全 文 ：应用与环境生物学报 2008，14 ( 6 ): 774~778
Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X
2008-12-25
DOI: 10.3724/SP.J.1145.2008.00774
肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻的抑制作用*
何 梅 张庭廷 吴安平 聂刘旺**
(安徽师范大学生命科学学院，生物环境与生态安全安徽省高校重点实验室 芜湖 241000)
Inhibition of Cinnamic acid on Microcystis aeruginosa K.
and Scenedesmus arcuatus L.*
HE Mei, ZHANG Tingting, WU Anping & NIE Liuwang**
(College of Life Sciences, Anhui Normal University, Provincial Key Lab of the Conservation and Exploitation Research of
Biological Resources, Wuhu 241000, Anhui, China)
Abstract The paper discusses the study on the inhibitory effect and allelopathic mechanism of cinnamic acid on Microcystis
aeruginosa and Scenedesmus arcuatus. The results indicated that the growthes of M. aeruginosa and S. arcuatus were obviously
inhibited when the concentrations of cinnamic acid are over 0.6 mmol/L and 0.9 mmol/L, respectively. The inhibition features
are displayed as: the algal biomass and chlorophyll-a content declined evidently; SOD activity increased fi rstly but decreased
then; O2
－· content and MDA content both increased gradually. Therefore, it indicated the inhibitory effects might be due to the
cinnamic acids that led to the lipid peroxidation damage of the algal cell membrane. This paper suggestes that cinnamic acid may
be developed as an effective algaecide for controlling undesired algale. Fig 4, Tab 3, Ref 22
Keywords cinnamic acid; Microcystis aeruginosa Kutz.; Scenedesmus arcuatus Lemm; inhibition mechanism; algaecide
CLC X52
摘 要 采用不同浓度肉桂酸溶液处理铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和斜生栅藻(Scenedesmus arcuatus)，研究了
其对这两种藻的抑制作用及其化感作用机制. 结果显示，肉桂酸浓度达到0.6 mmol/L时，对铜绿微囊藻有明显的抑制
作用(P<0.05)，而达到0.9 mmol/L时对斜生栅藻有明显抑制作用(P<0.01). 抑制作用表现为：藻细胞生长量显著降低；藻
体叶绿素a含量急剧下降；超氧化物歧化酶(SOD)活性则呈先升高后下降的趋势；O2－·的含量和膜脂质过氧化产物丙
二醛(MDA)呈升高趋势，说明肉桂酸处理后可能是通过O2－·的产生引起膜脂质过氧化增加，造成了藻细胞膜的损伤，
继而影响到细胞的功能. 本实验提示，肉桂酸的抑藻作用或许有望开发成新的生物杀藻剂. 图4 表3 参22
关键词 肉桂酸；铜绿微囊藻；斜生栅藻；抑制机制；杀藻剂
CLC X52
收稿日期: 2007-09-07 接受日期: 2008-01-03
*安徽省科学与技术带头人后备人才基金项目 (No. 2006-5)，安徽省
自然科学基金项目(No. 01043202)和安徽省教育厅自然科学基金项目
(2006KJ219B)资助 Supported by the Science and Technology Foundation
of Wuhu City, Anhui, China (No. 2006-5), the Natural Science Foundation of
Anhui, China (No. 01043202) and the Natural Science Foundation of Education
Department of Anhui, China (2006KJ219B)
**通讯作者 Corresponding author (E-mail: lwnie@mail.ahnu.edu.cn)
江河湖泊富营养化是当今环境的一大问题 . 在富营养
化的水域中，由于接纳了大量的氮、磷等营养物质，藻类
大量繁殖，使我国南方夏季经常出现大规模水华现象 [1]. 产
生水华的水域，水色浓绿浑浊，水中严重缺氧，水质恶
化，从而使其生态系统和水功能受到阻碍和破坏，水华蓝
藻产生的藻毒素还可以通过饮用水影响到人类的健康. 如何
有效地控制水华藻类是一个世界性的难题，近年来已受到
人们越来越多的关注 [2~3]. 现有抑制水华藻类的方法中最常
用的是化学法，即直接向水中施入化学物质(如硫酸铜)，
以达到抑制藻类生长的目的 [4]. 然而，一般抑藻剂在杀死藻
类的同时，也可能会杀死其他水生生物，甚至破坏整个水
生生态系统. 因此，寻找一种安全有效的方法已成为环境保
护领域的一个重要课题.
化感作用(Allelopathy)和化感物质(Allelochemicals)的发
现为实现藻类的安全控制提供了一种新的思路 [4~6]. 利用水
生植物的化感作用以及将其化感物质从植物体中提取出来
直接施入水体，可以抑制藻类的生长，特别是后者，易于
操作，对不适宜种植水生植物的水域是一种具有良好应用
前景的应用方式 [7]. 前人的研究表明，从植物体中提取的大
部分酚酸及其酚酸类的衍生物均具有化感作用，且是目前
研究较多、活性较强的一类化感物质 [8, 9]. 如Tang等 [10]研究
Bigalta limpograss根系分泌物的化感作用时，发现根系分泌
物中的抑制剂主要是酚酸以及酚酸的衍生物，并采用气相
色谱–质谱分离检测出了阿魏酸、水杨酸、苯甲酸、苯乙
酸、肉桂酸，且该类物质作为重要的次生代谢产物，能在
自然条件下降解，不会在生态系统中积累，生态安全性好.
肉 桂 酸 ， 又 名β-苯 基 丙 烯 酸 ， 微 溶 于 水 ， 分 子 式 是
7756 期 何 梅等：肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻的抑制作用
C9H8O2，分子量为148.16，是一种在植物中常见的酚酸类衍
生物[10]. 由于其具有很好的保香作用，通常作为配香原料以
及定香剂，在食品、化妆品 、食用香精等领域有着广泛的
应用；在农药工业中作为长效杀菌剂而用于果蔬的防腐. 本
文以肉桂酸为杀藻剂，研究了其对常见的水华藻类铜绿微
囊藻和斜生栅藻的化感抑制作用，探讨了其克藻的机理，
旨在为水华的生物治理寻找一条安全有效的途径.
1 材料与方法
1.1 实验材料
斜生栅藻(Scenedesmus arcuatus Lemm.)、铜绿微囊藻
(Microcystis aeruginosa Kutz.)由中国科学院水生生物研究所
提供. 斜生栅藻用HB-4培养基、铜绿微囊藻用BG-11培养基
进行培养.
1.2 培养方法
实验前一周，两种藻分别用培养基进行扩大培养 . 培
养条件为：温度(24±2) ℃；光照度4 000 lx，光暗比12 h :
12 h，每天摇动3~4次. 培养4 d，使藻细胞生长进入指数生
长期.
采用相应藻的培养基配制肉桂酸溶液，再用0.22 µm微
孔过滤器过滤以排除微生物的干扰，将肉桂酸溶液加入到
已为指数生长期的铜绿微囊藻和斜生栅藻的培养瓶中，藻
浓度起始OD值分别为0.110和0.096，起始藻细胞数分别为
17.1×105和7.12×105 cells mL-1，培养瓶中肉桂酸最终浓度分
别为0.3、0.6、0.9和1.2 mmol L-1. 对照组以培养基代替肉桂
酸溶液，每组设3个平行.
1.3 肉桂酸对两种藻生长影响的参数测定
肉桂酸对两种藻生长的影响主要通过细胞计数、测定
藻液光密度(OD值)来反映. 其抑藻的可能机制研究包括观察
藻细胞的形态、测定藻细胞叶绿素a含量、超氧化物歧化酶
(SOD)活性、超氧化物阴离子自由基(O2－·)以及膜脂质过氧
化产物丙二醛(MDA)含量.
24 h后镜检采用血球计数板计藻细胞数，同时斜生栅
藻藻液于680 nm、铜绿微囊藻藻液于650 nm测OD值，以
后每隔24 h测一次 . 叶绿素a含量测定参照文献[11]方法；
O2
－·含量参照文献[12]测定；丙二醛含量(MDA)的测定参照
修改的Health等的硫代巴比妥酸TBA比色法 [13]；超氧化物
歧化酶(SOD)活性的测定参照修改的Stewert和Bewley等的
方法[14].
1.4 数据处理
化感物质对藻类的抑制率(Inhibition ratio)公式[15]为：
IR= (1－N/N0) ×100%
其中， IR—抑制率；N—加入肉桂酸溶液组藻密度 (cells
mL-1)；N0—对照组藻密度(cells mL-1). 将肉桂酸浓度与生长
抑制率作一元线性回归，求出半效应浓度EC50 (mmol L-1).
数据采用Excel 2003软件和SPSS13.0软件包处理，对照
组和处理组采用单因素方差分析，P<0.05 表示有显著性差
异，P<0.01表示有极显著性差异.
2 结果与分析
2.1 肉桂酸对两种藻生物量的影响
2.1.1 肉桂酸对两种藻OD值的影响 在实验过程中，对照
组和不同浓度处理组OD值呈现不同的变化趋势 (表1，表
2). 表1是肉桂酸对铜绿微囊藻OD值的影响，由表1可见，
0.3 mmol L-1处理组的OD值随时间的延长而逐渐上升，前5 d
OD值比对照组高，说明该浓度对藻生长有促进作用. 另外3
个浓度的处理组OD值则逐渐下降，0.9和1.2 mmol L-1浓度处
理组下降趋势更加明显. 肉桂酸对斜生栅藻也有相同的效应
(表2). 低浓度肉桂酸 (0.3 mmo L-1和0.6 mmol L-1)对斜生栅藻
的作用OD值也是逐渐上升，高浓度肉桂酸(0.9 mmol L-1和
1.2 mmol L-1)则出现明显的下降趋势，表现出高浓度的抑制
作用.
表1 肉桂酸对铜绿微囊藻OD值的影响
Table 1 Effect of cinnamic acid on OD value of M. aeruginosa
肉桂酸浓度
Cinnamic acid
(c/mmol L-1)
铜绿微囊藻OD值 OD value of M. aeruginosa
处理0 d
Treated for 0 d
处理1 d
Treated for 1 d
处理3 d
Treated for 3 d
处理5 d
Treated for 5 d
处理7 d
Treated for 7 d
CK 0.110 0.144±0.009 0.210±0.011 0.300±0.018 0.379±0.018
0.3 0.110 0.147±0.014 0.220±0.018 0.308±0.014 0.357±0.021
0.6 0.110 0.117±0.003* 0.063±0.007** 0.068±0.008** 0.080±0.006**
0.9 0.110 0.100±0.011** 0.080±0.004** 0.054±0.005** 0.057±0.003**
1.2 0.110 0.090±0.004** 0.052±0.007** 0.044±0.007** 0.022±0.005**
*与同期对照组比较，P<0.05；**与同期对照组比较，P<0.01. 下同
Compared with CK, the signifi cant differences at *P<0.05 and ** P<0.001, respectively. The same below
表2 肉桂酸对斜生栅藻OD值的影响
Table 2 Effect of cinnamic acid on OD value of S. arcuatus
肉桂酸浓度
Cinnamic acid
(c/mmol L-1)
斜生栅藻OD值 OD value of S. arcuatus
处理0 d
Treatment for 0 d
处理1 d
Treatment for 1 d
处理3 d
Treatment for 3 d
处理5 d
Treatment for 5 d
处理7 d
Treatment for 7 d
CK 0.096 0.169±0.007 0.300±0.006 0.440±0.015 0.531±0.018
0.3 0.096 0.192±0.014* 0.345±0.004** 0.453±0.018 0.466±0.016**
0.6 0.096 0.203±0.008** 0.320±0.009* 0.483±0.009* 0.503±0.005
0.9 0.096 0.120±0.011** 0.076±0.005** 0.075±0.007** 0.049±0.012**
1.2 0.096 0.100±0.008** 0.069±0.010** 0.049±0.011** 0.029±0.005**
776 14 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol
前人的研究发现，多数化感物质的作用都有“低促高
抑”的现象[16]. 张远莉等[17]发现薄荷中的化感物质也有这样
的现象 . 肉桂酸对两种藻类的作用符合化感物质的作用特
点，但在实际应用中如何有效把握浓度问题，仍需进一步
研究.
2.1.2 肉桂酸对两藻叶绿素a含量的影响 由图1-A可见，0.3
mmol L-1的处理组和对照组一样，藻类叶绿素a含量随时间
的增加逐渐上升，而高浓度(0.6、0.9、1.2 mmol L-1)处理组
则对铜绿微囊藻叶绿素a的含量有较大影响，这与实验过程
中观察到的培养液颜色变黄的现象相一致，1.2 mmol L-1 d 3
藻细胞破坏严重，叶绿素a的含量未能测出. 图1-B为肉桂酸
对斜生栅藻叶绿素a含量的影响，与前述的结果类似，0.3
mmol L-1和0.6 mmol L-1处理组和对照组一样，藻类叶绿素a
含量随时间的增加逐渐上升，浓度高于0.9 mmol L-1时，叶
绿素a含量逐渐下降. 叶绿素a含量的降低表明藻细胞生长状
态受到严重的影响.
2.2 肉桂酸不同浓度下两种藻生长的抑制率
抑制率和 EC50均按d 5计算 . 由表3可以看出，肉桂酸
浓度为0.3 mmol L-1时，对铜绿微囊藻和斜生栅藻的生长都
有促进作用，高于0.6 mmol L-1时对铜绿微囊藻有明显的抑
制作用(P<0.05)，抑制率都为80%以上；肉桂酸浓度为0.6
mmol L-1时，对斜生栅藻仍为促进作用，当高于0.9 mmol L-1
时，则表现为对斜生栅藻极明显的抑制作用(P<0.01). 肉桂
酸浓度为1.2 mmol L-1时，对两种藻的抑制率都高达90%以
上 . 通过计算得出肉桂酸对铜绿微囊藻作用的EC50为0.487
mmol L-1，斜生栅藻的EC50为0.768 mmol L-1，表明肉桂酸对
铜绿微囊藻抑制效果更好.这也证实同种化感物质对不同藻
的抑制效果不同.
2.3 肉桂酸对两种藻SOD活力的影响
超氧化物歧化酶SOD是需氧生物普遍存在的一种含金
属的酶，具有清除胞内自由基的作用，是机体的关键保护
酶之一. 肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻SOD活性的影响见
图2-A、2-B，处理前2 d SOD的活性都呈上升趋势，随后则
有不同趋势的下降 . 肉桂酸对铜绿微囊藻处理浓度高于0.6
mmol L-1、对斜生栅藻处理浓度高于0.9 mmol L-1时，SOD活
性下降较快. 通常，在机体受到胁迫和损伤条件下，SOD的
活性表现为先升高，使细胞内自由基的形成和清除尽快建
立新的平衡，若胁迫强度超过细胞所能耐受的范围，胁迫
就会伤害细胞表现为SOD活性明显降低[18].
2.4 肉桂酸对两种藻O2－· 和MDA含量的影响
如图3所示，在开始的几天里，随着藻细胞受肉桂酸
胁迫时间的延长，藻液中O2－·含量均有不同程度的升高，
肉桂酸 1.2 mmol L-1胁迫下两藻液O2－·变化尤为明显. 这与藻
细胞的生长结果以及SOD活性变化是一致的.
丙二醛MDA是膜脂过氧化的产物，测定MDA的积累
可以反映机体胁迫损伤程度，特别是膜结构破坏的程度 [19].
如图4所示，当肉桂酸浓度分别高于0.6 mmol L-1和0.9 mmol
L-1时，铜绿微囊藻和斜生栅藻MDA含量都逐渐上升，而
当肉桂酸浓度高于1.2 mmol L-1时，处理组MDA的含量显著
上升，与起始和同期对照组相比，P<0.05. 同时，MDA 含
量的变化与O2－·含量变化的趋势相对应，这可能是因为肉
桂酸存在的条件下，藻细胞内自由基的产生与清除失去平
衡，而O2－·的积累，又导致细胞膜脂质过氧化增加. 说明高
浓度的肉桂酸胁迫造成了铜绿微囊藻和斜生栅藻膜脂过氧
化加剧，引起MDA的积累. 前人研究表明，MDA的积累可
使膜结构和功能受到损伤、膜透性增加、细胞代谢失调，
并且可以扩散到其他部位破坏细胞内多种反应的进行，严
重时导致细胞死亡 [19]. 本研究到d 5后，高浓度处理组中的
MDA含量反而无法测出，这是由于藻细胞几乎完全死亡和
溶解所致.
3 讨 论
本实验在消除微生物的干扰作用下，用人工培养基防
图1 肉桂酸对铜绿微囊藻(A)和斜生栅藻(B)叶绿素a含量的影响
Fig. 1 Effect of cinnamic acid on Chl-a content of M. aeruginosa (A) and S.
arcuatus (B)
表3 肉桂酸对藻类的抑制率
Table 3 Inhibition rate of algae by cinnamic acid
处理组
Treatment
抑制率Inhibition rate (r/%)
0.3 mmol L-1 0.6 mmol L-1 0.9 mmol L-1 1.2 mmol L-1
铜绿微囊藻 M. aeruginosa －7.34 84.92 88.13 97.25
斜生栅藻 S. arcuatus －4.45 －0.56 89.64 92.66
7776 期 何 梅等：肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻的抑制作用
止营养缺失，研究了肉桂酸对藻类的作用. 实验结果表明，
一定浓度的肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻的生长具有抑
制作用，使藻液黄化，在显微镜下，藻细胞体积增大，细
胞结构改变，直至破裂、溶解，这显示肉桂酸对抑制水华
藻类具有显著效果. 通过进一步的室外实验以及毒理研究，
可望用于水华的治理.
有关酚酸类及其酚酸类衍生物化感作用的机理已有一
些报道 . Baziramakenga等 [20]在研究酚酸及其酚酸衍生物对
作物生长发育的影响时发现，用苯甲酸与肉桂酸处理12 h
后，能增加大豆根系对电解质离子的渗漏量，降低根系胞
外硫氢基的含量，诱导类脂的过氧化作用，抑制过氧化物
酶与过氧化氢酶的活性，从而破坏细胞膜的完整性而影
响大豆对营养物质的吸收 . Bjum报道了一些酚酸及其酚酸
衍生物类(对羟基苯甲酸、香豆酸、阿魏酸等)物质能够阻
碍水的传导和植物根对营养的吸收，从而导致抑制生长 .
Einhellig认为酚酸及其酚酸衍生物类物质整体进入细胞膜，
它们可能产生细胞膜的去极化，影响ATP酶活性，改变离
子的流入量和滞留[21]. 张庭廷等[22]研究了两种酚酸对水华藻
类的化感抑制作用，并从酶、叶绿素a、MDA的含量等方
面讨论了化感的机理. 本实验则从藻细胞的生长情况、叶绿
素a含量、SOD的活性、O2－·含量、MDA的积累量等变化首
次研究了藻细胞在受到不同浓度肉桂酸胁迫下的生理生化
机制. 实验结果表明，肉桂酸对藻细胞生长的影响可能主要
是通过降低叶绿素a的含量，阻碍光和作用、降低SOD的活
性(后期)、增加O2－·含量、增加了藻细胞膜脂质过氧化导致
图2 肉桂酸对铜绿微囊藻(A)和斜生栅藻(B)SOD活性的影响
Fig. 2 Effect of cinnamic acid on SOD activities of M. aeruginosa (A) and S.
arcuatus (B)
图3 肉桂酸对铜绿微囊藻(A)和斜生栅藻(B)O2－•的含量影响
Fig. 3 Effect of cinnamic acid on the O2
－• contens of M. aeruginosa (a) and S.
arcuatus (b)
图4 肉桂酸对铜绿微囊藻(A)和斜生栅藻(B)MDA的影响
Fig.4 Effect of cinnamic acid on MDA contents of M. aeruginosa (A) and S.
arcuatus (B)
778 14 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol
MDA的蓄积，最终引起藻细胞的破裂与溶解 . 当然，酚酸
类化感机理的研究仍处于初级阶段，还有待于进一步探讨.
4 结 论
4.1 一定浓度的肉桂酸可有效抑制铜绿微囊藻和斜生栅藻的
生长.
4.2 肉桂酸可显著降低藻细胞叶绿素a含量和超氧化物岐化
酶的活性，增强O2－·含量和藻细胞脂质过氧化水平，这可
能是肉桂酸抑制藻类生长的主要机制.
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