单细胞绿藻对铜的吸附研究

吴之丽1，张伟2，阎海3，陈旭东4
(1.北京工业大学建筑工程学院，北京100022；2.总装备部工程设计研究总院，北京100028；
3.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；4.济南开发区热力公司，山东济南250100)

　　摘　要：通过蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生栅藻(Scendesmus obliquus)和月形藻(Closteridium lunula)对铜的为期6 d的吸附实验，研究了藻类生长同藻类对铜的吸附与解吸的关系。结果表明，这三种绿藻对铜的吸附是一个动态平衡过程，在对数生长期的解吸能力强，而在稳定生长期的解吸能力变弱。
　　关键词：单细胞绿藻；铜；吸附；解吸
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2001)12-0018-03

Study on the Adsorption of Single Celled Green Algae on Copper
WU Zhi-li1,ZHANG Wei2,YAN Hai3，CHEN Xu-dong4

(1.School of Construction Engineering,Beijing Polytechnic University,Beijing 100022,China; 2.Beijing Special Engineering Design & Research Institute,Beijing 100028,China; 3.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China; 4.Heat Supply Co.,Jinan Development Zone,Jinan 250100,China)

　　Abstract：Measurement was made for the adsorption of chlorella pyrenoidosa,Scendesmus obliquus and closteridium lunula on copper for a period of 6 days,in order to study the algae growth related to adsorption and desorption of algae on copper.The results show that　 adsorption of the three kinds of algae on copper is a dynamic balance process.They have strong desorption capability in log growth phase,which becomes weaker in stationary growth phase.
　　Keywords:single celled green algae;copper;adsorption;desorption

　　铜是动、植物生长所必需的微量元素之一，但过量的铜会对动、植物产生毒害，而且会在生物链中不断地累积，从而危及人类的身体健康。单细胞藻类的细胞表面含S、N、O的基团对金属有很大的亲和性，所以它可以有效地从外部环境中富集重金属和放射性物质，而且吸附容量较大、涉及的机理较多，包括依赖于新陈代谢的过程和不依赖于新陈代谢的过程^［1］。由于利用生物吸附可以从废水中去除有毒金属和放射性物质，从而使之无毒化并安全排放^［2］，因此关于藻类对重金属吸附的研究国内外已有较多报道，现通过单细胞绿藻对铜的长期吸附实验，从而研究藻类对铜的吸附与生长的关系，以便为以后的实验和工程应用提供依据。

1　实验材料与方法

1.1　实验材料
　　试剂及藻种：氯化铜(分析纯)为北京化工厂生产；蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生栅藻(Scendesmus obliquus)和月形藻(Closteridium lunula)均购自中国科学院水生生物研究所，实验前需经预培养。
1.2　实验条件及方法
　　①培养基。采用水生4号培养基^［3］，将其初始pH值调至7.0，初始藻接种液的光密度(OD650 nm)为0.010。
　　②实验条件。实验用培养基和器皿都经过高温灭菌消毒，实验前又在洁净工作台内经过了30 min的紫外线照射灭菌。实验容器为100 mL三角瓶，培养量为25 mL，平行样3个。实验温度为24 ℃，光照度为4 000 lx左右，每12 h光照与非光照循环进行，摇瓶振荡2次/d，实验重复3次。
　　③吸附实验。使蛋白核小球藻和斜生栅藻培养液的初始铜浓度均为50 μg/L，使月形藻培养液含铜分别为50、100和200 μg/L，对其进行24、48、96、120和144 h的培养后，分别取样测定培养液中铜的浓度和三种藻的生长情况。
　　④对照实验。用培养液分别配置50、100和200 μg/L的氯化铜溶液(不接种任何藻类)，在相同的条件下分别于24、48、96、120和144 h时取样测定其铜的浓度作为对照实验。
　　⑤藻生物量的测定。通过测定藻液的光密度(OD650 nm)来表示藻类的生长状况，并测定OD650 nm与其干重的关系。
　　⑥溶液中铜浓度的测定采用二乙氨基二硫代甲酸钠萃取光度法^［4］。
　　⑦数据处理方法。利用实验得到的OD650nm与干重的关系计算每天藻类的干重以及对铜的吸附量，再根据《水生生物毒性实验方法》所提供的方法计算藻类对铜的浓缩系数(BCF)^［3］。

2　结果与讨论

2.1三种绿藻的OD650 nm与干重的关系
　　三种绿藻的OD650 nm与其干重的关系见表1。

表1　三种绿藻的OD650 nm与其干重的关系 蛋白核小球藻 斜生栅藻 月形藻 OD_{650 nm} 干重(mg/L) OD_{650 nm} 干重(mg/L) OD_{650 nm} 干重(mg/L) 0.095 30 0.05 26 0.05 24 0.185 58 0.097 56 0.099 53 0.313 108 0.155 90 0.147 74 0.396 134 0.205 111 0.195 96 　 　 0.254 164 0.245 123 　 　 　 　 0.298 148 注：OD_{650 nm}值用x表示，藻类干重用y表示。

　　对表1中的数据进行线性回归，得到三种藻的OD_{650 nm}与干重的线性关系式。蛋白核小球藻为：y=343.46x-1.936；斜生栅藻为：y=617.97x-3.879；月形藻为：y=496.39x+0.676，3个方程的相关系数分别为0.998 1、0.984 4和0.999。
2.2　三种藻的吸附与生长情况
　　三种藻对各种浓度铜的吸附和其生长过程分别见图1、2、3、和图4。

　　　　　　　

　　由图1可以看出，蛋白核小球藻在铜浓度为50 μg/L时，第1天处在生长延迟期，在该阶段内BCF上升较快，迅速达到一个峰值(72 560)；紧接着蛋白核小球藻的生长逐渐进入对数期，一直延续到第4天左右，在该阶段内藻类生长迅速，新陈代谢旺盛，然而BCF却有所下降并形成一个低谷；第4天后该藻类生长进入稳定期，BCF不断回升，到第6天时达到105 530，甚至超过了第一个峰值72 560。图2、3、4显示出相类似结果，只是斜生栅藻在铜浓度为50 μg/L、月形藻在铜浓度为200 μg/L时，该浓度的铜对藻的毒性较大，从而使各生长期滞后，这样6 d内BCF的后期回升未表现出来。
　　有文献报道^［5］，藻类对重金属的吸附过程是一个动态过程，即藻类在对重金属吸附的同时，也对已吸附的重金属进行解吸。主要原理是重金属离子与藻细胞表面的含N、O、S的基团相结合而被吸附^［6］，同时藻细胞进行新陈代谢，释放出蛋白质、脂肪等物质，这样吸附其上的金属离子也同时被释放了出来。实验过程中，藻类处在生长延迟期时的细胞表面自由吸附点较多，故吸附能力较强，而此时细胞新陈代谢较弱，使得在该阶段内藻细胞的BCF上升较快；进入生长对数期后，藻细胞生命活跃、新陈代谢较旺盛，在此阶段会释放出大量的蛋白质、脂肪等，被吸附的铜离子也被解吸出来，使得该阶段内解吸过程占优势地位，BCF呈下降趋势；藻类进入生长稳定期后，新陈代谢又逐渐变弱，解吸的铜量少于被吸附的量，此后BCF逐渐回升。在实验中，由于铜对三种单细胞绿藻的毒性顺序为斜生栅藻＞蛋白核小球藻＞月形藻^［7］，所以斜生栅藻的各个生长阶段较蛋白核小球藻和月形藻延后，在6 d内未能进入生长的稳定期，从而BCF的回升未显示出来，在铜浓度为200 μg/L下的月形藻也由于同样的原因在6 d内未显示出BCF的回升。这一研究结果将对实验和工程应用中准确地确定反应时间有一定帮助。

3　结论

　　蛋白核小球藻、斜生栅藻和月形藻在对数生长期对铜有很强的解吸能力，而在稳定生长期的解吸能力变弱。

参考文献：

　　［1］Geoffery Michael Gadd.Biosorption［J］.Chemistry & Industry,1990，2：421-426.
　　［2］Ray H Crist.Interactions of metals and protons algae［J］.Environ Sci Technol， 1988,22(7)：755-760.
　　［3］周永欣，章宗涉.水生生物毒性实验方法［M］.北京：农业出版社，1989.
　　［4］国家环保局，《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第3版)［M］.北京：中国环境科学出版社，1997.
　　［5］Han-bin Xue.The binding of heavy metals to algal surfaces［J］.Wat Res,1988,22(7):917-926.
　　［6］Fisher N S.On the reactivity of metals for marine phytoplankton［J］.Limnol Oceanogr,1986,31:443-449.
　　［7］张伟，阎海，吴之丽.铜抑制单细胞绿藻生长的毒性效应［J］.中国环境科学，2001,21(1):4-7.

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　　作者简介：吴之丽(1940-)，女，江苏人，教授，主要从事污水生物处理方面的研究。
　　电　　话：(010)66359124　　13611168569
　　E-mail:[email protected]
　　收稿日期：2001-07-30