全 文 ：吴 辉，艾林芳，王光辉，等． 水溶性羧甲基壳聚糖对斜生栅藻镉抑制的影响［J］． 江苏农业科学，2012，40(6) :329 － 330．
水溶性羧甲基壳聚糖对斜生栅藻镉抑制的影响
吴 辉，艾林芳，王光辉，高 柏，戴 强
(东华理工大学水资源与环境工程学院，江西抚州 344000)
摘要:对壳聚糖进行羧甲基化改性，合成水溶性好并能跟重金属形成配位作用的水溶性羧甲基壳聚糖(WSCC) ，
对水溶性羧甲基壳聚糖处理后斜生栅藻 Cd2 +的毒性进行评估。结果表明:Cd2 +对斜生栅藻的增长有明显的抑制作
用，Cd2 +用水溶性羧甲基壳聚糖处理后，镉对斜生栅藻的抑制作用明显减弱。
关键词:水溶性羧甲基壳聚糖;镉;毒性;斜生栅藻
中图分类号:X52 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2012)06 － 0329 － 02
收稿日期:2011 － 11 － 04
基金项目:国家自然科学基金(编号:40861017) ;江西省自然科学基
金(编号:2007GZH0477) ;江西省教育厅科技计划 (编号:
GJJ09261)。
作者简介:吴 辉(1987—) ，男，硕士研究生，主要从事环境友好材料
的开发和应用研究。E － mail:wuhui_124@ 163． com。
通讯作者:艾林芳，女，硕士研究生，主要从事环境友好材料的开发和
应用研究。E － mail:ailinfang@ 126． com。
壳聚糖(CTS)是甲壳素脱乙酰后得到的一种天然碱性多
糖，也是一类结构独特、天然可降解的聚合物，被广泛地应用
于环保、医药、食品加工、化妆品等领域，其研究和应用已引起
国内外学术界和产业界的广泛关注。由于壳聚糖的乙酰胺基
和氨基导致其刚性晶体结构，并通过分子内或分子间的氢键
结合引发了相关的构像特征，使得壳聚糖不溶于水和一般的
有机溶剂中，这限制了它在一些领域的广泛应用［1］。不过壳
聚糖分子链中含有大量氨基、羟基，对壳聚糖进行酰化、羧基
化、醚化等［2］化学改性，能生成一系列壳聚糖衍生物，可改善
其水溶性与生物活性，拓展壳聚糖在各种领域的应用。本研
究在合成水溶性羧甲基壳聚糖(WSCC)的基础上，以斜生栅
藻为供试生物材料，研究 WSCC 处理对斜生栅藻中镉的毒性
影响。
1 材料和方法
1． 1 供试材料
斜生栅藻(中国科学院武汉水生生物研究所提供，室内
培养) ;水溶性羧甲基壳聚糖(自制) ;硫酸镉、氢氧化钠、异丙
醇、氯乙酸、冰醋酸、甲醇、无水乙醇均为分析纯。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 水溶性羧甲基壳聚糖的合成(图 1)［3］ 称取 10 g 精
制壳聚糖，加入 100 mL 异丙醇及 25 mL 10 mol /L NaOH 溶
液，浸泡 10 h后在不断搅拌下将 12 g 固体氯乙酸分几次加
入，然后将反应物加热至 60 ℃，恒温 4 h后加入 40 mL冷水，
并用冰醋酸调 pH值至 7，过滤，滤饼先用 150 mL 70%的甲醇
水溶液洗涤，再用无水乙醇洗涤，干燥。
1． 2． 2 藻的生长曲线 试验严格按照世界经济合作与开发
组织(OECD)藻类阻碍生长实验标准方法进行。温度:
(25 ± 1)℃;照明:昼 /夜 = 12 h /12 h;平均光照强度为 4 000
lx。将试验藻种用无菌操作转移到新鲜培养基中培养，3 ～ 4 d
转接 1 次，反复 3 次，使其达到同步生长。培养藻的同时，每
隔 24 h测量其吸光度的值(λ = 650 nm) ，并绘制藻的生长曲
线以确定藻的生长状况，同时做平行样，以保证试验的准
确性。
1． 2． 3 藻细胞浓度与光密度的线性关系 将培养好的藻液
按不同比例稀释，分别用显微镜计数和分光光度计测量吸光
度，作出藻细胞浓度与吸光度的线性关系图。
1． 2． 4 WSCC、Cd2 +、Cd2 + － WSCC对斜生栅藻的毒理试验
试验在 250 mL锥形瓶中进行，试验液为含有一定浓度毒物的
培养液，用无菌膜封口。高压灭菌并冷却后，接种处于对数生
长期的纯种斜生栅藻，使试验液总体积为 50 mL，同时做空白
样，在 4 d测藻液吸光度。根据吸光度由藻细胞浓度与光密
度的线性关系所得的公式可以计算出此时的藻液浓度。根据
公式分别计算出各藻液斜生栅藻生长的抑制率。
V(t)= ln(Nt /N0)/ t (1)
I ={Vn － V(t) }/Vn (2)
其中:V(t)为藻细胞的增长速度;Nt 为 t 时刻的藻细胞浓度;
N0 为藻细胞的初始浓度;t 为藻细胞的培养时间;Vn 为空白
样中藻细胞的增长速度;I为藻细胞的抑制率。
2 结果与讨论
2． 1 斜生栅藻生长曲线的测定
图 2 是斜生栅藻的生长曲线图，斜生栅藻经接种后，
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DOI:10.15889/j.issn.1002-1302.2012.06.008
1 ～ 4 d 的吸光度迅速增加，处于生长迅速的对数生长阶段，
5 ～ 7 d的吸光度增长缓慢，处于平台期，接种 7 d 后，光密度
下降，藻体逐渐死亡。由于对数生长期的细胞具有生长迅速、
敏感性和活性高等特点，所以根据试验要求选取经同步培养
的对数生长期的藻体进行毒性试验。
2． 2 藻细胞浓度与光密度的线性关系
图 3 表明，在不同藻浓度下，计数得到的藻细胞浓度(C)
和 650 nm处测定的光密度(D)之间呈线性相关，线性回归方
程为 C = 146． 302 97D － 2． 904 61(r2 = 0． 991) ，根据这个关系
式在以后的试验中就可以通过测量藻液吸光度来确定藻的
浓度。
2． 3 Cd2 +、WSCC、Cd2 + － WSCC对斜生栅藻的毒性试验
2． 3． 1 Cd2 + 对斜生栅藻的毒性试验 从图 4 可以看出，
Cd2 +的 96 h － EC50为 122． 77 μg /L，Cd
2 +的投加量与斜生栅
藻的光密度存在明显的相关性，随着重金属投加量的增加，抑
制率明显升高。当藻类与金属离子开始接触时，藻类首先表
现对金属离子的表面吸附，其原因是因为藻类细胞壁带有负
电荷和硫代基、氨基和羟基等官能团，这些结构特点决定了对
带有正电荷的金属离子能够进行物理吸引和进行化学螯合反
应，使金属沉积到藻细胞表面和内部。
2． 3． 2 WSCC 对藻的毒性试验 图 5 中 WSCC 的 96 h －
EC50为 89 mg /L，从数据可以看出抑制单位达到了 100 mg /L，
WSCC对斜生栅藻的毒性是很小的。
2． 3． 3 Cd2 + － WSCC对藻的毒性试验 图 6 显示当含 Cd2 +
溶液中分别加入适量的 WSCC 后，对斜生栅藻的抑制率明显
下降，而且随着 WSCC 投加量的增加，Cd2 +对斜生栅藻的毒
性随之减小，说明 WSCC 与 Cd2 +发生配位作用，使其毒性降
低。这是由于 WSCC分子中含有大量氨基及羧基，能够选择
性地配位或吸附金属离子 Cd2 +，大大降低了溶液的毒性。
3 结论
Cd2 +对斜生栅藻生长有较大的毒性作用，随着重金属投
加量的增加，对斜生栅藻生长的抑制率明显升高。WSCC 与
Cd2 +发生配位作用后，溶液的毒性大大降低，降低了镉对斜
生栅藻生长的抑制率。
参考文献:
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－ amino acid)－ chitosans［J］． Carbohydrate Polymers，2008，71
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［3］纪淑娟，高 倩． 水溶性羧甲基壳聚糖制备工艺研究［J］． 食品
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