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砷是一种较常见且持久性的污染物,可以被海洋生物富集并通过食物链传递,海产品中的高含量砷已引起人们的普遍关注。砷在海洋环境中有多种存在形态,主要分为无机砷和有机砷两大类,其对海洋生物的毒性作用受砷形态的影响,不同砷形态的化合物毒性各不相同,现在一般认为砷的毒性级别是无机砷>有机砷,无机砷中As(III)>As(V),但是对于不同生物砷化物的毒性也存在一定特异性。牟氏角毛藻(Chaetoceros mulleri)作为海洋浮游植物中的优势种群,可以对环境变化快速响应,是研究海洋环境污染与全球气候变化的重要生物种类,具有重要的研究价值。本文研究了无机砷As(III、V)暴露及其与海水酸化耦合对牟氏角毛藻生长、光合的影响,查明了牟氏角毛藻对无机砷的富集与转化及其基因组DNA甲基化水平的变化。主要结果如下:1、无机砷暴露对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响。(1)对其生长的影响:As(III)暴露使牟氏角毛藻生长率随着时间呈下降趋势,暴露浓度低于1000μmol/L时,牟氏角毛藻生长率随砷浓度的升高呈下降趋势;浓度高于1000μmol/L时,在初期牟氏角毛藻生长率随砷浓度升高而升高,随着实验进行,生长率下降。300μmol/L As(III)暴露48h时,藻体生长率降至0以下。(2)对其叶绿素a含量和叶绿素荧光参数的影响:As(III)暴露使牟氏角毛藻叶绿素a含量随时间下降,但是变化不显著(P>0.05);而随着砷浓度升高,叶绿素a含量整体呈下降趋势;As(III)暴露浓度低于70μmol/L条件下,牟氏角毛藻最大光能转化效率(Fv/Fm)和实际光能转化效率(Yield)随时间变化不显著,但砷浓度高于70μmol/L时对藻细胞荧光参数有显著的抑制作用。As(V)暴露同样导致牟氏角毛藻的生长率随着时间呈下降趋势。低浓度As(V)对牟氏角毛藻生长率无明显影响,且As(III)暴露浓度在120μmol/L时,藻的生长率迅速下降,在浓度为300μmol/L时又缓慢上升。但在实验浓度范围内,As(V)暴露时,牟氏角毛藻生长率均大于0;而对叶绿素a含量和叶绿素荧光参数都无显著影响。结果表明,无机砷As(III)和As(V)对牟氏角毛藻的生长具有不同的影响,其抑制作用表现为As(III)>As(V)。2、无机砷与海水酸化共同作用对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响。(1)As(III)与海水酸化共同作用对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响:As(III)暴露与海水酸化耦合作用于牟氏角毛藻时,藻的生长率随CO2浓度升高而升高,但是升高的趋势随As(III)浓度的增加越来越弱。当海水酸化单独作用时,牟氏角毛藻中叶绿素a的含量和荧光参数Fv/Fm和Yield无显著变化;当与As(III)共同作用条件下,通入1000ppm CO2时,藻体中叶绿素a含量随时间变化波动较大,且随As(III)浓度升高荧光参数Fv/Fm和Yield明显下降,但下降的趋势减弱。(2)As(V)与海水酸化共同作用对牟氏角毛藻生长、光合作用的影响:As(V)暴露与海水酸化耦合作用时,藻的生长率和叶绿素a含量在砷试验范围内无显著变化,而叶绿素荧光参数Fv/Fm和Yield在As(V)暴露96h时表现为随CO2浓度增大而显著下降。结果表明,海水酸化可以促进牟氏角毛藻的生长,无机砷与海水酸化共同胁迫时,这种促进作用减弱;在低浓度无机砷时,叶绿素荧光参数Fv/Fm和Yield降低,但是所有实验中As(III)对藻细胞生长和叶绿素荧光参数的抑制作用均比As(V)强。3、牟氏角毛藻对无机砷的生物富集与形态转化。As(III)暴露时,牟氏角毛藻对砷的富集量总体上随As(III)浓度的增大而增加,但是在As(III)浓度为100μmol/L时下降。牟氏角毛藻中砷的富集量y(μg/105cells)与暴露As(III)的浓度x(μmol/L)可推导为二次多项式y=8×107x2+0.004x+3.3143。在96h,在较低暴露浓度组(50-300μmol/L),藻细胞中As(V)占总砷的比例随着暴露浓度的升高呈增加的趋势;但在高浓度组(500-7000μmol/L),随着暴露浓度增加藻细胞中As(V)的比例变化不明显,但1000μmol/L暴露组为最大值。As(V)暴露时,牟氏角毛藻中砷的富集量y(μg/105cells)与暴露As(V)的浓度x(μmol/L)也可推导为二次多项式方程y=-1×10-5x2+0.078x+13.015,在实验浓度范围内富集量最大值达171.10μg/105cells。牟氏角毛藻对As(V)形态的转化作用不明显。4、无机砷暴露对藻细胞基因组DNA甲基化水平的影响。研究表明,一定浓度范围的As(III、V)暴露可以引起DNA甲基化水平明显升高,但长期暴露高浓度As(III)后DNA甲基化水平则与对照无显著差异。