非离子型表面活性剂ＡＥ对稀脉浮萍的损伤作用

    稀脉浮萍(ＬｅｍｎａｐａｕｃｉｃｏｓｔａｔａＬ.)因具有生长、繁殖速度极快,适应性强,营养价值较高等特点,被广泛用于喂养鱼、鸭、猪等,是一种非常重要的青饲料,同时具有很强的促进水体自净的功能.可预测,它将会在水体富营养化治理中发挥巨大作用.

非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(ＡＥ)因其高效的去污能力和优良的混配性能,现已成为一种非常重要的表面活性剂,广泛用于重垢型去污剂中,消耗量十分巨大.但它对水体环境的影响,对水体自净功能的主要贡献者———水生植物的损伤作用,却报道甚少.本文以稀脉浮萍为代表,研究了非离子型表面活性剂ＡＥ对水生植物生理生化特性的影响,为正确评价表面活性剂对生态环境的影响,提供可靠的素材.

1材料和方法

1.1　材料

稀脉浮萍(Lemnapaucicostata L.)采自未受污染的较清洁池塘中,经洗净、挑选后,置于经曝气的自来水中预培养2ｄ后,进行实验处理.非离子型表面活性剂:采用脂肪醇聚氧乙烯醚(ＡＥ),化学纯.

1.2　方法

1.2.1　培养条件　　采用玻璃缸,加Ｓａｃｈｓ完全培养液3000ｍＬ,自然光照下,(20±2)℃的温度下进行室内培养试验.ＡＥ试验质量浓度值ρ(ＡＥ)/ｍｇＬ^-1设计为0、0.1、1.0、10.0、100.0,同时设有一个平行组.

1.2.2　ＡＥ对植物生长的影响　　在上述培养条件下,每缸加经清洗、捡选、吸去表面水份的稀脉浮萍5ｇ,培养6ｄ,称鲜重,减去初始重量,即得生长量(ΔｍＦＷ/ｇ).

1.2.3　植物提取液的制备　　称取样品0.5ｇ,加少量ＣａＣＯ3粉末,0.5ｍＬ蒸馏水,充分研磨后用蒸馏水定容至50ｍＬ,充分摇匀,取悬浮液10ｍＬ进行Λ(ＣＡＴ)测定;取25ｍＬ悬浮液,加10%的Ｃａ(ＮＯ₃)₂定容至50ｍＬ,混匀,净置40ｍｉｎ后过滤,取滤液进行Λ(ＰＯＤ)测定.

1.2.4　测定方法　　ＣＡＴ活性(λ(ＣＡＴ))及ＰＯＤ活性(λ(ＰＯＤ))测定见文献.酶的相对活性Λ(酶)=λ(酶_ＡＥ/λ(酶_ＣＫ.

1.2.5　ｐＨ值的测定　　采用ｐＨＳ-3Ｃ型精密ｐＨ计,上海雷磁.在实验时间内,于每一天上午10:00定时测定培养液的ｐＨ值.ｐＨ增量ΔｐＨ_ＡＥ=ｐＨ_ＡＥ-ｐＨ_ＣＫ.

2结果与讨论

2.1　ＡＥ对稀脉浮萍过氧化氢酶活性的影响

图1显示,在ρ(ＡＥ)/ｍｇＬ^-1为0～10.0作用下,稀脉浮萍ＣＡＴ活性(λ(ＣＡＴ)/ｍｉｎ^-1ｇ^-1)呈现基本一致的波动趋势,并在同一时间,λ(ＣＡＴ)随浓度的升高而升高,说明细胞膜受到较轻微的损伤,膜脂过氧化,产生较多的Ｈ₂Ｏ₂,同时诱导过氧化氢酶含量增加,有利于清除Ｈ₂Ｏ₂,细胞基本上能维持正常生命活动.但在培养过程中发现,ρ(ＡＥ)/ｍｇＬ-1为10.0,培养6ｄ时,植株表现出轻微的受伤症状,有少量叶片变黄,此时ＣＡＴ相对活性也达到最高.在ρ(ＡＥ)/ｍｇＬ^-1为100.0时,酶活性于ｄ2小幅度上升,ｄ3急剧下降.培养6ｄ时,降至正常状态的33.2%.国内外大量研究表明,当植物处于逆境条件下,体内积累大量的活性氧,诱导膜脂过氧化,使细胞膜最先受到伤害.过氧化氢酶是植物的一种保护酶,能将Ｈ₂Ｏ₂分解为Ｈ₂Ｏ和Ｏ₂,减少由Ｈ₂Ｏ₂诱发的单线态氧(¹Ｏ₂)和某些自由基的产生,保护膜免受损伤.本实验也证实,在ρ(ＡＥ)=100.0ｍｇ/Ｌ时,由于ＡＥ的胁迫,细胞膜受到严重伤害,膜对物质进出细胞的选择透性功能降低,细胞内容物外溢,进而导致细胞解体,死亡.培养过程中也观测到在ρ(ＡＥ)=100.0ｍｇ/Ｌ的浓度下,稀脉浮萍ｄ2部分叶片变黄,以后陆续死亡.ｄ5死亡率达80%.

图1　不同ＡＥ浓度下,稀脉浮萍λ(ＣＡＴ)随时间的变化曲线Ｆ

在控制条件下(ρ(ＡＥ)=0ｍｇ/Ｌ),稀脉浮萍λ(ＣＡＴ)也呈现波动,并与0.1、1.0、10.0ｍｇ/Ｌ时的波动趋势一致.这可能是在培养过程中,外部环境如:光照、温度、营养等因素改变所致.为排除这些干扰因素,采用相对活性Λ(ＣＡＴ)能更好地显示不同ρ(ＡＥ)对稀脉浮萍的损伤程度,便于比较,并排除干扰(图2).但不能显示Λ(ＣＡＴ)值.

图2　不同ＡＥ浓度下,稀脉浮萍ＣＡＴ相对活性随时间的变化曲线　

2.2　ＡＥ对稀脉浮萍过氧化物酶相对活性的影响

图3显示:处理后的ｄ1,在ρ(ＡＥ)为1.0、10.0、100.0ｍｇ/Ｌ胁迫下,稀脉浮萍λ(ＰＯＤ)都远远地超过ＣＫ,最高为ＣＫ状态的1.5倍(ρ(ＡＥ)=100.0ｍｇ/Ｌ),ｄ2急剧下降.说明:稀脉浮萍经ρ(ＡＥ)/ｍｇＬ^-1=1.0、10.0、100.0处理后,膜系统很快受到损伤,细胞出现了应急反应,提高保护酶ＰＯＤ的活性,消除过氧化物伤害.ＡＥ为0.1ｍｇ/Ｌ时,对膜伤害程度很低,ＰＯＤ相对活性变化较小;100.0ｍｇ/Ｌ时,ＰＯＤ相对活性变化幅度很大,从ｄ1的1.502降到ｄ6的0.449,说明100.0ｍｇ/Ｌ的ＡＥ对细胞损伤大,处理后1ｄ内,应急反应达到最高水平,但酶活性的增高,都不能完全消除大量形成的过氧化物,导致膜受伤程度逐渐加剧,膜的半透性功能降低,最后膜结构被破坏,细胞解体,酶活性急剧下降,部分细胞死亡.培养过程中也发现,100.0ｍｇ/Ｌ下ｄ6时,稀脉浮萍死亡率达85%.ρ(ＡＥ)为1.0、10.0、100.0ｍｇ/Ｌ时,对稀脉浮萍的损伤不太严重,保护酶活性的增高,基本上能清除自由基,膜结构没被破坏,但对细胞的生理功能有些影响,表现为同化作用速率下降,生物量降低.

2.3　ＡＥ对稀脉浮萍生长的影响

ＡＥ对水生生物生长的影响与其浓度有很大关系(图4).当ρ(ＡＥ)<1.0ｍｇ/Ｌ时,ＡＥ的抑制作用较小,稀脉浮萍生长量随时间变化的曲线比较平坦,ρ(ＡＥ)=0.1ｍｇ/Ｌ时,ｍＦＷ/ｇ还有些增加,是否因为低浓度ＡＥ对稀脉浮萍的生长有促进作用,有待进一步证实;当ρ(ＡＥ)=10.0ｍｇ/Ｌ时,ＡＥ就显著抑制稀脉浮萍的生长;ρ(ＡＥ)=100.0ｍｇ/Ｌ浓度下,稀脉浮萍

出现了负增长,ｄ6时,ｍ_ＦＷ=2.58ｇ,是初始重量的51.6%.稀脉浮萍死亡数高.

2.4　ＡＥ胁迫下,稀脉浮萍培养液ｐＨ值的变化

稀脉浮萍培养液的ｐＨ值变化是很多因素综合作用的结果.比如:培养液中生物的光合作用、呼吸作用、细胞解体释放的电解质、有机物的分解作用;Ｏ₂、ＣＯ₂在水体与大气界面的交换等.由于稀脉浮萍的培养液及培养条件一致,则生物的生命活动是导致培养液ｐＨ值变的主要因素.稀脉浮萍和绿藻的光合作用迅速消耗水中的ＣＯ_2,使水中积累ＯＨ-,ｐＨ值升高.它们的呼吸作用、有机物的分解过程会积累ＣＯ₂,导致ｐＨ值下降.

    图5显示,ρ(ＡＥ)在0～100.0ｍｇ/Ｌ范围内,ｐＨ值都呈现上升趋势.但ρ(ＡＥ)为10.0、100.0ｍｇ/Ｌ下,ｐＨ值比ＣＫ状态低得多.为便于比较不同ρ(ＡＥ)处理下稀脉浮萍培养液ｐＨ值的变化,消除其它因素的干扰,采用培养液ｐＨ值增量(ΔｐＨ) 进行比较.结果见图6.

    ρ(ＡＥ)为0.1、1.0ｍｇ/Ｌ时,与ＣＫ相比,ｐＨ值变化幅度不大,小于±0.2.说明稀脉浮萍的生理作用基本正常;ρ(ＡＥ)=10.0ｍｇ/Ｌ时,ｐＨ值明显低于ＣＫ,变化幅度大于0.2.说明稀脉浮萍的光合作用受到抑制,导致ｐＨ值下降;ρ(ＡＥ)=100.0ｍｇ/Ｌ时,处理3ｄ内,ｐＨ值下降非常快,ｄ3时,ｐＨ值比ＣＫ低0.62,但以后又急剧上升.推测,ρ(ＡＥ)=100.0ｍｇ/Ｌ时,ｄ0～3内,植物受伤程度重,细胞、叶绿体结构逐渐被破坏,光合作用等生理活动能力降低,直到基本停止,而死亡的有机物逐渐被分解,消耗Ｏ₂,产生大量的ＣＯ₂,导致ｐＨ值下降,ｄ3后,由于培养液中绿藻的大量繁殖,进行光合作用,消耗ＣＯ₂,放出Ｏ₂,使水中积累ＣＯ^2-₃、ＯＨ^-,ｐＨ值回升.显微观察也发现,这时水中有大量绿藻存在.所以,用ＡＥ处理3ｄ后,培养液的ｐＨ值已经不能用于指示稀脉浮萍生理状态的改变.由此可见,ｐＨ值增量可以指示植物的受伤程度,对稀脉浮萍而言,若培养液ｐＨ值比正常状态低0.2,则可视为中等伤害;若低0.6,则可视为严重伤害,对其它生物是否适用,有待进一步证实.

综上所述,ＣＡＴ、ＰＯＤ相对活性,生长量、培养液ｐＨ值变化量,都是比较好的植物分子生态毒理学指标.当污染物为亚致死浓度时,能较灵敏、较准确地指示植物的受伤程度,为环境评价提供非常重要的第一手资料.采用ＣＡＴ、ＰＯＤ相对活性,ｐＨ变化作为观测指标,可排除实验过程中其它因素的干扰,更直观地反映由于污染物ＡＥ引起的对植物的伤害.

非离子型表面活性剂ＡＥ对稀脉浮萍的损伤程度与ＡＥ的浓度直接相关.同时发现,稀脉浮萍是一种良好的毒理学实验材料,因为它体形小,每次取样0.5ｇ,包含了大量的个体,使之具有较好的代表性.同时,稀脉浮萍适应能力强,生长、繁殖快,便于取材.

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