全 文 ：第 34卷Environmental Science & Technology
第 34卷 第 4期
2011年 4月
Vol. 34 No.4
Apr. 2011
何艺，陈欢，杨剑,等.荧蒽对披针舟形藻生长及叶绿素荧光特性的影响[J].环境科学与技术, 2011, 34(4):10- 13. He Yi, Chen Huan, Yang Jian, et al. Effects
offluorantheneongrowth and chlorophyll fluorescencecharacteristics ofNavicula lanceolata[J]. Environmental Science&Technology, 2011, 34(4):10- 13.
荧蒽对披针舟形藻的生长及叶绿素荧光特性影响
何艺 1， 陈欢 1， 杨剑 2， 胡章立 1， 雷安平 1,*
（1. 深圳大学生态环境研究所，深圳大学生命科学学院，广东 深圳 518060；
2. 深圳职业技术学院应用化学与生物技术学院,广东 深圳 518055）
摘 要：利用调制式叶绿素荧光仪（Water-PAM）测定了不同浓度的荧蒽（0、0.1、0.5、1.0、2.0和 5.0 mg/L）处理后披针舟形藻
（Navicula lanceolata）的叶绿素荧光动力学特征的变化。藻类的生物量以细胞密度表示，测定的主要荧光动力学参数为：光系统Ⅱ(PS
Ⅱ)的最大光能转化效率(Fv/Fm)，PS Ⅱ的实际光能转化效率(ΦPSⅡ=yield)，光合电子传递效率(ETR)，光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭
(NPQ)。结果表明，除极低浓度(0.1 mg/L)外，荧蒽对披针舟形藻的生长有明显的抑制作用，存在明显的剂量-效应关系；荧蒽对 yield、
ETR和 qP则有显著促进作用，并且随着浓度的升高，促进作用逐步增大；但不同浓度的荧蒽对 Fv/Fm和 NPQ无显著影响。荧蒽对披针
舟形藻生长的抑制效应和对其 yield、ETR和 qP的促进效应除了具有浓度效应外，还有时间效应：随着时间的推移，更高浓度的荧蒽才
对它们有显著抑制或促进效应，可能是因为随着时间的延长培养基中营养物质的消耗增多，还可能是因为该藻类对荧蒽有降解能力而
导致培养基中荧蒽的浓度降低。
关键词：荧蒽； 披针舟形藻； 叶绿素荧光
中图分类号：X171 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2011.04.003 文章编号：1003-6504(2011)04-0010-04
Effects of Fluoranthene on Growth and Chlorophyll Fluorescence
Characteristics of Navicula lanceolata
HE Yi1, CHEN Huan1, YANG Jian2, HU Zhang-li1, LEI An-ping1*
（1. Institute of Eco-environmental Science, School of Life Science, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China;
2. School of Applied Chemistry and Biological Technology, Shenzhen Polytechnic College, Shenzhen 518055, China）
Abstract：This paper describes a study intended to examine the toxic effects of fluoranthene on Navicula Ianceolata, the
ubiquitously existed species of algae, in terms of its growth and characteristics of chlorophyll fluorescence. Equipment of
pulse amplitude modulation (Water-PAM) was used to measure a string of parameters, such as Fν/Fm - the maximum
light conversion efficiency of photo-system II (PS II); qP-photochemical quenching; NPQ-non-photochemical quenching;
yield - PS II actual light conversion efficiency and ETR -the efficiency of photosynthetic electron transport. Result
revealed that growth of N. Ianceolata was greatly suppressed by fluoranthene during the incubation for seven days, and at
the same time, yield, ETR and Qp were remarkably enhanced too. However, no significant changes of Fν/Fm and NPQ
were detected after being treated by fluoranthene in different concentrations. It has been also found that effects of
fluoranthene, which inhibited growth of N. Ianceolata and stimulated yield, ETR and qP, were time dependent probably
due to more consumption of nutrients in the medium or the degradation of fluoranthene caused by N. Ianceolata as time
elapsed.
Key words：fluoranthene; Navicula Ianceolata; chlorophyll fluorescence
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2010-03-19；修回 2010－05－14
基金项目：国家自然科学基金项目（30770393; 30770340）；广东省自然科学基金项目（06301361）
作者简介：何艺（1984-），女，硕士研究生，从事环境生物学研究,（电子信箱）heyinishi@163.com；*通讯作者，（电话）0755-26535286（电子信箱）
bioaplei@szu.du.cn。
多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，
PAHs)是一类含有两个或两个以上的苯环，以直链状、
角状或串状排列组成的持久性有机污染物[1]。荧蒽作
为 16种优控多环芳烃中 4环芳烃的代表性化合物，
在 PAHs污染水域和表层沉积物中含量较高，它具有
较强的致癌、致畸和致突变性，还具有免疫毒性，可扰
第 4期
乱生物体抗氧化防御系统的正常功能[2]，在代谢过程
中产生的自由基会导致生物体内酶失活、蛋白质结构
变化、DNA断链和脂质过氧化等一系列机体氧化损
伤。PAHs能通过食物链进行富集放大，给生态环境和
人体健康带来极大危害，引起各界特别是科学家的广
泛关注[3-6]。
在室温条件下，经暗适应的绿色植物突然受到
可见光照射后随时间变化发出微弱的暗红色荧光信
号，这个过程称为叶绿素荧光诱导动力学[7]。叶绿素
荧光包含许多光合作用信息，在分析胁迫对光系统
Ⅱ(PSⅡ)的破坏时是一种非常有用的工具[8]。目前，国
际上对植物体内叶绿素荧光动力学的研究已形成热点，
许多学者已对水分、温度、光强等外界环境条件胁迫下
高等植物的叶绿素荧光动力学变化进行了研究，并取
得了可喜的成果[9-11]；但对微藻的逆境生理研究较少
[12-15]，且主要集中在不同温度、光强、重金属污染等对
藻类叶绿素荧光的影响，而 PAHs对藻类的叶绿素荧
光动力学的研究则未见报道。藻类作为水体生态系统
中最重要的初级生产者，繁殖快，对环境毒物敏感性
高，是非常好的测试生物指示物。本文选择世界广布
的一种硅藻——披针舟形藻(Navicila lanceolata)为实
验材料，利用叶绿素荧光技术，研究荧蒽对该种藻类
的光合特性的影响。
1 材料与方法
1.1 藻种及培养条件
实验所用微藻藻种披针舟形藻取自深圳大学微
藻种质库，隶属于硅藻门（Bacillariophyta）羽纹纲
(Pennatae) 舟形藻目 (Naviculales) 舟形藻科(Navicu－
laceae)舟形藻属(Nacicula)。将适量的藻液接种到无菌
的 f/2培养基中，进行预培养 7 d，用达到对数生长期
的藻液制备藻类试验液。培养温度为(21±1.0) ℃，光源
为日光灯冷光源，光照强度为 97.5 μmol/(m2·s)，光照
周期是 14 h(光) ∶ 10 h(暗)，静置培养，每天定时人工
摇动 2次，并随机改变各锥形瓶的位置。
1.2 实验方法
荧蒽设置 6 个浓度梯度: 0（对照组）、0.1、0.5、
1.0、2.0和 5.0 mg/L，对照组和处理组均设 3个平行
样，将经过预培养镜检处于对数生长期的藻液接入
250 mL锥形瓶中，培养液的体积为 130 mL，藻细胞
的初始藻密度均为 1.0×106 ind/mL，培养条件与预培
养相同。在试验开始后的第 1、4、7 d 取样 2 mL，用
0.1 mL的藻液计数框在显微镜下进行视野法计数，测
定藻细胞浓度(生物量)的变化。同时用水样叶绿素荧
光仪（Water-PAM，德国Walz公司）测定披针舟形藻
的叶绿素荧光动力学参数，包括光系统 II（PSⅡ）的最
大光能转化效率 (Fv/Fm)、PSⅡ的实际光能转化效率
(ΦPSⅡ=yield)、光合电子传递效率(ETR)、光化学淬灭
(qP)和非光化学淬灭(NPQ)。叶绿素荧光参数测定之
前，微藻样品暗需适应 15~30 min。
1.3 数据处理与统计分析
采用 Microsoft Office Excel 2003 软件对数据进
行统计分析,并利用 T检验进行差异显著性检验（P<
0.05表示差异显著，P< 0.01表示差异极显著）。
2 结果
2.1 荧蒽对披针舟形藻生长的影响
试验期间（1~7 d），和对照相比，荧蒽对披针舟形
藻的生长有明显的抑制作用，且浓度越高，抑制作用
越强(图 1)。高浓度(2.0 和 5.0 mg/L)的荧蒽对披针舟
形藻生长的抑制作用最明显，培养 4d后, 细胞密度分
别仅为对照组的 68%和 60%；其次为中浓度的荧蒽
（1.0 mg/L）；低浓度（0.1 和 0.5 mg/L）的荧蒽对披针
舟形藻生长的抑制作用则较小，细胞密度分别为对照
组的 87%和 71%。从第 1至第 7 天，随着处理时间的
延长，荧蒽对披针舟形藻生长的抑制效应并没有继续
增强，说明荧蒽对披针舟形藻的生长没有明显的慢性
毒性效应。
2.2 荧蒽对披针舟形藻的叶绿素荧光参数的影响
在对照条件下（没有加荧蒽），随着时间的延长，
披针舟形藻的 yield、qP、ETR、Fv/Fm 和 NPQ 均有不
同程度的下降，特别是 yield、qP和 ETR在第 7 天时
比第 1和第 4 天下降了 60%~70%，这可能是因为培养
基中营养物质的消耗以及该种藻的生长平台期的到
来（图 1，图 2）。
荧蒽对披针舟形藻的 yield、qP和 ETR有显著显
著的促进作用，浓度越高，促进作用越强(图 2a~c)。该
促进作用除了具有浓度效应外，还有时间效应：随着
时间的推移，更高浓度的荧蒽才有促进作用。培养 1 d
后，除极低浓度（0.1 mg/L）外，0.5 mg/L 及以上浓度
何艺，等 荧蒽对披针舟形藻的生长及叶绿素荧光特性影响 11
第 34卷
的荧蒽显著促进披针舟形藻的 yield、qP和 ETR；培养
4 d后，稍高浓度的荧蒽（≥1.0 mg/L）才显著促进
yield、qP和 ETR；而培养 7 d后，更高浓度的荧蒽（≥
2.0 mg/L）才显著促进 yield和 ETR，而当浓度高达
5.0 mg/L时才显著促进 qP（P﹤0.01）(图 2 a~c)。与
yield、qP和 ETR不同，除极低浓度的荧蒽（0.1 mg/L）
在第 4 天时对 NPQ具明显促进作用外，其它浓度的
荧蒽对披针舟形藻的 Fv/Fm及 NPQ都没有显著影响
（P﹥0. 05）(图 2d~e)。
3 讨论
荧蒽对披针舟形藻的生长具不同程度的抑制效
应，浓度越高，抑制效应越强；但即使是高浓度的荧蒽
（≥ 2.0 mg/L）处理 7 d后其细胞密度仍能由 1.0×106
ind/mL（初始密度）上升至 2.5×106 ind/mL (图 1)，说明
高浓度的荧蒽没有完全抑制披针舟形藻的细胞分裂
且对该种藻类没有致死效应。洪有为和袁东星发现高
浓度的荧蒽能抑制中肋骨条藻（Skeletonema costa－
tum）和菱形藻(Nitzschia sp.)的生长及细胞分裂[16]；王
丽平和郑炳辉也证明荧蒽能抑制中肋骨条藻和三角
褐指藻 (Phaeodactylum tricornutum) 的生长，同时促
进膜脂质过氧化作用而导致丙二醛（MDA）含量的增
加[17]。结合前人的研究结果，可推测水体中亲脂性的
荧蒽容易被藻细胞吸附，随后部分荧蒽还可与细胞膜
系统中的磷脂分子结合并侵入藻细胞里面，从而可能
影响披针舟形藻细胞膜的透性和功能，而且还能影响
藻细胞的正常代谢，抑制了藻细胞的分裂。
叶绿素荧光技术是研究植物光合生理状况及各
种外界因子对植物活体的细微影响的诊断技术，其在
对光合作用中光系统Ⅱ（PSⅡ）对光能的吸收、传递、转
化、耗散以及分配等方面具有独特的作用，通过对各种
荧光参数的分析，可以得到光合作用的很多信息[7-8]。
Fv/Fm表示 PSⅡ最大原初光能转化效率，反映植物的
潜在最大光合能力；yield表示 PSⅡ实际的原初光能
转化效率，反映植物目前的实际光合效率；ETR表示
PSⅡ的表观电子传递效率；qP 反映 PSⅡ天线色素
吸收的光能用于光化学电子传递的份额；NPQ 反映
PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而
以热的形式耗散掉的部分，对光合机构起一定保护作
用。荧蒽对披针舟形藻的 yield、ETR和 qP有显著促
进作用，但对其 Fv/Fm和 NPQ无显著影响，其结果表
明荧蒽显著促进了该种藻的光能转化效率、电子传递
活性、碳同化反应强度和实际光合效率，但对其 PSⅡ
反应中心的热耗散能力及潜在的最大光合能力则无
显著影响。结合荧蒽对披针舟形藻生长的抑制效应，
可推测荧蒽尽管能抑制藻细胞的分裂，但对其单个细
胞的光合效率不仅没有抑制反而还有促进作用。这可
能是因为荧蒽在抑制藻类生长的同时促进膜脂质过
氧化而干扰其代谢，因藻体光合机构的自我保护能力
而没有表现出对光合作用的抑制，反而产生促进作
用。近期也有研究发现，砷酸盐抑制三角褐指藻生长
的同时促进其光合活性[18]；但多数研究结果显示 Cu2+、
Zn2+、Cd2+等重金属和石油泄露抑制藻类生长的同时
却抑制其光合活性 [19-20]。有些胁迫能促进藻类 DNA、
RNA和蛋白质合成增加，而有些胁迫则使其降低[15,17]。
不同的胁迫对藻类的不同生理效应的机制值得进一
步探讨，可能不仅和胁迫有关，还和藻类的种类特异
性有关，因为不同藻类的细胞结构及组成差异较大。
藻类能通过吸附、吸收、富集和代谢等过程去除
12
第 4期
多环芳烃，且不同的种类对多环芳烃及其转化产物的
降解能力不同。Lei等比较了 7种藻类对多环芳烃-芘
的去除效应，并筛选出了高效去除芘的藻株[21]；洪有
为等发现中肋骨条藻和菱形藻可快速地吸附菲和荧
蒽，随着培养时间的延长，培养液中的菲和荧蒽的含
量呈逐渐下降的趋势[22]。作者推测披针舟形藻可以像
其它藻类那样通过吸附、吸收、富集和代谢等过程去
除荧蒽，荧蒽在培养基中的浓度随培养时间的延长而
降低，而且培养基中营养物质的消耗也会随随着时间
延长而增多，所以荧蒽对披针舟形藻的 yield、ETR、qP
的显著促进作用除了具有浓度效应外，还有时间效
应：随着时间的推移（第 1至第 4天），更高浓度的荧
蒽才具促进作用。
4 结论
（1）荧蒽对披针舟形藻的生长有明显的抑制作用，
浓度越高，抑制作用越强。
（2）荧蒽显著促进披针舟形藻的光能转化效率、
电子传递活性、碳同化反应强度和实际光合效率，但
对其 PSⅡ反应中心的热耗散能力及潜在的最大光合
能力则无显著影响。
（3）荧蒽对披针舟形藻 yield、ETR、qP 的促进效
应和对生长的抑制效应除了具有浓度效应外，还有时
间效应，随着时间的推移，更高浓度的荧蒽才对它们
有显著促进或抑制效应。
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