淡水浮游生物体内亚砷酸盐富集与效应的营养盐调控及机理研究

Owing to the fresh water system contamination with arsenic in China and the lack of research in the nutrient regulation mechanism of arsenic accumulation and effect, using arsenite as target compounds and by means of exploring bioaccumulation and biological effect of arsenite as well as the expression of transport channel protein under different nitrogen phosphorus and silicon nutrition condition, combining the modern instrumental analysis methods and molecular biological methods, we will improve the methods of arsenite pollution process and accumulation mechanism on the basic of accumulation dynamics and toxicity experiments. The study will focus on the regulation of the nutrition on arsenite bioaccumulation, transformation, metabolic process, toxic effect, and the possibility of food-chain transfer in several typical plankton of freshwater ecosystem. Arsenite accumulation and trophic transfer models will be developed in our study. The channel protein expression and regulatory mechanism of nutrient will be also investigated. The relationship between different nutrition level and the bioaccumulation, distribution, metabolic will be established. The results obtained will response scientifically the micromechanism and macroeffect of arsenite environmental processes and biological effects. The results will provide valuable data and significant scientific information for bioremediation and ecological risk assessment of arsenic pollution.

针对我国淡水生态系统严峻的砷污染现状，以及在营养盐调控砷富集与效应机理方面研究的不足，本项目拟以亚砷酸盐为对象，通过进行N、P、Si三种营养盐对亚砷酸盐生物富集、生物效应以及运输通道蛋白表达的调控研究，在富集动力学实验和毒性实验基础上，结合原子吸收光谱仪、电感耦合等离子光谱仪等现代仪器分析手段以及相关分子生物学技术，发展淡水生态系统中亚砷酸盐污染过程及富集机制的研究方法，研究不同营养盐调控下，亚砷酸盐在典型浮游生物中的富集转化、代谢过程、毒性效应以及通过食物链传递的潜在可能性，建立亚砷酸盐的生物富集模型以及食物链传递过程模型，揭示亚砷酸盐富集通道的蛋白表达和营养盐调控的分子生物学机制，明确营养盐与亚砷酸盐富集、分布、代谢的内在关系，科学回答亚砷酸盐生物富集与生物效应的微观机制和宏观效应。本项目的研究结果可为砷污染的生态风险评估和生物修复工作提供有价值的数据和科学依据。

水体中存在的无机砷会通过迁移转化作用进入水生生态系统。淡水浮游生物作为水生生态系统的最初环节至关重要。而水体中存在的氮、磷、硅等营养盐因其化学性质和营养作用会对无机砷在浮游生物中的生物效应产生影响；此外，作为微生物重要的另一种重要营养来源的天然有机质，也可以通过与无机砷及生物三者之间的相互作用，影响无机砷的生物迁移转化作用。本项目以富集动力学实验和毒性实验为基础，结合电感耦合等离子光谱仪、液相色谱与电感耦合等离子光谱仪联用技术以及X射线荧光光谱技术等现代仪器分析手段，并通过对砷的总量测定、形态转换、亚细胞组成和组织分布的分析讨论，研究了浮游植物到浮游动物简单食物链体系中，在不同营养盐及不同天然有机质等情况下无机砷的环境行为。其中明确无机砷对浮游植物与浮游动物的生物有效性，并详细剖析了浮游动物通过水相和食物相两种途径对无机砷进行富集的过程及机理；讨论营养盐N、P、Si对无机砷的调控行为，通过通道机理知识探讨了营养盐与无机砷的相关关系；此外，应用腐殖酸和富里酸（HA和FA）两种水体常见的天然有机质，探讨了天然有机质存在情况下，无机砷对两种不同营养方式浮游植物的生物有效性，分析天然有机质-无机砷-浮游植物三元体系之间的相互关系。通过三个部分的研究，完善了淡水生态系统中无机砷污染过程研究，发展了无机砷生态效应的研究方法,建立了部分无机砷的生物富集模型以及食物链传递过程模型,为砷污染的生态风险评估和生物修复工作提供有价值的数据和科学依据。项目的实施基本完成计划的研究方案与内容，研究成果发表SCI一区文章1篇，另外两篇正在投稿中，基本达到预期研究目标。