全 文 ：第 33卷Environmental Science & Technology
第 33卷 第 12F期
2010年 12月
Vol. 33 No.12F
Dec. 2010
穗花狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻生长和产毒的影响
崔莉凤， 赵硕 *， 吴溶 ， 申晴
（北京工商大学化学与环境工程学院， 北京 100048）
摘 要：研究了穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.）干体制备的浸出液对铜绿微囊藻的生长抑制及对微囊藻毒素MC-LR产生
的影响。实验结果表明，狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻的生长及产毒都有一定程度地抑制。狐尾藻浸出液对微囊藻的生长抑制率最高可达
到 91.89%，对藻毒素产生的抑制率亦能达到 71.26%。实验还利用 GC-MS对狐尾藻的化感物质进行探索研究。结果表明狐尾藻的抑藻物
质具有控制富营养化中藻类暴发及其危害的潜在价值。
关键词：狐尾藻浸出液； 化感作用； 铜绿微囊藻； 微囊藻毒素
中图分类号：X172 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.12F.011 文章编号：1003-6504(2010)12F-0050-05
Effects of extracts From Myriophyllum spicatum L. on the Production and
Release of Cyanotoxins in Microcystis aeruginosa
CUI Li-feng, ZHAI Shuo*, WU Rong, SHEN Qing
（College of Chemistry and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China）
Abstract：This study was undertaken to test inhibitory effect of extracts obtained from Myriophyllum spicatum L.on the
growth of Microcystis and the concentration of cyanotoxins (MC-LR) after treatment of the extracts. The experimental
results indicates that the extracts has significant inhibitory effect on the growth of Microcystis and the release of
cyanotoxins in Microcystis aeruginosa, of which the inhibitory rate to the algal density could be up to 91.89% . The
extracts can also inhibite the release of cyanotoxins by the rate of 71.26%. The allelochemical in the extracts obtained from
Myriophyllum was tested by GC-MS in this study. Ths studies have shown that the algaecide chemicals of Myriophyllum
spicatum L.were in the tissue of the plant,they might be a potential candidate for eutrophication control.
Key words：the extracts from Myriophyllum; alelopathy; Microcystis aeruginosa; microcystin
收稿日期：2010-09-28
基金项目：北京市自然科学基金资助（2102015）
作者简介：崔莉凤（1956-），教授，研究方向为环境化学，（手机）13621319979（电子信箱）cuilf@th.btbu.edu.cn；*通讯作者，（手机）15010657189（电子
信箱）wjzhaoshuo@126.com。
近年来水体富营养化问题受到广泛关注，如何有
效控制和消除富营养化过程中藻类暴发性增长是人
们迫切需要解决的问题之一。在各种控藻技术中，利
用具有化感抑藻能力的水生植物因其可分泌化感物
质抑制藻类暴发，且在生长发育过程中可吸收大量营
养物质有助于水生生态系统的修复和重建而备受青
睐[1]。
相关研究发现狐尾藻 (Myriophyllum)[2]、金鱼藻
(Ceratophyllum demersum)[3]、凤眼莲(Eichhornia cras－
sipes)[4]、芦苇(Phragmites communis)[5]等高等水生植物
均能够分泌某些化感物质抑制浮游藻类的生长。其中
狐尾藻是多年水生草本植物，因其能在富营养化水体
中快速生长、生长发育过程中可吸收大量营养元素、
具有良好的景观效果等优点，近来年被广泛用于污染
水体的生态修复。
目前研究多集中在水生植物活体对藻类的化感
作用[3-6]，较少针对收获后干燥的水生植物是否还具有
化感作用进行探讨。现有的水生植物对藻类化感作用
研究对于利用生态学方法控制藻类暴发性生长有重
要意义，但在不适合种植水生植物的水域则表现出限
制性。同时这种方法周期长，不能在短期内见效，也限
制了其应用[6]。而直接利用植物体内的化感物质可克
服以上的缺陷。
本实验主要利用干燥狐尾藻制备的狐尾藻浸出
液，研究其浸出液对富营养化优势藻种铜绿微囊藻的
化感作用，探讨其用于富营养化控制的可能性。由于
许多引起富营养化的藻类是产毒的，故化感作用对藻
类产生的藻毒素的影响直接关系到抑藻方法应用的
第 12F期
铜绿微囊藻取自清华大学环境工程实验室，编号
为 FAKHB915，镜检铜绿微囊藻的纯度达到 98%以
上。培养条件为环境温度为 28℃，光强为 4500lx，光暗
比为 12h∶12h，M-11培养基。
1.2 实验方法
狐尾藻浸出液的制备[7]：取冲洗干净的狐尾藻 80℃
下烘 48h后粉碎研磨。取 1.0g粉末，加入 100mL培养
液，振荡提取 48h，减压抽滤后定容至 250mL即得浸
出液。
浸出液实验：分别取 4L的藻类培养基加入 3个
5L的大烧杯中，按 1×106cell/mL的初始密度接入纯的
铜绿微囊藻。控制培养条件为: 温度 25℃，光照为
4500lx。在培养到第 7 天时，其中 2 个烧杯中加入
250mL的狐尾藻浸出液进行平行实验，另外 1个烧杯
加入 250mL藻类培养基以作对照实验。分别于 2009
年 5月及 8月进行两次实验。数据按两次实验的平均
值处理。
1.3 分析测定方法
藻密度：血球计数板法。测定藻密度时将水样搅
匀后取培养烧杯上层，底层二个样测定，取二个测定
值的平均值，以减小误差。
水体中总氮、总磷：取 10mL藻液，离心机（Feb-
80，金坛医疗仪器厂）3500r/min下离心 3min，根据其
浓度大小取适量上清液，采用过硫酸钾氧化-紫外分
光光度法（北京普析通用仪器公司 T6新世纪型紫外-
可见分光光度计）和过硫酸钾氧化-氯化亚锡还原钼
蓝法（上海光谱仪器公司 721E型分光光度计）测水中
总氮、总磷。
微囊藻毒素：取 10mL藻液加入 10mL甲醇，超声
30min，离心 10min（4℃，10000r/min）。取上清液以
3mL/min的流速通过活化后的 C18固相萃取柱富集，
用 10mL10%的甲醇、10mL蒸馏水淋洗后，用含 0.1%
三氟乙酸的甲醇 10mL洗脱。洗脱液在 60℃水浴条
件下蒸发至 0.5～1.0mL，用甲醇定容至 5.0mL，置于
-20℃下保存。微囊藻毒素的测定采用高效液相色谱
法（美国Waters公司 1505高效液相色谱仪）。色谱条
件为 150mm×3.9mm×5μm的 C18反相柱；色谱柱温度
40℃；流动相为甲醇与磷酸盐缓冲溶液(pH=3.0)按体
积比 57∶43混合；流速 1mL/min；检测器紫外可见检测
器波长 238nm。
化感物质的分离鉴定[7]：取 250mL的狐尾藻浸出
液，过 0.45μm的滤膜后，通过活化后 C18的 SPE小
柱。加入 10mL的蒸馏水淋洗后用纯乙醇洗脱其中的
物质。洗脱液在 40℃下旋转蒸发至近干后，用乙醇定
容至 2mL得水生植物的提取液。取 1μL的狐尾藻提
取液利用气质联机分析（美国 VARIAN公司 Saturn
2100/MSn 型 GC-MS 气质联用仪）。分析条件为
30m×0.25mm×0.25μm 的 VF-5 柱子；升温条件为
50℃保持 2min，以 6℃ /min 升温到 270℃，保持
10min；进样口温度为 260℃；进样量为 1μL。
2 结果与分析
2.1 狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻生长的影响
铜绿微囊藻藻密度的含量如图 1所示。藻类的生
长基本符合 S型生长曲线。当添加狐尾藻浸出液后，
受到化感作用的影响，其生长曲线发生改变，实验中
狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻表现出抑制作用。
图 1显示了狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻生长过
程中藻密度的影响。实验前期（未加入狐尾藻浸出液）
随着时间的延长，藻密度呈逐渐缓慢增加趋势。实验
在第 7天添加狐尾藻浸出液后，狐尾藻浸出液中的化
感物质抑制了藻类的生长，藻密度的值迅速从 11.5×
106cell/mL下降 7.5×106cell/mL，且一直保持下降趋势，
直至第 12天藻密度仅有 1.5×106cell/mL。而对照组的
生态安全。本研究在建立了实验室定量分析方法的基
础上研究了狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻产生的主要
毒素MC-LR含量的影响，而MC-LR是目前已知的
毒性最强、危害性最大的微囊藻毒素。
1 实验材料与方法
1.1 实验材料
狐尾藻买自官园花草市场。本实验所用狐尾藻为
沉水植物穗花狐尾藻，被子植物，小二仙草科，狐尾藻
属。购回后用自来水清洗干净，在M-11培养基[7]中进
行预培养，培养条件为自然光照，室温。其中M-11培
养基如表 1所示。
名称 NaNO3 K2HPO4 MgSO4·7H2O CaCl2·2H2O Na2CO3 柠檬酸铁 Na2EDTA·2H2O
含量（mg/L） 50.00 5.00 37.50 20.00 10.00 6.00 1.00
表 1 M-11培养基
崔莉凤，等 穗花狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻生长和产毒的影响 51
第 33卷
天数（d） 8 9 10 11 12
狐尾藻浸出液的抑制率（%） 40.00 60.00 78.95 90.74 91.89
表 2 狐尾藻浸出液的抑制率
藻密度值却一直保持增长的趋势。结果表明狐尾藻浸
出液对铜绿微囊藻的生长有明显地抑制作用。
将加入狐尾藻浸出液后的藻密度代入抑制率的
公式：抑制率（%）＝（对照组藻密度－实验组藻密度）/对
照组藻密度×100。得出其抑制率如表 2所示。
实验第 10 天对铜绿微囊藻进行镜检（日本
OLYMPUS公司 BX51型显微镜，扩大倍数×400）的
结果如图 2所示。添加狐尾藻浸出液的水体在化感物
质的影响下，大多数藻细胞静止不动，体积增大几乎
肿胀成圆形，细胞膜结构有所损坏，细胞颜色变淡甚
至变成白色。由此推测，在化感物质的作用下，受到抑
制的藻细胞体积增大，藻细胞呈融解状态。与舒阳等[8]
研究凤眼莲浸出液抑藻作用中镜检观察的形态相似。
胡洪营等[9]曾指出化感物质会破坏藻细胞膜，改变了
藻细胞膜中磷脂脂肪酸的结构，由于细胞膜中磷脂脂
肪酸的种类与组成直接影响着细胞膜的流动性和选
择透性，导致细胞质渗出。
2.2 狐尾藻浸出液对培养液中总氮、总磷的影响
为排除营养抑制对化感抑制的影响，本实验采用
了较高的营养盐浓度，以保证实验过程中藻类生长对
营养盐的需求。狐尾藻浸出液对培养液中总氮、总磷
含量的影响如图 3、4所示。图中数据显示直至实验后
期实验组水体中营养盐的浓度仍保持较高的水平，能
满足藻类生长的需要。进一步地证明实验组藻类生长
的抑制是植物化感物质的抑制作用。
图 4显示实验组水中总氮含量一直保持下降的
趋势，实验前期藻类吸收水中的氮元素作为营养以满
足自身生长需求，使总氮含量从 15.67mg/L 下降到
15.21mg/L。第 7天添加狐尾藻浸出液后，藻类的生长
得到抑制，藻类的大量死亡使藻类的光合作用产生的
氧不足以补充它本身呼吸作用消耗的氧，且藻类死后
覆盖在表面使水体形成一个缺氧的环境，促进了水中
氨氮的释放，从而使水中总氮的含量保持下降的趋
势。
实验过程中总磷的变化过程如图 4所示。第 7天
添加狐尾藻浸出液后，水中总磷的含量从 3.494mg/L
下降到 3.467mg/L，下降了 0.027mg/L。而此过程中对
照组水中总磷含量总体下降了 0.017 mg/L。分析可能
是由于藻类的大量死亡，使磷元素伴随着藻类的碎屑
颗粒沉积下去。
分析实验组与对照组的总氮、总磷含量的变化，
表明添加狐尾藻浸出液并没有对水中总氮总磷的含
量产生较大影响。植物浸出液的化感作用并不能有效
地减少水中的氮磷等营养元素的含量。
2.3 狐尾藻浸出液对藻毒素MC-LR释放的影响
标样及水样的 MC-LR 液相色谱图如图 5、6 所
示。其中图 5中出峰时间为 3.730min对应的是MC-
RR，出峰时间 6.317min对应的是MC-LR。图 6中出
峰时间为 6.330min的对应的是水样中的MC-LR。说
明本实验培养的铜绿微囊藻产生的毒素以 MC-LR
为主。
52
第 12F期
天数（d） 2 4 6 8 10 12
对照组 ND 0.083 0.098 0.113 0.175 0.174
狐尾藻浸出液 ND 0.095 0.082 0.098 0.079 0.050
表 3 藻毒素MC-LR数据 （μg/mL）
天数（d） 8 10 12
抑制率（％） 13.27 54.86 71.26
表 4 狐尾藻浸出液对藻毒素释放的抑制率
实验过程中每隔一天测定水样中藻毒素。其
MC-LR的含量如表 3所示。
从表 3中可以看出，对照组的藻毒素含量随着时
间的延长升高，而后期藻毒素有少量下降。数据变化
可以看出，随着时间的延长，藻类迅速繁殖，故其释放
的藻毒素也随之升高。而到实验后期，虽然藻类开始
死亡，藻类在死亡后细胞破裂仍能产生一定的藻毒
素，故藻毒素的含量仍保持在一个较高的水平中，这
与文献[10]的研究结果一致。第 7天加入狐尾藻浸出液
后，由于藻毒素是一种细胞内毒素，狐尾藻浸出液中
的化感物质抑制了铜绿微囊藻的生长，其可产生藻毒
素的藻细胞数量大大减少，对应的藻毒素含量也应有
所下降。其中MC-LR的含量从第 4天的 0.095μg/mL
下降到第 12天的 0.050μg/mL。对应的抑制率见表 4。
可以看出，狐尾藻浸出液中的化感抑制了其微囊藻毒
素MC-LR的产生。
Jones等[11]研究了使用硫酸铜杀藻剂处理水华水
体后，水体中的MC-LR的变化情况。结果表明MC-
LR的含量显著上升。对于使用化学杀藻剂抑藻，虽能
在短时间内起到显著的杀藻效果，但同时也引起了藻
细胞死亡后藻毒素的大量释放，从而使水中的藻毒素
浓度迅速上升，影响水质安全，与此相对比，本实验使
用水生植物浸出液抑藻，在有效地控制藻类大量繁殖
的同时不会促进藻类死亡后藻毒素的释放。
2.4 化感物质分离检测
对狐尾藻浸出液提取的物质 GC-MS分析，其气
相色谱图及质谱图之一如图 7、8所示。其包括的可能
物质有：邻二甲苯；环庚三烯；邻苯二酚；3-甲基-1-丁
醇；对羟基苯甲酸；环氧丙烷；3,4,5-三羟基甲酸；2-乙
基-1-己醇等。其中 Nakai等从穗状狐尾藻中成功分
离出邻苯二酚（又名儿茶酚）和 3,4,5-三羟基甲酸（又
名五倍子酸），并证实其对铜绿微囊藻具有强抑制作
用[12]。另有文献指出对羟基苯甲酸对铜绿微囊藻有化
感效应[13]。狐尾藻中抑制铜绿微囊藻生长的化感物质
是一种还是多种物质共同作用, 还需要对化感物质进
行进一步的分离和测定, 化感物质的微观作用机制也
有待于进一步研究。
3 结论
本文实验表明，狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻的生
长及藻毒素 MC-LR的产生都有一定程度上的抑制
作用。其中对铜绿微囊藻具有较强的生长抑制能力，
抑制率最高可达 91.89%。在添加狐尾藻浸出液后，不
仅能有效地抑制藻类的生长，且能较好地抑制藻毒素
MC-LR的产生，其对 MC-LR产生的抑制率可高达
71.26%。但狐尾藻浸出液对水中总氮总磷含量基本无
明显影响。
通过对狐尾藻浸出液提取物质 GC-MS 分析可
以看出，其可能含有的物质中可能包含的邻苯二
酚、3,4,5-三羟基甲酸及对羟基苯甲酸等物质对铜绿
崔莉凤，等 穗花狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻生长和产毒的影响 53
第 33卷
（上接第 35页）
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物干燥体仍含有化感物质，提取后仍具有生物活性，
这为化感物质的应用提供了参考价值。
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