三峡水库修建后,库区采取了蓄清排浑的运行方式。这样使得库区水土流失严重。水土流失导致土壤中的一部分重金属随着地表径流流入到库区水体,最终导致重金属污染在水体区域发生,并呈现出增加的态势。目前,一些研究指出Cd,Hg,Pb等重金属污染也在库区水体发生,并且Cd污染是最严重的重金属污染物之一。水体中的Cd随着浮游生物对其利用而进入到食物链。藻类是海洋和淡水水体中的主要初级生产者,在整个水生生态系统中发挥着重要作用。Cd是人体的非必需元素,其生物毒性大,迁移性强,水体中的Cd被藻类吸收后,一部分随着藻类的死亡进入沉积物,另一部分则由藻类传递到浮游动物或底栖动物内,最后到达人体,从而对人体健康产生危害。因此研究Cd在藻类中的迁移和转化是非常重要的。然而,目前针对Cd在三峡库区常见藻类中的累积和转化研究未见报道。因此本次研究选取了三峡库区常见束丝藻、盘星藻和针杆藻作为试验藻种,探讨了该三种藻对Cd的响应和解毒机制,通过该三种藻类对不同浓度镉的吸附与累积,以及其―解毒‖机制研究,阐明三峡库区水体重金属镉的迁移、转化,进而揭示三种藻对重金属镉响应机制及“解毒”机理。因此,通过对三峡库区常见藻类对镉的生物富集及其解毒机理的研究,不仅有助于揭示三峡库区重金属镉在藻类的累积、迁移和转化规律,为我国水体保护、饮水安全和卫生健康提供新的信息,同时为藻类在重金属镉的生物修复,以及三峡库区水体重金属镉污染的监测和评价等方面提供科学依据。研究结果如下:1、将该三种藻胁迫培养至96h时,重金属Cd²⁺对束丝藻、盘星藻和针杆藻的EC₅₀分别为1.18±0.044[0.955–1.452 CI_95%]、4.32±0.068[3.54–5.232 CI9_5%]、3.7±0.055[2.748–5.052 CI_95%]。束丝藻、盘星藻和针杆藻的比生长速率（μ）及OD都随着Cd²⁺浓度的增加而逐渐减小。Cd²⁺浓度为0.2 mg/L时,束丝藻的生长已受到了明显的抑制,当Cd²⁺浓度高于5 mg/L时,Cd²⁺显著抑制了盘星藻和针杆藻的生长。该三种藻的叶绿素a含量的变化与藻的比生长速率的变化趋势相似,都随着Cd²⁺浓度增加而逐渐降低。当Cd²⁺浓度高于0.2 mg/L,束丝藻和针杆藻的叶绿素a含量显著下降。对于盘星藻来讲,当Cd²⁺浓度高于0.5 mg/L时,叶绿素a的浓度也显著下降。类胡萝卜素的含量变化与叶绿素a的变化趋势相似,也随着Cd²⁺浓度增加而逐渐下降。综上所述,盘星藻的对镉的耐性最大,束丝藻对镉的耐性最小,针杆藻介于两者之间。2、快速叶绿素荧光动力学曲线（OJIP）能较好的反映PSII结构与功能的状态。在Cd²⁺浓度为0.2-1 mg/L培养下,束丝藻、盘星藻和针杆藻的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）与空白对照相比没有明显变化。然而,当Cd²⁺的培养浓度为5-20 mg/L时,J点升高。当Cd²⁺浓度为10 mg/L时,三种的藻快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）的特征为点I相和P相变的模糊。当Cd²⁺浓度为20 mg/L时,I相和P相消失,并且在针杆藻OJIP中出现了K相。三种藻的初始荧光（F₀）随着Cd²⁺浓度的增加逐渐减弱。同时,该三种藻的PSII的单位受光面积的反应活性中心数量（RC/CSo）也随着Cd²⁺浓度增加而逐渐减少。Cd²⁺浓度为0.5和1mg/L,盘星藻和针杆藻的φ_P0、ψ₀、φ_E0略微增加,当Cd²⁺浓度高于5 mg/L时,φ_P0、ψ₀、φ_E0显著降低。3、在Cd²⁺胁迫下,束丝藻、盘星藻和针杆藻的总蛋白含量随着Cd²⁺浓度的增加而逐渐降低。然而,Cd²⁺对三种实验藻种的抗氧化酶（SOD、CAT）的活性影响不同。束丝藻、盘星藻及针杆藻的超氧化物歧化酶（SOD）的活性分别在0.2–5.0 mg/L、0.5–10.0 mg/L、1.0–20.0 mg/L的浓度下显著增加。与对照相比,三种藻CAT活性随着Cd²⁺浓度的增加酶的活性逐渐升高。与SOD酶活有所不同,束丝藻,盘星藻,针杆藻过氧化氢酶活性分别在10.0–20.0 mg/L、5.0–10.0 mg/L、0.2–20.0 mg/L被显著激活（P<0.05,ANOVA）。束丝藻、盘星藻、针杆藻分别在5、10、20 mg/L时CAT酶活性达到最大,分别为空白对照42、8、10倍。脂质过氧化作用的强弱用MDA的含量来表示。在Cd²⁺的胁迫下,束丝藻、盘星藻和针杆藻的MDA含量的都随着Cd²⁺浓度的增加而增加。4、束丝藻、盘星藻和针杆藻细胞表面吸附的镉随着镉浓度的增加显著增加,胞内积累的镉与细胞壁吸附的镉的变化趋势相似。三种藻的植物螯合肽的诱导量随着镉浓度的增加而增加。与另外两种藻相比,盘星藻中植物螯合肽的合成相对较低。在束丝藻和盘星藻中,Cd²⁺浓度为0.5、5、10 mg/L时PC₃均有发现。此外,盘星藻细胞内的谷胱甘肽和PC₂仅在高浓度胁迫下才能被诱导合成。在针杆藻中,谷胱甘肽在Cd²⁺浓度为0.5、5、10 mg/L时均有合成,并随着浓度的增加逐渐减小。在Cd²⁺胁迫下,针杆藻中的PC₂、PC₃、PC₄都随着镉浓度的增加而升高。PC₄在Cd²⁺浓度为5、10 mg/L的针杆藻中发现。5、当盘星藻暴露在5 mg/L的Cd²⁺浓度时,与空白对照相比,其转录组水平降低。注释到所有数据库的基因为1234个基因。两者共有47724个相同的基因。在Cd²⁺处理下,上调的基因数为734,下调的基因数为456。与光合作用有关的功能基因明显下调,包括叶绿体、类囊体、光合膜、光系统II、捕光复合体（LHC）蛋白、光系统I等等。由此表明在5 mg/L的镉胁迫下,对盘星藻的细胞结构产生了毒害作用。与此同时,蛋白酶体、过氧化酶体及蛋白质加工过程的转录水平增加,由此来降低Cd²⁺对细胞的损伤综上所述,Cd²⁺抑制了藻的生长,破坏了叶绿素a和类胡萝卜素的合成,损害了PSII的结构。在Cd²⁺胁迫下,束丝藻、盘星藻和针杆藻主要通过2种解毒机制来减少Cd²⁺的毒性作用。一方面通过增加抗氧化酶系统（SOD、CAT）的活性,来清除体内过多的ROS,从而减少Cd²⁺对细胞的氧化损伤。另一方面通过合成GSH、PCs或一些未知的巯基化物,与细胞内的Cd²⁺进行螯合,使游离Cd²⁺转变为无毒的Cd-PC化合物,进而降低Cd²⁺对细胞的毒性。