微藻是生态系统中重要的初级生产者,能够存在于各种不同的环境系统,适应各种不同的环境条件,并具有吸收(吸附)各种有机污染物或重金属离子的能力。微藻比表面积较大,在重金属离子吸附方面能够发挥重要的作用。然而,重金属胁迫会导致微藻胞内发生一系列的生理生化效应,如活性氧的产生及其对细胞的危害。为适应各种污染环境,保护细胞免受有毒有害物质的破坏,微藻胞内形成了一套完整的抗氧化系统。抗氧化系统中的谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX).谷胱甘肽硫转移酶(GST)、丙二醛(MDA)在清除活性氧,维持胞内氧化还原水平具有不可替代的作用。本文以栅藻为生物吸附剂,对水溶液中多种重金属离子进行吸附处理,从以下几个方面展开研究：(1)研究了栅藻对Pb、Zn、Cu、Cd、Mn、Cr、Ni、Hg等8种重金属离子的耐受性。对Pb的耐受性最高,其次是Zn,浓度分别可达20mg/L和10mg/L,对Cr、Cd、Cu耐受性较差,承受能力低至1mg/L; Hg对栅藻的抑制浓度范围更小,最高水平只有0.5mg/L,敏感性更强。(2)研究了Pb、Zn、Cu、Cd、Mn、Cr、Ni. Hg等8种重金属离子对栅藻生长代谢的影响。定时测定重金属处理后栅藻的生长情况,叶绿素a、生物量和粗油脂含量的变化等。结果表明,栅藻对Pb的耐受能力最强,可达20mg/L；其次是Zn、Mn和Ni。栅藻对Hg比较敏感,最高耐受浓度仅为0.5mg/L。金属离子浓度<1mg/L时,Pb、Zn能够促进栅藻生长,并提高其叶绿素a的含量。当Pb浓度为0.5mg/L时,栅藻生物量最高,达0.642g/L；同时,随着浓度水平的提高,粗油脂含量也随之增加。经GS-MS检测,脂肪酸主要组分为棕榈酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯,这些脂肪酸都是生物柴油的主要成分。超过一定浓度后,重金属会抑制栅藻的生长,并导致生物量下降。当Zn浓度高于5mg/L时,栅藻叶绿素a的含量急剧降低(<1mg/L)。对栅藻生长代谢的研究不仅对环境监测与防治等有非常重要的理论参考价值,且在生态环境、微生物新功能等方面具有重要的实际意义。(3)研究了栅藻对Pb、Zn、Cu、Cd、Mn、Cr、Ni的生物吸附能力。栅藻对Pb的吸附效果最好,Pb浓度为20mg/L时,其富集量可达35.961mg/g(干重)。而对Cd的吸附效果最差,Cd浓度为1mg/L时,其吸附量仅为0.874mg/g(干重)。该藻对7种重金属有不同程度的吸附作用,Zn、Mn的生物倍增率较大。故选取暴露于Pb、Zn这两种重金属环境中的栅藻作进一步研究。(4)以Pb、Zn为影响因子,研究了栅藻体内谷胱甘肽的变化趋势,用荧光分光光度计测定栅藻细胞内谷胱甘肽的含量；此外,从谷胱甘肽相关酶的角度,进一步阐明栅藻对重金属的耐受机制。本研究不仅能为谷胱甘肽新来源的获得提供科学依据,且能进一步揭示栅藻对重金属胁迫的耐受机理,为抗逆性品种改良等方面提.供新思路。此外,对栅藻在不同重金属条件下GSH-PX和GST活力及GSH、MDA和蛋白质含量进行了测定。结果表明,GSH、GST与Pb浓度呈正相关。随着浓度的升高,当Pb浓度达到最大值时,GSH含量可高达1μg/mL,但GSH-PX的活力下降到28.21U。当Pb浓度为0.5mg/L时,MDA含量最高为3.04nmol/mgprot,随着浓度的升高,MDA含量逐渐降低：同时,GST活力的上升趋势较缓,且都低于对照组。在Zn胁迫下,GSH含量呈现先升高后降低的趋势,并稳定在一定的水平；而GSH-PX活力的变化趋势与此相反,当Zn浓度为5mg/L时,GSH-PX活力最高为145.33U,GSH含量接近于0；当Zn浓度为10mg/L时,MDA含量下降至4.41nmol/mgprot,GST的活力上升至152.66U。蛋白质含量则随重金属浓度水平的提升,呈现先升后降的变化规律。当Pb浓度为20mg/L时,γ-GCS的活性变化幅度较大,达到最高值12.84U/mgprot,随着Zn浓度的增加,γ-GCS的活性骤降,在Zn浓度为5mg/L时γ-GCS的活性仅有0.058U/mgprot,接着又有一定程度的上升。由此可见,可见谷胱甘肽及其相关抗氧化酶(系统)在栅藻重金属耐受过程中能够有效地清除活性氧,保护细胞免受伤害。