全 文 ：多氯联苯对蛋白核小球藻和
斜生栅藻生长影响的研究
聂湘平1 , 蓝崇钰1 , 林　里1 , 黄铭洪2
(1.中山大学生命科学学院 生物防治国家重点实验室 , 广东 广州 510275;
2.香港浸会大学生物系 , 香港 九龙塘)
摘　要:PCB1254对蛋白核小球藻 Cholrella pyrenoidosa 和斜生栅藻为Scenedesmus obliguus 2 种藻类的生长有比较明显
的影响 , 在低质量浓度时 (<0.4 ng mL)有轻微的刺激作用 , 高质量浓度 (>2.0 ng mL)时表现明显的抑制作
用。2 种藻类的生长 96 h 有效半抑制质量浓度 (EC50)分别为7.73和 21.62 ng mL。在PCB1254作用下 , 蛋白核小球
藻和斜生栅藻的两种抗氧化关键酶:超氧化物歧化酶 (SOD)与过氧化物酶 (POD), 均有较明显的变化 , 在低质
量浓度作用下 , 2 种酶活性都略有升高;高质量浓度时明显受抑制 , 活性逐渐下降。其中 SOD 对 PCB1254作用更为
敏感。不同藻类对 PCB1254作用响应不一样 , 其中斜生栅藻表现出对 PCB1254更好的耐受性。
关键词:多氯联苯;蛋白核小球藻;斜生栅藻;生长;超氧化物酶;过氧化物酶
中图分类号:X171.5　　文献标识码:A　　文章编号:0529-6579 (2002)01-0068-04
　　20世纪 90年代以来 , 随着化学分析手段的提
高和分子生物学的迅猛发展 , 越来越多的研究者关
注到一些如多氯联苯 (PCBs)、 酞酸脂类 (PES)、
多环芳烃 (PAHs)这类痕量有机微污染物对生物
体激素代谢及致畸 、 致突变 、 致癌方面的作用 , 引
起人们对这类物质在环境影响方面的重新评价和研
究。这些有机物一般在自然水体中含量很微小 (一
般在 10-6 ～ 10-9数量级上), 但因为它们一般很难
或很缓慢降解 , 易在生物体内富集 , 并且通过食物
链传播 、 放大 , 一旦人类等一些高营养级生物食用
这些含有机物的生物 , 便会受到这类物质的危害 ,
或有暴露于这类物质的危险之中 , 对这类物质的研
究也再次成为当今国际环境科学所关注的焦点之
一。藻类作为水生生态系统的第一营养级对于其生
态系统的平衡和稳定起着极其重要的作用 。在水生
生态毒理研究中 , 生物测试中的藻类测试往往因为
其为单细胞生物 , 不仅生长周期短 , 而且对许多毒
物比其他高等生物更为敏感 、 直接 , 是较理想的试
验材料。国内关于多氯联苯对淡水藻类生长影响及
毒性机理研究还不多[ 1] , 本文探讨了多氯联苯
(PCBs)对两种淡水藻类:蛋白核小球藻 Chlorella
pyrenoidosa 和斜生栅藻Scenedesmus obliquus 生长的影
响。
1　材料与方法
(1)试剂与仪器:PCB1254由香港浸会大学生物
系提供 (AccuStandardInc.usa), 丙酮溶解配成母液
储存待用 , 实验前再用蒸馏水配置一系列浓度
(ng mL):0 , 0.08 , 0.4 , 2.0 , 10.0 , 50.0;光照
培养箱;细胞破碎仪;恒温振荡器;紫外分光光度
计;显微镜 , 血球记数板 。
(2)试验材料:蛋白核小球藻 、 斜生栅藻 , 由
中国科学院水生生物研究所提供藻种 。
(3)实验条件:实验容器500 mL三角瓶 , 培养
体积 200 mL , 每个浓度设置 3个平行样 , 温度 (24
+1)℃;pH 7.8;培养基参照文献 [ 2] ;光照周期
16 h∶8 h (L∶D), 光照强度 3000 lx;藻类接种初始
密度 5×105个 mL , 置光照培养箱静止培养 , 每天
震荡 3次 , 每次 10 min。
(4)生物量测定:分别于培养 24 , 48 , 72 ,
96 , 120 h后 , 取样通过显微镜下血球计数板进行
藻类计数和在波长 650 nm 下测定藻类光密度 , 建
立不同藻类细胞密度和光密度之间线性关系 , 以计
数的藻细胞浓度和光密度表示藻生物量 , 通过二者
线性关系进行检验。
(5)藻类生长阻碍率:按照国际经合组织
收稿日期:2001-06-01;
基金项目:香港 R.G.C 项目科研基金资助
作者简介:聂湘平 (1966-), 男 , 博士生;通讯联系人:蓝崇钰;E_mail:ls04@zsu.edu.cn
　第 41 卷　第 1 期
2002年　1 月
中山大学学报 (自然科学版)
ACTA　SCIENTIARUM　NATURALIUM　UNIVERSITATIS　SUNYATSENI
Vol.41　No.1
Jan.　2002 　
(OECD)规定的藻类生长阻碍率标准方法[ 3] :
μt
i
=ln(Nt
i
N0) (t i -t 0)
ρt
i
=μ0 -μtiμ0 ×100
式中 Nt
i
为某一时间后细胞浓度;N 0:细胞起始浓
度;μt
i
为某一时间后细胞生长速度;μ0 为对照细
胞生长速度;ρt
i
为某一时间某一浓度的阻碍率 。
(6)超氧化物歧化酶 (SOD)测定[ 4 , 5] :本实验
采用四氮唑蓝 (NBT)光化学还原反应法 , 反应总
体积为 5 mL , 其中 5 ×10-3 mol L 磷酸缓冲溶液
(pH 7.8), 75×10-6 mol L 四氮唑蓝 , 13×10-3 mol
L DL_甲硫氨酸;2×10-6 mol L 核黄素 , 1×10-6
mol L EDTA;藻细胞酶提取液 0.2 mL , 荧光灯光照
15 min后于 560 nm测定其吸光度。
SOD单位 =A对照 -A样品A对照 ×50%×样品稀释倍数
　　(7)过氧化物酶 (POD)测定[ 6] :参照 X.H.
波钦诺克方法测定。采用改进愈创木酚法 , 反应体
系包括 2.80 mL 0.05 mol L 磷酸缓冲液 , 1.0 mL φ
=2%H2O2 , 1.0 mL 0.05 mol L 愈创木酚和 0.2 mL
酶提取液 , 反应 15 min后 , 与 470 nm 下测定反应
体系吸光度变化 。酶活性单位定义为:每 min 内
ΔA470变化 0.01为 1个过氧化物酶活力单位。ΔA470
为反应时间内吸光度的变化;w 为藻类新鲜质量 ,
g;t为反应时间 , min 。
酶比活力 = ΔA470
0.01wt ×样品稀释倍数
2　结果与讨论
2.1　PCBs对蛋白核小球藻和斜生栅藻生长的影响
由图 1可以看出 , 随 PCBs质量浓度加大 , 蛋
白核小球藻与斜生栅藻藻细胞总数量呈逐渐下降趋
势 , 藻类生长逐渐受到抑制 , 在较低质量浓度
(0.08 , 0.4 ng mL)时其相对生长速率稍有增加 ,
表现出轻微的刺激生长作用 , 在较高质量浓度
(>10 ng mL)藻细胞增长缓慢 , 甚至为负增长 , 外
观上藻液变黄或无色 , 显微镜下观察 , 叶绿体解
体 , 细胞结构也不完整 , 破碎细胞残体比率较高 ,
至50 ng mL 时完全停止生长。2种藻96 h半抑制质
量浓度 (EC50)分别为 7.73 ng mL 和 21.62 ng mL ,
其中斜生栅藻生长速率下降较缓慢;对两种藻抑制
作用达90%以上时的 PCBs质量浓度为 13.67 ng mL
和 37.94 ng mL;在实验过程中 , 加有 PCBs的藻液
培养24 h后 2种藻的生长速率有所下降 , 尤其在较
高质量浓度 PCBs中 , 生长速率急剧下降 , 但 48 h
后其生长逐渐恢复 , 这可能与藻细胞刚接种到新环
境有一适应过程有关 , 待细胞适应后开始快速增
殖 。
在 24 ～ 120 h的培养过程中 , 随培养时间的延
长 ,细胞分裂旺盛 ,进入对数生长期 ,藻细胞数量逐
渐增加 。在较低质量浓度(0.08 ,0.40 ng mL)随时间
延长 , 藻细胞数量增长较快 , 蛋白核小球藻和斜生
栅藻相对生长速率在各质量浓度培养液中 , 在 48 h
之前有一较大的增长 , 其后随时间延长变化不大 。
其中蛋白核小球藻生长速率远大于斜生栅藻 , 其相
对生长速率在 48 h 后达到最大 , 以后略有下降;
斜生栅藻到 72 h后其生长速率才达到最大 。
图 1　PCB1254不同质量浓度作用下
2 种藻类数量及其相对生长速率变化
Fig.1　Changes of algae densities and relative growth rates
under different concentrations of PCB1254
69　第 1 期 聂湘平等:多氯联苯对蛋白核小球藻 、 斜生栅藻生长影响的研究
在表 1可以更清楚的看出 2种藻类的这种剂量
-效应和时间-效应的变化。在较低质量浓度处理
中蛋白核小球藻 (<0.08 , 0.40 ng mL), 斜生栅藻
(<0.40 ng mL), 其生长阻碍率甚至为负值 , 随质
量浓度增加 , 阻碍率逐步增强;除 24 h 处理外 ,
其他质量浓度处理随时间延长 , 其阻碍率逐步增
加。
表 1　PCB1254不同质量浓度
作用下藻类生长阻碍率变化
Tab.1　Changes of algae growth_inhibition_rates
under different PCBs concentrations %
藻类 t h ρ (ng·mL-1)
0 0.08 0.40 2.00 10.0 50.0
24 0.000 -241.5 23.85 155.1 675.4 744.0
蛋白核 48 0.000 -17.70-18.13 0.41 98.37 125.1
小球藻 72 0.000 -5.91 -6.45 2.77 70.39 129.8
96 0.000 -0.32 -3.15 8.35 65.87 120.9
120 0.000 -0.60 -3.36 8.15 50.55 131.5
24 0.000 -14.62 0.000 124.1 130.5 120.0
斜生 48 0.000 -3.901 10.746 2.517 32.591 114.4
栅藻 72 0.000 1.312 0.000 12.92 27.42 122.5
96 0.000 -0.621-2.530 17.47 24.88 90.7
120 0.000 -8.819-1.032 3.604 22.00 119.4
2.2　PCBs对藻类 SOD和 POD的影响
从图 2可看出不同浓度的 PCBs对藻类 SOD 、
POD有着明显的作用 。在较低质量浓度时 2种藻类
SOD和 POD活性有所增加;随质量浓度加大 , 其
活性逐步降低。据报道[ 7] 植物体在受到轻度逆境胁
迫时 , SOD 、 POD活性会有所升高 , 而受到重度逆
境胁迫时其活性有会急剧下降 , 在本实验中 , 以蛋
白核小球藻和斜生栅藻为材料也得到类似的结果 。
研究表明[ 4] , 外源性化合物进入生物细胞后会
导致大量自由基产生 , 包括O2·- , H2O2 ,OH·-等。
许多化合物对生物体的毒性机理都与诱导体内自由
基反应有关 , 一般正常生理条件下 , 生物体内各种
活性氧自由基的产生与清除处于一种动态的平衡 ,
SOD与植物体内 POD 、 谷光甘肽还原酶 、 维生素
C 、维生素 E 、 辅酶 Q等组成了细胞的抗氧化防御
系统 , 能有效的清除各种代谢过程中产生的活性氧
等各种自由基 , 防止细胞膜系统发生过氧化作用。
此时一般自由基含量很低 , 一旦受到逆境胁迫(如
各种射线 、病害 、污染 、药物毒害等), 这种平衡就会
破坏 , 造成各种氧自由基的积累而引起毒害。唐学
玺等研究结果表明[ 7 , 8] , 有机磷农药主要通过降低
藻细胞的抗氧化系统 SOD 、 POD关键酶的活性 , 使
细胞内自由基过量积累从而造成藻细胞伤害。
图 2　PCB1254不同质量浓度作用下
2 种藻类 SOD和 POD的变化
Fig.2　Changes of SOD and POD of two algae
under different PCB1254 concentrations
　　从图3也可看出 , PCB1254对两种藻类生长阻碍
率和超氧化物酶活性影响有比较明显的负相关性 ,
随质量浓度增加两种藻类的超氧化物酶活性逐步下
降 。当酶活性下降不足以消除 O2·-活性氧 , 导致
O2·-积累 , 同时O2·-积累进而引起 H2O2 积累。在
叶绿体中 , H2O2·-活性氧的清除是通过 SOD 酶来
催化完成的;H2O2 的清除是通过过氧化物酶体系 ,
当这种清除体系遭到破坏时 , 导致 O 2·-积累 , 进
而引起H2O2 积累 , 就会导致膜脂质过氧化 , 从而
破坏叶绿体结构 , 致使叶绿素含量下降 , 细胞生长
受阻。有资料报道[ 9 , 10] , 膜损伤是影响藻细胞分
裂 、繁殖 , 抑制藻类生长的一主要原因 。在本实验
中 , 随浓度增加藻类的生长阻碍率逐步增强 , 除了
SOD 、 POD关键酶的活性的变化 , 高浓度处理组也
可看到藻细胞结构的破坏 、 叶绿素含量下降 , 藻液
变黄的等现象 , 说明氧自由基的积累 , 致使膜系统
脂质过氧化而破坏细胞和叶绿体等细胞器膜结构可
70 中山大学学报 (自然科学版) 第 41 卷　
能是多氯联苯毒害藻类的途径之一 。
图 3　PCB1254不同质量浓度作用下
2种藻类生长阻碍率和 SOD变化
Fig.3　Changes of growth_inhibition_rates and SOD of
the two algae under different PCB1254 concentrations
3　结　论
(1)PCB1254对蛋白核小球藻和斜生栅藻 2种藻
类的生长有比较明显的影响 , 在较低质量浓度时
(<0.4 ng mL)有轻微的刺激作用 , 较高质量浓度
(>2.0 ng mL)时表现明显的抑制作用 , 至 10 h生
长完全停止。对蛋白核小球藻和斜生栅藻 2种藻类
的生长 96 h EC50分别 7.73 ng mL 和 21.62 ng mL。
PCB1254对两种藻类的生长作用表现出较明显的剂量
-效应关系。
(2)在 PCB1254作用下 , 蛋白核小球藻和斜生栅
藻的 2种抗氧化关键酶:SOD与POD均有较明显的
变化 , 在较低质量浓度作用下 , 2种酶活性都略有
升高;较高质量浓度时明显受抑制 ,活性逐渐下降 。
其中SOD对 PCB1254作用响应更为敏感。
(3)不同藻类对 PCB1254作用响应不一样 ,其中
斜生栅藻表现出对PCB1254更好的耐受性 。
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The Effects of Aroclor 1254 on the Growth of
Chlorella pyrenoidosa and Scenedesmus obliquus
NIE Xiang_ping1 , LAN Chong_yu1 , LIN Li 1 , HUANGMing_hong2
(1.School of Life Sciences∥State Key Laboratory for Biocontrol ,
Sun Yat_sen(Zhongshan)University , Guangzhou 510275;China;
2.Biology Department , Hong Kong Baptist University , Kowloon Tong , Hong Kong , China)
Abstract:The results showed that PCB1254 had evident effects on the growth of two algae species(Chlorella pyrenoidosa
and Scenedesmus obliquus).Soft stimulation effect appeared in lower concentration and strong inhibition effect in higher
concentration.The EC50 upon Chlorella pyrenoidosa and Scenedesmus obliquus was 7.73 ng mL and 21.62 ng mL respec-
tively.The superoxidase (SOD)and peroxidase (POD)in two algae also related to the PCB1254 to some extent.The ac-
tivity of two enzymes rose lightly with the increase of concentration of PCB1254 but droped distinctly in higher concentra-
tions.Of that , the SOD showed more sensitive to PCB1254.Scenedesmus obliquus showed stronger resistance than Chlorel-
la pyrenoidosa to PCB1254.
Key words:polychlorinated biphenyls (PCB1254);Chlorella pyrenoidosa;Scenedesmus obliquus;growth;superoxidase;
peroxidase
71　第 1 期 聂湘平等:多氯联苯对蛋白核小球藻 、 斜生栅藻生长影响的研究