全 文 ：第 34 卷第 7 期
2013 年 7 月
环 境 科 学
ENVIＲONMENTAL SCIENCE
Vol． 34，No． 7
Jul．，2013
白洋淀荷茎叶提取液对铜绿微囊藻及四尾栅藻化感效应
何连生1，孟繁丽1，2，刁晓君1，李一葳1，孟睿1，席北斗1* ，舒俭民1
(1. 中国环境科学研究院，北京 100012;2. 常州大学环境与安全学院，常州 510280)
摘要:本研究探讨了活体荷不同部位(茎和叶)提取出液对铜绿微囊藻、四尾栅藻生长化感效应，为推广荷遏制水华暴发及制
作抑藻制剂提供理论基础． 实验设计了 5 个浓度梯度，结果表明，荷叶浸出液对藻类的抑制效果优于荷茎浸出液，当荷叶浸出
质量浓度为 25 g·L －1时，对铜绿微囊藻及四尾栅藻的抑制率分别为 71. 33%、78. 14% ． 浸出液成分的 GC-MS分析表明，荷叶
和茎浸出液都含有丙酰胺，质量浓度分别为 1. 1 mg·L －1、0. 2 mg·L －1 ． 并根据概率计算法，分别计算了两种藻类的半浓度
效应．
关键词:荷浸提液;铜绿微囊藻;四尾栅藻;半浓度效应;化感效应
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2013)07-2637-05
收稿日期:2012-09-27;修订日期:2013-01-07
基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目 (50908219) ;国家
水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07209-008，
2009ZX07106-001) ;国家自然科学基金项目(41201528)
作者简介:何连生(1976 ～) ，男，博士，副研究员，主要研究方向为水
生态修复，E-mail:heliansheng08@126． com
* 通讯联系人，E-mail:xibeidou@263． net
Allelopathic Effect of Nelumbo nucifera Stem and Leaf Tissue Extract on the
Growth of Microcystis aeruginosa and Scenedesmus quadricanda
HE Lian-sheng1，MENG Fan-li1，2，DIAO Xiao-jun1，LI Yi-wei1，MENG Ｒui1，XI Bei-dou1，SHU Jian-min1
(1. Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China;2. School of Environmental ＆ Safety Engineering，
Changzhou University，Changzhou 510280，China)
Abstract:Effects of Nelumbo nucifera stem and leaf tissue extract on the growth of Microcystis aeruginosa and Scenedesmus quadricanda
were studied to verify its potential in entriphication control． Five concentrations of Nelumbo nucifera stem and leaf tissue extract were
chosen to compare their inhibitory effects on the growth of Microcystis aeruginosa and Scenedesmus quadricanda． The result showed that
the leaf extract inhibited the algae bloom more effectively than the stem extract on the whole． When the leaf extract normality was 25
g·L －1，the highest inhibition rate of Microcystis aeruginosa and Scenedesmus quadricanda was 71. 33% and 78. 14%，respectively，
while for the stem extract，the values were 49. 78% and 52. 14% ． Propanamide was found in both the stem and leaf tissue extracts of
Nelumbo nucifera by GC-MS analysis，with concentrations of 1. 1 mg·L －1 and 0. 2 mg·L －1，respectively． The EC50 values of the two
kinds of algae were calculated by the probability method．
Key words:Nelumbo nucifera tissue extract;Microcystis aeruginosa;Scenedesmus quadricanda;EC50;allelopathic effect
藻类与水生植物的相互抑制效应已被发现了很
多年，研究表明，水生植物不仅可以从生存竞争的角
度对藻类进行抑制，还能通过分泌化感物质的途径
减缓藻类生长速率［1］．
田如男等［2］研究了梭鱼草(Pontederia cordata)
+黄昌浦 (Iris pseudacorus)+ 水罂粟(Hydrocleys
nymphoides)、梭鱼草 +溪荪(Iris sanguiner)+黄菖
蒲、梭鱼草 +溪荪 +大薸(Pistia stratiotes)、白花水
龙(Jussiaea repens)+大薸 +水罂粟等 4 种群落均对
铜绿微囊藻有强烈的抑制作用;胡延尖等［3］通过对
凤尾莲种植水及不同部位甲醇和丙酮提取物的研
究，发现其提取物质对藻类正常生长过程起阻碍作
用，现已被证实具有抑藻效应的高等水生植物有 30
余种［4］．
绿藻(如四尾珊藻)易在春末夏初暴发，形成水
华，蓝藻中的微囊藻属(如铜绿微囊藻)则是夏季水
华的主要藻种［5，6］． 荷是白洋淀区优势挺水植物，在
荷作为优势物种的区域，水华藻类较少，且具有净化
水体的能力． 本研究比较荷不同部位的提取液对铜
绿微囊藻 (Microcystis aeruginosa)及四尾栅藻
(Scenedesmus quadricanda)的化感抑制作用，以期为
推广种植荷遏制水华暴发及制作抑藻制剂提供理论
基础．
1 材料与方法
1. 1 实验材料
实验所用铜绿微囊藻及四尾栅藻均购自中国科学
院水生生物研究所，转接于 M11 培养基中扩大培养．
培养条件为恒温25℃、光照强度8 000 lx、光暗比12 h∶
12 h，每天于 08:00、13:00、18:00人工各摇晃一次． 当
DOI:10.13227/j.hjkx.2013.07.034
环 境 科 学 34 卷
细胞生物量达到106 cell·mL －1时进行实验．
荷采于白洋淀，采摘后于 － 20℃冰箱中存放，便
于保鲜;实验前研磨磨碎，转移至锥形瓶中，加入超
纯水，提取 48 h，将滤液减压抽滤，所得滤液即为植
物浸出液，具体提取步骤见文献［7］．
1. 2 实验方法
实验时将浸出液(0、5、10、15、20 和 25 mL)
和一定体积 M11 培养液及 5mL 藻种(初始密度为
106cell·mL －1)分别置于 500 mL 锥形瓶中，定容至
200 mL． 用植物的质量浓度表示浸出液的当量浓度
(g·L －1)，则相应浓度梯度为 0、5、10、15、20、25
g·L －1，分别对应空白组、实验组 1、实验组 2、实验
组 3、实验组 4、实验组 5，每组设置 3 个平行样［7］．
1. 3 测试方法
1. 3. 1 藻细胞计数方法
每次取 1 mL藻类培养液暂存于试管中，摇匀后
用移液枪吸取 0. 1 mL培养液至血球计数板上，再用
光学显微镜(Nikon-E200)进行计数观察． 将培养液
滴满血球计数板中央计数室，根据需要进行稀释．
每个样品计数 2 次，取平均值，每次计数的结果与其
平均值之差应不大于士 15%［8］．
取样频率为每隔 24 h一次，时间为 09:00，实验
周期为 6 d．
1. 3. 2 叶绿素 a测定方法
每次取 5 mL藻类培养液，用滤头进行抽滤后，
将滤纸避光保存于 10 mL 离心管中，用丙酮提取．
将装有提取液的离心管进行离心，取上清液，转移至
10 mL容量瓶中，用丙酮定容至刻线． 最后，用紫外
分光光度计进行测试［9］．
1. 3. 3 藻细胞抑制率计算方法
浸出液对藻类的抑制情况用如下公式分析［7］:
IＲ(%)= 1 － NN( )0 × 100
式中，IＲ为抑制率;N 为加入浸出液组的藻密度;
N0 为对照组的藻密度．
1. 3. 4 EC50的计算方法
EC50的计算方法:概率单位法． 本研究中藻类
生长周期为 6 ～ 7 d，因此本文中 EC50按投加浸出液
后 144 h后抑制率计算，即以 144 h 的 EC50来反映
抑制情况．
1. 3. 5 GC-MS分析方法
取浓度为 25 g·L －1浸出液 500 mL，密封至棕色
瓶中，已备后续测定． 将浸出液转移至旋转浓缩蒸
发仪内，恒温 30℃加热蒸发，当溶液减到约 10 mL
左右，转移到棕色瓶中，密封保存． 色谱柱型号为
SE-54 石英毛细管柱为柱长 30 m，膜厚 0. 25 μm，内
径 0. 25 mm;升温程序为起始温度 80℃，以 10℃·
min －1的速率升至 290℃，在 290℃保持 10 min;质谱
条件为离子源温度 250℃，接口温度 290℃;仪器型
号为岛津 GCMS-QP2010plus． 图谱分析方法参考文
献［7，10］．
2 结果与分析
2. 1 荷茎浸出液对铜绿微囊藻、四尾栅藻生长的
影响
2. 1. 1 荷茎浸出液对铜绿微囊藻细胞生物量的影响
由图 1 可知，当荷茎浸出液浓度小于 5 g·L －1
时，对铜绿微囊影响效应为促进作用;当浸出液浓
度大于 5 g·L －1时，铜绿微囊藻受到显著的抑制作
用． 实验组 1 随着培养时间增加，其促进作用愈加
明显，当实验结束时，其抑制率达到 － 45. 71%;观
察实验组 2 ～ 5 可知，其抑制率在前 4 d 内随着时间
的增加而增强，当实验进行到第 5 d 时，抑制率均有
一定程度的下降，但实验组 2 与 5 在第 5 ～ 6 d 时，
其抑制率变化规律为上升趋势． 当荷茎浸出液浓度
为 25 g·L －1时，对铜绿微囊藻抑制效果最佳，其最优
抑制率为 49. 78% ． 实验组与空白组进行 T检验，实
验组 2 ～ 5 与空白组细胞生物量 t 值分别为 1. 23、
2. 14、0. 08、11. 23，对应的 P 值分别为 0. 021、
0. 034、0. 050、0. 045，均小于 0. 05，由此可知，实验
组与空白对照组具有显著差异性．
图 1 荷茎浸出液对铜绿微囊藻生长影响
Fig． 1 Effect of Nelumbo nucifera stem extract on the
growth of Microcystis aeruginosa
2. 1. 2 荷茎浸出液对四尾栅藻生长的影响
四尾栅藻细胞生物量在不同浓度浸出液作用
下，呈现出“低促高抑”的变化规律，如图 2 所示． 当
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7 期 何连生等:白洋淀荷茎叶提取液对铜绿微囊藻及四尾栅藻化感效应
浸出液浓度低于 5 g·L －1时，实验组藻细胞长势优于
空白对照组，但其抑制率的绝对值在第 6 d 时达到
最低值． 实验组 2 ～ 5 在实验周期内，抑制率与培养
时间成正相关． 当荷茎浸出液浓度为 25 g·L －1时，
对四尾栅藻的抑制力度最强，其最佳抑制率为
52. 14% ． 实验组与空白组进行 T检验，实验组 2 ～ 5
与空白组细胞生物量 t值分别为 2. 13、1. 53、1. 28、
4. 21，对应的 P 值分别为 0. 032、0. 044、0. 0、
0. 038，均小于 0. 05，由此可知，实验组与空白对照
组具有显著差异性．
图 2 荷茎浸出液对四尾栅藻生长影响
Fig． 2 Effect of Nelumbo nucifera stem extract on the growth
of Scenedesmus quadricanda
2. 2 荷叶浸出液对铜绿微囊藻、四尾栅藻生长影响
2. 2. 1 荷叶浸出液对铜绿微囊藻生长影响
荷叶浸出液对铜绿微囊藻的抑制规律与荷茎浸
出液的抑制规律相似，均表现出“低促高抑”的现
象． 当荷叶浸出液浓度低于 5 g·L －1时，其抑制率的
绝对值随着时间的增加而增大;当浸出液浓度大于
5 g·L －1时，铜绿微囊藻的生长受到抑制． 当实验进
行到第 3d时，实验组 2 ～ 5 的抑制率均达到最大值，
分别为 46. 67%、47. 13%、62. 74%、71. 33%，而后
各实验组的抑制率均有所下降(图 3)． 由此可以，
当荷叶浸出液浓度为 25 g·L －1时，对铜绿微囊藻抑
制效果最佳，其抑制率为 71. 33% ． 实验组与空白组
进行 T检验，实验组 2 ～ 5 与空白组细胞生物量 t值
分别为 0. 78、1. 69、0. 13、6. 49，对应的 P值分别为
0. 013、0. 028、0. 015、0. 044，均小于 0. 05，由此可
知，实验组与空白对照组具有显著差异性．
2. 2. 2 荷叶浸出液对四尾栅藻生长影响
荷叶与荷茎对四尾栅藻的抑制实验变化规律基
本相似． 当荷叶浸出液浓度低于 5 g·L －1时，四尾栅
藻的生长并未受到抑制(图 4) ，长势良好，当浸出液
图 3 荷叶浸出液对铜绿微囊藻生长影响
Fig． 3 Effect of Nelumbo nucifera leaf extract on the
growth of Microcystisaeruginosa
浓度大于 5 g·L －1时，藻细胞生长受到抑制． 实验组
2 ～ 5 因浸出液浓度不同，表现出的抑制效果也不
同． 随着浸出液浓度升高，抑制效果愈加显著，当浸
出液浓度为 25 g·L －1，对藻细胞的抑制率最大，为
78. 14% ． 实验组与空白组进行 T 检验，结实验组 2
～ 5 与空白组细胞生物量 t 值分别为 9. 48、1. 67、
0. 71、0. 18，对应的 P 值分别为 0. 022、0. 031、
0. 029、0. 049，均小于 0. 05，由此可知，实验组与空
白对照组具有显著差异性．
图 4 荷叶浸出液对四尾栅藻生长影响
Fig． 4 Effect of Nelumbo nucifera leaf extract on the
growth of Scenedesmus quadricanda
2. 3 半浓度效应
如图 5 所示，荷叶浸出液的 EC50值小于荷茎浸
出液 EC50，说明叶浸出液对藻类的抑制效果优于茎
浸出液． 荷叶浸出液对铜绿微囊藻及四尾栅藻的
EC50值分别为 5. 21 g·L
－1，3. 98 g·L －1，由此可见荷
叶对四尾栅藻的抑制作用更为显著;荷茎浸出液对
两种藻类的 EC50值分别为 8. 79 g·L
－1，5. 78 g·L －1，
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环 境 科 学 34 卷
同样佐证了叶浸出液抑制效果更明显．
图 5 荷茎和叶的浸出液对两种藻的半浓度效应
Fig． 5 Semi-concentration effect(EC50)of Nelumbo nucifera stem
and leaf extract on Microcystis aeruginosa and Scenedesmus quadricanda
2. 4 荷浸出液对藻类叶绿素 a影响
结合荷不同部分浸出液对两种藻类结果可知，
荷叶浸出液对藻类抑制效果较好，因此本研究着重
探索在荷叶最优当量浓度下对两种藻类叶绿素 a 的
影响情况．
当浸出液浓度为 25 g·L －1时，藻细胞的生长情
况受到显著抑制，在该浓度下叶绿素 a 的变化情况
见图 6． 在浸出液的作用下，叶绿素 a 浓度逐渐下
降． 四尾栅藻的叶绿素 a 起始浓度高于铜绿微囊
藻，但在实验进行的第 4 ～ 5 d 时，四尾栅藻的叶绿
素 a含量低于铜绿微囊藻，说明浸出液对四尾栅藻
的影响较铜绿微囊藻强烈．
图 6 荷叶浸出液对藻细胞叶绿素 a浓度影响
Fig． 6 Effect of Nelumbo nucifera leaf extract on the
chlorophyll-α concentration
2. 5 GC-MS检测结果
荷不同部分茎叶对藻类的抑制效果不同，推测
其含有的化感物质的种类或数量也应不同． 分别将
荷茎叶浸出液进行定性定量检测，部分检测结果见
表 1． 其中，丙酰胺的抑制效果已被证实，对铜绿微
囊藻及斜生栅藻均有抑制效果［11］． 相同当量浓度
下，荷叶浸出液中含有有机物的浓度大于荷茎中浓
度，揭示了荷叶浸出液抑制效果优于荷茎浸出液的
原因之一． 这 3 种物质对藻类的抑制效果及机制分
析将在后续实验中进行观察分析．
表 1 荷茎叶浸出液 GC-MS检测结果 /mg·L －1
Table 1 GC-MS analysis of Nelumbo nucifera stem
and leaf extract /mg·L －1
浸出液 丙酰胺 棕榈酸乙酯 木蜡酸甲酯
荷茎 0. 2 1. 28 4. 74
荷叶 1. 1 3. 13 ND
3 讨论
大型水生植物分泌化感物质可抑制叶绿素 a 的
合成，破坏藻细胞结构，影响酶活性，从而干扰藻类
正常的生理活动，致使其逐渐衰亡，最终遏制藻类的
快速繁殖． 有研究表明，羟基苯甲酸可能会促使细
胞氧自由基产生，间接导致核膜受损，以此来影响细
胞的生理活性［12］;凤尾莲根系分泌的物质对栅藻
的细胞结构产生严重的破坏，主要表现在细胞膜、
叶绿体、线粒体、核膜等均受到不同程度的破坏，
间接的导致细胞的生理活动受到破坏，最终影响栅
藻细胞的正常生长［13］;邻苯三酚和咖啡酸会导致
铜绿微囊藻膜氧化，影响脂类代谢，降低酶体系的活
性，破坏细胞膜［14］;菖蒲降低了铜绿微囊藻细胞内
的蛋白质含量，使超氧化物歧化酶 SOD膜脂过氧化
产物 MDA和过氧化氢酶 CAT等抗氧化系统酶的活
性增加，化感物质造成活性氧的过量积累可能是铜
绿微囊藻死亡的原因之一［15］．
本实验中的荷浸出液中经检测含有丙酰胺，该
物质已被证实对藻类生长具有抑制作用． 且荷不同
部分含有该物质的浓度不同，这直接导致了荷茎及
叶的浸出液抑制效果的差异性． 植物的不同部分产
生的化感物质的种类及作用效应不尽相同，不同植
物产生的化感克藻化合物的种类和数量都可能不
同，在同一植物体内不同组织、器官化感物质的量
也会不同，植物产生和分泌化感物质的差异，可能对
其抑藻能力产生较大影响［16］．
GC-MS检测结果表明，荷叶中含有丙酰胺的浓
度是荷浸出液中的 5. 5 倍，所以荷叶的抑制效果远
远好于荷茎对藻类的抑制效果． 当浸出液浓度为 25
g·L －1时，荷叶对铜绿微囊藻的抑制率是荷茎对其抑
制率的 1. 43 倍，叶与茎对四尾栅藻的差异为 1. 50
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7 期 何连生等:白洋淀荷茎叶提取液对铜绿微囊藻及四尾栅藻化感效应
倍． 在同样情况下，荷叶浸出液对四尾栅藻的抑制
率为 78. 14%，而对四尾栅藻的抑制为 71. 33%，说
明化感物质作用具有特异性． 这可能与藻类自身结
构相关，四尾栅藻及铜绿微囊藻虽同属绿藻门
(Chlorophyta)，但四尾栅藻定形群体扁平，由 2、4、
8、16 个细胞组成，常见的为 4 ～ 8 个细胞的群体，群
体细胞排列成一直线，而铜绿微囊藻则无此特性．
本课题组长期对白洋淀的监测结果表明，在不
同时期荷对水体中的藻类的抑制能力不尽相同，在
初夏时期，抑制效果较差，而在 7 ～ 8 月，水体中的藻
类则较少． 因此推测不同时期荷释放化感物质抑制
藻类的能力存在很大差异，关于不同时间荷提取液
对藻类的化感效应将在后续实验中继续研究．
实验结果表明，荷浸出液对抑制藻化暴发有一
定的效果，且荷具有观赏价值，在一定程度上可以净
化水体，合理种植还可以调控富营养化，可以作为先
锋物种，对于修复水体具有推广价值．
4 结论
(1)荷叶浸出液的抑制效果优于荷茎浸出液，
荷叶浸出液对四尾栅藻的抑制效果最好，当浸出液
浓度为 25 g·L －1时，对四栅藻的抑制率为 78. 14%，
而对铜绿微囊藻的抑制率为 71. 33% ．
(2)荷叶浸出对铜绿微囊藻及四尾栅藻的
EC50值分别为 3. 98 g·L
－1和 5. 21 g·L －1;荷茎浸出
液对两种藻类的 EC50值分别为 8. 79 g·L
－1和 5. 21
g·L －1 ．
(3)荷提取液中含有丙酰胺，当提取液浓度为
25 g·L －1时，初步计算该物质在叶浸出液中浓度为
1. 1 mg·L －1，茎浸出液中浓度为 0. 2 mg·L －1 ．
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