离子液体对斜生栅藻影响的构效关系研究

发布时间：2018-01-31 10:25

本文关键词： 离子液体斜生栅藻构效关系急性毒性叶绿素荧光透射电镜激光共聚焦氧化应激　出处：《浙江工商大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：离子液体(Ionic Liquids,ILs)由于不会产生大气污染物或可吸入性有毒物质而被认为是一种环境友好型溶剂。近年来,由于其生产与应用的快速增长,加之其在水中的高溶解性和难生物降解性,导致其在水环境中可长期存在进而对水生生物造成危害,因此,其"绿色溶剂"的称号也逐渐受到质疑。迄今为止,已有许多关于离子液体对水生生物(细菌、藻类、无脊椎动物、脊椎动物等)的毒性研究报告。大致来说,离子液体的毒性与其自身的结构有关,包括烷基链长度、阳离子类型与阴离子类型。本论文研究了四种具有不同阴、阳离子的离子液体对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的影响,四种离子液体分别是:1-己基3-甲基咪唑氯盐([HMIM]Cl),1-己基3-甲基咪唑硝酸盐([HMIM/M]NO3),氯化N-己基-3-甲基吡啶([HMPy]Cl),溴化N-己基-3-甲基吡啶([HMPy]Br),研究内容主要包括以下四个部分:通过研究四种离子液体对斜生栅藻的急性毒性,可以发现:在一定的暴露时间下,ILs对斜生栅藻的生长抑制率随浓度的增大而增大,呈明显的剂量-效应关系;当用低浓度的ILs处理斜生栅藻时,可观察到随着暴露时间的延长,ILs对藻的生长抑制率有减小的趋势,藻的生物量可逐渐恢复到接近对照组水平,这说明在较低浓度ILs处理下,随着暴露时间的延长,斜生栅藻有一定恢复生长的能力;相反地,在高浓度的ILs处理下,ILs对斜生栅藻的生长抑制率随着暴露时间的延长而增大,说明高浓度ILs对斜生栅藻生长的影响较大,具有不可逆性。四种ILs对斜生栅藻的IC50值均随着暴露时间的延长先减小后增大,说明四种ILs对斜生栅藻的毒性随着暴露时间的延长先增大后减小,分别在48 h和72 h时毒性达到最强;对比四种ILs对斜生栅藻的IC50值时发现,毒性顺序为:[HMIM]NO3[HMIM C[HMPy]Br[HMPy]Cl。根据Passino对离子液体毒性的分级,四种离子液体的毒性均属于中等毒性。通过测定暴露48、96和144 h后,ILs对斜生栅藻光合作用影响,可以得出:四种ILs对斜生栅藻叶绿素产生均有较强的抑制作用,藻细胞内叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均随着ILs浓度的增加而减小,呈明显的剂量-效应关系;相同浓度ILs处理下,抑制程度会随着暴露时间的延长而有所缓和;且在相同的处理浓度下,咪唑坐类ILs对叶绿素含量的抑制程度大于吡啶类ILs,毒性大小:[HMIM]N03[HMIM]Cl[HMPy]Br[HMPy]Cl。此外,在对斜生栅藻的荧光参数F0、Fv/Fm和Fv/F0和快速光响应曲线(Y(Ⅱ))、NPQ)的分析中可以发现:四种ILs均对斜生栅藻光合系统产生了影响,ILs对斜生栅藻光合系统的损伤程度会随着浓度的升高而加重;随着暴露时间的延长,ILs处理下的斜生栅藻光合系统会略有恢复;咪唑类ILs对斜生栅藻光合系统的影响程度大于吡啶类ILs,毒性大小为:[HMIM]N03[HMIM]Cl[HMPy]Br[HMPy]Cl。暴露于四种ILs 24、48、72和96 h后,对斜生栅藻细胞膜通透性产生了影响:暴露于四种ILs相同时间的情况下,藻细胞膜通透性均随ILs浓度的升高而增大,呈明显的剂量-效应关系;咪唑类离子液体处理组细胞膜通透性大于吡啶类离子液体,毒性大小顺序为:[HMIM]NO3[HMIM]Cl[HMPy]Br[HMPy]Cl;当暴露于较高浓度的ILs环境下时,ILs对藻细胞膜通透性的影响程度随时间的延长而逐渐加重。另外,通过观察藻细胞超微结构图可发现,ILs的存在会改变细胞形态与大小,同时破坏细胞壁、细胞膜与细胞器;而且在ILs环境下,藻细胞的自我保护机制会使得细胞内出现大量黑色电子致密颗粒和淀粉粒。进一步研究表明,在不同暴露时长下,各浓度ILs处理下均会刺激斜生栅藻细胞内ROS含量上升,且藻细胞内ROS含量均随着ILs处理浓度的升高而增大,呈明显的正相关关系;暴露于ILs 144 h后,咪唑类ILs处理的藻细胞内的ROS含量明显高于吡啶类ILs,毒性大小:[HMIM]NO3[HMIM]Cl[HMPy]Br[HMPy]Cl。通过观察斜生栅藻内ROS水平的激光共聚焦图,可以看到藻细胞内的绿色荧光含量均随着ILs浓度的升高而增多,在高浓度ILs处理下,细胞内ROS的分布比较广泛,绿色荧光几乎覆盖整个藻细胞,说明ILs可使细胞产生大量ROS。在不同的暴露时间下,较低浓度的ILs处理对藻细胞体内可溶性蛋白有促进作用,随着ILs浓度的升高,可溶性蛋白含量呈下降趋势。因此,在低浓度的ILs胁迫下,藻细胞为了维持自身正常的生理代谢,体内可溶性蛋白含量增加,但当ILs浓度持续上升时,其毒性超出藻细胞耐受范围,造成细胞损伤,体内可溶性蛋白含量下降。在不同暴露时长下,藻细胞内SOD和CAT活性随浓度的升高呈明显的先上升后下降的趋势,说明斜生栅藻受到氧化胁迫,抗氧化酶(SOD和CAT)活性升高以减轻ROS造成的损伤,但随着ILs浓度的升高或暴露时间的延长,ROS含量最终会超出抗氧化酶的调节水平,导致ROS在细胞内的不断积累,最终造成细胞的损伤或死亡。,离子液体对斜生栅藻的毒性机制可能是由于导致细胞内产生过量的ROS,造成氧化胁迫,继而造成细胞膜损伤、破坏细胞器,最终导致细胞凋亡。
[Abstract]:In recent years , the effect of ionic liquids on the growth inhibition rate of oblique green algae increased with the increase of exposure time . The effects of ILs on the membrane permeability of Spirulina platensis were increased with the increase of ILs concentration . The effect of ILs on cell membrane permeability increased with the increase of ILs concentration . However , when ILs concentration continues to rise , its toxicity is beyond the tolerance range of algae cells , causing cell damage and decreasing the content of soluble protein in vivo .

【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X171.5

【参考文献】