王珊，劉瑀，張松

(大連海事大學(xué)環(huán)境信息研究所，遼寧大連116026)

由于船舶和其它海上漏油事故頻繁發(fā)生，石油污染對(duì)海洋環(huán)境的影響也越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。一方面，溢出油在海面上形成了一層油膜，阻斷了海水與大氣間的氣體交換，產(chǎn)生遮光作用，可使水體缺氧，造成生物缺氧死亡;另一方面，海上溢油后，其中的多環(huán)芳烴類(lèi)化合物可被海洋生物吸收蓄積，產(chǎn)生毒害作用［1］。由于多環(huán)芳烴類(lèi)化合物難于被降解，對(duì)海洋生物的危害將是長(zhǎng)期的［2－3］，而蓄積于生物體內(nèi)的毒物將沿著食物鏈進(jìn)一步放大。人類(lèi)若食用了被石油污染的海洋生物，將對(duì)其健康造成較大的危害。

孔石莼Ulva pertusa是綠藻門(mén)Chlorophyta、輪藻綱Ulvophyceae、石莼目Ulvales、石莼科Ulvaceae、石莼屬Ulva的一種大型海洋經(jīng)濟(jì)藻類(lèi)，廣泛分布于西太平洋沿海［4］。溢油事故發(fā)生后如果未及時(shí)清理，油就會(huì)隨著海水漂流到海岸上，對(duì)海岸帶造成污染。目前，石油烴類(lèi)污染物已成為中國(guó)近海僅次于營(yíng)養(yǎng)鹽富營(yíng)養(yǎng)化的第二大污染物［5］。關(guān)于石油烴污染物對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)中浮游生物、魚(yú)、蝦、貝的影響已有較多報(bào)道［6－15］，但關(guān)于石油烴對(duì)大型藻類(lèi)生長(zhǎng)及光合作用影響的研究報(bào)道相對(duì)較少［16］。本試驗(yàn)中，作者研究了船舶燃油(L.D.O.)、船用潤(rùn)滑油(簡(jiǎn)稱(chēng)潤(rùn)滑油)和沙特阿拉伯輕質(zhì)原油(簡(jiǎn)稱(chēng)沙輕原油)等3種船舶常用油對(duì)孔石莼生長(zhǎng)和光合作用的影響，以期為評(píng)估溢油污染對(duì)大型藻類(lèi)的生理、生態(tài)影響提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用孔石莼和海水于2010年4—5月取自大連市黑石礁海域。海水經(jīng)過(guò)砂濾凈化、脫脂棉過(guò)濾和煮沸處理，放置至室溫后使用。

試驗(yàn)用3種油品:L.D.O.采自連山2號(hào)船;沙輕原油和潤(rùn)滑油采自大連海事大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”輪。

試驗(yàn)儀器主要有:光照培養(yǎng)箱 (上海博泰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，SPX－GB－300);超聲波清洗器 (寧波新芝生物技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)，SB5200D7);紫外分光光度計(jì) (上海天美科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)，UV1102)。

1.2 方法

1.2.1 孔石莼的暫養(yǎng) 選擇色澤鮮綠的孔石莼，用處理過(guò)的海水反復(fù)沖洗藻體表面以去除雜質(zhì)，在光照培養(yǎng)箱中暫養(yǎng)一周。暫養(yǎng)期間，每天更換海水1次，不充氣，每日搖瓶3～4次。培養(yǎng)溫度為(20±1)℃，鹽度為30，pH為8.2，光照強(qiáng)度為5000 lx，光照周期為L(zhǎng)∶D=12∶12。試驗(yàn)前在藻體近邊緣部位用打孔器取直徑為1 cm的圓片(0.0100 g±0.008 g)，置于光照培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)2 d，備用。

1.2.2 石油烴水溶解組分母液的配置 將3種油品和海水按照1∶5的比例混合于燒杯中，在超聲波清洗器中連續(xù)震蕩3 h，靜置分層后分離水相，于低溫 (4±1℃)下保存［17－18］，即形成了 3 種石油烴水溶解組分——L.D.O.石油烴水溶解組分、沙輕原油石油烴水溶解組分和潤(rùn)滑油石油烴水溶解組分。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用紫外分光光度法測(cè)定母液中石油烴的濃度［19］。

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，將3種石油烴水溶解組分母液按照如下濃度稀釋作為石油烴受試液:L.D.O.和沙輕原油石油烴的濃度分別為0、5、10、15、25、50 mg/L，潤(rùn)滑油石油烴濃度分別為0、5、10、20、25、50、100 mg/L。每個(gè)濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)容器為250 mL的錐形瓶，每瓶中加入試液200 mL，并隨機(jī)放入2片孔石莼。放入前，將孔石莼在濾紙上吸干水分后稱(chēng)濕重。試驗(yàn)條件與預(yù)培養(yǎng)條件相同。試驗(yàn)過(guò)程中用兩層保鮮膜將錐形瓶口密封，每日搖瓶3～4次，試驗(yàn)時(shí)間為96 h。試驗(yàn)結(jié)束后稱(chēng)濕重，之后轉(zhuǎn)移至黑白瓶中，24 h后測(cè)定孔石莼的光合速率和呼吸速率 (瓶中培養(yǎng)液為清潔海水)，之后隨機(jī)取3片孔石莼用于測(cè)定干重，其余3片孔石莼采用分光光度法測(cè)定葉綠素a的含量［19］。采用碘量法測(cè)定溶解氧。

1.3 計(jì)算公式與數(shù)據(jù)處理

特定生長(zhǎng)率(%/d)、光合速率(mg/(g·h))和呼吸速率(mg/(g·h))的計(jì)算公式如下［20］:

式中:Wt為時(shí)間t(d)時(shí)藻片的濕重 (g);W0為試驗(yàn)初始時(shí)藻片的濕重 (g);t為試驗(yàn)時(shí)間 (d);OA1、OA2分別為盛有藻片的白瓶和黑瓶24 h后的溶解氧;Ow、OB分別為白瓶、黑瓶的空白對(duì)照，即未盛藻片的白瓶、黑瓶24 h后的溶解氧;A為藻體的最終濕重 (g)。

采用PASW Statistics 18.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果

2.1 不同濃度的石油烴對(duì)孔石莼生長(zhǎng)和葉綠素含量的影響

圖1為孔石莼暴露于3種石油烴不同濃度條件下的特定生長(zhǎng)率?？资辉谳^低的石油烴濃度下均可存活，但當(dāng)石油烴濃度升高到一定量時(shí)(L.D.O.=50 mg/L，沙輕原油=50 mg/L，潤(rùn)滑油=100 mg/L)，藻片顏色開(kāi)始從邊緣變淺、發(fā)白，96 h后內(nèi)全部死亡。從圖1可見(jiàn):在L.D.O.和沙輕原油石油烴不同濃度溶液中，孔石莼的特定生長(zhǎng)率表現(xiàn)出隨濃度的增加先下降、后上升、再下降的趨勢(shì)，特別是在L.D.O.石油烴的不同濃度中，下降趨勢(shì)比較明顯;而在潤(rùn)滑油石油烴各濃度溶液中，孔石莼的特定生長(zhǎng)率則未表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。暴露于3種石油烴不同濃度溶液中孔石莼的特定生長(zhǎng)率與石油烴暴露濃度之間無(wú)顯著相關(guān)性。

圖1 3種石油烴不同濃度條件下孔石莼的特定生長(zhǎng)率Fig.1 Specific growth rates(SGR)of Ulva pertusa exposed to different oil concentrations

由圖2可見(jiàn)，孔石莼的葉綠素a、b含量的變化趨勢(shì)較為復(fù)雜，基本呈波浪式變化。在潤(rùn)滑油石油烴溶液中，隨著暴露濃度的升高，孔石莼葉綠素a、b含量都呈先下降、后上升、再下降的趨勢(shì);而在L.D.O.和沙輕原油石油烴各濃度溶液中，葉綠素a、葉綠素b的值則呈先上升、后下降、再上升的趨勢(shì)。在沙輕原油石油烴各濃度溶液中，葉綠素a/葉綠素b的值呈現(xiàn)出隨濃度的升高而依次降低的趨勢(shì)，與暴露濃度呈顯著負(fù)相關(guān) (R=－0.942;P=0.017);在潤(rùn)滑油石油烴溶液中，葉綠素a含量與暴露濃度呈顯著負(fù)相關(guān) (R=－0.815;P=0.048)。

圖2 3種石油烴不同濃度條件下孔石莼的葉綠素含量Fig.2 Chlorophyll a and b contents of Ulva pertusa exposed to different oil concentrations

2.2 不同濃度的石油烴對(duì)孔石莼光合作用的影響

由圖3可見(jiàn):在不同濃度潤(rùn)滑油石油烴溶液中，孔石莼的光合速率表現(xiàn)出隨暴露濃度增加而下降的趨勢(shì);而在不同濃度沙輕原油石油烴溶液中則表現(xiàn)出明顯的上升、下降、再上升、再下降的趨勢(shì);在不同濃度L.D.O.石油烴溶液中，孔石莼的光合速率表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)。相關(guān)分析結(jié)果表明，孔石莼的光合速率隨沙輕原油石油烴暴露濃度的增加呈顯著正相關(guān) (R=0.881;P=0.048)，而孔石莼光合速率與潤(rùn)滑油石油烴暴露濃度呈顯著負(fù)相關(guān) (R=－0.881;P=0.02)。

圖3 3種石油烴不同濃度條件下孔石莼的光合速率Fig.3 Photosynthetic rates of Ulva pertusa exposed to different oil concentrations

從圖4可見(jiàn)，孔石莼的呼吸速率在3種石油烴不同濃度溶液中均表現(xiàn)出隨暴露濃度的增加而下降的趨勢(shì)。在沙輕原油石油烴溶液中，孔石莼的呼吸速率與石油烴暴露濃度呈顯著負(fù)相關(guān) (R=－0.924;P=0.025);在另外兩種石油烴溶液中，孔石莼的呼吸速率則呈現(xiàn)出隨暴露濃度的增加先急劇下降，之后維持在一定水平的趨勢(shì)。

圖4 3種石油烴不同濃度條件下孔石莼的呼吸速率Fig.4 Respiratory rates of Ulva pertusa exposed to different oil concentrations

3 討論

石油的成分很復(fù)雜，但其主要成分為液態(tài)烴(包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等)［21］。油類(lèi)中各種石油烴類(lèi)的含量不同，所以對(duì)不同生物產(chǎn)生的影響也大不相同，甚至對(duì)同種生物不同發(fā)育階段和各方面產(chǎn)生的影響也有差異。也就是說(shuō)，石油對(duì)生物產(chǎn)生的影響大小取決于油的種類(lèi)、濃度及生物種類(lèi)［9］。Bate等［6］的研究結(jié)果表明，不同種群對(duì)各種油的反應(yīng)以及浮游植物代謝碳水化合物的能力均有差異。劉娜等［11］的研究結(jié)果表明，輕質(zhì)油對(duì)小球藻的毒性大于重質(zhì)油。吳彰寬等［13］研究了23種毒物對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的急性毒性，發(fā)現(xiàn)石油烴和其產(chǎn)物的毒性大小順序?yàn)?汽油﹥煤油﹥輕柴油﹥?cè)桐儩?rùn)滑油。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，3種石油烴對(duì)孔石莼的生長(zhǎng)、葉綠素a和葉綠素b的含量、光合速率及呼吸速率產(chǎn)生的影響都有一定的差異。從3種石油烴對(duì)孔石莼特定生長(zhǎng)率的影響結(jié)果可以看出，在較低暴露濃度下，孔石莼能夠存活，直至油的濃度升高到一定程度才開(kāi)始死亡 (圖1)。但試驗(yàn)中導(dǎo)致孔石莼死亡時(shí)的石油烴濃度各不相同，推測(cè)L.D.O.和沙輕原油對(duì)孔石莼的毒性大于潤(rùn)滑油。這一結(jié)果與吳彰寬等［13］的研究結(jié)果基本一致。

在3種石油烴不同濃度的溶液中，孔石莼的葉綠素a和葉綠素b的含量、光合速率及呼吸速率基本上隨著暴露濃度的升高而呈現(xiàn)波浪式的變化趨勢(shì)。其原因可能是，在石油烴類(lèi)化合物作用下，導(dǎo)致藻類(lèi)的細(xì)胞質(zhì)和葉綠體被瓦解，膜和色素化合物發(fā)生變化，一些光合作用酶的活性受到干擾等，從而影響藻類(lèi)的葉綠素含量和光合速率［21］。

在L.D.O.和沙輕原油暴露試驗(yàn)中，孔石莼的葉綠素含量隨著暴露濃度的升高呈現(xiàn)上升、下降、再上升的趨勢(shì) (圖2)，而在沙輕原油暴露試驗(yàn)中，孔石莼光合速率也呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì) (圖3)。這一現(xiàn)象與國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的研究結(jié)果相近。如Wolfe［9］曾指出，石油烴對(duì)海洋浮游植物生長(zhǎng)的影響可以表現(xiàn)為促進(jìn)作用，也可表現(xiàn)為抑制作用，這取決于石油烴的濃度和浮游植物的種類(lèi)。王悠等［10］認(rèn)為，金藻8701和骨條藻在低濃度 (1.56×10－6g/L)蒽 (多環(huán)芳烴的一種)的作用下，其生長(zhǎng)呈現(xiàn)出較明顯的“毒性興奮效應(yīng)”，具體表現(xiàn)為細(xì)胞密度增加，蛋白質(zhì)、葉綠素a及類(lèi)胡蘿卜素含量有所增加。究其原因，一是低濃度的石油烴可能對(duì)藻類(lèi)產(chǎn)生刺激作用;二是藻類(lèi)對(duì)石油烴的作用產(chǎn)生了應(yīng)激反應(yīng);三是石油烴可能作為藻類(lèi)生長(zhǎng)的碳源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［22］。一些研究結(jié)果表明，一定濃度的石油可以促進(jìn)植物及浮游植物的生長(zhǎng)［11，21，23］。一些學(xué)者通過(guò)對(duì)溢油事故后的海洋大型藻類(lèi)進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻對(duì)石油污染有較強(qiáng)的耐受能力［24－26］。因此，石油烴污染也可能是誘發(fā)海區(qū)赤潮或大型藻密度激增的原因之一。

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