離子液體對斜生柵藻影響的構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、離子液體（Ionic Liquids，ILs）由于不會產(chǎn)生大氣污染物或可吸入性有毒物質(zhì)而被認(rèn)為是一種環(huán)境友好型溶劑。近年來，由于其生產(chǎn)與應(yīng)用的快速增長，加之其在水中的高溶解性和難生物降解性，導(dǎo)致其在水環(huán)境中可長期存在進而對水生生物造成危害，因此，其“綠色溶劑”的稱號也逐漸受到質(zhì)疑。迄今為止，已有許多關(guān)于離子液體對水生生物（細(xì)菌、藻類、無脊椎動物、脊椎動物等）的毒性研究報告。大致來說，離子液體的毒性與其自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，包括烷基鏈長度、陽離

2、子類型與陰離子類型。本論文研究了四種具有不同陰、陽離子的離子液體對斜生柵藻（Scenedesmus ob liquus）的影響，四種離子液體分別是:1-己基3-甲基咪唑氯鹽([HMIM]Cl)，1-己基3-甲基咪唑硝酸鹽（[HMIM]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)，研究內(nèi)容主要包括以下四個部分:
　　通過研究四種離子液體對斜生柵藻的急性毒性，可以發(fā)現(xiàn):在一定

3、的暴露時間下，ILs對斜生柵藻的生長抑制率隨濃度的增大而增大，呈明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系;當(dāng)用低濃度的ILs處理斜生柵藻時，可觀察到隨著暴露時間的延長，ILs對藻的生長抑制率有減小的趨勢，藻的生物量可逐漸恢復(fù)到接近對照組水平，這說明在較低濃度ILs處理下，隨著暴露時間的延長，斜生柵藻有一定恢復(fù)生長的能力;相反地，在高濃度的ILs處理下，ILs對斜生柵藻的生長抑制率隨著暴露時間的延長而增大，說明高濃度ILs對斜生柵藻生長的影響較大，具有不可逆

4、性。四種ILs對斜生柵藻的IC50值均隨著暴露時間的延長先減小后增大，說明四種ILs對斜生柵藻的毒性隨著暴露時間的延長先增大后減小，分別在48 h和72 h時毒性達到最強;對比四種ILs對斜生柵藻的IC50值時發(fā)現(xiàn)，毒性順序為:[HMIM]NO3＞[HMIM]Cl＞[HMPy]Br＞[HMPy]Cl。根據(jù)Passino對離子液體毒性的分級，四種離子液體的毒性均屬于中等毒性。
　　通過測定暴露48、96和144h后，ILs對斜生柵藻

5、光合作用影響，可以得出:四種ILs對斜生柵藻葉綠素產(chǎn)生均有較強的抑制作用，藻細(xì)胞內(nèi)葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量均隨著ILs濃度的增加而減小，呈明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系;相同濃度ILs處理下，抑制程度會隨著暴露時間的延長而有所緩和;且在相同的處理濃度下，咪唑類ILs對葉綠素含量的抑制程度大于吡啶類ILs，毒性大小:[HMIM]NO3＞[HMIM]Cl＞[HMPy]Br＞[HMPy]Cl。此外，在對斜生柵藻的熒光參數(shù)F0、Fv/Fm和Fv/

6、F0和快速光響應(yīng)曲線(Y(Ⅱ)、NPQ）的分析中可以發(fā)現(xiàn):四種ILs均對斜生柵藻光合系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，ILs對斜生柵藻光合系統(tǒng)的損傷程度會隨著濃度的升高而加重;隨著暴露時間的延長，ILs處理下的斜生柵藻光合系統(tǒng)會略有恢復(fù);咪唑類ILs對斜生柵藻光合系統(tǒng)的影響程度大于吡啶類ILs，毒性大小為:[HMIM]NO3＞[HMIM]Cl＞[HMPy]Br＞[HMPy]Cl。
　　暴露于四種ILs24、48、72和96 h后，對斜生柵藻細(xì)胞膜通

7、透性產(chǎn)生了影響:暴露于四種ILs相同時間的情況下，藻細(xì)胞膜通透性均隨ILs濃度的升高而增大，呈明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系;咪唑類離子液體處理組細(xì)胞膜通透性大于吡啶類離子液體，毒性大小順序為:[HMIM]NO3＞[HMIM]Cl＞[HMPy]Br＞[HMPy]Cl;當(dāng)暴露于較高濃度的ILs環(huán)境下時，ILs對藻細(xì)胞膜通透性的影響程度隨時間的延長而逐漸加重。另外，通過觀察藻細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)圖可發(fā)現(xiàn)，ILs的存在會改變細(xì)胞形態(tài)與大小，同時破壞細(xì)胞壁、細(xì)胞

8、膜與細(xì)胞器;而且在ILs環(huán)境下，藻細(xì)胞的自我保護機制會使得細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大量黑色電子致密顆粒和淀粉粒。
　　進一步研究表明，在不同暴露時長下，各濃度ILs處理下均會刺激斜生柵藻細(xì)胞內(nèi)ROS含量上升，且藻細(xì)胞內(nèi)ROS含量均隨著ILs處理濃度的升高而增大，呈明顯的正相關(guān)關(guān)系;暴露于ILs144h后，咪唑類ILs處理的藻細(xì)胞內(nèi)的ROS含量明顯高于吡啶類ILs，毒性大小:[HMIM]NO3＞[HMIM]Cl＞[HMPy]Br＞[HMPy]Cl

9、。通過觀察斜生柵藻內(nèi)ROS水平的激光共聚焦圖，可以看到藻細(xì)胞內(nèi)的綠色熒光含量均隨著ILs濃度的升高而增多，在高濃度Ls處理下，細(xì)胞內(nèi)ROS的分布比較廣泛，綠色熒光幾乎覆蓋整個藻細(xì)胞，說明ILs可使細(xì)胞產(chǎn)生大量ROS。在不同的暴露時間下，較低濃度的ILs處理對藻細(xì)胞體內(nèi)可溶性蛋白有促進作用，隨著ILs濃度的升高，可溶性蛋白含量呈下降趨勢。因此，在低濃度的ILs脅迫下，藻細(xì)胞為了維持自身正常的生理代謝，體內(nèi)可溶性蛋白含量增加，但當(dāng)ILs濃度

10、持續(xù)上升時，其毒性超出藻細(xì)胞耐受范圍，造成細(xì)胞損傷，體內(nèi)可溶性蛋白含量下降。在不同暴露時長下，藻細(xì)胞內(nèi)SOD和CAT活性隨濃度的升高呈明顯的先上升后下降的趨勢，說明斜生柵藻受到氧化脅迫，抗氧化酶（SOD和CAT）活性升高以減輕ROS造成的損傷，但隨著ILs濃度的升高或暴露時間的延長，ROS含量最終會超出抗氧化酶的調(diào)節(jié)水平，導(dǎo)致ROS在細(xì)胞內(nèi)的不斷積累，最終造成細(xì)胞的損傷或死亡。離子液體對斜生柵藻的毒性機制可能是由于導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過量的R