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Chemosphere ：深圳大學(xué)丨鹽度調(diào)控的海洋硅藻細(xì)胞表面鎘離子流
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期刊：Chemosphere
主題：鹽度調(diào)控的海洋硅藻細(xì)胞表面鎘離子流
標(biāo)題：Salinity-dependent nanostructures and composition of cell surface and its relation to Cd toxicity in an estuarine diatom
影響因子：4.427
檢測指標(biāo)：Cd2+流速
檢測部位：硅藻藻細(xì)胞
Cd2+流速流實(shí)驗(yàn)處理方法：
不同鹽度的硅藻細(xì)胞
Cd2+流速流實(shí)驗(yàn)測試液成份：
0.1mM KCl,0.1mM MgCl2, 0.5mM NaCl, 0.3mM 2-(N-morpholino) ethanesulfonic acid (MES), 0.2mM Na2SO4 and 0.1% sucrose, pH 8.0，8.9μM CdCl2
作者：深圳大學(xué)潘科、馬捷
文章簡介
鹽度是河口環(huán)境中變化較大的因子之一，會影響海洋主要初級生產(chǎn)力——硅藻與金屬之間的相互作用，之前研究發(fā)現(xiàn)這一影響主要由環(huán)境水化學(xué)變化引起。但卻忽略了鹽度也可能通過改變硅藻本身的生理生化狀態(tài)來影響其響應(yīng)重金屬的過程。
此項(xiàng)研究模擬河口的鹽度梯度，在18，25，和32 psu三個(gè)鹽度下培養(yǎng)了新月菱形藻，在18 psu低鹽度時(shí)，施加8.9 μM的Cd2+對細(xì)胞生長的抑制強(qiáng)。但值得注意的是，Cd離子濃度的升高約一倍，引起的細(xì)胞生長抑制卻是約四倍，說明Cd重金屬毒性的增加可能存在著其它機(jī)制。從分布上看，大部分（>75%）Cd都吸附于細(xì)胞表面，表明新月菱形藻的細(xì)胞壁在初的Cd累積過程中有著重要的作用。
基于上述現(xiàn)象，研究利用非損傷微測技術(shù)測定不同鹽度培養(yǎng)的硅藻單細(xì)胞表面的Cd2+離子流。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硅藻細(xì)胞在低鹽度時(shí)細(xì)胞表面的Cd2+離子流速更快，而Cd2+吸收速率是影響其毒性主要因素。進(jìn)一步結(jié)合其它物理化學(xué)手段終揭示了硅藻在不同鹽度下通過改變細(xì)胞壁的功能基團(tuán)種類和數(shù)量來影響其吸附Cd的細(xì)胞表面化學(xué)機(jī)制。
此項(xiàng)研究為近海鹽度強(qiáng)烈變化條件下防控重金屬的污染和食物鏈傳遞提供了重要的理論依據(jù)。
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不同鹽度培養(yǎng)的新月菱形藻，細(xì)胞表面Cd2+離子流的差異性。負(fù)值表示吸收。
英文摘要
The interactions between metal and phytoplankton are affected by salinity in estuarine environments. While water chemistry is an important factor regulating the metal bioavailability in phytoplankton, the physiological adaptation of the algae cells may also change their intrinsic response to metals.
In this work, we tried to interpret the salinity-dependent Cd toxicity in a pennate diatom Nitzchia closterium from a biological side. As with many studies, we observed Cd toxicity to the diatom increased with decreasing salinity. However, changing free Cd ion concentrations may be partly responsible for the enhanced Cd toxicity.
Multiple evidences showed that diatom cells acclimated at low salinity had stronger intrinsic Cd adsorption capacity. Salinity significantly affected not only the nanostructures but also the biochemical composition in the cell surface of the diatom. Diatom cells grown at lower salinity had a lower surface potential, higher specific surface area, and more sulfur-containing groups in the cell wall, leading to stronger Cd binding capacity in the cells. Meanwhile, more Si was present as poly-silicic acid when the salinity decreased. The change of Si content and speciation in the cell wall are also considered a major reason for the variations of Cd surface binding.
Our study provided new clues for the salinity-dependent metal toxicity in marine diatoms.
中文摘要（谷歌機(jī)翻）
在河口環(huán)境中，鹽度影響金屬和浮游植物之間的相互作用。盡管水化學(xué)是調(diào)節(jié)浮游植物中金屬生物利用度的重要因素，但藻類細(xì)胞的生理適應(yīng)性也可能改變其對金屬的內(nèi)在響應(yīng)。
在這項(xiàng)工作中，我們試圖從生物學(xué)的角度來解釋鹽度依賴的Cd毒性在戊二烯硅藻Nitzchia closterium中。與許多研究一樣，我們觀察到Cd對硅藻的毒性隨著鹽度的降低而增加。但是，改變游離Cd離子濃度可能是造成Cd毒性增強(qiáng)的部分原因。
多種證據(jù)表明，低鹽度適應(yīng)的硅藻細(xì)胞具有更強(qiáng)的固有Cd吸附能力。鹽度不僅顯著影響硅藻的納米結(jié)構(gòu)，而且顯著影響硅藻細(xì)胞表面的生化組成。在較低鹽度下生長的硅藻細(xì)胞具有較低的表面電勢，較高的比表面積和細(xì)胞壁中更多的含硫基團(tuán)，從而導(dǎo)致細(xì)胞中更強(qiáng)的Cd結(jié)合能力。同時(shí)，當(dāng)鹽度降低時(shí)，更多的Si作為聚硅酸存在。 Si含量的變化和細(xì)胞壁中的形態(tài)也被認(rèn)為是Cd表面結(jié)合變化的主要原因。
我們的研究為海洋硅藻的鹽度依賴性金屬毒性提供了新的線索。