油污染对浮游植物生理生态的影响研究综述【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述海洋生物资源与环境油污染对浮游植物生理生态的影响研究综述摘要油污染现已成为全球性最严重的环境问题之一，其中由油船泄漏，油井喷发等原因导致的海洋、湖泊等水体污染所造成的危害尤为显著。而浮游植物，作为水体生态系统中最主要的初级生产者，这一群落对于油污染的生理生态反应一直以来都是水体环境尤其是海洋环境研究的重中之重。从20世纪70年代开始，国内外科学家针对油污染对浮游植物的生长生态的影响的研究络绎不绝，尤其随着近年来石油泄漏事故的频繁发生，针对于油污染水体中浮游生物生理生态反应的研究显得尤为重要。本文将对近30年来国内外的油污染影响浮游植物生理生态反应的研究进行回顾，针对几种微藻对于

2、油污染的适应情况开展讨论，并对研究该领域研究的技术与手段进行介绍与总结。从而，为后期更为深入，更为科学的研究提供指导与依据。关键词油污染；浮游植物；生态海水油污染是继氮、磷因素之后的一个主要海水富营养化因素。除突发性溢油外，港口或船舶使用带来的油污以及陆源径流油污染都是海水油污染的主要来源。油污染的物质可以是多种多样的，包括原油、炼制油，如汽油、柴油及其副产品、船舶油污、陆源径流来源的生活油污等等。由于油污染具有种类和污染物质多样、作用复杂、持续时间长短差异明显的特征；并且，不同油污染对不同种类的浮游植物具有利、弊差异不同种类对不同油的反应各不相同，有些研究显示抑制有些显示促进，但尚未有定论。

3、诸多方面的因素，造成了关于油污染对浮游植物的影响机制研究的复杂性。本文将对近30年来国内外的油污染影响浮游植物生理生态反应的研究进行回顾，针对几种微藻对于油污染的适应情况开展讨论，并对研究该领域研究的技术与手段进行介绍与总结。从而，为后期更为深入，更为科学的研究提供指导与依据。1油污染对浮游植物的危害海洋油污染与浮游植物的关系是系统和时间上的累积效应，研究问题涉及浮游植物多样性、海洋初级生产力、海洋赤潮种类历史变迁、海洋浮游植物优势种变迁、对生物地化循环有显著作用种类的优势变迁、全球生态系统水平上的作用等等。油污染对于浮游植物的影响具有多样性，最新的研究表明不同的浮游植物对于原油污染物表现出不

4、同的反应，包括对种类组成、优势种、多样性、种类演替等方面的影响，但微藻类对于原油的污染物的生理反应研究鲜有报道1。11油污染影响浮游植物的光合作用石油污染会破坏海洋固有的CO2吸收机制，形成碳酸氢盐和碳酸盐，缓冲海洋PH值，从而破坏了海洋中O2、CO2的平衡；油膜使透人海水的太阳辐射减弱；分散和乳化油侵人海洋植物体内，破坏叶绿素，阻碍细胞正常分裂，堵塞植物呼吸孔道。以上因素会破坏海洋食物网的中心环节浮游植物光合作用，进而破坏食物链，导致生物死亡。油污染对于微藻等初级生产者光合作用的抑制，对海洋生态环境稳定和初级生产力产生了强烈的危害1。通常来说，油污染的可溶性物质会迅速遏制水体中初级生产者的光

5、合作用与生长2,3。例如，在TOMAJKA41985和GOUTZ5等1984的研究中浮游植物的光合作用在受到油污染的情况下分别减弱到了对照组的36和40。1989年王福华等利用黑白瓶培养，通过氧电极测定含氧量的方法论证了油污染对水生藻类光合作用的抑制作用6。2002年11月，在西班牙沿岸泄油的模拟实验中，科学家把微藻培养在含有一定浓度原油污染的培养液中，仅一个小时后微藻的光合作用就受到了明显的抑制。三天后，虽然细胞的成活率没有收到明显的影响，但光合作用依然受到抑制7。2006年，MANUELVARELA等利用放射性碳元素标记的方法研究了油污染对微藻光合作用影响，研究表明在一定的油污染水平下，B

6、EDFORD盆地区域的浮游植物的光合作用受到抑制但影响不大，而对生活在外海的浮游植物的光合作用却没有明显的影响。12毒化作用芳烃PAHS作为海洋环境最严重的有机污染物，广泛分布于海洋环境中，由于其潜在的毒性、致癌性及致畸变作用，对人类健康和生态环境具有很大的潜在危害。石油泄漏到海面，几小时后便会发生光化学反应，生成醌、酮、醇、酚、酸和硫的氧化物等，对海洋生物有很大的危害8。而慢性石油污染的生态学危害更难以评估。由于向海洋排放的含有污油废水的比重大于海水，以及泄漏后的油滴会黏附在海洋悬浮的微粒上沉落海底，这些有毒物质常常沿海底流动，污染了海底的底质和生物等，使生物大量死亡，破坏了海洋的生物多样性

7、。石油污染物进人海洋环境会对水生生物的生长、繁殖以及整个生态系统发生巨大的影响。石油能渗入较高级的大米草和红树等植物体内，改变细胞的渗透性，甚至使其死亡。污染物中的毒性化合物可以改变细胞活性，使藻类等浮游生物急性中毒死亡。石油中所含毒稠环芳香烃在平台或排污源附近，生物体受影响的程度比较严重，表现在生理代谢异常、组织生化改变等，从而扰乱物种的生物繁殖，改变生物群落的生态结构和生活特性9。在对SKEELETONEMACOSTATUM的研究中ANON发现其中的烃类有所减少10。藻类的的生长受到低浓度油污染的促进作用，而受到高浓度油污染的抑制，并且PROROCENTRUMMICANS比其他的物种呈现出

8、更加明显的抑制作用5。GOUTZETAL,1984ELMGREN等科学家的工作表明水体中浮游植物的优势种对油污染相对不敏感，然而，但生物量的增加和物种组成的变更依然带来了生态压力5。SAMAIN等人（1981）发现即使在烃残基水平，ANOMALOCERAPATERSONI的生理机能也会收到特别的扰乱11。MKARYDIS12等科学家研究了石油烃类对于海洋硅藻的影响。低浓度的污染物对于硅藻的生长具有促进作用，而高浓度则抑制了硅藻的生长。石油烃类中芳香烃是毒性最强的一种，而烷烃类对于藻类的生长或光合作用都没有观测到明显的影响。但是芳烃和烷烃都对藻类的叶绿素A，蛋白质和细胞糖含量产生了影响。毒性的强

9、弱程度取决于水体中可溶性毒性物质的含量。对于CCRYPTICA的超显微结构的研究表明培养环境中的石蜡影响了细胞壁的厚度。2002年11月，在西班牙沿岸泄油的模拟实验中，科学家把微藻培养在含有一定浓度原油污染的培养液中。三天后，虽然细胞的成活率没有收到明显的影响，但光合作用依然受到抑制。在低浓度的培养组中，有丝分裂的速率和运动细胞的百分比分别是对照组的1733和12427。13引发赤潮在石油污染严重的海区，赤潮的发生概率增加，虽然赤潮发生机理尚无定论，但应考虑石油烃类的影响13,14。研究表明,高浓度石油烃可对海洋浮游植物生长产生抑制作用，低浓度石油烃可产生促进作用15,16。石油污染影响多种海

10、洋浮游生物的生长、分布、营养吸收、光合作用及浮游植物参与二甲基硫（DMS）的产生和循环的过程，可以引发赤潮17。例如，渤海赤潮发生重点水域往往也是石油烃高浓度区，主要包括莱州湾、渤海湾、辽东湾等沿岸水域18。NORTH19等曾报道，TAMPICOMARU事故之后，溢油引起巨藻在海滨大量繁殖生长；SMITH20也报道，TORREYCANYON号失事后，几个月内，由于溢油的影响，使STAND沿岸的藻类生长十分旺盛；高尚德21在青岛海滨几次溢油事故发生后，发现青岛沿海潮闻带的藻类种群发生了明显的变化。2油污染对浮游植物生长的促进作用在各种针对微藻对油污染响应的研究中发现，油污染的存在对浮游植物的生长

11、来说并非都是有害的。在ARROYOMINERO的研究发现了微藻适应原油污染物的例子，一系列惊人的发现改变了我们原先对油污染作用于水生生态系统影响的认识。但在ARROYOMINERO的紧急原油污染区水体中发现的微藻群落仅由少量的集中物种构成。仅仅发现4种嗜温性的浮游植物种类三种绿藻和一种蓝细菌。他们分别是SYMPLOCADUBIA、CHLAMYDOMONASDINOBRYONIS、SCENEDESMUSSP、SCENEDESMUSOBTUSUS1在MKARYDIS和GEFOGG对CYCLOTELLACRYPTICA的研究中发现，低浓度的油污染对于微藻的生长是能起到促进作用的，只有在较高浓度的条件

12、下，其生长才受到油污染的抑制22。3研究重点与展望从对浮游植物响应油污染的现有研究中来看，硅藻在油污染水域中受到的影响比较显著，而且由于硅藻是海洋初级生产力的主要组成，因此，关于油污染对硅藻的影响研究工作较多。油污染可以影响硅藻细胞致死或细胞分裂停止。例如在MIRONOV（1968）的研究中发现，硅藻中布氏双尾藻是对油污染最敏感的种类，该研究中就有关于油污染敏感指示种的讨论。近期西班牙科学家通过对硅藻的研究，得出有污染对硅藻的影响取决于藻类的大小。直径小于20UM（的硅藻在油污染中生长加快；但超过20UM的会受到抑制。这是由于光合途径和对PAHS的敏感度决定的23。比较油污染海区和清洁海区的浮

13、游植物结果显示在油污染海区中，甲藻占优势，浮游植物多样性指数低；清洁的海区，浮游植物多样性指数高，以硅藻占绝对优势。说明甲藻在细胞水平的耐受性和种群水平的群体行为上具有较硅藻耐油污的某些机制。多数甲藻具有混合营养方式，在不利于完全自养的环境中，部分甲藻可以通过异养或回避实现种群的延续。油污染造成浮游植物群落结构改变，有机营养水平增加，耐受力高的种类增加。同时，因增强的有机物分解作用以及全球温暖化作用，使局部海水的缺氧状况加剧24，在此改变的海水环境中，竞争能力强的种类可能形成优势爆发。从这个角度来看，研究耐油污的浮游植物其耐受油污染的机制之一，是比较富氧环境和缺氧环境中的耐受能力及其生理生化响

14、应。最新的一项研究表明，几种广泛分布的绿藻具有高的抗油污染能力，能在长期严重污染的水体中形成优势，并且其耐油污的特征具有遗传能力25。对盐藻的耐油污基因突变研究显示，盐藻耐油污遗传突变是发生在油污前的随机突变而非获得性的遗传特征26。由此可见，油污染并没有形成类似极端环境的生物种类，而只是广泛分布种类的环境筛选。这种来源于长期耐受过程中逆境对随机突变基因的筛选过程，是否在浮游植物界具有普遍的生物学基础尚待解明。由于油污染具有种类和污染物质多样、作用复杂、持续时间长短差异明显的特征；并且，不同油污染对不同种类的浮游植物具有利、弊差异不同种类对不同油的反应各不相同，有些研究显示抑制有些显示促进，但

15、尚未有定论。诸多方面的因素，造成了关于油污染对浮游植物的影响机制研究的复杂性。海洋油污染与浮游植物的关系是系统和时间上的累积效应，研究问题涉及浮游植物多样性、海洋初级生产力、海洋赤潮种类历史变迁、海洋浮游植物优势种变迁、对生物地化循环有显著作用种类的优势变迁、全球生态系统水平上的作用等等。因此，正是由于上述研究的复杂性，在研究油污染对浮游植物的影响时，重点关注的应该是代表性的油污染物质在浮游植物系统水平上的作用包括对种类组成、优势种、多样性、种类演替等方面的影响。其中，针对油污染严重海区中，重要优势种类的耐受机制及其环境生态效应研究，则是复杂系统研究的锲入口。参考文献1VICTORIALPEZ

16、RODASDANIELCARRERAMARTNEZ,EVSALGADO,ARNZAZUMATEOSSANZ,JOSCBEZ,EDUARDOCOSTASAFASCINATINGEXAMPLEOFMICROALGALADAPTATIONTOEXTREMECRUDEOILCONTAMINATIONINANATURALSPILLINARROYOMINERO,RONEGRO,ARGENTINAANRACADJNACFARM2009,7548838992SIRON,R,PELLETIER,EFIGUEIRAS,FGETALEFFECTOFSIMULATEDOILSPILLONNATURALASSEMBLA

17、GESOFMARINEPHYTOPLANKTONENCLOSEDINMICROCOSMSJESTUARINECOASTALSHELFSCIENCE2009,8332652764TOMAJKA,JTHEINFLUENCEOFPETROLEUMHYDROCARBONSONTHEPRIMARYPRODUCTIONOFTHEDANUBERIVERPLANKTONJACTAHYDROCHIMIEHYDROBIOLOGIE1985,13,6156185GOUTZ,HM,BERLAND,B,LEVEAU,METALEFFECTSOFPETROLEUMBIODEGRADATIONPRODUCTSONPHYTO

18、PLANKTONGROWTHJSECONDINTERNATIONALCOLHQUIUMONMARINEBACTERIOLO,1984,6216276王福华,倪晓华柴油对3种海藻光合和呼吸作用的影晌J上海环境科学,1989,17（3）38417DCARRERAMARTNEZ,AMATEOSSANZ,VETALCOSTASMICROALGAERESPONSETOPETROLEUMSPILLANEXPERIMENTALMODELANALYSINGPHYSIOLOGICALANDGENETICRESPONSEOFDUNALIELLATERTIOLECTACHLOROPHYCEAETOOILSAMPLE

19、SFROMTHETANKERPRESTIGEJAQUATICTOXICOLOGY2002,9720101511598PRINCERC,GARRETTRM，BARERE,ETA1THEROLESOFPHOTOOXIDATIONANDBIODEGRADATIONINLONGTERMWEATHERINGOFCRUDEANDHEAVYFUELOILSJSPILLSCIENCETECHNOLOGYBULLETIN,2003,821451569黄韧,杨丰华,程树军海洋石油勘探开发污染物对海洋生物的影响与生物监测的研究进展J湛江海洋大学学报,2001,214717610ANONEFFECTOFTHEWATE

20、RSOLUBLEFRACTIONOFCRUDEOILFROMTHEIXTOCL,ONAXENICCULTURESANDNATURALPOPULATIONSOFMARINEPLANKTONJINREPORTONTHEIXTOC1OILSPILL,GULFOFMEXICO,MEXICODFMEXICOSECRETARIADEMARINA1982,63311SAMAIN,J,F,MOAL,COUM,A,LECOZ,JRETALEFFECTSOFTHEAMOCOCADIZOILSPILLONZOOPLANKTONANEWPOSSIBILITYOFECOPHYSIOLOGICALSURVEYJEUROP

21、EANMARINEBIOLOGICALSYMPOSIUMONTHEPROTECTIOOFLIFEINTHESEA1980,3322523512MKARYDISIANDGEFOGGPHYSIOLOGICALEFFECTSOFHYDROCARBONSONTHEMARINEDIATOMCYCLOTELLACRYPTICAJMICROBECOL1980,628129013程振波渤海饵料生物培养M北京农业出版社,1992697514王伟杰,吴长江我国海洋石油污染对渔业的危害及其防治J海洋信息,1993,322715DADAMOR,PELOSIS,TROTTAP,ETA1BIOACCUMULATIONAN

22、DBIOMAGNIFICATIONOFPOLYCYELICAROMATICHYDROCARBONSINAQUATICORGANISMSJMARINECHEMISTRY,1997,5612454916张蕾,王修林,韩秀荣,等石油烃污染物对海洋浮游植物生长的影响实验与模型J青岛海洋大学学报,2002,325804481017王修林,李克强渤海主要化学污染物海洋环境容量M北京科学出版社,200611211318沈南南,李纯厚,王晓伟石油污染对海洋浮游生物的影响J生物技术通报,2006增刊959919KILGOREWW,DOULTKL,ETALMARINEPOLLUTIONSYMPOSIUMJ1STE

23、DNEWYORKREINHOLDPUBLISHINGCORPORATION,1964,33520SMITHJETORREYCANYONPOLLUTIONANDMARINELIFEJ1STEDLONDONCAMBRIDGEUNIVERSITYPRESS,16819621高尚德等集油对几种海藻光合作用、呼吸作用影响的初步研究J环境科学学报，1986，681122MKARYDISANDGEFOGGPHYSIOLOGICALEFFECTSOFHYDROCARBONSONTHEMARINEDIATOMCYCLOTELLACRYPTICAJMICROBECOL1980,628129023SHAFFERGE

24、TALLONGTERMOCEANOXYGENDEPLETIONINRESPONSETOCARBONDIOXIDEEMISSIONSFROMFOSSILFUELSJNATUREGEOSCIENCE2009,210510924JGONZALEZA,FGFIGUEIRASB,ETALEFFECTOFASIMULATEDOILSPILLONNATURALASSEMBLAGESOFMARINEPHYTOPLANKTONENCLOSEDINMICROCOSMSJESTUARINE,COASTALANDSHELFSCIENCE2009,8326527625LPEZRODASETALAFASCINATINGE

25、XAMPLEOFMICROALGALADAPTATIONTOEXTREMECRUDEOILCONTAMINATIONINANATURALSPILLINARROYOMINERO,RONEGRO,ARGENTINAJANRACADNACFARM,2009,75488389926CARRERAMARTNEZETAL,MICROALGAERESPONSETOPETROLEUMSPILLANEXPERIMENTALMODELANALYSINGPHYSIOLOGICALANDGENETICRESPONSEOFDUNALIELLATERTIOLECTACHLOROPHYCEAETOOILSAMPLESFROMTHETANKERPRESTIGEJAQUATICTOXICOLOGY2010,972010151159