研究与评论:植物学杂志雷竞技苹果下载
菜单ISSN: 2320 - 0189
ISSN: 2320 - 0189
+ 1-845-458-68821弗罗茨瓦夫理工大学化学学院先进材料技术系，Smoluchowskiego 25, 50-372，波兰弗罗茨瓦夫
2波兰环境与生命科学大学环境卫生与动物福利系，电子显微镜实验室，科茨霍沃斯卡5B, 50-631沃洛察瓦
收到日期:29/12/2015接受日期:21/03/2016发表日期:23/03/2016
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本文介绍了无梗劳氏菌的生物积累特性。利用扫描电子显微镜、能量色散x射线分析系统(SEM-EDX)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)研究了巨藻生物积累Co(II)和Mn(II)离子的能力。实验两周后，巨藻累积了约71.3 mg/g Mn(II)和41.9 mg/g Co(II)离子。扫描电镜显微照片证实了生物蓄积的发生。金属离子结合在生物质的表面和内部。阳离子的映射显示，在生物质表面(生物吸附)的情况下，元素构成了聚集。反过来，在横截面(生物积累)的情况下，它们是均匀分布的。无梗镰刀菌生物积累微量元素离子的能力为其广泛应用创造了机会。这种巨藻不仅具有显著的微量元素积累能力，而且还含有生物活性化合物，是一种具有农业应用前景的原料。
生物积累，Co(II)离子，Mn(II)离子，巨藻，Vaucheria sessilis， icp-oes, sem-edx
近年来，波兰对海藻的兴趣有所增加。越来越多的研究是为了将海藻(大型藻类)及其产品应用于各个领域，例如作为人类、动物饲料的功能性食品或用于农业(化肥、生物刺激素)[1］．
大型藻类的优点是能够从水溶液中积累金属离子。这一特性允许藻类的多种应用。最常见的是使用藻类作为生物指标，因为它们提供了生物可利用污染物的时间整合图[2］．利用大型藻类中有毒金属的含量来监测河口和海岸地区的生物可利用金属水平。此外，水生生物对金属离子的生物积累可用于废水处理中废水中的金属去除。在此过程中，也可从处理过的废水中去除营养物质(硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、有机和无机碳化合物)[3.］．这一特性使得通过生物富集藻富集微量元素和大量元素的藻类能够用于农业用途。然而，生物蓄积生物应选择能够抵抗高负荷污染物的物种，并且不具有防止细胞内过度蓄积的机制[4］．在生物积累的情况下，重要的是要考虑到这样一个事实，过量的Zn, Ni, Cu, Fe和Co可以触发植物固有的防御机制，包括产生植物螯合素-结合金属的多肽。在陆地植物、维管水生植物、真菌以及海洋和淡水藻类中，植物螯合蛋白的产生对高金属水平的响应已经被确认。这一机制导致过量金属在植物内积聚，最终金属浓度往往显著高于供应给植物的水[5］．
据文献报道，藻类通过两个阶段的过程积累金属，首先是在外表面吸附的快速、可逆的物理化学过程(生物吸附)，然后是细胞内代谢调节的较慢的吸收。官能团起着至关重要的作用，它们存在于生物量的表面(细胞壁的组成)[6，7］．
在这篇论文中，对巨藻金属结合方面的研究并不是为了在环境保护方面的应用前景，而是为了寻找在农业方面的新应用。在本研究中，藻类Vaucheria sessilis提出的原因有二:首先，它通常发生在波兰淡水中(诉sessilis(凭证)德坎多尔，诉geminata(凭证)De Candolle和诉hamataWalz.)和波罗的海(诉thuretiiWoronin,诉meduza克里斯坦森,诉synandra第二，在实验室条件下易于培养[8，9］．此外，Vaucheria sp.的细胞壁主要由大分子组成，如:单糖(葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、n -乙酰葡萄糖胺、糖醛酸)、多糖(纤维素、葡聚糖、果胶、海藻酸)和蛋白质，它们提供了许多参与生物积累过程的功能基团[10-12］．
在现有文献中，生物积累特性Vaucheria sessilis都没有仔细检查。Marble等人重点研究了水生植物、藻类(Mn, Fe, Ni, Cu, Co, Zn)对金属(Mn, Fe, Ni, Cu, Co, Zn)的生物积累Vaucheria)和Pinal Creek(亚利桑那州)的苔藓，这些苔藓已被该地区的酸开采活动所污染[13］．这些研究表明，水井、兔足草和藻类主要富集Mn。在我们之前的论文中，Vaucheria sessilis用于植物必需微量元素锌(II)和铜(II)离子的生物积累[14］．实验两周后，巨藻在1g干生物量中积累了98.5 mg的Zn(II)离子，68.9 mg/g。这表明，具有永久结合微量元素的藻类生物质可以在工业的许多分支中找到应用，例如作为动物饲料或天然肥料的组成部分。
在本论文中，金属阳离子:Mn(II)和Co(II)的生物富集Vaucheria sessilis被调查。锰被计算为高等植物和低等植物所必需的微量营养素。该元素在有机酸代谢中占主导地位，激活亚硝酸盐和羟胺还原成氨，在参与呼吸和酶合成的重要酶中起作用，是氧化/还原、水解[15］．第二元素Co(II)是一种对高等植物和低等植物都有益的微量营养素[15，16］．钴是几种酶和辅酶的基本成分。它依赖于根际和土壤中钴的浓度和状态而影响植物的生长和代谢[16］．
本论文的目的是评估大型藻类对Mn(II)和Co(II)离子的生物积累特性，并展示金属离子如何在生物量的表面和横截面上积累。因此，选择了能量色散x射线分析系统(SEM-EDX)扫描电子显微镜和电感耦合等离子体光学发射光谱(ICP-OES)两种方法。Vaucheria sessilis高含量的生物活性化合物和显著的微量元素积累能力可构成农业应用的远景原料。这种创新方法旨在用钴和锰生产天然无毒的藻类产品，这将影响栽培植物的产量。
生物量的Vaucheria sessilis
大型藻类的起始培养Vaucheria sessilis来自Sammlung von Algenkulturen;阿尔布雷希特-冯-哈勒植物科学研究所;Göttingen大学，并根据Sammlung von Algenkulturen Göttingen (SAG)所描述的程序在实验室中培养(www.epsag.uni-goettingen.de / html / sag.html)．
生物体内积累的过程
海藻培养基的两种溶液(www.epsag.uni-goettingen.de / html / sag.html)，其中含有Mn(II)和Co(II)离子，在去离子水中溶解适量MnSO制备4∙H2O和CoSO4∙7 h2O(来自波兰POCh S.A. Gliwice, www.english.poch.com.pl/)。两种介质溶液中每种金属离子的浓度均为12.5 mg/l。用0.1 mol/l的NaOH/HCl标准溶液(来自波兰POCh S.A. Gliwice)将溶液的pH调整为7。pH测量使用Mettler-Toledo - Seven Multi pH计(Greifensee，瑞士，www.mt.com)进行，配有InLab413带温度补偿的电极。在每个溶液中加入约2.5 g的无梗荞麦湿生物量(约0.14 g/l的干生物量)。在室温和日光下，生物积累过程持续2周[17］．
分析方法
扫描电子显微镜(SEM-EDX)
天然的，富含微量元素的生物量Vaucheria sessilis也用扫描电子显微镜检查。元素分析和绘图在弗罗茨瓦夫环境与生命科学大学(电子显微镜实验室)进行。macroalaga样本被固定在2.5%的戊二醛中(Sigma，www.sigmaaldrich.com)．然后用乙醇(30%至100%浓度)对所有样品进行脱水。在接下来的步骤中，在两个平面上制备了巨藻，以观察其横截面和表面。将巨藻样本安装在适当的存根上，然后进行金溅射(使用ScanCoat six设备-牛津)，并使用扫描电子显微镜- Leo Zeiss 435 VP SEM (Oberkochen，德国)在20 kV电压下进行观察和拍照。显微镜配备了RONTEC能量色散x射线系统，以获得大藻细胞壁表面元素组成的信息。获得了每个装载给定微量元素的巨藻的x射线谱[14］．所有的论文都必须用第三人称来写，例如“it was found that”，而不是“we found”。在提及你的工作时，不可使用“这/我们的”论文/学习/工作等;在整篇文章中用“the current”代替。摘要、材料和方法以及结果部分也应该使用过去时。
Multielemental分析由ICP-OES
生物积累过程前后的溶液由沃罗察瓦理工大学多元素分析化学实验室的电感耦合等离子体-光学发射光谱仪-瓦里安维斯塔- mpx ICP-OES(维多利亚州，澳大利亚)和超声波雾化器进行分析，该实验室由ILAC-MRA和波兰认证中心(No。AB 696)根据EN-ISO 17025。仪器的校准使用多元素标准品(100 mg/L Astasol®，捷克共和国，www。使用Analytika.net)。为了制备校准曲线，制备了以下分析标准品的工作稀释度:1.0、10、50 mg/l。作为检查标准”，使用标准溶液- 10mg /l。可接受结果评估为10%。分析过程通过使用认证参考物质硬饮用水(英国)-来自LGC标准(www.lgcstandards.com)的金属(LGC6010)来控制，用于分析溶液。质量标准测量值在认证范围内。对所检查的样品进行三次重复测量。 The final result was an arithmetic mean, which differed less than 5% [14］．
生物积累后生物量的扫描电镜分析。扫描电子显微镜是一种可以成功用于研究金属离子与海藻结合的技术。扫描电镜可以评估金属官能团结合后表面的形态变化(如细胞壁组成)。表面形态的变化通常与金属离子和带负电荷的化学基团(例如细胞壁聚合物中的羧基)之间的交联中断有关。生海藻通常在细胞壁中含有高含量的钙和镁(天然存在于海水中)，这形成了一个交联网。当海藻暴露在金属溶液中(例如镉溶液)时，镉阳离子取代了部分钙离子和镁离子，从而改变了表面交联的性质，并导致形态变化[18］．
在本研究中，对活的巨藻Vaucheria sessilis进行了Mn(II)和Co(II)离子生物积累两周后的SEM-EDX照片。这些实验的目的是为了证明生物积累的发生和金属离子永久地结合在生物质内部。在生物积累的情况下，当活性生物质用金属离子处理时，离子可以通过生物质的细胞膜运输。SEM显微图显示，对照组(天然生物量)和实验组(含Mn(II)和Co(II)离子的生物量)之间的藻类形态发生了显著变化。富含Mn(II)和Co(II)离子的生物质比天然生物质具有更高的波纹。在(图1)，给出了自然生物量(a,a';b,b')与Mn(II) (c,c';d,d')和Co(II) (e,e';f,f')生物积累后生物量(a,a';b,b')的差异。Mn(II)和Co(II)富集组间生物量差异显著。Vaucheria sessilis富含Co(II)的纤维孔隙率增加，纤维结构疏松(f)。此外，扫描显微镜显示两组细胞可见纤维厚度减少，细胞壁变形。这些观察结果与以前的研究结果一致。在这种情况下，还观察到典型生物量形态的功能障碍Vaucheria sessilis通过生物富集富集Zn(II)和Cu(II)离子。富集Zn(II)离子的生物量表现出网状结构的介质解体。在Cu(II)离子的情况下，细丝厚度的损失和繁殖结构的高发生率被注意到[17］．Yang和Chen还观察到六价铬生物吸附后的马尾藻(Sargassum sp.)原料海藻表面突起和微观结构[19］．这种现象可能是钙和其他盐晶体沉积的结果。EDX分析表明，钙是海藻表面的主要成分。
图1所示。(a,a'，b,b')天然生物量表面图-无梗伏切菌;曲面图(b)和截面图(b’);(c,c'，d,d')巨藻表面(d)和横截面(d ') Mn (II)离子富集的无梗灌肠菌表面图片;(e,e'，f,f')富含Co (II)离子的无梗伏孢菌表面图;巨藻的表面(f)和横截面(f’)图片。
扫描电镜结合EDX技术为确定海藻表面各种元素的分布提供了有价值的输入[20.］．在本文中，所有元素在表面和横截面上进行了映射。结果证实了金属离子的生物积累发生在细胞内部。分析Mn(II)离子的映射可以注意到，在表面(生物吸附)的情况下，元素非常密集，排列不规则。在生物量的横截面(c′)上，整个区域的分布有规律。Co(II)离子在生物量表面的分布较截面(e′)分散。
在表1，大型藻类表面和横截面上元素的原子浓度(%)Vaucheria sessilis生物积累后呈现。生物积累后生物量表面原子浓度的变化主要是碳浓度的增加，氧、钙(MVs-Co除外)、钠的减少。这些结果与ICP-OES得到的数据一致。生物质表面Ca(II)和Na(I)离子含量的降低(溶液中含量的增加)是由于与溶液中的金属离子进行离子交换- Mn(II)或Co(II)离子。这些结果与我们之前对Cu(II)和Zn(II)离子的生物积累的观察结果一致Vaucheria sessilis［17］．
| 元素原子浓度(%) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 元素 | 我 | 2 | 我 | 2 | 我 | 2 |
| mv -自然 | mv - Co | mv - Mn | ||||
| C | 48.2 | 37.5 | 55.4 | 53.7 | 52.7 | 50.5 |
| O | 48.2 | 55.2 | 32.1 | 41.1 | 43.3 | 42.0 |
| 有限公司 | < LLD | < LLD | 0 | 0 | < LLD | < LLD |
| 锰 | < LLD | < LLD | < LLD | < LLD | 0 | 0.04 |
| Ca | 0.44 | 0.71 | 0.55 | 0.37 | 0.27 | 0.33 |
| Na | 0.57 | 0.67 | 0.23 | 0.35 | 0.54 | 1.04 |
| 艾尔 | ０．２５ | 2.46 | 5.85 | 1.86 | 0.95 | 2.56 |
表1。巨藻生物积累后表层(I)和横截面(II)各元素原子浓度(%)< LLD -低于检出限，斜体-低于或高于检出限检测上限和下限(%):Co (0.076- 6.924);大型藻类Mn (0.063-5.894) i面;大型藻类横切面。
MVs-Co和MVs-Mn的碳原子浓度高于自然生物量。相反的观察是关于氧的原子浓度。还注意到钙原子浓度降低，钠原子浓度(MVs-Co除外)增加。Mn(II) (I)和Co(II)离子(I和II)的原子浓度值等于零，并不意味着这些元素没有积累。这意味着它们的百分比份额比其他元素要低得多(在这种方法中，假设所有元素的总浓度为100%)。
ICP-OES对生物富集前后溶液的多元素分析。在表2Mn(II)和Co(II)离子生物富集前后溶液的组成Vaucheria sessilis提出了。生物积累能力由物质平衡和直接分析确定。实验两周后，巨藻生物量累积约71.3 mg/g Mn(II)离子干生物量和41.9 mg/g Co(II)离子干生物量。在生物积累过程中，植物生物量释放碱土金属Vaucheria sessilis．各巨藻排序如下(其中MVs -表示巨藻Vaucheria sessilis): MVs-Mn: Ca (30.7 mg/g干质量)> K (26.6 mg/g) > mg (13.1 mg/g) > Na (6.24 mg/g)和MVs-Co: K (46.8 mg/g干质量)> Ca (37.6 mg/g) > mg (18.2 mg/g) > Na (6.70 mg/g)。这证明了在生物积累-生物吸附的第一步中，碱土金属被溶液中的金属离子所取代。可以认为，在无梗伏孢菌的情况下，K(I)和Ca(II)阳离子在生物吸附过程中起主要的阳离子交换作用。
| 溶液中元素浓度(mg/L): | ||||
|---|---|---|---|---|
| 元素 | 我 | 2 | 我 | 2 |
| 锰(II)离子 | (2)离子 | |||
| 生物体内积累的Vaucheria sessilis | ||||
| 有限公司 | 0.02±0.005 | 0.019±0.005 | 14.4±2.2 | 8.53±1.28 |
| 锰 | 13.2±1.98 | 3.22±0.48 | 0.04±0.01 | 0.16±0.02 |
| Ca | 2.69±0.40 | 6.99±1.05 | 2.66±0.40 | 7.93±1.19 |
| Na | 1.45±0.22 | 2.33±0.35 | 1.13±0.17 | 2.07±0.31 |
| K | 94.2±14.1 | 97.9±14.7 | 91.9±13.8 | 98.5±14.8 |
| 艾尔 | 0.09±0.02 | 0.08±0.02 | 0.03±0.006 | < LLD |
| 毫克 | 2.38±0.36 | 4.22±0.63 | 2.21±0.33 | 4.75±0.71 |
表2。无梗阴囊菌对Mn (II)和Co(II)离子进行生物富集前(I)和富集后(II)溶液中元素浓度< LLD -低于检测下限(Al <0.0234 mg/L);II-after。
巨藻生物积累过程的应用可以获得具有永久结合微量元素的生物量。这种有价值的、天然的、无毒的材料可用于不同的领域，例如农业。正如文献所示，海藻(新鲜的、干燥的)及其产品(提取物、堆肥、土壤调节剂)在农业中被用于促进植物生长和生产力[1，21］．以藻类为基础的产品可以刺激种子萌发，帮助营养吸收，保护植物免受昆虫、疾病和霜冻的侵害，并支持根系发育[1，22］．
海藻的天然资源富含矿物质，可作为矿物肥料的替代品或补充。大多数营养补充剂含有微量元素，如无机盐，但无机盐的生物利用度并不明显[23］．该溶液可以是通过生物吸附/生物积累过程获得的肥料的天然成分[24］．Molnár等人认为，富含金属的藻类可以被认为是提供微量元素的高效工具，因为它涉及大量的生物可利用形式的金属(有机键)[23］．Tuhy等人的研究表明，与传统肥料:硫酸锌和锌- edta相比，以藻类生物量为基础的含锌生物肥料组分具有更高的锌(II)离子生物利用度。此外，研究发现，利用富集生物量可导致植物的生物强化[24］．此外，实验组的植物比对照组高，绿色更浓。另一种方法是利用大型藻类作为有价值的原料，提取农业用途的生物活性化合物(例如，植物生物刺激素、植物生长的生物调节剂)[17］．可以看出，由于公众意识的提高，农业用藻类产品的前景是很有希望的。
Vaucheria sessilis是一种广泛分布的藻类，但尚未被彻底研究。实验表明，它是一种良好的金属离子生物蓄能器。大藻类对Mn(II)离子的生物积累能力高于对Co(II)离子的生物积累能力。扫描电子显微镜显微照片已被用来解释金属离子与生物质的相互作用。在表面(生物吸附)的情况下，元素形成聚集，在横截面(生物积累)的情况下，它们均匀分布。扫描电镜显微照片也显示了藻类形态的显著变化。采用ICP-OES和SEM-EDX两种方法对金属离子的生物富集过程进行了表征Vaucheria sessilis．
