全 文 ：2015 年 第 10 卷
第 2 期，290-296
生 态 毒 理 学 报
Asian Journalof Ecotoxicology
Vol. 10, 2015
No.2, 290-296
基金项目:国家水体污染控制与治理重大科技专项子课题(2012ZX07201-001-03);东北师范大学国家级生态学实验教学示范中心开放基金
作者简介:金香琴(1980-)，女，博士，研究方向为水生生态毒理学，E-mail:jinmh092@nenu.edu.cn
*通讯作者(Corresponding author)，E-mail:shenglx@nenu.edu.cn
DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20141111001
金香琴,杨萌尧,边红枫,等.菲胁迫下湿生植物美人蕉(Canna indica)对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的影响[J].生态毒理学报, 2015, 10
? (2):290-296
Jin X Q, Yang MY, Bian HF, et al. Effect of wetland plants Canna indica on the growth of Scenedesmus obliquus under phenanthrene stress [J]. Asian
Journalof Ecotoxicology, 2015, 10(2):290-296 (in Chinese)
菲胁迫下湿生植物美人蕉(Canna indica)对斜生栅藻
(Scenedesmus obliquus)生长的影响
金香琴，杨萌尧，何春光，边红枫，盛连喜*
东北师范大学环境学院 国家环境保护部湿地生态与植被恢复重点实验室，长春 130117
收稿日期:2014- 1- 1 录用日期:2014- 2- 4
摘要:多环芳烃有机污染物的环境问题日益严重，亟待需求从群落及生态系统的角度进行毒理学复合危害效应的研究。本文
采用以美人蕉(Canna indica)种植根区水培养斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的方式，观察菲胁迫下其生长的变化。结果表明，
? 美人蕉种植根区水对斜生栅藻生长具有化感效应，且表现为“低促高抑”的现象。而在菲胁迫下，种植根区水比例为15%和
30%时随着菲浓度的增加，生长促进作用增强，且在菲浓度为1 mg·L-1出现最高值;在100%种植根区水时随着菲浓度的增加
生长抑制作用增强。说明，菲胁迫使美人蕉种植根区水对藻类的化感效应增强。进行逻辑斯谛生长拟合发现，30%、1 mg·L-1
处理组种群内禀增长率最高，斜生栅藻种群出现暴发增长的生态风险最大。
关键词:菲;斜生栅藻;美人蕉;化感效应;逻辑斯谛生长拟合
文章编号:1673-5897(2015)2-290- 7 中图分类号:X171.5文献标识码:A
Effect of Wetland Plants Canna indica on the Growth of Scenedesmus
obliquus under Phenanthrene Stress
Jin Xiangqin, Yang Mengyao, He Chunguang, Bian Hongfeng, Sheng Lianxi*
State EnvironmentalProtection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration, Schoolof Environment, Northeast Nor-
malUniversity, Changchun130117, China
Ｒeceived 11 November 2014accepted 24 December 2014
Abstract:In order to observe Scenedesmus obliquus growing changes under phenanthrene stress, we cultivated S.
obliquus with the root zone water of Canna indica. The results indicated that the root zone water of canna produced
allelopathic effects that the low concentrations promote growth of S. obliquus or vice versa. Under two conditions of
15% and30% plant root zone water ratios, promoting effect was enhanced with increasing phenanthrene concentra-
tions, and the highest value of growth were found with the phenanthrene concentration of 1 mg·L-1. Ho ever, the
effect of growth inhibition was enhanced with increasing phenanthrene concentrations when the root zone water of
canna was at 100%. Our study suggested that phenanthrene stress increases allelopathic effects of root zone water
of canna onalgae. Additionally, logistic growthfittingshowedthat intrinsic rateof populationgrowthis thehighest at
第2期 金香琴等:菲胁迫下湿生植物美人蕉(Canna indica)对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的影响 291
30% and1 mg·L-1treatment, suggesting that ecological risk might be highest with the outbreak of growth in S.
obliquus groups.
Keywords:phenanthrene; Canna indica; Scenedesmus obliquus; allelopathic effect; logistic growth equation
水生生态系统是一个复杂而多变的系统，随着
环境问题的日益严重，其生态稳定性受到很大的威
胁。浮游植物和大型水生植物是水体的主要初级生
产者，它们互相竞争营养、光照和空间资源，并通过
释放化学物质影响藻类的生长。近年来，一些水生
植物对藻类生长抑制效应研究成为了热点。从
1969年Fitzgerald发现水生植物的代谢产物可能会
抑制藻类的生长以来，已有很多研究者发现这种效
应，如穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、伊乐藻
? (Elodea canadensis)，还有石菖蒲、凤眼莲(Eichhornia
crassipes)、水花生 (Alternanthera philoxeroides)、菱
? (Trapa bispinosa)、浮萍(Lemn minor)、金鱼藻(Cerato-
phyllum demersum)、马来眼子菜(Potamogeton malaia-
nus)、黄丝草(Potamogeton maackianus)和菹草(Pot-
mogeton crispus)、鸢尾(Iris tectorum)、美人蕉(Canna
indica)等[1-8]。以上水生植物对藻类生长均产生明显
? 的生长抑制作用，其中水花生、伊乐藻等植物在低浓
度时对藻类生长具有促进作用。但在外源性污染物
或环境因子的变化下水生植物对藻类的生态效应的
研究未见有报道。
菲属于多环芳烃中低分子污染物，对生物机体
有较强的生物毒性，并且易在生物体内积累和食物
链中富集，不仅影响单一种群的生长，也可影响种群
间的平衡状态，从而影响群落结构的多样性和稳定
性。美人蕉作为湿生植物，对水体中氮磷及重金属
的去除有较好的效果，常作为生态浮床的理想常规
植物[9-10]。据研究表明，美人蕉对水生藻类有明显的
生长抑制作用[11-12]。本研究以美人蕉和标准试验藻
种-斜生栅藻为实验材料，探讨菲胁迫下水生植物与
藻类种群之间的相互作用的变化机制，为胁迫下水
生生态系统的变化规律提供一些参考。
1 材料与方法(Materials and methods)
1.1试验材料
菲为分析纯，购自美国Sigma公司。
美人蕉(Canna indica)取自公园苗圃，植株为带根
? 系完全植物体。斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)藻种
? 由中科院水生生物研究所提供，利用SE培养基进行
预培养。培养条件为:温度(24±1)℃;pH分别为(7.2
±0.2);白色日光灯，光暗比14 h∶10 h，光强为4 000
lux;静置培养，每天定期人工摇动3次。
1.2试验方法
将美人蕉洗净泥土，利用2次水冲洗，2 L烧杯
内放入1 L SE培养基，放入美人蕉连续培养15 d，
将种植根区水过滤，放入冰箱冷藏备用。
首先配制高浓度菲的储备液。试验在250 mL的
三角烧瓶中进行，培养液体积为100 mL，由SE培养
基和美人蕉种植根区水不同比例组成，美人蕉种植根
区水所占比例分别为0%、15%、30%、60%、100%。
按照不同比例分成5组，每一组由1个空白对照和3
个不同菲浓度组成。根据菲对斜生栅藻的急性毒性
试验，选择设置菲浓度分别为0.25 mg·L-1、1 mg·L-1、2
mg·L-1，从储备液中取出一定量的菲稀释而成。
试验液配好后，接种斜生栅藻，藻细胞密度为1
×105cells·mL-1，放入光照培养箱进行培养。试验
设置3个平行。每2天取一定量的藻液，利用分光
光度计测定光密度(OD650)，利用藻细胞与光密度之
间的线性关系模型，得出藻细胞密度。
1.3斜生栅藻比生长速率的计算
比生长速率的计算按照国际经合组织(OECD)
规定的标准方法[13]。比生长速率:
μ =
ln
n
n0
t－t0
式中，n为某一时间(t)的藻细胞密度(cells·
? mL-1);n0为初始时间(t0)的藻细胞密度(cells·mL
-1)。
1.4生长曲线的拟合
以逻辑斯谛方程N(t)=K/(1+ea-rt)拟合藻类的生
? 长过程，利用三点法估计参数K值，以最小二乘法进
? 行回归分析估计参数a和r的值，其中K表示环境容
? 纳量，r为种群的潜在增值能力，即种群内禀增长率。
1.5数据处理与分析
数据处理分析利用Microsoft Excel2007及 Sig-
maplot11.0，藻细胞密度与吸光值进行线性回归分析
利用SPSS19.0，不同浓度菲胁迫下藻类生长进行单
因素方差分析(ANOVA)。
2 结果(Ｒesults)
2.1菲对藻-草系统斜生栅藻生长的影响
不同浓度菲胁迫下，利用含有不同比例美人蕉
292 生 态 毒 理 学 报 第10卷
种植根区水的培养基培养斜生栅藻，其细胞密度结
果见图1，比生长速率的变化见图2。
如图1所示，菲浓度为0 mg·L-1时，15%和30%
的美人蕉种植根区水处理组的藻细胞密度比对照组
(0%)高，而且从图2可知此时其比生长速率在整个
生长周期都高于对照组，说明15%和30%的美人蕉
种植根区水对斜生栅藻的生长具有生长促进作用，
比较实验结束时细胞密度，15%和30%处理组比对
照组增长101%和160%。60%处理组与对照组相
比藻细胞密度没有显著性差异，但其比生长速率在
整个生长周期都低于0%的种植根区水。而100%
处理组的藻细胞密度显著低于对照组，其比生长速
率均明显低于对照组，说明100%美人蕉种植根区
水对斜生栅藻具有生长抑制作用，第23天的细胞密
度比对照组减少39%。可见，美人蕉根系分泌物中
具有对斜生栅藻的生长产生效应的物质，而且对斜
生栅藻的生长具有低浓度刺激高浓度抑制的效应。
在美人蕉种植根区水比例为0%时，不同浓度
的菲对斜生栅藻的生长具有不同程度的促进作用。
从图1中可见，1 mg·L-1浓度组的藻细胞密度显著
高于对照组(0%，0 mg·L-1)，其第23天的细胞密度
比对照组(0%，0 mg·L-1)增加138%，对斜生栅藻的
生长促进作用最高。从图2比生长速率可知，在生
长开始期，只有0.25 mg·L-1浓度组大于0 mg·L-1浓
度组，具有生长促进作用，但进入指数生长期，0.25
mg·L-1浓度组和1 mg·L-1浓度组均有生长促进作
用，而2 mg·L-1浓度组在指数生长后期也出现生长
促进作用。说明，菲胁迫下的斜生栅藻在生长开始
图 1 菲胁迫下美人蕉种植根区水对斜生栅藻生长的影响
Fig. 1Effect of root zone water of Canna indica on S. obliquus growth under phenanthrene stress
第2期 金香琴等:菲胁迫下湿生植物美人蕉(Canna indica)对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的影响 293
图 2 斜生栅藻比生长速率的变化
Fig. 2Changes of S. obliquus growth rates
期虽然存在生长抑制作用，但随着胁迫环境的适应，
出现生长促进作用。
在美人蕉种植根区水比例为15%和30%时，菲
胁迫下与无菲胁迫时比较，藻细胞密度明显增加，说
明菲胁迫下具有明显的促进生长作用。15%处理
组，菲胁迫下3个浓度组与无菲胁迫比较，藻细胞密
度具有显著差异性(P <0.05)，其中1 mg·L-1浓度组
? 的藻细胞密度最高，第23天的细胞密度与0 mg·L-1
浓度组比较细胞密度增加386%，平均比生长速率
达到40%。30%处理组，1 mg·L-1浓度组和2 mg·
L-1与无胁迫对照组比较，藻细胞密度具有显著差异
性(P <0.05)，其中1 mg·L-1浓度组生长促进作用最
? 高，第23天的细胞密度与0 mg·L-1浓度组比较细胞
密度增加 286%。斜生栅藻生长进入指数生长期
后，从图2中可知，其比生长速率由大到小排序为1
mg·L-1浓度组>2 mg·L-1浓度组 >0.25 mg·L-1浓度
组>0 mg·L-1浓度组，菲胁迫下均出现生长促进作
用。可见，比例为15%和30%时，对斜生栅藻的生
长具有促进作用，而菲胁迫可增强了对斜生栅藻的
生长促进作用，随着菲浓度升高而升高，出现峰值之
后随之下降。
美人蕉种植根区水比例为60%，菲浓度处理组
与0 mg·L-1浓度组斜生栅藻细胞密度没有显著差
异，但其比生长速率低于0 mg·L-1浓度组。
美人蕉种植根区水比例为100%时，菲胁迫与
无菲胁迫比较，斜生栅藻生长具有抑制作用。整个
生长周期内，藻细胞密度均小于0 mg·L-1浓度组。
比较其比生长速率(图 2)，经过生长开始期的适应
后，在指数生长期内均小于0 mg·L-1。由此可看出，
在美人蕉种植根区水比例为100%时与0%比较，斜
生栅藻的生长具有生长抑制作用，而菲胁迫可加强
这种生长抑制作用，而且菲浓度越高抑制作用越强。
2.2藻-草系统斜生栅藻的生长拟合
对藻-草系统中斜生栅藻的生长进行逻辑斯谛
拟合，得到参数及拐点时间见表 1。可见，除了
100%种植根区水处理组以外，其他比例组，环境容
纳量均在1 mg·L-1出现峰值，且在15%处理组中环
境容纳量(105cells·mL-1)出现最高值1277.87，菲胁
迫与一定比例的美人蕉种植根区水增大了环境容纳
量，也说明菲胁迫与一定比例的美人蕉种植根区水
混合之后可能有斜生栅藻可利用的资源。
对于拐点时间，随着种植根区水比例的增加没
有明显的变化规律，但菲胁迫下比无胁迫相比，拐点
时间推迟，加上环境容纳量的增大，说明斜生栅藻的
生长具有较大的生长潜力和空间。种群内禀增长率
的变化规律与环境容纳量相似，均在1mg·L-1处理
294 生 态 毒 理 学 报 第10卷
表 1 斜生栅藻的逻辑斯谛生长拟合曲线参数及拐点时间
Table1The logistic equation parameters and inflectin time of S. obliquus
0 mg·L-1 0.25 mg·L-1 1 mg·L-1 2 mg·L-1
0%
K/(105cells·mL-1) 244.46 478.51 622.28 422.90
r 0.2403 0.2621 0.2848 0.2908
a 3.016 3.4955 4.2643 4.5648
tp/d 12.55 13.33 14.97 15.69
15%
K/(105cells·mL-1) 482.5 877.73 1 277.87 922.13
r 0.3416 0.2548 0.3699 0.3407
a 3.7655 3.7175 4.4852 4.3773
tp/d 11.02 14.58 12.12 12.84
30%
K/(105cells·mL-1) 369.81 440.31 1 138.37 841.36
r 0.19 0.2699 0.4071 0.3381
a 2.751 2.9705 4.6916 4.6177
tp/d 14.47 11.01 11.52 13.65
60%
K/(105cells·mL-1) 269.80 369.59 378.06 189.05
r 0.2253 0.2416 0.3128 0.2972
a 3.0572 3.518 3.9518 3.0846
tp/d 13.56 14.56 12.63 10.37
100%
K/(105cells·mL-1) 149.94 132.57 100.96 68.01
r 0.3283 0.3273 0.3667 0.2853
a 3.0833 2.7723 2.6421 2.6554
tp/d 9.39 8.47 7.20 9.30
注:K、r、a为逻辑斯谛方程的三个参数，K的生态学含义为环境容纳量，r的生态学含义为种群内禀增长率;tp为藻类生长由自由生长进入抑制
? 生长的拐点时间。
Note:K, r and a were the parameters of logistic equation, Kmeans environmentalcapacity, r means innate rate of increase; tp means the inflection point
time of algae from free growth to inhibit growth.
组出现最高值。
从斜生栅藻种群内禀增长率的变化可知，在无
胁迫时，种群内禀增长率没有明显规律可言，但在
15%时出现最高值，高于0%对照组，说明高等植物
分泌的物质在一定比例时使藻类有较大的生长潜
力，具有种群暴发增长的生态风险。而在菲胁迫下，
大部分菲胁迫组种群内禀增长率大于对应无胁迫处
理组，说明菲胁迫使斜生栅藻种群的增长潜力加大，
特别是在30%、1 mg·L-1处理组种群内禀增长率达
到0.4071，此时藻种群暴发增长的生态风险最大。
3 讨论(Discussion)
水生植物通过向环境释放化学物质对另一植物
(包括微生物)产生的有害或有益的作用称之为化感
作用(allelopathy)，其中起作用的化学物质成为化感
物质[14]。目前，普遍认为水生植物化感物质在自然
状态下主要是通过植物根部分泌和植物残株或凋落
物分解这2个途径进入自然界[15]。而化感物质成分
的鉴定需要更加成熟科学的试验方法。本实验通过
水培水生植物的方法，更接近化感物质进入自然界
的客观情况，获取种植根区水，以此培养藻类，排除
密度及空间资源竞争等其他干扰方式的影响。使用
种植根区水可排除实验植物之间对生存资源的竞争
作用的影响，只考虑化感物质的效应。本研究发现，
美人蕉种植根区水含量不同对斜生栅藻的生长具有
不同的效应，表现为“低促高抑”的现象。丁惠君
等[8]对湿生植物的研究也发现，美人蕉种植水对微
囊藻类的生长存在低促高抑作用。其他研究者也发
现一些水生植物的提取液对藻类生长具有促进作
用[16]。这与水生植物分泌的化感物质有关。据研
究发现，美人蕉种植水中大多为有机酸类物质，其含
量较高的依次为乳酸、乙二酸、棕榄酸、乙二醇和硬
脂酸[11]。而棕榈酸、硬脂酸对斜生栅藻生长具有明
显的协同抑制作用[17]。化感物质的胁迫使藻细胞
第2期 金香琴等:菲胁迫下湿生植物美人蕉(Canna indica)对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的影响 295
抗氧化防御系统产生应激反应[18]，化感物质浓度较
低时，使藻细胞抗氧化酶活性升高，没有对藻细胞产
生危害，反而对藻类生长起到促进作用;而化感物质
浓度较高时，直接破坏生物膜，降低酶活性，从而抑
制藻类生长。
菲作为低环类多环芳烃污染物，对藻类也存在
低浓度促进高浓度抑制的效应。研究表明，菲胁迫
也可以激发抗氧化防御系统[19]，这与化感物质出现
“低促高抑”现象的机制是相同的。在本研究中，菲
胁迫下不同比例的美人蕉种植根区水对藻类的化感
效应出现不同的变化。在15%的美人蕉种植根区
水中，斜生栅藻的生长随着菲浓度升高而升高，出现
峰值之后随之下降，其中1 mg·L-1时生长促进作用
最强。0%、1 mg·L-1处理组的平均比生长速率为
26.8%，试验结束时细胞密度(105 cells·mL-1)为
618.14，而15%、0 mg·L-1处理组的平均比生长速率
为31.5%，试验结束时细胞密度(105cells·mL-1)为
523.436，15%、1 mg·L-1处理组的平均比生长速率为
40.3%，试验结束时细胞密度(105cells·mL-1)为
1 263.30。可见，比生长速率和细胞密度均高于相对
应对照组，说明15%的美人蕉种植根区水和1 mg·
L-1的菲没有出现拮抗效应，可以同时激发生物体内
一些酶的活性，使生长促进作用增强，使藻类大量生
长。而100%美人蕉种植根区水具有生长抑制作
用，菲浓度越高生长抑制作用越强，菲的胁迫使化感
物质的生长抑制作用增强。100%的美人蕉种植根
区水中斜生栅藻的环境容纳量小，因此作用于斜生
栅藻的菲的相对浓度增大，抑制斜生栅藻生长。
100%美人蕉种植根区水和菲胁迫可以使抑藻效应
增强。因此，利用化感效应进行抑藻时，同时也要注
意与生态系统中其他因子产生的复合效应。
在生态系统中，污染物对某一种群产生毒性效
应时，已经对该生物群落的结构产生不可恢复的效
应。研究者们往往将重点放在污染物高浓度的毒性
效应，忽略掉低浓度产生的一些生态效应。因此，水
生生态系统中有机污染物在高浓度低浓度均可打破
种群间的平衡，深入影响生态系统的结构与功能，对
生态系统的稳定性和生态安全具有严重威胁。
综上所述美人蕉种植根区水对斜生栅藻的生长
呈现“低促高抑”化感效应。而且在不同浓度的菲
胁迫下使美人蕉种植根区水对藻类的影响产生不同
的变化。15%和30%比例种植根区水时随着菲浓
度的增加，生长促进作用增强，在1 mg·L-1出现最高
值，存在藻类生长暴发的生态风险。而在100%种
植根区水时随着菲浓度的增加生长抑制作用增强，
说明菲胁迫使种植根区水对藻类的影响作用增强。
外源性污染物特别是低浓度胁迫与水生群落中产生
的生态效应复杂而不可预期，应作为毒性评价和生
态系统安全评价的常规评价指标之一。
通讯作者简介:盛连喜(1952-)，男，环境科学博士，教授，主要
研究方向为生态毒理学和恢复生态学，发表论文100余篇。
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