除草剂精恶唑禾草灵对铜绿微囊藻的生理毒性研究

作     者：关莹 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶璟

授予年度：2021年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：精恶唑禾草灵 铜绿微囊藻 微囊藻毒素 环境风险 

摘      要：芳氧苯氧丙酸类除草剂的广泛使用对生态环境构成了潜在危险,除草剂在环境中的使用浓度相对较高,并且易向水生环境中转移,因此对于药物本身及其代谢产物的生态行为和生理毒性值得关注。当其大量进入环境生态系统后,不可避免地给环境和非靶标生物带来了很大的负面影响。近年来,蓝藻水华在全世界范围内频繁发生,其释放的藻毒素对水生生物和人类安全都构成了严重的威胁。本文以水体中优势藻种铜绿微囊藻为受试对象,以精恶唑禾草灵为芳氧苯氧丙酸类除草剂的代表性化合物,研究其对铜绿微囊藻的生理毒性,包括在除草剂急慢性毒性效应下铜绿微囊藻的生长变化以及抗氧化系统的损伤情况;藻毒素释放规律的变化以及相关调控基因表达的变化。实验数据显示,在除草剂的急性毒性效应下,精恶唑禾草灵对铜绿微囊藻的生长表现出抑制作用,随除草剂浓度的上升和培养时间的增加,抑制作用逐渐增强。其中低浓度(0.5 mg/L)下,细胞生长表现出轻微刺激效应,这可能会导致细胞大量繁殖而促进水体富营养化;在高浓度(2和5 mg/L)下,铜绿微囊藻的生长受到显著抑制,会导致细胞破裂甚至死亡,向水体中释放藻毒素从而污染水环境。在除草剂的慢性毒性效应下,培养前期由于除草剂浓度较低,对铜绿微囊藻细胞生长有刺激作用,各组别间差异不大;随着培养时间延长,精恶唑禾草灵毒性增强,对铜绿微囊藻细胞生长有抑制作用。从铜绿微囊藻叶绿素a含量和蛋白质含量的结果看,在高浓度(2和5 mg/L)下,细胞生长受到抑制,影响光合作用,导致叶绿素a和蛋白质含量降低,并且细胞内光合作用相关基因的表达量也同样受到抑制,psa B和rbc L基因的表达量与对照组相比有显著性差异。通过对铜绿微囊藻抗氧化系统相关指标的实验测定可知,精恶唑禾草灵使铜绿微囊藻细胞内的抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增强,丙二醛(MDA)含量增加,表明在除草剂的毒性影响下,细胞生长受到抑制,细胞内氧化还原系统平衡被破坏。在对铜绿微囊藻的藻毒素产生与释放的影响实验中发现,细胞内外微囊藻毒素(MC-LR)含量均呈现上升趋势,并且在培养第6天时,MC-LR含量在高浓度(2和5 mg/L)下有极显著性增加。受到精恶唑禾草灵的毒性影响,藻毒素合成相关基因mcy A、mcy D、mcy H的表达量也同样增加,说明除草剂的毒性不仅会促进细胞自身藻毒素的合成,在细胞结构发生破坏时,也会造成藻毒素释放到细胞外,对水环境造成污染。本文通过相关实验从细胞层面、基因水平对精恶唑禾草灵的生态毒性进行评价,研究精恶唑禾草灵对铜绿微囊藻的生理毒性,可以为除草剂对水环境中非靶标生物的毒性效应做有效评估,有利于了解除草剂的生态毒性风险,减少除草剂带来的环境危害。