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微藻对离子液体的生理学响应
离子液体在生物、化学、医药等领域广泛应用，并且具有良好的应用前景[1-3]。但由于某些离子液体的水溶性和缓慢降解的特性使其对水环境造成一定影响。近年来，离子液体对微藻的毒性反应的研究已多有报道，本文针对微藻ROS水平、抗氧化酶活性、细胞膜通透性、生长速率等方面分析了离子液体对微藻生理指标的影响[4-5]。
离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。离子液体没有明显的蒸汽压，可以减少对大气的污染以及对操作人员的危害，因而又有绿色溶剂之称。如今，离子液体由于具有许多传统溶剂所不具备的优点而正在逐渐取代传统的有机溶剂，并在多个领域普及。但随着研究的深入，人们发现离子液体对动物、植物、酶、藻类等具有一定的毒性。本文综述微藻在不同浓度离子液体下培养时其生长速率、叶绿素含量、细胞膜通透性等情况。
1. 生长速率
多种离子液体会对微藻产生不同程度的生长抑制作用。Liu等[6]研究发现，将斜生栅藻在含有离子液体1-癸基溴化吡啶的无菌烧瓶中培养，在相同的暴露时间下，其生长抑制率显示出剂量-反应关系。在低浓度（0.06 mg/L）下，生长抑制率随暴露时间增加而降低。而在高浓度（0.08 mg/L）下，抑制作用随时间增加而增加。吴洁[7]等分别测定了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐对四尾栅藻的生长抑制效应，结果表明两种离子液体均显示不同程度的抑制作用，在一定浓度范围内对四尾栅藻的生长抑制作用随浓度增加而增大，并且暴露时间越长，抑制作用越强。但离子液体对微藻的生长抑制作用也并非绝对，例如段炼[8]等用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐来处理斜生栅藻后发现低浓度的离子液体对其生长反而有一定的促进作用，40 mg/L处理后，其生长速率随时间而逐渐恢复。离子液体对微藻的生长抑制作用需根据离子液体的
浓度以及培养时间的长短来综合评判。
1. 细胞膜通透性与细胞形态
细胞膜是保证细胞内环境相对稳定，使各种生化反应能够有序进行的基础，而一定浓度的离子液体会使藻类的细胞膜收到破坏。Liu[9]等分别用浓度为0.2mg/L，0.4 mg/L，0.6 mg/L，0.8 mg/L和1.0 mg/L 的1-辛基-3-甲基咪唑氯化物处理48h后，测得膜通透性分别是对照组的1.50，1.65，2.18，3.32和4.82倍，表明在暴露时间相同时，一定浓度范围内细胞膜通透性与离子液体的浓度呈现出正相关的关系。吴洁等[10]利用碘化丙啶作为染色剂来检测离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐对四尾栅 藻细胞膜通透性的影响，结果发现在0-200 mg/L之间，仅在200 mg/L处理时，处理1h后，膜完整性几乎不受破坏，处理24 h后，越来越多的藻细胞膜受损，96 h后，几乎所有的藻细胞细胞膜通透性发生改变；而其余浓度的离子液体对膜通透性几乎无影响。离子液体对藻细胞膜通透性的破坏可能是由于其具有与阳离子表面活性剂相似的性质，阳离子型表面活性剂中的烷基链使其具有亲油性，从而能够停留与藻类细胞膜的磷脂双分子层表面，使细胞膜崩解，膜通透性改变并失去保护细胞的功能[11]。离子液体透过细胞壁后，吸附在细胞膜的磷脂双分子层表面，进而改变细胞形态，细胞膨胀甚至破裂[12]。
2. ROS水平及抗氧化酶
活性氧（ROS）包括超氧自由基（O2-），过氧化氢（H2O2），羟基自由基（OH-）和过氧化物基（RCOO-）等[13]。这些活性氧能够参与到细胞中与氧化还原有关的生理生化过程，破坏细胞结构，导致细胞死亡。Jin等[14]发现用2，4，8，10，15mg/L的1-己基-3-甲基咪唑氯盐处理后的小球藻的活性氧水平分别比对照组增加了1.12，1.24，1.38，2.01和2.54倍，而用1-己基-3-甲基吡啶氯盐处理后的小球藻的活性氧水平分别比对照组增加了1.05，1.11，1.25，1.74和2.36倍. Liu等[1]研究也证明了同样的结果，他们用0.001，0.01，0.03，0.06，0.08和0.3 mg / L的1-癸基溴化吡啶处理斜生栅藻后，细胞内的活性氧水平分别是对照组的115.03％，131.79％，173.33％，198.25％，235.50％和270.73％。这与Jin的研究一致，说明藻类细胞中的活性氧水平随着离子液体浓度的升高而增大，呈现正相关的关系。为消除微藻内的过量ROS，微藻体内的超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）,过氧化物酶(POD, Peroxidase)
和过氧化氢酶（Catalase，CAT）等发挥作用，使得微藻避免氧化伤害[15]。
总结与展望
离子液体对微藻的毒性反应机制主要是，首先，离子液体引起微藻细胞内中活性氧水平的积累，进而引起氧化应激和扛氧化酶活性的增加，过量的活性氧破坏了细胞膜的通透性，使细胞的正常形态发生改变，最终抑制微藻的生长。总体来说，离子液体对微藻的毒性呈现线性关系，随离子液体的浓度增大而增加。
目前，离子液体对大型藻类，植物，动物的毒性研究已多有报道，然而关于其对微藻的毒性研究还较少。藻类的地球上的物质循环和能量流极为重要，离子液体对微藻的生长发育具有非常重要的影响。研究离子液体对微藻的毒性对工、农业等产生的废水的处理以及生态环境的治理具有很大价值。
参考文献：
[1] Zhou, N., Zhang, Y., Gong, X., Wang, Q., Ma, Y. Ionic liquids-based hydrolysis of Chlorella biomass for fermentable sugars. Bioresource Technology, 2012, 118, 512-517.
[2] Bauer, T., Hager, V., Williams, M.B., Laurin, M., Doepper, T., Goerling, A., Szesni, N., Wasserscheid, P., Haumann, M., Libuda, J. Palladium-Mediated Ethylation of the Imidazolium Cation Monitored In Operando on a Solid Catalyst with Ionic Liquid Layer. Chemcatchem, 2017, 9(1), 109-113.
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