典型杀生剂在淡水绿藻中的吸附、生物转化及毒理研究

Biocides are widely used in household and personal care products due to their bacteriostatic or bactericidal property. Meanwhile, biocides are considered to be a class of new emerging contaminants because of their residue and potential ecotoxicity in environment after use. On the other hand, algae treatment technology is a new biological treatment technology and widely used nowadays with the following advantages: such as high efficiency, no secondary pollution and can gain high value-added byproducts. However, previous studies have mainly focused on phenotype toxicity to algae and removal efficiency of biocides. Therefore, this project aims to investigate the interaction of six freshwater green algae with six typical biocides. We will use mass spectrometry, nuclear magnetic resonance to study the adsorption behavior, degradation kinetics and identify the degradation products, at the same time revealing the toxicity variation of biocides to green algae at the different endpoints (growth, enzymes, genes, groups) and metabolomics levels by using the molecular biology and chemistry instruments analysis methodology. The results from this project research can systemically illustrate the adsorption, biotransformation and toxicity mechanism of typical biocides in freshwater green algae. Finally, these results will provide a scientific basis of biocides to evaluate the potential ecological health risks and environmental decision-making.

杀生剂因具有抑菌或杀菌性能而被广泛用于家庭与个人护理品中。由于产品使用后导致在环境中大量杀生剂残留及其潜在的生态毒性，已被认为是一类新兴环境污染物。藻类处理技术是一种新的生物处理技术，具有效率高、无二次污染、可以收获高附加值的副产物等优点而越来越广泛被使用。目前有关绿藻与杀生剂的相互作用的研究主要集中在表观毒性层面，而有关绿藻对杀生剂的生物转化及杀生剂对绿藻的毒性机理研究十分薄弱。因此，本项目拟结合化学分析和分子生物学手段，对六种淡水绿藻与六种典型杀生剂的相互作用进行系统研究。利用质谱、核磁共振等研究藻类对杀生剂的吸附行为与降解动力学、鉴定其降解中间产物，采用分子生物学与化学仪器分析方法从藻类的生长、酶、基因、基团及代谢组学层面揭示杀生剂对淡水绿藻在不同毒性终点的毒性变化，从而系统阐明典型杀生剂在淡水绿藻中的吸附、生物转化及致毒机理，以此为评价杀生的潜在生态健康风险和环保决策提供科学依据。

杀生剂因具有抗菌性能而广泛使用进而大量残留于环境，并且由于其潜在的生态毒性，已被认为是一类新兴环境污染物。本项目研究了不同杀生剂与环境中广泛存在且非常敏感的淡水绿藻的相互作用。结果表明不同浓度的杀生剂对不同的淡水绿藻有不同的抑制作用。浓度越高，抑制作用越明显。如暴露96小时，500 μg/L三氯生处理组的莱茵衣藻藻密度只有对照组的60%。同时，暴露12 d时，2 mg/L甘宝素处理组的藻密度是对照组的56.6%，而对应的叶绿素a含量为对照组的 15.8 %，显示出明显的剂量效应关系。 .低浓度的三氯生（≤100 μg/L）诱导抗氧化酶酶活，而高浓度（500 μg/L）则抑制酶活，且100 μg/L处理组与对照组的抗氧化酶存在显著性差异。MDA含量随三氯生浓度的增加而增加，500 μg/L处理组与对照组存在显著性差异。傅里叶变换红外结果表明三氯生对莱茵衣藻的作用主要表现在：导致藻细胞内脂质、蛋白质、碳水化合物和酰胺I等大分子结构的变化，对这些大分子结构产生较大的影响，并且随暴露时间和浓度的变化而变化；基因表达分析结果表明三氯生对莱茵衣藻SOD基因转录也产生了很大影响，暴露96 h，500 μg/L三氯生处理的SOD基因相对表达量是对照组的2倍以上。简而言之，三氯生可以对莱茵衣藻造成表观、分子水平和大分子结构等的各种毒性。.根据质量分析结果可知，甘宝素和三氯生去除的主要路径为生物降解，而生物吸附与生物富集对甘宝素的去除作用则基本可以忽略。蛋白核小球藻可以通过脱氯对三氯生进行降解。斜生栅藻对甘宝素的降解符合一级反应动力学过程，且降解半衰期大约为4.5天。降解产物鉴定结果显示斜生栅藻对甘宝素的去除机理主要是加氢过程。同时降解产物溶液的毒性明显小于母体化合物溶液的毒性。本研究表明藻类对水环境中的杀生剂的环境行为及其生态毒理效应有重要的影响。为环境中杀生剂的去除提供了一种新的思路和科学依据。