铜对斜生栅藻急性毒性预测模型—生物配体模型的建立与验证

发布时间：2020-04-05 02:33

【摘要】：近年来,生物配体模型BLM在预测金属对水生生物的毒性(如Cu,Zn,Cd,Ag,Ni,Pb)方面有着广泛的应用。生物配体模型BLM优势在于将金属形态和竞争性阳离子(如K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、H~+)的拮抗作用应用于金属毒性和生物有效性的预测之中,使特定地点水质条件下某金属对水生生物的毒性得以预测。然而,目前仍没有预测金属对斜生栅藻的毒性效应的生物配体模型。铜与人们生活息息相关,而且在已建立的其他水生生物的生物配体模型中,大多与铜相关,可以为斜生栅藻生物配体模型的建立提供参考价值。斜生栅藻广泛分布于水体中,并是水生生态环境中的重要一员。绿藻是水生态环境中的初级生产者。因此,对绿藻如斜生栅藻的任何不良影响均会导致整个水生生态系统更大程度的破坏。本研究的目的是建立铜对斜生栅藻的急性毒性模型(生物配体模型),以预测铜对斜生栅藻的急性毒性并且在标准培养基和天然淡水坏境中对其进行验证。在本研究中,我们分别研究了钙、镁、钾、钠和pH对铜的急性毒性的影响并对铜与斜生栅藻生物配体的络合稳定常数进行探究。研究结果表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)和Na~+活度升高与72h-EC~(2+)_(50Cu)增加呈正相关,证明了生物配体模型中藻类细胞上铜离子和其他阳离子为竞争关系的概念。然而,本研究表明,H~+与72h-EC~(2+)_(50Cu)之间的正相关似乎是由氢氧化铜的毒性而不是阳离子竞争引起的。研究结果还表明,铜在斜生栅藻上的吸附作用基本符合van den Berg方程。基于生物配体模型的概念,Cu~(2+)、CuOH~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+和H~+与斜生栅藻上的生物配体的络合稳定常数和半数抑制积累量EA_(50)通过下述的方法计算。计算结果如下:logK_(CuBL)=5.90、logK_(CaBL)=3.25、logK_(MgBL)=3.86、logK_(NaBL)=2.81、logK_(CuOHBL)=6.64、logK_(HBL)～5.4、EA_(50)=2.985 nmol/gw。将这些参数输入Biotic Ligand Model Windows?Interface,Research(Version 3.1.2.37)软件中,建立斜生栅藻的生物配体模型,用以预测淡水坏境中特定地点水质条件下铜对斜生栅藻的急性毒性。最后在标准培养基和天然淡水坏境上塘河取样对该模型进行了验证。斜生栅藻的生物配体模型的建立有助于改进现有的考虑了特定地点水质条件下铜的水质标准,并且在环境风险评估方面有积极作用。
【图文】：

模型图,鱼鳃,水环境,生物配体

子 M2+(Cu2+)与鱼鳃表面的结合方式的Toro 等[20]）onceptual model of M2+(Cu2+) binding atenvironment07 年使用生物配体模型制定淡水环是用 Ca 和 Mg 硬度浓度来计算的和 Mg 硬度对铜的急性毒性进行预

关系图,阳离子,关系图,线性关系

15注：各图纵坐标表示 72h-EC50Cu2+，横坐标表示溶液中各阳离子的活度，并作线性分析，误差代表 95%置信区间。图 2-1 各阳离子活度与 72 h-EC50Cu2+关系图，其中各图分别代指阳离子如下：Ca2+(a)、Mg2+(b)、Na+(c)、K+(d)、H+(e)、pH(f)；Figure 2-1. 72 h-EC50Cu2+for S. obliquus as a function of the chemical activity of Ca2+(a), Mg2+(b), Na+(c), K+(d), H+(e), and OH-(f).图 2-1e 表明，pH 值从 5.58 升高到 7.28 时，72 h-EC50Cu2+由 2094 降至 83.6nM（20.05 倍）。但当 pH 值从 7.28 进一步升高到 7.76 时，72h-EC50Cu2+则无明显变化。两个区域构成完全不同的线性关系：当(H+)在 1.7E-7M 和 2.6E-6M 之间（pH=5.6~6.8）时，(H+)与 72h-EC50Cu2+之间的线性关系的斜率偏低为 0.47；当(H+)在大于 1.7E-7M(pH＜6.8)，(H+)与 72 h-EC50Cu2+之间的线性关系的斜率偏高为 5.67。在考虑离子竞争时，(H+)活度较大，即 pH = 5.6~6.8 会更加重要[58]，因此，选择这个区域的线性关系来代表(H+)与 72 h-EC50Cu2+之间的线性关系。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171.5

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