全 文 ：2007 年6 月
第 22 卷　第 2期
山 东 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
Journal of Shandong Normal University(Natural Science)
Jun.2007
Vol.22 No.2
伊乐藻对菲的去除作用及生理响应＊
慕君玲1), 2)　　李佳华1)　　郭红岩1)　　王晓蓉1)　　尹大强1)　　张景飞3)
(1)污染控制与资源化研究国家重点实验室 ,南京大学环境学院 , 210093 ,南京;
2)烟台教育学院 , 264000 ,山东烟台;　3)南京大学地球科学系 , 210093,南京∥第一作者 50岁 ,女 ,副教授)
摘要　本文以沉水植物伊乐藻为试验材料 ,通过模拟实验研究了伊乐藻对多环芳烃类化合物(菲)的去除作用并探讨了菲的
长期暴露对水体水质 、伊乐藻的丙二醛 、可溶性和可溶性蛋白质含量等生理生化指标的影响.水体中菲的浓度影响水体的水质 ,在
1 mg L菲暴露下低等藻类的生长情况受到严重抑制.两种浓度下因伊乐藻引起的对水中菲的去除率达到 68.8%和 71.7%.在两种
浓度暴露下 ,伊乐藻体内的丙二醛和可溶性糖含量先降低 ,可溶性蛋白质含量先升高.但随着暴露时间的延长 ,都恢复到和初始值
比较接近.伊乐藻对较低浓度的菲有很好的抗逆性 ,可以考虑作为水体菲污染修复的先锋物种.
关键词　去除;　伊乐藻;　生理生化反应
中图分类号　X 131
多环芳烃(PAHs)是一组列于美国 EPA黑名单上的优先有机污染物 , 其中一些因具有致癌 、致畸 、致突变作用及生物难降
解性受到广泛重视[ 1 , 2] .PAHs 在环境中分布广泛 , 天然水体中浓度为 0.001 ug L～ 10 ug L, 工业废水中约 1 mg L[3] .其中菲
(phenanthrene , 简写成 Phe)的重要来源是人类活动中大量使用的化石燃料不完全燃烧的产物[ 4] .当有机溶剂存在时 , PAHs 在水
中的溶解度将会大幅度上升.利用水生植物净化污水中的重金属 、有机磷农药 、酚 、萘及其他有害污染物的研究国内外已有很
多报道[ 5] .但利用沉水植物净化多环芳烃类化合物的研究却鲜见报道.本文研究了伊乐藻对菲的去除作用以及在此过程中伊
乐藻(Elodeacanadensis , 简写成 ED)的丙二醛 、可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量等一些指标的影响 , 探讨净化过程中菲污染对
水生植物的影响机制 ,为合理利用水生植物净化含有机污染物水体以及开发沉水植物资源提供理论依据.
1材料和方法
1.1　实验材料　实验用植物伊乐藻采自苏州市东山镇(东太湖),用水洗净进行预培养.实验装置采用 6 个(两种浓度各三个)
自制长100 cm , 宽50 cm , 高80 cm的玻璃缸 , 并在缸底铺上一层厚约 10 cm 的沙 ,以模拟浅水湖泊.将采自东太湖洁净水体中的
伊乐藻洗净 ,挑选 10 株生长健壮 、均匀的植株(约 450 g),分别栽入玻璃缸中 ,每个缸中植物的种植密度保持一致.然后加入预
先放置并经过曝气的自来水进行培养 ,数日后长势较好.接着以甲醇为溶剂配制菲溶液 , 分批添加菲溶液于玻璃缸中并连续
长时间进行搅拌 ,使玻璃缸中菲溶液的浓度分别为:0.5 mg L和 1 mg L.暴露实验在露天中进行 40 d.设六个不植伊乐藻的玻
璃缸作为菲衰减对照缸 ,两种浓度各三个.并设三个只培养伊乐藻的玻璃缸作为植物空白对照.
1.2样品采集与处理
1.2.1　水　样　在 0 , 6 , 9 , 12 , 19 , 31和 40 d 后分别分 7次从水族缸中采水样于玻璃瓶中 ,并同时在 4 个对照水族缸中采水样 ,
储存在冷冻箱中待用.取水样后加入相同体积的清水 ,并补充蒸发量到实验初始的体积.
1.2.2　底泥样　实验结束后采集底泥样 ,样品经风干后 ,将大颗粒和植物叶片等用镊子拣出 , 于研钵研磨后过 1 mm 筛 , 储存
在冷冻冰箱中待用.
1.2.3　植物样　在采水样的同时采植物样 , 用清水洗净植物的表面.样品风干后 , 粉碎处理 ,过 l mm筛.所有样品均储存在-
20℃的冷冻箱中待用 ,植物样一部分按植物中菲的测定方法进行前处理 , 另一部分擦干后称重按各指标的测定要求和方法分
别进行测定.
1.3　菲浓度分析方法
1.3.1　水溶液中菲残留浓度分析　直接用液相色谱分析 , 进样量为 20μl , 以保留时间定性 ,通过峰面积外标法确定浓度.
1.3.2 伊乐藻中菲提取 、净化与分析[ 6] 　取 0.5 g制备好的植物样品于 25 ml的玻璃离心管中 ,加入 15 ml有机提取剂甲醇 ,于
超声水浴中提取15 min 后将离心管放在离心机内 , 以4 000 r min ,离心5 min , 将上清液转移到一个装有玻璃纤维棉和无水硫酸
钠漏斗的 150 ml蒸发瓶中 ,离心管中残留物再加入15 ml甲醇 ,重复 4 次 , 合并有机相.将上清液转移到装有玻璃纤维棉和无
水硫酸钠漏斗的 150 ml蒸发瓶中 ,于旋转浓缩蒸发仪上在 30 ℃真空条件下将样品浓缩至干 ,用正己烷定容至 2 ml ,取 0.5 ml
定容液转移至装有 1.0 g 硅胶的预处理柱中 , 再用正己烷/二氯甲烷(1∶1)混合液洗脱.收集洗脱液于容量瓶中 , 再以氮气吹
脱 ,甲醇定容至 2 ml ,应用 HPLC 进行分析 ,进样量为 20μl.
＊国家科技部 973计划项目:湖泊富营养化过程和水华爆发机理研究 ,第 7子课题 ,项目编号:2002CB412307收稿日期:2006-09-21
1.3.3　底泥中菲提取 、净化与分析[ 6] 　取 5 g 上述土壤样品于 25 ml玻璃离心管中 ,加入 15 ml有机提取剂二氯甲烷并盖紧 ,
于超声水浴中连续提取 2 h.超声水浴的温度通过加冰控制在 40 ℃以下.提取后 ,将离心管放在离心机内 , 以 4 000 r min 离心
5 min , 记下提取液体积 ,将上清液转移到蒸发瓶中 , 后续步骤同1.3.2.
1.3.4　方法回收率试验　分别取各三组 5 g 土壤和 0.5 g 植物叶片置于 25 ml玻璃离心管中 , 各加入一定量的菲溶液(0.5 μg
和1 μg), 将上述样品于暗处放置过夜 , 使有机溶剂挥发至干 , 然后进行样品的提取.其中植物中菲和土壤中菲按 1.3.2 和
1.3.3中的提取步骤提取.
1.3.5　样品分析　色谱与分析条件为 Aglient 1100 Series G1311A 型高效液相色谱仪 , 色谱柱为 250 mm(id)×0.5 μl大孔烷基
C18柱.流动相为甲醇/水(85∶15),流速为 1 ml min ,由液相色谱高压泵控制.
1.4　生理指标测定　丙二醛和可溶性糖含量的测定采用双组分分光光度计法[7] ;可溶性蛋白质的测定用考马斯亮蓝G-250
法[ 8] .所有样品均采用三个平行样进行测定.
2　结果与讨论
2.1　方法的回收率　底泥样品回收率为 73.67%, 相对标准偏差为 6.41%;植物样品回收率为 68.40%, 相对标准偏差为
8.39%.本方法作为分析伊乐藻与底泥中菲的提取与净化方法是可行的.
2.2　不同浓度菲水体的水质以及低等藻类的生长情况　在 0.5 mg L菲溶液水体中暴露 12 d , 丝藻生长开始活跃 , 水质清澈.
到31 d时丝藻生长异常旺盛 ,甚至在伊乐藻植物体上也缠满了丝藻.而在 1 mg L菲溶液水体中水体浑浊 , 到 31 d几乎没有丝
藻生长.说明 0.5 mg L菲对丝藻生长无不利影响.而 1 mg L菲对丝藻生长有明显的抑制作用.
图 1　伊乐藻体内菲浓度随时间的变化
2.3　伊乐藻体内菲的含量随时间的变化　图 1 给出了伊乐藻体
内菲的含量随时间的变化 , 两种浓度中植物体内菲含量的变化规
律相似.暴露周期的起始 , 伊乐藻中菲的含量随着时间先增大 , 在
达到最大值后随着时间的延长而减小.在1 mg L菲溶液中伊乐藻中
菲含量在第 6 d时含量最大 ,达到 538 μg g(干重).此时伊乐藻对
菲的吸收达到了饱和 ,随后又逐渐下降.下降的原因是可能是植物
中的菲已经被降解 , 而在0.5 mg L菲溶液中 , 在第 9 d 时含量最大 ,
随后也逐渐下降.在 31 d以后伊乐藻中菲的含量均接近零.伊乐藻
体中菲的含量出现先增大后减小的原因可能是当伊乐藻接触到菲
溶液时 ,溶液中菲分子先附着在植物表面 , 由于菲分子较大的脂溶
性和生物可利用性[ 9] , 部分吸收到植物体内 , 然后被植物通过一些
酶的释放和吸收而降解.因为这些有机物并非是植物生长所需要
的 ,达到一定程度后具有毒害作用.对于此类化合物 , 植物有特定
生理和代谢机制使其脱毒[10 ,11] .
2.4　伊乐藻对菲的去除　由图 2 可见 ,水中菲的浓度随时间
的延长而减小.水溶液中菲在开始时下降较快 , 直到 31 d 后伊
乐藻对菲的作用趋于平衡.此时水中菲的浓度处于一个比较低
的水平 ,低于 0.02 mg L , 此后水中菲溶液接近零.水族缸中水
中菲能被较高的去除可能是植物和底泥对菲的富集以及水气
界面间的转移等原因导致[ 12 ,13] .在实验结束后还测定了培养玻
璃缸底泥里的菲 ,发现菲在底泥中的浓度分别达到 0.39 mg kg
和 1.8 mg kg , 说明菲在底泥中得到了一定的富集.
对照实验是通过观察菲在无伊乐藻培养的水中的衰减情
况来同步进行的.实验结果表明 , 在无伊乐藻培养的菲溶液中 ,
在暴露周期后玻璃缸中 1 mg L和 0.5 mg L两种浓度的菲溶液
中的菲分别减少 20%和 15%左右(图 2).这些菲的衰减可能是
由于菲的挥发 ,微生物降解和玻璃容器的表面吸附及光降解等
物理化学过程而引起的[ 13 ,14] .扣除对照实验菲的衰减 , 通过对
加入菲量和底泥中菲的富集量的质量平衡计算 , 可以计算出
1 mg L和 0.5 mg L两种浓度菲溶液中伊乐藻对菲的去除率分
别为 73.3%和68.7%.
图 2　水中菲浓度随时间的变化无植物组为菲衰减对照组
113第 2 期 慕君玲 , 等:伊乐藻对菲的去除作用及生理响应
2.5　菲对伊乐藻丙二醛含量的影响　丙二醛(MDA)是生物膜系统膜脂过氧化的产物之一 , 可与可溶性蛋白质 、核酸 、氨基酸
等活性物质交联 ,形成不溶性的化合物(脂褐素)沉积 , 干扰细胞的正常生命活动[ 15] .MDA的量常常可反映机体内脂质过氧化
的程度并间接反映出细胞受损的程度.图 3(a)显示了菲对伊乐藻丙二醛含量的影响 , 在暴露初期伊乐藻中 MDA 的含量有所
下降之后随着时间推移而得以恢复.从这些结果可以发现菲的暴露没有引起伊乐藻的脂质过氧化.同时可能随时间延长抗氧
化酶酶活力被诱导[ 16] ,活力较强 , 因脂质过氧化作用产生的MDA较少.从图3(a)还可以看出 , 在 0.5 mg L 浓度菲溶液暴露下
丙二醛含量比 1 mg L浓度菲溶液暴露下丙二醛含量要高些 , 而不是低些 ,这可能是高浓度菲对伊乐藻的正常应激性机制会有
一定伤害 ,导致丙二醛含量的降低.但具体的原因还需进一步地研究.
2.6　菲对伊乐藻可溶性糖含量的影响　在两种浓度菲暴露下 , 菲引起伊乐藻中可溶性糖(water soluble carbohydrate , 简写成
WSC)含量随时间的变化总体呈现先下降后上升(图 3(b)).在 0.5 mg L菲溶液暴露下比 1 mg L暴露下可溶性糖含量要高些.
在1 mg L浓度暴露下 12 d 时伊乐藻中菲的含量最大.此时可溶性糖含量也最低 ,而在 0.5 mg L浓度暴露下 9 d 时伊乐藻中菲
的含量最大 , 12 d 时可溶性糖含量最低.这些变化反映了伊乐藻中可溶性糖含量变化与植物体内菲的含量的相关性.其中用
SPSS 程序 ,将伊乐藻中菲的浓度和可溶性糖含量进行相关分析 ,其相关系数为-0.629 , 有较好的负相关性.菲会导致可溶性糖
含量的降低可能是由于伊乐藻为了适应菲胁迫而增加呼吸速率从而减少可溶性糖含量[ 17 ,18] .
图 3　菲暴露对伊乐藻丙二醛 ,可溶性糖和可溶性蛋白质含量的影响
2.7　菲对伊乐藻可溶性蛋白质含量的影响　菲对伊乐藻可溶性蛋白(water soluble protein , 简写成WSP)含量随时间的变化如
图3(c)所示.从图中可以看出 , 在9 d 和12 d 时 ,两种浓度菲暴露下伊乐藻体内可溶性蛋白含量高于其它时间的可溶性蛋白含
量.对两种浓度而言 , 从其变幅分析可知 1 mg L初始浓度下的可溶性蛋白含量变幅要高于 0.5 mg L的处理.大量研究认为 ,外
界胁迫下可溶性蛋白含量会产生变化.在暴露过程中伊乐藻中可溶性蛋白质含量有增加的现象 , 这可能是在逆境条件下 , 植
物的基因表达发生改变 , 关闭一些正常表达的基因 , 启动一些与逆境相适应的基因 , 基因表达的结果是蛋白质的含量升
高[ 16 ,19] .蛋白质含量的变化原因还有待进一步解释 ,但两种浓度菲暴露实验前后蛋白质的含量基本不变 , 显示了其对这种环
境的适应.
根据实验中伊乐藻体内三个指标的变化情况 ,可以看出伊乐藻在菲的胁迫下具有较好的耐逆性和复原抗逆性[19] .即在菲
的影响下 , 伊乐藻的一些生理指标发生变化 ,但很快能恢复正常以及菲含量减少后变化仍可及时修复 ,伊乐藻具有持续忍受
菲的能力.
3　结　　论
1)　水体中菲的浓度影响水体的水质 ,在高浓度的菲溶液中 , 水体透明度下降 ,低等藻类的生长情况受到严重抑制.
2)　伊乐藻体内菲的含量在 9 和 12d 左右达到较大值 , 在31d以后伊乐藻中菲含量接近零.暴露实验后 , 水中的菲基本得
到去除 ,但在底泥中得到一定的富集.扣除对照实验中菲的衰减 , 两种浓度菲溶液中伊乐藻对菲的去除率分别为 73.3%和
68.7%.
3)　菲的暴露没有引起伊乐藻的脂质过氧化.较高浓度的菲可能导致可溶性糖含量的下降以及可溶性蛋白质的增加.暴
露后丙二醛和可溶性糖以及可溶性蛋白质含量能恢复到初始值.伊乐藻在菲胁迫下有持续忍受菲的能力 , 具有较好的抗逆
性 ,可考虑将它们用于水体有机污染的植物修复.
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REMOVAL AND PHYSIOLOGICAL RESPONSE
OF ELODEACANADENSIS TO PHENANTHRENE
Mu Junling
1),2)　　Li Jiahua1)　　Guo Hongyan1)　　Wang Xiaorong1)　　Yin Daqiang2)　　Zhang Jingfei3)
(1)State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse ,School of Envi ronment , Nanjing University , 210093 ,Nanjing , China;
　2)Yantai Institute of Education , 264000, Yantai ,China;　3)School of Earth Sciences , Nanjing University , 210093 ,Nanjing ,China)
Abstract　Removal efficiencies and physiological responses of submerged macrophytes (Elodeacanadensi , ED for
short)to phenanthrene(Phe)were investigated , following 40-day exposure to Phe solutions in an indoor-simulated
experiment.Phenanthrene can affect water quality apparently.Under the stress of high concentration Phenanthrene ,
growth of lower algae was inhibited seriously.The efficiencies of plant-enhanced remediation forwater Phe contaminants
approached to 68.8 and 71.7 percent for 1-ED and 0.5-ED treatments , respectively.Results showed that these SMs
have stress-resistance to Phe , although adding Phe to water resulted in adverse effects on these plants such as reduced
malondialdehyde (MDA)and water soluble carbohydrate(WSC)contents as well increased water soluble protein(WSP)
contents because of several days Phe exposure.ED can be selected as pioneering plants with high remediation e ? ciency
based on plant accumulation of Pre.
Key words　removal;　Physiological response;　PAHs;　Submerged macrophyte
115第 2 期 慕君玲 , 等:伊乐藻对菲的去除作用及生理响应