全 文 ：应用与环境生物学报　2002, 8(4):395～ 398 　 　
Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X 　 2002-08-25
　
Cu2+、Cd2+、Zn2+对两种单胞藻的毒害作用
李　坤＊　李　琳1　侯和胜2 　苏绣蓉2　范钦信
(大连大学医学院　大连　116022)
(1 大连市妇产医院;　2辽宁师范大学生命科学院　大连　116021)
摘　要　分别用不同浓度(c=0.01 ～ 2.34 mmol/ L)的 Cu2+、Cd2+、Zn2+处理亚心型大扁藻(Plztymonas sp.)和小球藻
(Chlorela vulagris), 观察了重金属离子对其生长 、呼吸及其被富集的情况.结果表明:①3 种离子的毒性强度的顺序为
Cu2+>Cd2+>Zn2+;亚心型大扁藻的耐受力大于小球藻;②Cu2+对生长的抑制最强 , 两种藻的 c(EC50 , 72 h)分别为 0.
211 mmol/L和 0.289 mmol/ L;Cd2+对生长的抑制稍弱 , 两种藻的 c(EC50 , 72 h)分别为 0.438 mmol/ L和 0.241 mmol/ L;
Zn2+对生长的抑制最弱 ,其 c(EC50 , 72 h)分别为 0.754 mmol/L和 0.308 mmol/ L;③在 c(EC50)毒害浓度下 , 两种单胞
藻均提前进入生长静止期 , 缩短了种群生长周期;呼吸作用先增强后降低;④在 c(EC50)毒害浓度下 , 两种藻对 Cu2+、
Zn2+的富集量为 4 582～ 41 283.7 mg kg-1 ,对 Cd2+的富集量 500 ～ 2 723.6 mg kg-1.图 2 表 3 参 8
关键词　Cu2+;Cd2+;Zn2+;亚心型大扁藻;小球藻;毒害作用
CLC　X503.2
STUDYON TOXICITY OF HEAVY METAL IONS TO TWO SPECIES
OF MARINE UNICELLULAR ALGAE
LI Kun＊ , LI Lin1 , HOU Hesheng2 , SU Xiurong2 &FAN Qinxin
(Medical College , Dalian University , Dalian　116022 , China)
(1 Hospital for Gynecology and Obstetrics of DaLian , Dalian　116021 , China)
(2 Life Science College , Liaoning Normal Universi ty , Dalian　116021 , China)
Abstract　The strong endurance of unicellular algae to heavy ions can be used for biological sewage treatment.
Therefore , it is the primary step to determine the most resistant species of the algae to pollution.The paper reports
the toxicity effect of heavy metal ions in growth , respiration and the accumulation of heavy metal ions in marine
unicellular algae.The two species of unicellular algae (Plztymonas sp.and Chlorela vulagri)were cultured in
1‰Kangwei medium treated with Cu2+ ,Cd2+and Zn2+ at the concentration of 0.0l mmol/L to 2.34 mmol/L.
The results showed that ① the toxicity order of these heavy metal ions was Cu2+>Cd2+>Zn2+;the tolerance
order of these algae was Plztymonas sp.>Chlorela vulagr;②Cu2+ was the most toxic to growth , which c
(EC50 ,72 h)for the two species was 0.211 mmol/L and 0.289 mmol/L , respectively;Cd2+had smaller toxicity
than Cu2+ , which c(EC50 ,72 h)was 0.438 mmol/L and 0.241 mmol/L , separately ;Zn2+was the weakest and
its c(EC50 , 72 h)was 0.754 mmol/L and 0.308 mmol/L , respectively;③ under the toxic condition , the
respiration of these algae rose to the highest point , then dropped sharply and went into the stagnation period , and
the population growth periods were short;④ the two kinds of algae could both superaccumulate heavy metal ions ,
and the bioaccumulation ranges for the heavy metal ions of Cu2+ and Zn2+was 4 582 ～ 41 283.7 mg kg-1 , and
Cd2+were 500 ～ 2 723.6 mg kg-1.Fig 2 , Tab 3 , Ref 8
Keywords　Cu2+;Cd2+;Zn2+;Plztymonas sp.;Chlorela vulagris;toxicity
CLC　X503.2
收稿日期:2001-09-25　修回日期:2002-04-08　接受日期:2002-05-10
＊＊通讯作者　Corresponding author
　　单胞藻作为海洋主要初级生产力 ,为海水养殖业
的重要饵料 ,它直接影响养殖鱼 、虾 、贝类等的产量和
质量 ,从而也会影响人类的健康.随着工农业生产的
迅速发展 ,大量含重金属离子的工业污水不断排入海
洋 ,资料报导世界各海水养殖场都出现大批鱼 、虾 、贝
类等死亡 ,产量也不断地下降 ,人类各种疾病如癌症
等也在增多.这些是否与生物链的最低一环 ———单胞
藻的污染有关? 因为单胞藻具有结构简单 、分布广
泛 、适应性强等特点 ,所以研究重金属离子对单胞藻
的毒害作用和抗污机制 ,可以对生物防治重金属污染
提供科学依据.故本文选择了绿藻门亚心型大扁藻
(Plztymonas sp., 以下用 PL)和小球藻(Chlorela
vulagris , 以下用CV)进行 3种重金属离子毒害下的生
长 、呼吸及富集重金属离子的实验 ,以期探讨重金属
离子毒害的机制.
1　材料和方法
1.1　实验材料
所用亚心型大扁藻和小球藻为藻种 PL 和 CV ,均
为用抗生素处理纯化的无菌单株繁殖而来 ,1‰康威
营养盐及海水均由辽宁省水产研究所提供.其中海水
取自渤海的近海育苗海水 ,盐度为 31‰,海水经沉淀
过滤后存放于聚乙烯塑料桶中备用.
1.2　实验试剂
ZnSO4·7H2O(AR)、CdCl2·2.5H2O(AR)、CuSO4·
H2O(AR)为国产药品 ,用无菌水定容至 156 mmol/L 母
液 , 存于容量瓶中备用.康威营养盐配方与文献[ 1]
的相同.
1.3　实验方法
1.3.1　藻类培养与测定　　将海水煮沸 20 min ,滤
纸封口 ,放置 24 h ,配成康威海水营养盐 ,用电感耦合
等离子体发射光谱(ICP)测定其 Cu2+、Cd2+ 、Zn2+浓
度分别为 1.568×10-5 mol/L、8.92×10-6 mol/L 、1.52
×10-3 mol/L .
1.3.2　毒害抑制生长效应实验　　将指数生长期的
藻种无菌单种培养 ,接种密度(n/mL-1)为亚心型大
扁藻 69 ×104 , 小球藻 573 ×104 , 分别加入 Cu2+ 、
Cd
2+、Zn2+ ,其浓度范围为 0.01 ～ 2.34 mmol/L ,各处
理组均用小三角瓶 , 培养液 20 mL , 在 20 ～ 25 ℃,
3 000 lx , 11 h 13 h , 光暗周期下振荡培养 ,每日随机
调换培养瓶位置 ,每隔一日测一次生物量 ,在显微镜
下放大 400倍 ,用血球计数板计数 ,测得各离子的半
抑制浓度 c(EC50).
1.3.3　毒害抑制呼吸作用实验　　在 3 000 mL三角
瓶中分别加入 3种离子培养 2种单胞藻 ,接种密度不
变 ,加入毒害离子的浓度分别为按 1.3.2法所测的
EC50值 ,测第 3日 、第 5日呼吸强度.测量方法为微量
减压法[ 2] , 按呼吸强度单位以每分钟每个细胞(cell)
消耗 O2的体积(V/μL min-1)表示.
1.3.4　毒害抑制下重金属离子的富集实验　　根据
1.3.3培养至第 7 日 ,按文献[ 3]的方法 ,用 ICP 测定
干藻体中重金属离子的富集 ,单位以每公斤干藻体含
量〔w(ion)/ mg kg-1〕表示.
1.4　藻细胞生长半抑制浓度〔c(EC50)〕
按文献[ 4]法 ,计算 95%置信限的 c(EC50 ,72 h)
2　结果和讨论
2.1　3 种重金属离子对两种藻生长的影响及 c
(EC50 ,72h)
396 　　　　　　　　应 用 与环 境生 物学 报　　Chin J Appl Environ Biol　　　　　　　　　　　　　　 　　　8卷
图1　三种重金属离子(c/mmol L-1)对亚心型
大扁藻(PL)和小球藻(CV)生长的影响
Fig 1　Toxicity effects of three heavy metal ions at different
concentrations(c/mmol L-1)on the growth of
Plztymonas sp.(PL)and Chlorela vulagris(CV)
a.Cu2+on PL;b.Cu2+on CV;c.Cd2+on PL;
d.Cd2+on CV;e.Zn2+on PL;f.Zn2+ on CV;
　　在毒害条件下 , 3种重金属离子均使两种单胞藻
的生物量急剧下降 ,但对其抑制程度不同(图 1).其
中 ,Cu2+对 2种单胞藻生长抑制程度最强 ,其毒害 c
(EC50)在 0.211 ～ 0.289 mmol/L 之间 , 超过 0.625
mmol/L时 , 2种单胞藻均停止生长;Cd2+对 2种单胞
藻生长抑制程度稍弱 , 其毒害 c(EC50)在 0.241 ～
0.438 mmol/L之间 ,但实验过程中发现 ,当离子处理
时间延长 ,则藻种对毒害耐受力增强 ,Cd2+尤其显著 ,
如亚心型大扁藻在 Cd2+浓度为 1.071 mmol/L 时 ,仍
能生长一段时间(图 1 c),这与文献[ 5] 报道一致;
Zn2+对两种单胞藻生长抑制程度最弱 , 其毒害 c
(EC50)在0.308 ～ 0.729 mmol/L之间(图 1 ,表 1).
表 1　三种离子对两种藻类生长的半抑制浓度
c(EC50 , 72 h)/ mmol L-1(α=0.05)＊
Tab 1　The c(EC50 , 72 h)/mmol L-1 of three heavy
metal ions to two algae(α=0.05)＊
离子
Ion
藻种
Algae
c(EC50 , 72 h)/
mmol L-1
回归方程
Regression
equation
相关系数
Correlation
coeffi cient
Cu2+ PL 0.211 Y=2.03X-2.29 0.9541
CV 0.289 Y=2.05X-2.59 0.9790
Cd2+ PL 0.438 Y=0.68X-1.15 0.9940
CV 0.241 Y=1.99X-2.85 0.9570
Zn2+ PL 0.729 Y=1.44X-2.40 0.9694
CV 0.308 Y=2.67X-3.84 0.9705
　＊X 表示加入离子浓度的对数;Y 表示藻细胞生长抑制率的概率变
换值;PL 代表亚心型大扁藻;CV 代表小球藻;　X represents the
logarithm of the concentrations of three heavy ions;Y represents the probability
transformation value of growth inhibition rate of algae cell;PL =Plztymonas
sp.;CV=Chlorela vulagris
　　两种单胞藻对 Cu2+的耐受力均较弱 ,对 Cd2+、
Zn
2+的耐受力均较大.由 c(EC50)可见 ,金属离子的
毒害顺序为 Cu2+>Cd2+>Zn2+ , 这与文献[ 6 ,7]报道
一致.但对同一离子的耐受力来比较 ,亚心型大扁藻
的耐受力均强于小球藻.
实验组藻种均提前进入生长静止期 ,种群生长周
期缩短.实验结果发现 ,随着毒害浓度的加大 ,单胞藻
的细胞密度就会降低 ,溶液中细胞残渣增加 ,藻体色素
变浅 ,细胞外部形态发生改变.在 10×40光镜下可以看
到暴露于 Cu2+c(EC50)的亚心型大扁藻 ,有的原生质浓
缩成椭圆形 ,体外出现 2层空壁 ,这与文献[ 8]报道一
致;有的在一个母壁形成2个休眠孢子 , 且这 2个孢子
多是上下或略斜的排列(图 2 a);有的直径显著增大 ,
几乎不游动 , 直到胀大至破裂 、内含物外溢 、鞭毛脱落 、
解体死亡(图2 b);而有的仍正常游动(图 2 c).
2.2　c(EC50)处理下的呼吸强度(小球藻为例)
3种重金属离子的毒害都能分别使两种单胞藻
的呼吸强度显著增加.在毒害第 3日 ,呼吸强度达到
高峰 ,以后逐渐下降 ,这与受毒害的藻种提前进入生
长静止期 、种群生长周期缩短一致(表 2).
2.3　c(EC50)处理下藻种 Cu2+、Cd2+ 、Zn2+的富集
ICP数据表明 ,两种单胞藻对 3种重金属离子的
富集能力较强.其中 , Cu2+、Zn2+的富集量在 4 582 ～
41 283.7 mg kg-1之间 , Cd2+的富集量在 500 ～
2 723.6 mg kg-1之间.分析认为 ,Cu2+ 、Zn2+为生长必
需离子 ,Cd2+为生长非必需离子 ,故藻种能大量富集
Cu
2+ 、Zn2+ ,这与 c(EC50)的结果一致(表 3).
397　4期 李　坤等:Cu2+、Cd2+、Zn2+对两种单胞藻的毒害作用 　　
图 2　10×40 光镜下 c(EC50 , Cu2+)毒害的亚心型大扁藻的照片
Fig 2　The photos of poisoned Plztymonas sp.(PL)at c(EC50Cu2+)(microscope , ×400)
a.PL的休眠孢子 Dorman spore of PL;b.胀大的 PL Bulgy spore of PL;c.仍正常游动的 PL Comparatively normal swimming spore of PL
表 2　c(EC50)处理下小球藻的呼吸强度〔 qv/(10-9μL min-1)〕
Tab 2　Respiration 〔qv/(10-9μL min-1)〕 of
CV with the treatment of c(EC50)
离子
Ion
d 3
CK T T/ CK
d 5
CK T T/ CK qv(d 3)/ qv(d 5)
Cu2+ 11.4 46.6 4.09 2.45 21.32 8.7 2.19
Cd2+ 11.4 52.4 4.60 2.45 50.1 21.4 1.05
Zn2+ 11.4 187 16.4 2.45 76.0 31 2.46
表 3　c(EC50)处理下藻种 Cu2+、Cd2+、Zn2+
的富集量〔w(ion)/mg kg -1〕
Tab 3　Bioacculation of Cu2+ , Cd2+ and Zn2+〔w(ion)/mg kg-1〕
in algae with the treatment of c(EC50)
藻种
Algae
离子
Ion
处理前的含量
Bioacculation
before treatment
处理后富集量
Bioacculation
after treatment
净富集量
Net bioacculation
PL
Cu2+ 50.3 41334 41283.7
Cd2+ 0.97 2724.6 2723.6
Zn2+ 41.2 6343.5 6302.3
CV
Cu2+ 107.4 4791.7 4684.3
Cd2+ 3.62 503.6 500.0
Zn2+ 974 5556.0 4582.0
　　结果还表明 ,亚心型大扁藻对 3种离子的富集均
大于小球藻.分析认为 ,亚心型大扁藻藻体大 , 游动
快 ,耐受力强.所以 ,亚心型大扁藻对 3种重金属离子
的耐受力均强于小球藻 ,更适于重金属离子污染的治
理.
References
1　Zhang XF(张欣华), Yang HB(杨海波), Yu Y(于媛).Effects
of different culture conditions on the polysaccharide content of
marine microalage.J Biol(生物学杂志), 2000 , 12(6):282 ～
285
2　张志良主编.植物生理学实验指导.第 2版.北京:高等教
育出版社 , 1991
3　Liu ZL(刘志礼), Li PF(李朋富).Researches of copper and
manganse enriched by spirulina.J Nanjing Univ(Nat Sci)〔南京
大学学报(自然科学)〕, 1999 , 35(2):245～ 251
4　杨纪柯 , 孙长鸣 , 汤旦林编.应用生物统计.北京:科学出
版社 , 1989
5　Hou HS(侯和胜), Li N(李凝), Wu CW(吴超元), Liu HH(刘
海航).A study of tolerant capacity of Undaria pinnatifida
Gametophyte to the toxicity of three heavy metal ions.Oceanol
Limnol Sin(海洋与湖沼), 1998 , 29(3):281 ～ 286
6　Rice HV , Leighty DA , McLeod GC.The effects of some trace
metals on marine phytoplankton.Crit Rev Microbiol , 1973 , 3:27～
49
7 　 Rai LC , Gaur JP , Kumar HD.Phycology and heavy-metal
pollution.Biol Rev , 1981 , 56:99～ 151
8　Zhang MP(张曼平), Wang JY(王菊英).Interaction between
trace metals and marine organisms in seawater mechanism and
microscopy study.Transact Oceanol &Limnol(海洋湖沼通报),
1992 , 3(81):83～ 87
398 　　　　　　　　应 用 与环 境生 物学 报　　Chin J Appl Environ Biol　　　　　　　　　　　　　　 　　　8卷