全 文 ：收稿日期：2005-04-13
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（2002CB4123061）;国家自
然科学基金(20177018)；国家自然科学基金（20577036）
作者简介：刘碧云（1971—），女，主要研究方向为污染生态化学。
E-mail:biyunliu@hotmail.com
联 系 人：周培疆
农业环境科学学报 2006,25(1):204-207
JournalofAgro-EnvironmentScience
丙体六六六对斜生栅藻生长及光合色素和
膜脂过氧化影响的研究
刘碧云 1，周培疆 1,3，李佳洁 1，吴兆录 2，宋立荣 3
（1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079；2.云南大学生态学与地植物学研究所，云南 昆明 650091；3.中国科学院
水生生物研究所，淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北 武汉 430072）
摘 要：采用室内培养试验方法，研究了丙体六六六（γ-HCH）对斜生栅藻生长和生理生化的影响。结果表明，在γ-HCH浓度<0.2
mg·L-1时对斜生栅藻生长有促进作用，在2mg·L-1时则表现为抑制作用，其对叶绿素的影响与对藻密度的影响一致，显示浓度-效
应关系。γ-HCH对斜生栅藻的超氧化物歧化酶（SOD）的影响表现为，在0.02mg·L-1时达到峰值，然后下降，在2mg·L-1时其活性只
有对照的38.18%。γ-HCH对斜生栅藻的膜脂过氧化的影响，在<0.02mg·L-1时变化不大，而在0.2mg·L-1和2mg·L-1时有一定的升
高；MDA的变化与SOD的变化有一定的相关性，在SOD急剧下降时，MDA的含量上升较快。
关键词：斜生栅藻；生长动力学；超氧化物歧化酶（SOD）；丙二醛（MDA）；丙体六六六
中图分类号：X592 文献标识码：A 文章编号：1672-2043(2006)01-0204-04
有机氯农药曾作为广谱高效杀虫剂在我国农林
行业被广泛大量使用。目前，有机氯农药作为一种全
球范围的污染物[1],由于其难降解和高生态毒性而受
到广泛关注。HCH是斯德哥尔摩公约首批控制的持
久性有机化合物之一[2]。丙体六六六（!-HCH）是六六
六(HCH)杀虫剂的有效成分，尽管有机氯农药在 20
世纪80年代后期在我国被禁用，但由于其难降解性，
在环境中仍有一定量的残留[3~5]，水底沉积物中的 !-
HCH还可以通过水体微环境的变化再次成为污染
源。虽然这些有机污染物在水体中只是微量存在，但
其生物蓄积性和食物链放大性，使其再次成为研究热
Efectsofγ-HCHontheGrowthandPhotosystemandLipidPeroxidationofScenedesmusObliqnuskütz
LIUBi-yun1,ZHOUPei-jiang1,3,LIJia-jie1,WUZhao-lu2,SONGLi-rong3
(1.ColegeofResourcesandEnvironmentalSciences,WuhanUniversity,Wuhan430079,China;2.InstituteofEcologyandGeobotany,
YunnanUniversity,Kunming650091,China;3.StateKeyLaboratoryofFreshwaterEcologyandBiotechnology,InstituteofHydrobiology,the
ChinaAcademyofSciences,Wuhan430072,China)
Abstract:Gammahexachlorocyclohexane(γ-HCH)isoneofthemostimportantcompositionsofhexachlorocyclohexane(HCH),organochlo-
rinepesticides.Theorganochlorinepesticideshaveseverephysiologicalefectsonorganisms,includinghuman.Theefectofγ-HCHonthe
greenalgae,ScenedesmusObliqnuskütz,wasexamined.Theresultsshowedthatthegrowth,chlorophylcontents,SODactivityof
ScenedesmusObliqnuskützwerestimulatedunderlowγ-HCHconcentration(0.2mg·L-1)andinhibitedunderhighγ-HCHconcentration(2
mg·L-1).TheSODactivityreachedthepeakofthecurvein0.02mg·L-1andreducedto38.18%in2mg·L-1ofγ-HCHculturemedium.
Corespondingly,MDAcontentsshowednosignificantchangesinScenedesmusObliqnuskütztreatedwith0.002mg·L-1and0.02mg·L-1of
γ-HCH,butincreasedby38.6%and158.8%whentreatedwith0.2mg·L-1and2mg·L-1ofγ-HCH,comparedwiththeuntreatedsamples.
Theseresultsimpliedthathighγ-HCHconcentrationmighthaveadverseefectonScenedesmusObliqnuskütz.
Keywords:ScenedesmusObliqnuskütz;kineticsofgrowth;SOD;MDA;γ-HCH
第25卷第1期 农 业 环 境 科 学 学 报
点。!-HCH对水生生物的生理影响曾有一些报道，但
对淡水藻抗氧化系统影响鲜有报道。藻类作为水生生
态系统初级生产者，其生长和繁殖对水生生态系统平
衡和稳定具有重要意义。本研究选择斜生栅藻作为试
验藻种，探讨 !-HCH对斜生栅藻抗氧化系统的影
响。
1 材料和方法
1.1试验材料
丙体六六六由湖北省农业厅环保站提供，纯度大
于 99.99%；斜生栅藻（ScenedesmusObliqnuskütz）库
号416，由中国科学院水生生物研究所提供。
1.2试验方法
1.2.1试验藻种培养
将斜生栅藻接种于500mL的SE培养基(由中国
科学院水生生物研究所提供配方)中,培养条件为：温
度25℃±0.5℃；pH7~8；明暗周期比D∶L=12∶12；光照
强度3000lx左右；静止培养，每天定时人工摇动3
次。在藻进入指数生长期(105个·mL-1)加入用丙酮配
制的丙体六六六母液使其成系列浓度（0.002、0.02、
0.2、2mg·L-1）和对照（丙酮在培养基中的浓度控制在
其不可见效应的浓度范围），每个浓度设2个平行。加
入化合物后每隔24h取样并在650nm处测定藻液
吸光值，通过血球计数板计数相应吸光值的藻密度，
建立藻密度-吸光度标准曲线。在每次测吸光值时，同
时取20mL藻液抽滤，测定藻的鲜重，建立藻密度-鲜
重标准曲线。
1.2.2叶绿素a、叶绿素b的测定
参照李合生[6]的方法并加以改进，取一定的藻液
离心后，加入95%的乙醇在4℃下黑暗中提取24h后
离心，上清液分别在665、649、470nm处测其吸光度。
1.2.3粗酶的提取
取一定量的藻液4500r·min-1离心15min收集
藻细胞，分别加入预冷的pH7.8的0.05mol·L-1磷酸
缓冲液和少量的石英砂进行冰浴研磨，匀浆液在4℃
下10000g离心15min，上清液即为超氧化物歧化酶
（SOD）待测液；离心的藻细胞加入10%三氯乙酸和少
量的石英砂进行冰浴研磨，匀浆液10000g离心15
min，取上清液即为丙二醛（MDA）的待测液。
1.2.4超氧化物歧化酶（SOD）测定
采用Beauchamp[7]建立、Bewley[8]等改进的氮蓝四
唑（NBT）光化学还原反应法。3mL的反应体系中包
括：13mmol·L-1的甲硫氨酸、75μmol·L-1的氮蓝四
唑、10μmol·L-1的EDTA-Na2、 2.0μmol·L-1的核黄
素、0.05mol·L-1的磷酸缓冲溶液、0.05mL的酶液。1
个酶活力单位定义为能引起反应初速度（不加酶时）
半抑制时的酶用量。
1.2.5膜脂过氧化作用的测定
参照Heath[9]等和林植芳[10]等的方法，根据膜脂过
氧化产物丙二醛（MDA）与硫代巴比妥酸（TBA）的定
量反应来测定MDA的含量。
2 结果与讨论
2.1γ-HCH对斜生栅藻的生长效应
在不同的γ-HCH添加浓度下,斜生栅藻的生长
动力学曲线如图1所示,可以看出,加入γ-HCH24h
后，藻的生长变化不大；48h后，不同浓度γ-HCH培
养基中的藻表现出不同的生长效应。当γ-HCH浓度
在0.2mg·L-1以下时,斜生栅藻的生长被促进；当γ-
HCH浓度为2mg·L-1时,生长被抑制。96h时,0.002、
0.02和0.2mg·L-1浓度中的斜生栅藻密度分别比对
照增加了 50.77%、38.34%、31.36%，2mg·L-1浓度下
比对照下降16.83%。其生长曲线可用指数函数拟合：
Nt=N0ekt或lnNt=lnN0+kt
式中：Nt为斜生栅藻细胞浓度，106个·mL-1；k为
斜生栅藻生长速率常数，h-1；N0为指前因子，表征外
推斜生栅藻初始浓度，106；t为时间，h。对不同浓度
γ-HCH作用的生长曲线进行线性回归，得到其相关
生长动力参数，见表1。
2.2γ-HCH对斜生栅藻光合作用色素的影响
叶绿素是藻进行光合作用的色素，已有的研究表
明不同植物，藻类等生物在遭受环境胁迫时[11、12]，反映
其光合强度的叶绿素、胡萝卜素等色素会发生变化。
从图2可以看出，γ-HCH浓度<0.2mg·L-1时，叶绿素
表现出比对照增加，叶绿素a在0.002、0.02、0.2mg·
L-1γ-HCH作用时分别比对照增加了14.88%、9.5%、
2.4%,而在2mg·L-1时比对照下降了9.5%。叶绿素b
与叶绿素a的变化趋势一致， 在γ-HCH的浓度为
0.002、0.02、0.2mg·L-1时分别比对照增加了48.65%,
12.43%,5.4%。反映了其浓度-效应关系。
2.3γ-HCH对丙二醛（MDA）含量的影响
丙二醛在细胞内的积累量通常被用来作为细胞
在受到外界胁迫时，膜脂过氧化程度的重要指标。图
3显示斜生栅藻在受到γ-HCH胁迫时，MDA的含量
会发生变化，可以看出，在0.002和0.02mg·L-1γ-
HCH作用时，MDA含量变化不大，在0.2和2mg·L-1
205
2006年2月刘碧云等：丙体六六六对斜生栅藻生长及光合色素和膜脂过氧化影响的研究
2
0
SO
D
活
性
/U
·
g-
1 ，
FW
SOD活性
MDA含量
γ-HCH浓度
0 0.002 0.02 0.2 2
10
8
6
4
2
0
M
D
A
含
量
/μ
m
ol·
g-
1 ，
FW
叶绿素a
叶绿素b
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0 0.002 0.02 0.2 2
HCH浓度
光
合
色
素
含
量
/m
g·
g-
1 ，
FW
CK
0.002mg·L-1
0.02mg·L-1
0.2mg·L-1
2mg·L-1
0 20 40 60 80 100
t/h
14
12
10
8
6
4
2
0
浓
度
/1
06
个
·
m
L-
1
γ-HCH作用时，MDA的值变化较大，分别高出对照
组38.6%和158.8%。从MDA值的变化可以看出，在
高浓度γ-HCH（2mg·L-1）的培养液中，斜生栅藻的膜
脂过氧化加剧，细胞伤害加重，其生长受到抑制。
2.4γ-HCH对超氧化物歧化酶（SOD）的影响
SOD是生物体内惟一种以自由基为底物的抗氧
化酶，它的变化可反映出生物对环境胁迫的适应程
度。从图3可以看出，斜生栅藻在遭受不同浓度γ-
HCH胁迫时，SOD的变化呈单峰曲线，表明SOD只
在一定的限度内起作用。 在 γ-HCH的浓度<0.02
mg·L-1时，SOD有上升趋势，在0.02mg·L-1处高出对
照227%，处于所测浓度峰值，然后开始下降；在2
mg·L-1时，SOD的含量下降到对照的38.18%,表明由
于高浓度γ-HCH的胁迫，超过了斜栅生藻自身的调
节范围，从而导致SOD合成及活性受到影响，斜生栅
藻清除超氧阴离子的能力减弱，使细胞膜脂过氧化加
强。
3 讨论
Shubbert[13]等认为有机污染物在低浓度刺激藻类
生长,而在高浓度抑制藻类生长作用是藻类对有机污
染物胁迫的可能反应之一。本研究中γ-HCH浓度小
于0.2mg·L-1时的促进作用，可能是在这一浓度范围
内，γ-HCH的胁迫激活了体内的某些生理生化反应
过程中的相关酶活性，促进了藻的代谢和繁殖。而高
浓度γ-HCH的抑制作用则可能是其胁迫导致了相
干酶活性的降低，而抑制了藻的代谢和繁殖。
光合作用色素是植物进行光合作用的物质基础，
也是间接反映进行光合作用生物的生物量指标，其含
量变化能较好地反映生物各阶段生长发育正常与否。
从试验结果中可以看出，斜生栅藻光合色素变化与藻
浓度变化相吻合，在低浓度范围内含量提高，高浓度
降低。Alberte[10]认为，逆境胁迫下叶绿素含量降低的
主要原因是叶绿体片层中捕光Chla/b-Pro复合体合
成受到抑制。
自20世纪60年代末生物自由基伤害学说提出
以来,已被广泛应用于需氧生物细胞毒害机理的研
图1γ-HCH对斜生栅藻的生长效应动力学曲线
Figure1KineticcurveofthegrowthofScenedesmusObliqnus
kützundertheefectofγ-HCH
表1不同浓度γ-HCH培养液中斜生栅藻生长曲线
动力学参数
Table1KineticparametersofgrowthcurveofScenedesmus
Obliqnuskützatdiferentconcentrationsofγ-HCH
图2γ-HCH对斜生栅藻光合色素的影响
Figure2Efectofγ-HCHchlorophylcontentsinScenedesmus
Obliqnuskütz
图3γ-HCH对斜生栅藻MDA和SOD的影响
Figure3Efectofγ-HCHconcentrationonMDAandSOD
inScenedesmusObliqnuskütz
206
第25卷第1期 农 业 环 境 科 学 学 报
究。超氧阴离子(O2-·)是一种反应活泼的氧自由基,与
单线态氧(1O2)、过氧化氢(H2O2)和羟自由基(OH·)等统
称为活性氧(ROS)。ROS在细胞内需氧代谢过程中不
断产生和清除,使之处于低水平的动态平衡[16]，这时的
活性氧含量不会危害生物体。当植物遭受环境胁迫
（盐、低温、高温、外源物质等）时，活性氧的产生和清
除间的平衡被破坏，导致活性氧积累。活性氧的危害
主要是造成引起膜脂过氧化，损伤细胞膜的结构和
功能[17]。光合器官是植物细胞内O2-·等的主要来源之
一,而光合色素及与之结合的类囊体膜均具有不饱和
多烯结构,极易受ROS的攻击。唐学玺等[14]的研究表
明，久效磷胁迫下扁藻叶绿素a的降解与活性氧的损
伤有关。从试验结果中还可以看出，在γ-HCH浓度
<0.2mg·L-1时，叶绿素b的相对增长率比叶绿素a
大，而相对抑制率却比叶绿素a低，这可能是活性氧
导致叶绿体膜的损伤和破坏,而此间叶绿素a可能不
及叶绿素b稳定[15],以致出现试验中的结果。
超氧化物歧化酶(SOD)是细胞内 ROS清除系统
的主要成分，是需氧生物长期进化过程中形成的一套
复杂的抗氧化保护系统的成分之一，与CAT、POD等
酶抗性系统一起协同防御活性氧或其他过氧自由基对
细胞膜系统的伤害。在低浓度γ-HCH处理组中（<0.02
mg·L-1）,SOD活性有一定升高，这主要是因为γ-HCH
的胁迫导致斜生栅藻体内的O2-·增加，藻体为了降低
O2-·对其的损伤，而诱导出更多的SOD，以清除过多
的O2-·，使自由基在体内处于平衡状态。试验结果也
表明，此时 MDA的含量变化不大，细胞膜未受到较
大伤害。这种现象与斜生栅藻的生长和其色素的变化
相吻合。当γ-HCH浓度为0.2mg·L-1时，SOD含量
有所下降，O2-·在藻体内积累，MDA含量相应上升，说
明藻细胞膜脂过氧化加强。过量自由基的产生和积
累，导致自由基攻击蛋白质、核酸等生物大分子，使其
结构和功能破坏，进而加重细胞的伤害，所以当γ-
HCH浓度在 2mg·L-1时，SOD活性仅有对照的
38.18%,MDA却高出对照158.8%，且其生长和色素
含量也较其对照低。
4 结论
（1）在低浓度的γ-HCH培养基中，斜生栅藻生
长被促进，而在γ-HCH为2mg·L-1的培养基中被抑
制，且其生长曲线可以用指数方程进行拟合。
（2）γ-HCH对叶绿素的影响与对藻生长的影响
相一致。
（3）γ-HCH浓度在0.2mg·L-1以下时可使SOD
的活性上升，在2mg·L-1时急剧下降，MDA含量在
SOD活性上升时变化较小；当SOD急剧下降时，其含
量急剧上升。
（4）γ-HCH的胁迫，对斜生栅藻的抗氧化酶SOD
有一定的影响，高浓度γ-HCH抑制SOD活性，使其
清除活性氧的能力降低，导致膜脂过氧化加强，抑制
藻细胞的生长，降低了色素含量。低浓度γ-HCH提
高SOD活性，使藻细胞的代谢加强，促进藻细胞的生
长，提高了色素含量。
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