是 一種 簡(jiǎn) 便 、 快 捷 、 可 靠 的 方 法 。本 文 利 用 葉 綠 素 熒 光 技 術(shù) 研 究 了 3 種 環(huán) 境 脅 迫 ( 汞 脅 迫 、 銅 脅

3、迫 、 熱 脅 迫 ) 對(duì) 蛋 白核 小 球 藻 (c/l lorella Py re: 。ido sa )光 合 作 用 的 影 響 ， 并 結(jié) 合 了傳 統(tǒng) 的 生 物 量 指 標(biāo) 和 光 合 色 素 指 標(biāo) 研 究 了環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 小 球 藻 的 作 用 機(jī) 理 ，以期 了解 蛋 白核 小 球 藻 對(duì) 不 同 環(huán) 境 脅 迫 的 響 應(yīng) ， 為 生 物 監(jiān) 測(cè) 新 指 標(biāo) 的 探 索 提 供 科 學(xué) 的 依 據(jù) 。研 究 結(jié) 果 表 明 :1. 重 金 屬 汞 脅 迫 對(duì) 小 球 藻 的 生 長(zhǎng)有 一定 的 抑 制 作 用 ， 并 可 以 顯 著 降 低 F v/F m (最 大

4、光 化 學(xué) 量 子 產(chǎn) 量 )、 中P Sll (P Sll 有 效 量 子 產(chǎn) 量 )、 :E T R (相 對(duì) 電 子 傳 遞 速 率 )、q P (光 化 學(xué) 淬 滅 ) 等 指 標(biāo) 的 值 ，并 使 q N 和 N P Q ( 非 光 化 學(xué) 淬 滅 ) 的 值 增 加 ， 說(shuō) 明 小 球 藻 的 P Sll 光 合 活 性 受 到 汞 的 抑 制 ，并 可 以通 過(guò) 增 加 熱 耗 散 來(lái) 保 護(hù) P Sll 系 統(tǒng) 不 受 到 進(jìn) 一 步 的 傷 害 。2 . 重 金 屬 銅 對(duì) 小 球 藻 生 長(zhǎng) 的 影 響 比對(duì) 光 合 作 用 的 影 響 更 加 強(qiáng) 烈 ，這 表 現(xiàn) 在 量

5、 子 產(chǎn) 量 指 標(biāo) 對(duì) 銅 脅 迫 不 敏 感 ，只 有 在 Zm 留L 的脅 迫 下 才出 現(xiàn) 明 顯 的 下 降 ，而 銅 脅 迫 造 成 非 光 化 學(xué) 淬 滅 的 大 幅 度 上 升 ， 說(shuō) 明 小 球 藻 可 能 通 過(guò) 大 幅 度 增 加 熱 耗 散 來(lái) 維 持 P Sll 系 統(tǒng) 的 相 對(duì) 穩(wěn) 定 。3 . 熱 脅 迫 對(duì) F v/F m 、中P Sll、rE T R 的 影 響 較 大 ，達(dá) 到 臨 界 溫 度 49 OC 后 下 降 很 快 ，在 脅 迫 過(guò) 程 中 非 光 化 學(xué) 淬 滅 的 值 變 化 不 大 ，而 在 恢 復(fù) 過(guò) 程 中 該 值 上 升 4 倍 ，

6、說(shuō) 明 恢 復(fù) 過(guò) 程 中 小 球 藻 調(diào) 動(dòng) 了 防 御 機(jī) 制 盡 快 恢 復(fù) 光 合 活 性 。4 . 快 速 光 曲 線 受 到 熱 脅 迫 的 影 響 ，P m (無(wú) 光 抑 制 時(shí) 最 大 潛 在 相 對(duì) 電 子 傳 遞 速 率 )、 a (快 速 光 曲線 的 初 始 斜 率 ) 和 Ik ( 半 飽 和 光 強(qiáng) ) 下 降 ， 說(shuō) 明 小 球 藻 的 光 合 作 用 能 力 下 降 。5 .在 銅 離 子 脅 迫 下 ， 小 球 藻 對(duì) 營(yíng) 養(yǎng) 元 素 N 、 P 的 吸 收 減 少 ， 說(shuō) 明 重 金 屬 的暴 露 影 響 了 藻 類(lèi) 的 生 長(zhǎng)并 阻 礙 了 其 對(duì) 營(yíng) 養(yǎng)

7、 元 素 的 吸 收 。6 .隨 著 銅 暴 露 濃 度 的 升 高 ，小 球 藻 對(duì) 銅 離 子 的 吸 收 量 上 升 ，但 吸 收 率 直 線下 降 ，這 可 能 是 因 為 小 球 藻 通 過(guò) 某 些 調(diào) 整 和 保 護(hù) 機(jī) 制 ，阻 止 更 多 的 重 金華 東 l巾范 人 學(xué) 2 00 9 屆 碩 卜學(xué) 位 論 文摘要屬 進(jìn) 入 體 內(nèi) 。關(guān) 鍵 詞 : 蛋白核小球?yàn)?，葉綠索熒光，汞脅迫，銅脅迫，熱脅迫華 東 師 范 人 學(xué) 2 00 9 屆 傾 卜爹位 論 文 A B S T R A C TA B S T R A C TB a s e d o n th e P h o to sy

8、 n th e sis th e o ry ，e h lo ro P h y ll f lu o re se e n e e a n a y sis 15 m a k in g u se o f th e e h lo ro P h y ll in th e P la n ts a s th e n a tu ra l in d ic a to r to re se a rc h a b o u t th e P h o to sy n th e sis a n d th e in f lu e n e e o f e n v iro n m e n t o n it.It 15 a sig

9、n if ie a n t to o l to d o P h o to sy n th e s is re se a re h W ith th e a d V a n ta g e S su c h a s ra P id ，se n s itiv e a n d n o d a m a g e to th e e e lls a n d n e a rly a ll P h o to sy n th e sis P ro e e s s e a n b eillu stra te d b y th is re lia b le a n d ra P id re se a re h m e

10、 th o d .T h is P a P e r ，m a k in g u se o f th is te e h n o lo g y ，re s e a re h a b o u t th e in f lu e n e e o f 3 k in d s o fen v iro n m en tal stress (H g ， C u an d h eat)o n th e P h o to sy n th esis o f C/l /o rellaP y r en o id o s a ， w ith a e o m b in a tio n o f tra d itio n a l

11、 in d ie a to rs su e h a s b io m a ss a n d P h o to sy n th e sis P ig tn e n ts in o rd e r to u n d e rsta n d th e re sP o n se o f C h lo r e l/ a P y zn o id o s a to d if fe re n t e n v iro n m e n ta l stre ss th u s P ro v id e se ie xltif ie su P P o r t to th e e x P lo ra tio n o fn e

12、 w in d ic a to rs in b io m o n ito rin g .T h e re su lts sh o w th a t，1 . T h e H g stre s s e a n in f lu e n e e th e g r o w th o f C h lo r e lla P y r en o id o s a ，m e a n w h ile re d u e e th e F v /F m ，中 P S ll，rE T R a n d q P sig n if ie a n tly ，in c re a se th e v a lu e o f q N a

13、 n dN P Q in d ieatin g th at th e alg ae can P ro teet th e P S ll sy stem fro m furth er h armthlou gh th e in erease o f h eat d issiP ation .2 . T h e e f fe e t o f C u o n th e g r o w th o f C h lo r e lla P y r e n o id o s a 15 m u c h se r io u s th a n th eP h o to s y n th e s is ，w h ie

14、 h 15 illu stra te d th a t th e q u a n tu m y ie ld 15 n o t S e n s itiv e to th e in erease o f eo P P er ex P eet 2 m g/L . M ean w h ile，th e n o n 一P h o to ch em ical q u en eh in g in e re a s e sig n if ie a n tly u n d e r th e stre s s o f C u ，w h ie h m a in ta in th e re la tiv e sta

15、b ilityo f P S ll s y ste m .3 . H e a t stre s s re d u e e s th e F v /F m ，中 P S ll a n d rE T R to a g r e a t d e g r e e w h e n o v e r th ecritieal tem P erature . Th e q N an d N P Q rem ain stab le d u rin g th e h eat stress P ro eessb u t in c re a se b y 4 tim e s a f te r it w h ie h P

16、 ro v e s th a t th e a la g e a e tiv e th e d e f en s e m e e h a n ism to re sto re th e a e tiv ity o f P h o to s y n th e sis a f te r t he d a m a g e .4 . R aP id ligh t eu rve 15 affe cted b y th e h eat stress，w ith th e P aram eters in elu d in g P m ，a a n d Ik re d u e e d ，in d ie a t

17、in g th a t th e P h o to sy n th e sis e a P a b ility 15 d a m a g e d .5 . U n d e r th e stre s s o f C u ，th e d e m a n d f o r N a n d P 15 d e e lin e a n d th e a b so r p tio n f o r N15 m u c h m o re th a n P .華 東 夕巾范 人學(xué) 2 0 的 屆 碩 卜學(xué) 位 淪 文A B S T R A C T6 . U n d e r th e stre s s，th e a

18、 b s o r p tio n a m o u n t o f C u 15 in e re a se d w h ile th e a b s o r p tio n ra te re m a in s d e e re a se d ，w h ie h d o m e n stra te d th a t C u 15 P re v e n te d to e n te r in toeells th ro ugh th e P ro teetio n l二eeh an ism .K e y w o r d s : C/l lo rella 腳 rez:o ido sa ，eh lo r

19、o p h y ll flu o re se e n e e ， H g stress，C u stre ssh e a t stre s s華 東 師 范 人 學(xué) 200 9 屆 碩 卜學(xué) 位 論 文目錄目錄第 一章前 言 . 11 環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 微 藻 的 脅 迫 作 用 研 究 .，.，. 12 葉 綠 素 熒 光 的 產(chǎn) 生 和 原 理 . 32 .1 葉 綠 素 熒 光 的 產(chǎn) 生 .，. 32 .2葉 綠 素 熒 光 誘 導(dǎo) 曲線 .42 .3 快 速 光 響 應(yīng) 曲 線 . 63 葉 綠 素 熒 光 技 術(shù) 研 究 進(jìn) 展 .74 研 究 意 義 .，.，. 85 技 術(shù)

20、路 線 . 9第 二 章 材 料 和 方 法 . 101 實(shí) 驗(yàn) 材 料 和 儀 器 . 101.1 藻 種 選 擇 . 101.2 藻 種 培 養(yǎng) . 101.3 主 要 儀 器 設(shè)備 . ，.，.，. n2 實(shí) 驗(yàn) 脅 迫 設(shè)置 . . 112 .1 汞 脅 迫 .，.，. 1 12 .2 銅 脅 迫 . 112 .3 熱 脅 迫 .，. 123 實(shí) 驗(yàn) 方 法 .，123 .1 生 物 量 的 測(cè) 定 .，. . 123 .2 葉 綠 素 熒 光 誘 導(dǎo) 曲 線 的 測(cè) 定 .，.，. 133 .3 快 速 光 響 應(yīng) 曲線 的 測(cè) 定 . 133 .4 光 合 色 素 的 測(cè) 定 .，

21、.，.，. 133 .5 硝 態(tài) 氮 和 正 磷 酸 鹽 的 測(cè) 定 . .，. 133 .6 重 金 屬 銅 的 測(cè) 定 . .，. 14第 三 章 結(jié) 果 . 巧1汞 脅 迫 對(duì) 蛋 自 核 小 球 藻 的 影 響 .，.，二巧1.1 汞 脅 迫 對(duì) 小 球 藻 生 長(zhǎng)的 影 響 . 巧1.2 汞 脅 迫 對(duì) 蛋 白 核 小 球 藻 熒 光 參 數(shù) 的 影 響 二，.，. 171.3 汞 對(duì) 蛋 自 核 小 球 藻 光 合 色 素 含 量 和 比 值 的 影 響 .，. 212 銅 脅 迫 對(duì) 蛋 白 核 小 球 藻 的 影 響 .，二，.，. 232 .1 銅 脅 迫 對(duì) 小 球 藻 生

22、 長(zhǎng)的 影 響 .，. 232 .2 銅 脅 迫 對(duì) 小 球 藻 葉 綠 素 熒 光 參 數(shù) 的 影 響 . 242 .3 銅 脅 迫 對(duì) 小 球 藻 葉一綠 素 含 量 及 比 值 的 影 響 . 273 熱 脅 迫 對(duì) 蛋 自核 小 球 藻 的 影 響 . .，二293 .1 熱 脅 (溫 度 變 化 ) 對(duì) 蛋 白 核 小 球 藻 葉 綠 素 熒 光 參 數(shù) 和 快 速 光 曲線 的 影 響 293 .2 熱 脅 (4 0 ， 時(shí) 間 變 化 ) 對(duì) 小 球 藻 葉 綠 素 熒 光 參 數(shù) 和 快 速 光 曲線 的 影 響 犯3 .3 溫 度 臨 界 點(diǎn) 的 確 定 .，. 333 .4

23、熱 脅 迫 恢 復(fù) 實(shí) 驗(yàn) (40 ， 50 ) . 364 銅 脅 迫 卜蛋 自核 小 球 藻 對(duì) 營(yíng) 養(yǎng) 元 素 的 吸 收 和 對(duì) 重 金 屬 銅 的 富 集 . 4 04 .1 石肖態(tài) 氮 和 正 磷 酸 鹽 標(biāo) 準(zhǔn) 曲 線 .，.4 04.2 小 球 藻 對(duì) 營(yíng) 養(yǎng) 元 素 的 吸 收 .，二，.，.，.，二4 04 .3 小 球 藻 對(duì) 重 金 屬 銅 的 富 集 .4 2華 東 師 范 人學(xué) 2 0 09 屆 碩 !一學(xué) 位 論 文目錄第 四 章 討 論 .4 51 環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 蛋 自核 小 球 藻 生 氏的 影 響 . 452 環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 蛋 自核 小 球 藻

24、叫t綠 素 熒 光 的 影 響 .4 62 .1 汞 肋、迫 對(duì) 蛋 自 核 小 球 藻 葉 綠 索 熒 光 的 影 響 . 4 62 .2 銅 脅 迫 對(duì) 蛋 自核 小 球 藻 葉 綠 素 熒 光 的 影 響 .4 82 .3 熱 脅 迫 對(duì) 蛋 自 核 小 球 藻 葉 綠 素 熒 光 的 影 響 .，. 503 環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 蛋 自核 小 球 藻 光 合 色 素 含 量 的 影 響 . 524 熱 脅 迫 對(duì) 蛋 白核 小 球 藻 快 速 光 曲 線 的 影 響 . 53第 五 章結(jié) 論 .，. 54參 考 文 獻(xiàn) .，.，. 55華 東 師 范 人 學(xué) 20 09 屆 碩 !一學(xué)

25、位 論 文第 一 章 前 丙第 一 章前 言環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 微 藻 的脅 迫 作 用 研 究在 自然 界 中 ，藻 類(lèi) 的 生 活 史 中經(jīng) 常 遭 遇 各 種 各 樣 的環(huán) 境 脅 迫 。對(duì) 于 “環(huán) 境 脅 迫 ”， 人 們 有 不 同 的 理 解 : L ev itt( 19 80 )認(rèn) 為 脅 迫 指 任 何 潛 在 的 不 利 于 生 物 生 存 的 環(huán) 境 因 子 ， 而 L 盯ch er C ( 19 87)則 認(rèn) 為 任 何 生 物 都 會(huì) 經(jīng) 歷 脅 迫 ， 從 植 物 學(xué) 家 的 觀 點(diǎn) 看 ，植 物 經(jīng) 受 脅 迫 時(shí) 首 先 導(dǎo) 致 功 能 失 調(diào) ，然 后 逐 漸

26、 恢 復(fù) 并 產(chǎn) 生 抗 性 ，但 如 果 脅 迫 超 過(guò) 了 植 物 的 耐 受 限 度 ，就 會(huì) 導(dǎo) 致 永 久 性 的 傷 害 甚 至 引起 死 亡 。同 時(shí) 脅 迫 也 具 有 積 極 的 一 面 ， 它 能 促 進(jìn) 植 物 抗 逆 性 的 改 進(jìn) ， 從 而 推 動(dòng) 了 植 物 的 進(jìn) 化 。L ich tenth aler(19 5 5)把 植 物 脅 迫 區(qū) 分 為 eu 一stress 和 d is一stress，前 者 是 刺 激 性 的 脅 迫 ， 能 促 進(jìn) 植 物 發(fā) 育 ;后 者 刁是 真 正 的 脅 迫 ，對(duì) 植 物 產(chǎn) 生 破 壞 作 用 ，阻 礙 植 物 的 發(fā)

27、 育 。 自然 條 件 下 高 等 植 物 和 藻 類(lèi) 經(jīng) 常 遇 到 的 脅 迫 有 高 光 (光 抑 制 ， 光 氧 化 )，熱 脅 ，冷 脅 ，水 脅 ，鹽 脅 ，滲 透 脅 迫 ，營(yíng) 養(yǎng) 鹽 缺 乏 等 ，另 外 由于 人 類(lèi) 活 動(dòng) 導(dǎo) 致 的 農(nóng) 藥 污 染 ， 臭 氧 層 破 壞 (U v增 加 ) ， 酸 雨 ， 重 金 屬 污 染 ， 溫 室 效 應(yīng) 等 也 屬 于 環(huán) 境 脅 迫 (L ich ten th aler 19 9 6 ) 。環(huán) 境 中 重 金 屬 的 來(lái) 源 廣 泛 ，人 類(lèi) 活 動(dòng) 以及 工 業(yè) 化 的 發(fā) 展 使 得 環(huán) 境 中 重 金 屬 污 染 日益

28、嚴(yán) 重 。重 金 屬 污 染 的 主 要 來(lái) 源 有 化 石 燃 料 的 焚 燒 、采 礦 、冶 煉 、污 水 污 泥 的 擴(kuò) 散 以 及 農(nóng) 藥 和 化 肥 的 施 用 (H an ik nn e M ，20 03 .)。水 生 生 態(tài) 系 統(tǒng) 重 金 屬 污 染 以 及 重 金 屬 對(duì) 浮 游 植 物 產(chǎn) 生 的 毒 性 效 應(yīng) 己 引 起 廣 泛 關(guān) 注 (R ob inso n et al，2 0 0 0) 。浮 游 植 物 是 水 體 中 重 要 的 初 級(jí) 生 產(chǎn) 者 ，通 過(guò) 光 合 作 用 和 呼 吸 作 用 的 平 衡 得 以 完 成 生 產(chǎn) 力 。 重 金 屬 對(duì) 光 合

29、作 用 或 呼 吸 作 用 的 抑 制 ， 將 最 終 影 響 水 生 食 物 鏈 的 生 產(chǎn) 力 (Prasad 。t al，199 1)。 而 且 ， 重 金 屬 能 富 集 在 浮 游 植 物 中 并 能 進(jìn) 入 食 物 鏈 ， 從 而 危 害 人 類(lèi) 的 健 康 (p in to et al，2 0 0 3)。從 生 物 學(xué) 的 角 度 來(lái) 說(shuō) ，重 金 屬 可 以 分 為 兩 類(lèi) : 必 需 元 素 和 非 必 需 元 素 。必 需 元 素 是 植 物 生 長(zhǎng) 所 必 需 的 ， 但 在 高 濃 度 時(shí) 也 會(huì) 對(duì) 植 物 產(chǎn) 生 毒 性 。銅 是 一 種 對(duì) 藻 類(lèi) 生 長(zhǎng) 、新

30、陳 代 謝 、 以 及 酶 活 性 都 必 需 的 元 素 ，但 銅 在 高 濃 度時(shí) 卻 是 一 種 抑 制 藻 類(lèi) 生 長(zhǎng) 的 抑 制 劑 ，硫 酸 銅 和 絡(luò) 合 銅 就 廣 泛 的 運(yùn) 用 于 殺 藻 劑 的 研 發(fā) 和 使 用 。 銅 對(duì) 植 物 的 光 合 作 用 有 很 強(qiáng) 的 抑 制 作 用 ， 對(duì) 離 體 葉 綠 體 的 研 究 表 明 : 銅 可 以 抑 制 P S xl的 電 子 傳 遞 ( s an d m ann an d B o g erlg so : e ed n o 一M alelo n ad o an d華 東師 范 大 學(xué) 2009 屆 碩 士 學(xué)位 論 文

31、第 一 章 前 臺(tái)s w ad en 1972 )，抑 制 光 合 磷 酸 化 和 非 光 合 磷 酸 化 過(guò) 程 (u 五b e an d s tark 19 52)， 抑 制 Ru B P 梭 化 酶 (Strib orova 19 86)活 性 等 。也 有 研 究 表 明 ，銅 可 以抑 制 原 核 藻 類(lèi) 藍(lán) 藻 固氮 酶 和 硝 酸 還 原 酶 活 性 (K ash yaP an d G uP ta，19 82) ，抑 制 碳 水 化 學(xué) 物 的 合 成(G u P ta 19 86)。汞 和 銅 的 不 同 之 處 在 于 ， 汞 是 藻 類(lèi) 生 長(zhǎng) 的 非 必 需 元 素 ，

32、在 很 低 的 濃 度 下 即 會(huì) 對(duì) 藻 類(lèi) 造 成 影 響 ，有 研 究 證 明 ，汞 能通 過(guò) 降 低 固氮 酶 的 活 性 使 藍(lán) 藻 的 固 氮 能 力 下 降 ，通 過(guò) 增 加 細(xì) 胞 的 滲 透 性 ，使 鉀 離 子 大 量 喪 失 ，汞 還 能 誘 使 藻 類(lèi) 的 細(xì) 胞 形 態(tài) 發(fā) 生 畸 變 (M ak sinov V N，G uP a A .1992 )。汞 對(duì) 鈍 頂 螺 旋 藻 的 抑 制 生 長(zhǎng) 和 致 死 濃 度 分 別 為 5 0u 留L 和 so u 歲L ; 汞 在 濃 度 為 5u 留L 時(shí) ， 對(duì) 綠 色 巴 夫 藻 九 u loca 、irldls 夕

33、 生 長(zhǎng) 有 很 好 的 促 進(jìn) 作 用 ， 同 時(shí) 也 使 葉 綠 素 a 含 量 提 高 ，汞 大 于 2 0u 留L 時(shí) ， 綠 色 巴夫 藻 的 生 長(zhǎng) 受 到 抑 制 ， 葉 綠 素 a 含 量 降低 (周 銀 環(huán) 和 劉 東 超 ，2 0 03 )。 在 汞 的 亞 致 死 濃 度 條 件 下 ，星 桿 藻 由正 常 的 8 ，16 個(gè) 細(xì) 胞 組 合 的 星 形 群 體 突 變 為 由 20， 30 個(gè) 群 體 堆 積 成 的 圓柱 形 塊 狀 物 網(wǎng) ; 當(dāng) H g 濃 度 > 10P p m 時(shí) ，鹽 藻 的 生 長(zhǎng) 率 和 最終 細(xì) 胞 產(chǎn) 量 明 顯 減 少 ，在

34、亞 致 死 濃 度 條 件 下 ，H g 引 起 該 藻 細(xì) 胞 體 積 增 大 ， 運(yùn) 動(dòng)能 力 喪 失 (B olan os L ，19 92 ) ，H g 對(duì) 藻 類(lèi) 的 生 理 及 代 謝 產(chǎn) 生 影 響 : 隨 H g 濃 度 增 加 ， 輪 藻 葉 綠 素 含 量 、葉 綠 素 此 比值 、可 溶 性 蛋 白含 量 、S O D 活 性 持 續(xù) 下 降 、P O D 活 性 先 明顯 上 升 后 下 降 。另 外 ，汞 常 由于 試 驗(yàn) 瓶 壁 吸 收 等 原 因 造 成 損 失 ，一 般 報(bào) 道 中 的 H g 的 亞 致 死 濃 度 可 能 比 實(shí) 際 亞 致 死 濃 度 更

35、高 。近 年 來(lái) ， 隨著 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ，熱 污 染 越 來(lái) 越 受 到 人 們 的 關(guān) 注 。熱 污 染 是 指 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 和 人 類(lèi) 生 活 中 排 放 的 廢 熱 對(duì) 水 體 和 大 氣 造 成 的 環(huán) 境 污 染 ?；?力 發(fā) 電 站 、核 電 站 、鋼 鐵 廠 的 循 環(huán) 冷 卻 系 統(tǒng) 排 出 的 熱 水 以及 石 油 、化 工 、造 紙 等 工 業(yè) 排 出 的 廢 水 中 含 有 大 量 的 廢 熱 ，排 入 水 體 后 ，導(dǎo) 致 水 溫 升 高 ，溶 解 氧 減 少 ，水 體 動(dòng) 植 物 群 落 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 變 化 (L ard ieei et al，19

36、 99 ;s h ah et al，2 00 0 : 謝 允 田等 ， 19 97 )。 微 藻 對(duì) 溫 度 的 變 化 很 敏 感 ，在 一 定 范 圍 內(nèi)溫 度 的 上 升 ，可 以促 進(jìn) 微 藻 的 生 長(zhǎng) ，超 過(guò) 這 一 界 限 微 藻 的 生 長(zhǎng) 就 會(huì) 由于 光 合 作 用 的 影 響 和 營(yíng) 養(yǎng) 鹽 缺 乏 而 受 到 抑 制 。高 溫 可 導(dǎo) 致 細(xì) 胞 分 裂 延 遲 、 抑 制 光 合 放 氧 、 生 長(zhǎng) 率 下 降 和 藻 細(xì) 胞 直 徑 的 增 加 ( s ay ed o H，EI 一shah ed A M. 2 0 o 0 )。 因 此 ，研 究 熱 污 染 ( 熱

37、 脅 迫 ) 對(duì) 微 藻 的 影 響 具 有 重 要 的 理 論 和 實(shí) 際 意 義 。f徑東 師 范 大 學(xué) 2 00 9 屆 碩 一學(xué) 位 論 文第 一 章 前 南2葉 綠 素 熒 光 的產(chǎn) 生 和 原 理2 .1 葉 綠 素 熒 光 的產(chǎn) 生在 本 實(shí) 驗(yàn) 中 ，我 們 選 用 了 葉 綠 素 熒 光 技 術(shù) 作 為 研 究 環(huán) 境 脅 迫 對(duì) 藻 類(lèi) 影 響 的 主 要 方 法 ?；?體 葉 綠 素 熒 光 是 光 合 作 用 研 究 的 有 效 探 針 ，葉 綠 素 熒 光 不 僅 能 反 應(yīng) 光 能 吸 收 、激 發(fā) 能 傳 遞 和 光 化 學(xué) 反 應(yīng) 等 光 合 作 用 的 原

38、初 反 應(yīng) 過(guò) 程 ，而 且 和 電 子 傳 遞 、 質(zhì) 體 梯 度 的 建 立 以及 AT P 合 成 和 C O: 固 定 等 過(guò) 程 有 關(guān) 。幾 乎 所 有 的 光 合 作 用 過(guò) 程 的 變 化 都 可 以通 過(guò) 計(jì)卜綠 素 熒 光 反 映 出 來(lái) ，并 且 葉 綠 素 熒 光 測(cè) 定 技 術(shù) 不 需 要 破 碎 細(xì) 胞 ，不 傷 害 生 物 體 ，因 此 通 過(guò) 研 究 葉 綠 素 熒 光 來(lái) 間 接 研 究 光 合 作 用 的 變 化 是 一 種 簡(jiǎn) 便 、 快 捷 、 可 靠 的 方 法 。 日前 ， 葉 綠 素 熒 光 在 光 合 作 用 、 植 物 脅 迫 生 理 學(xué) 、

39、水 生 生 物 學(xué) 、 海 洋 學(xué) 、遙 感 等 方 面 得 到 了廣 泛 的 應(yīng) 用 (韓 志 國(guó) ，2 0 0 6) 。細(xì) 胞 內(nèi) 的 葉 綠 素 分 子 通 過(guò) 直接 吸 收 光 量 子 或 間 接 通 過(guò) 捕 光 色 素 吸 收 光 量 子 得 到 能 量 后 ，從 基 態(tài) (低 能 態(tài) )躍 遷 到 激 發(fā) 態(tài) ( 高 能 態(tài) )。 由 于 波 一長(zhǎng)越 短 能 量 越 高 ， 葉 綠 素 分 子 吸 收 紅 光 后 ，電子 躍 遷 到 最 低 激 發(fā) 態(tài) ; 吸 收 藍(lán) 光 后 ，電子 躍 遷 到 比 吸 收 紅 光 更 高 的 能 級(jí) (較 高 激 發(fā) 態(tài) )。 處 于 較 高 激

40、 發(fā) 態(tài) 的 廿卜綠 素 分 子 很 不 穩(wěn) 定 ，在 幾 百 飛 秒 (fs. l fs一10 一”S)內(nèi) ，通 過(guò) 振 動(dòng) 弛 豫 向周 圍 環(huán) 境 輻 射 熱 量 ，回 到 最 低 激 發(fā) 態(tài) 。 最 低 激 發(fā) 態(tài) 的 葉 綠 素 分 子 可 以 穩(wěn) 定 存 在 幾 納 秒 (ns .1 n s一10一”S ) (韓 志 國(guó) ， 20 0 6) 。處 于 較 低 激 發(fā) 態(tài) 的 葉 綠 素 分 子 可 以 通 過(guò) 幾 種 途 徑 釋 放 能 量 回 到 穩(wěn) 定 的 基 態(tài) (e am pb ell et al. 19 9 8 : R oh aeek & B artak 19 9

41、9)。 能 量 的 釋 放 方 式 有 如 下 幾 種 :l)重 新 放 出 一 個(gè) 光 子 ， 回 到 基 態(tài) ， 即 產(chǎn) 生 熒 光 。 山 于 部 分 激 發(fā) 能 在 放 出 熒 光光 子 之 前 以 熱 的 形 式 逸 散 掉 了 ，因 此 熒 光 的 波 長(zhǎng) 比 吸 收 光 的 波 長(zhǎng) 長(zhǎng) ，葉 綠 素 熒 光 一 般 位 于 紅 光 區(qū) 和 紅 外 區(qū) 。2) 不 放 出 光 子 ， 直 接 以 熱 的 形 式 耗 散 掉 (非 輻 射 能 量耗 散 )。 3)將 能 量 從 一 個(gè) 葉 綠 素 分 子 傳 遞 到 鄰 近 的 另 一 個(gè) 葉 綠 素 分 子 ， 能 量 在 一系

42、列 計(jì)卜綠 素 分 子 之 間 傳 遞 ，最 后 到 達(dá) 反 應(yīng) 中 心 ，反 應(yīng) 中 心 葉 綠 素 分 子 通 過(guò) 電 荷 分 離 將 能 量 傳 遞 給 電 子 受 體 ，從 而 進(jìn) 行 光 化 學(xué) 反 應(yīng) 。以 上 這 3 個(gè) 過(guò) 程 是 相 互 競(jìng) 爭(zhēng) 的 ， 往 往 是 具 有 最 大 速 率 的 過(guò) 程 處 于支 配 地 位 。對(duì) 許 多 色 素 分 子 來(lái) 說(shuō) ，熒 光 發(fā) 生 在 納 秒 級(jí) ，而 光 化 學(xué) 發(fā) 生 在 皮 秒 級(jí) ，因 此 當(dāng) 光 合 生 物 處 于 正 常 的 生 理 狀 態(tài) 時(shí) ，天 線 色 素 吸 收 的 光 能 絕 大 部 分 用 來(lái) 進(jìn) 行 光

43、化 學(xué) 反 應(yīng) ， 熒 光 只 占 很 小 的 一 部 分 。華 東 師 范 大 學(xué) 20 09 屆 碩 士 學(xué) 位 論 文第 一 章 前 言2.2葉 綠 素 熒 光 誘 導(dǎo) 曲線光 合 作 用 進(jìn) 行 時(shí) ， P s n 釋 放 出 的 電 子 總 是 有 部 分 會(huì) 累 積 在 電 子 門(mén) P Q 處 ， 這 部 分 處 于 還 原 態(tài) (累 積 電 子 )的 電 子 門(mén)就 處 于 關(guān) 閉 態(tài) ，或 者 說(shuō) P sll 的 反 應(yīng) 中 心 處 于 關(guān) 閉態(tài) (槍 au se 19 58) 。當(dāng)植 物 處 于 黑 暗 中 ，P sll 不 再 釋 放 電子 ，但 累 積 在 P Q 處 的 電子 會(huì) 逐 漸 向 P sl 傳 遞 。經(jīng) 過(guò) 足 夠 長(zhǎng) 的 暗 適 應(yīng) 后 ，P Q 處 沒(méi) 有 任 何 電 子 時(shí) ，所 有 P s H 的 反 應(yīng) 中 心 全 部 處 于 開(kāi) 放 態(tài) ，此 時(shí) ，植 物 的 潛 在 光 合 能 力 最 大 。此 時(shí) 如 果 打 開(kāi) 一 個(gè) 很 弱 的 調(diào) 制 測(cè) 量 光 (M ea suri n g Ligh t，M L )(一