鎳、銅對海帶生長及生理指標的影響

李熙晨　吳垠　李曉東　汪濤

摘要：為了研究金屬離子銅、鎳對海帶生長及相關生理指標變化的影響，對不同濃度金屬離子進行7 d的海帶室內養殖實驗。對其生長情況、金屬離子吸附、可溶性糖、蛋白含量、總抗氧化能力、超氧化物歧化酶活性進行測定。結果表明，海帶對Cu²⁺的敏感度高于Ni²⁺，在Cu²⁺的作用下，海帶的生長受到明顯的抑制作用，出現厚度變薄、甚至腐爛等癥狀。低濃度的Ni²⁺能促進海帶可溶性糖的合成，當達到一定濃度時則抑制，Ni²⁺對實驗藻海帶蛋白含量無明顯影響。而在對兩種金屬離子的吸附方面，海帶對Cu²⁺的吸附量遠大于對Ni²⁺的吸附量。

關鍵詞：海帶；銅離子；鎳離子；吸附；蛋白、可溶性糖

海帶（Laminaria japonica）是我國海水養殖的主要大型藻類之一，是北方地區傳統的養殖對象。海帶作為人們餐桌上的美食，具有補充活性碘、降低血膽固醇、軟化血管、緩解高血壓、抗腫瘤、抗輻射、提高免疫力等獨特的醫療保健作用。同時海帶還是制碘、生產甘露醇和褐藻膠的重要工業原料。但是隨著工業的發展，大量重金屬以各種途徑排入土壤和天然水環境中，使水體產生嚴重污染。研究顯示，當水環境中的Hg、Cd、Ni、Pb等重金屬離子濃度過高時，對藻類的生長代謝有抑制作用，畸變藻類的細胞形態，阻止細胞分裂，破壞細胞內含物，降低酶的活性，進而導致藻類的死亡。近年來一些海區養殖的海帶發生大規模腐爛死亡現象，究其原因包括生態因子變化、病害等，許多研究工作者對海帶潰爛死亡問題的研究主要集中在以微生物病原菌感染后海帶的變化方面。而對重金屬污染導致海帶生理變化方面的研究尚缺乏系統研究。本文在實驗生態條件下，選取兩種重金屬銅和鎳離子，分析其對海帶生長、富集及相關生理指標的影響，為重金屬的生態毒理學研究提供基礎數據。

1材料與方法

1.1實驗藻體

實驗用海帶采自大連市金州登沙河灣海域，將生長正常、結構完整海帶30株低溫條件下運回實驗室暫養。

1.2實驗方法

取容積為180 L的水槽10個，加入已經過濾好的海水，按順序編號，將從實驗海域采集的海帶依次放入水槽中，放入前測定海帶長度和濕重。在充氣情況下暫養兩天。

重金屬Cu²⁺和Ni²⁺采用硫酸銅和氯化鎳的鹽溶液，由低到高依次加入到暫養海帶的水槽中，使兩種金屬離子形成5個濃度梯度，分別是0、0.25、0.5、1、5 mg/L。培養24 h后，觀察海帶性狀并記錄，同時更換新的海水并加入同等藥品，重復培養，實驗周期為7 d。養殖過程中水溫為4.5～5.0℃，光照2 000～5 000 1x，氨氮≤0.2 mg/L，24 h充氣。實驗結束后測量海帶的長度和濕重，并取樣品測定各項生理指標。

1.3生長及生理指標測定

測定之前，先用純水將樣品沖洗干凈，然后用吸水紙擦干表面水分，之后裁剪并稱重。

1.3.1海帶中重金屬含量的檢測 參照國標GB/T5009.13—2003、GB/T5009.17—2003的測定方法，采用石墨爐原子吸收光度計，微波消解儀，原子熒光光度計等。

1.3.2海帶可溶性糖、蛋白含量的測定采用蒽酮比色法測定可溶性糖，采用考馬斯亮蘭法測定可溶性蛋白。

1.3.3總抗氧化能力和超氧化物岐化酶（SOD）活性測定

采用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒測定。

1.4統計與分析

測定的數據以平均值±標準差來表示，用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析，用Duncan多重比較法比較各組間平均值的差異顯著性，以P<0.05為顯著性差異。

2結果

2.1生長和形態變化

表1為不同濃度的鎳離子和銅離子對海帶生長的影響。由表1可以看出，與對照組相比，在實驗的鎳離子濃度范圍內，各組海帶的增長率無明顯差異（P>0.05），增重率差異顯著（P<0.05），0.50 mg/L實驗組海帶的增重率和增長率均高于對照組；而銅離子對海帶生長有明顯的抑制作用，空白組海帶與4個實驗組海帶增長率均差異顯著（P<0.05），1.0和5.0 mg/L實驗組海帶增重率與前三組變化差異顯著（P<0.05）。

海帶形態變化顯示，添加不同濃度銅離子的海帶表面，陸續出現厚度變薄、局部腐爛的現象，濃度越高現象越明顯。添加鎳離子的海帶表觀形態方面未見明顯變化。

2.2海帶對兩種金屬離子的吸附

如圖1、2所示隨著Cu2+、Ni2+濃度的升高，海帶對于兩種離子的吸附均為遞增趨勢，在1.00mg/L到5.00 mg/L時變化最為顯著（P<0.05），且在5.00 mg/L時為最高。兩者比較海帶對CC+的吸附性更強。

2.3可溶性糖含量的變化

從圖3可以看出，銅離子對海帶的影響隨濃度的升高呈現遞減的狀態。Cu²⁺在0.25 mg/L時下降最顯著。而Ni²⁺對海帶糖含量的影響與銅離子不同，呈現先上升再下降的趨勢，在0.50mg/L和1.00 mg/L時顯著上升（P<0.05）。

2.4可溶性蛋白的含量變化

從圖4可以看出Cu²⁺對海帶蛋白影響的趨勢是隨濃度的升高總體先上升后下降，并在濃度為0.25 mg/L時顯著上升（P<0.05），以后隨著濃度的上升顯著下降（P<0.05）。Ni²⁺對海帶的影響呈總體上升的趨勢，但上升均不顯著（P>0.05）。

2.5總抗氧化力能力的變化

如圖5所示銅離子和鎳離子對海帶總抗氧化力的影響趨勢不同，在銅離子作用下海帶的總抗氧化力表現為先下降再升高，且變化均不顯著（P>0.05）；而在鎳離子的作用下海帶總抗氧化力表現為先升高再降低，0.25和0.50 mg/L時上升最顯著（P<0.05），當濃度高于0.50 mg/L，總抗氧化力與對照組差異不顯著（P>0.05）。

2.6 SOD含量的變化

從圖6可以看出不同濃度Cu²⁺對海帶SOD的影響隨濃度的升高呈先下降后上升的趨勢，在0.25、0.50 mg/L時下降最為顯著（P<0.05）。而Ni2+在濃度0.25、1.00、5.00 mg/L時對海帶SOD的影響為上升，但不顯著（P>0.05），但在0.5 mg/L時顯著下降（P<0.05）。

3討論

在已研究過的金屬中，Cu起著雙重作用，少量的Cu是藻類代謝過程中的必需品，但高濃度的Cu對藻類具有毒害作用，Cu是一種細胞代謝抑制劑。Ni同樣能被藻類積累，有研究表明Ni對纖維藻細胞生長有抑制作用，Ni能與氨基酸、蛋白質、DNA和RNA相結合，阻礙細胞的分裂，破壞DNA的結構。姜彬慧、林碧琴的研究表明，當Ni濃度≥0.4 mg/L時，藻類生長受到明顯抑制，當濃度為3.2 mg/L時，其蛋白質和氨基酸的含量明顯下降?？追毕鑼Σ煌瑵舛鹊腘i²⁺對羊角月芽藻的生長速度、蛋白質含量、ATP水平、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）、酸性磷酸酶及硝酸還原酶活性的影響試驗，研究表明，在所試濃度范圍內Ni對羊角月芽藻的生長速度有抑制作用，但單位藻培養物中蛋白質隨著Ni2+濃度的增加而增加，同時高濃度的Ni2+對酶的活性有明顯抑制作用，藻細胞中ATP水平隨著濃度的增加而下降，說明重金屬離子的存在會改變藻細胞內能量的代謝。

糖類和蛋白是生物體的基礎代謝物，對植物的生長、生理活動有重要影響。根據研究，植物的病害與體內可溶性糖含量有一定關系。吳海燕等報道水稻感染小球菌核病菌后植株體內可溶性糖含量呈下降趨勢，同時在海帶病爛過程中，隨褐藻酸降解菌數量的增多，海帶的呼吸作用增強，糖的利用速率加快，導致糖含量降低。在本實驗中Cu²⁺感染過的海帶發生腐爛，隨著病爛的嚴重可溶性糖含量逐漸降低，而沒有發生病爛的Ni²⁺組海帶沒有這種現象。

本實驗中，Cu²⁺組可溶性蛋白的含量在低濃度下先有小幅升高，然后逐漸下降，這與王海河等對病毒侵染煙草后可溶性蛋白含量變化的研究結果相似，可溶性蛋白含量的升高可能是由于海帶對重金屬的侵染作出了積極反應，體內產生一些抗性蛋白，這也導致了蛋白含量有所升高。而隨著離子濃度和病爛情況的加重，海帶的防御能力遭到破壞，抑制蛋白質合成，加速蛋白質的分解，改變蛋白質的結構和構象，破壞蛋白質分子，從而使可溶性蛋白含量降低。

在逆境脅迫下，植物體活性氧的產生能力會強于清除能力。重金屬離子脅迫與其他形式的氧化脅迫是相似的，某些活性氧可以充當信號分子，在重金屬感染后傳遞信號，從而使植物組織產生一系列的防御反應。SOD是植物抗氧化系統的第一道屏障，具有維持活性氧代謝平衡，保護膜結構的功能。在本實驗中，發生病爛的高濃度Cu²⁺感染下可見，在海帶抗病反應中SOD起重要的作用。在本實驗中，海帶在高濃度Cu²⁺的脅迫下發生病爛，SOD逐漸升高。在Ni²⁺脅迫下未發生病爛，SOD變化不顯著。本實驗表明高濃度Cu²⁺對海帶的毒性作用大于Ni²⁺。