全 文 ：第36卷 第3期 水 生 生 物 学 报 Vol. 36, No.3
2 0 1 2 年 5 月 ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA May, 2 0 1 2

收稿日期: 2011-06-08; 修订日期: 2011-12-28
基金项目: 国家自然科学基金项目(40876074)资助
作者简介: 刘莉莉(1987—), 女, 安徽阜阳人; 硕士; 主要从事藻类生物学方面的研究。E-mail: zhouliulili2007@yahoo.com.cn
通讯作者: 段舜山, 教授, 博士, 博士生导师; 研究方向为藻类生理生态学。E-mail: tssduan@jnu.edu.cn


DOI: 10.3724/SP.J.1035.2012.00588
乐果对四尾栅藻碳、氮、磷营养缺乏的替补效应
刘莉莉 王 娜 胡雪雷 孙志伟 段舜山
(暨南大学水生生物研究中心, 广东普通高校水体富营养化与赤潮防治重点实验室, 广州 510632)
NUTRIENT COMPENSATION OF DIMETHOATE ON THE GROWTH OF
SCENEDESMUS QUADRICANDA
LIU Li-Li, WANG Na, HU Xue-Lei, SUN Zhi-Wei and DUAN Shun-Shan
(Key Laboratory of Aquatic Eutrophication and Control of Harmful Algal Blooms of Guangdong Higher Education Institutes,
Research Centre of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, China)
关键词: 乐果; 四尾栅藻; 碳源; 氮源; 磷源
Key words: Dimethoate; Scenedesmus quadricanda; Carbon; Nitrogen; Phosphorus
中图分类号: Q142 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2012)03-0588-05

有机磷农药属于有机磷化合物的范畴, 一般是指磷
(膦)酸酯、硫代磷酸酯、磷酰胺酯类有机磷化合物。因其
具有杀虫力强、使用范围广、残留期较短等特点, 从 20
世纪 80 年代开始, 有机磷农药很快就取代了有机氯农药
成为我国农药市场份额最大, 使用最多最广的一代新生
农药。然而, 近 20 年的研究表明: 有机磷农药的广泛使
用也不可避免地对周围环境造成污染[1—3]。目前, 我国各
地的水体中均检测到有机磷农药的残留, 其中以乐果、氧
乐果、甲胺磷、敌敌畏、马拉硫磷等为主[4—6]。目前的研
究表明, 有机磷农药促进微藻生长甚至暴发“水华”主要
有两方面因素。一方面, 有机磷农药及其降解产物能够降
低淡水生态系统中磷缺乏对微藻生长的限制作用。有机磷
农药的持续性输入及沉积物中的缓慢释放对浮游植物生
长的刺激作用越来越引起研究者的重视[7—10]。如滇池微
囊藻可利用有机磷农药作为磷源延长其生长 , 甲胺磷
(<3.2 mg/L)和辛硫磷(<0.1 mg/L)促进了淡水微藻铜绿微
囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长, 对硫磷(<1.5 mg/L)
对三角褐指藻的生长有刺激作用, 敌敌畏(<0.1 mg/L)对
赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)表现出显著刺激作用,
草甘膦异丙胺盐对球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)生长
表现出刺激作用的浓度范围低于 0.01 mg/L。另一方面,
有机磷农药可刺激藻细胞某些系统高效表达, 从而促进
藻类的增殖。如在低浓度有机磷农药作用下, 藻细胞内抗
氧化系统的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活
性显著提高, 但并未达到引发细胞伤害的程度反而刺激
细胞生长 [9, 10]。谢荣等认为丙溴磷促进三角褐指藻
(Phaeodactylum tricornutum)和青岛大扁藻 (Platymonas
helgolandica)生长的可能机理是在低浓度下藻细胞的脂
质过氧化程度较低水平的增高以及 SOD活性的轻度降低,
刺激细胞生理功能的高效表达[11]。另外, 在有机磷促进微
藻生长过程中, 藻细胞内蛋白质、DNA、RNA 等物质的
合成活跃, 合成速度显著提高[8]; 刘梅和刘赞发现普通小
球藻 (Chlorella vulgaris)在低浓度乐果作用下的生长情
况、蛋白质含量、叶绿素含量、碱性磷酸酶活力等都有明
显的增加[12]。因此, 本文以乐果为有机磷农药代表种类,
选取淡水常见优势种类四尾栅藻 (Scenedesmus quadri-
canda)为实验对象 , 从营养源角度系统研究乐果对四尾
栅藻促进作用的特征与规律, 进一步揭示乐果促进四尾
栅藻生长的生理生化机理。以期对有机磷农药及其降解产
物在微藻生长过程中提供营养源的系统研究进行补充 ,
并进一步为有机磷类农药的生态风险评价提供更全面的
资料支持。
3期 刘莉莉等: 乐果对四尾栅藻碳、氮、磷营养缺乏的替补效应 589
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验所用的四尾栅藻由暨南大学水生生物研究中心
藻种室提供, 分离自暨南大学明湖。 采用 Chu-10培养基
保存。Chu-10 培养基主要成分如下 : CaCl2·2H2O、
MgSO4·7H2O、Na2CO3、K2HPO4、NaNO3、Na2SiO3·9H2O、
柠檬酸铁溶液、微量元素, 其中碳、氮、磷元素含量分别
为 1.43、14、1.18 mg/L [13]。
乐果农药是由广州农药厂从化分厂生产的广农牌乐
果乳油(50%乳油), 其有效成分为乐果。配制 800 mg/L水
溶液 , 经连续元素流动分析仪 (Auto Analyzer3, BRAN
LUEBBE, Germany)测定配置农药中亚硝酸盐、可溶性磷
酸盐、总磷含量分别为 1921、122、50.2 mg/L。
1.2 实验设计
在无菌条件下, 将处于指数生长期的四尾栅藻离心
(3500 r/min, 5min, 24 ), ℃ 经无菌蒸馏水反复清洗后接种
蒸馏水中进行饥饿驯化 3d, 使藻体内蓄积的营养盐消耗
完[7, 14]。分别配制单一碳源(Na2CO3)、氮源(NaNO3)、磷
源(K2HPO4)缺失以及完全无碳、氮、磷的 Chu-10培养基,
并以正常、1/10、1/100、1/1000的 Chu-10作为对照。将
饥饿 3d 的备用四尾栅藻接种到上述各培养基中, 根据预
实验结果设定 3个浓度乐果处理, 分别为 0(对照)、0.1和
1 mg/L。经计算, 1 mg/L乐果农药碳、氮、磷元素含量分
别为: 121.45、28.34、62.75 μg/L。将添加农药后的藻液
分装到 50 mL玻璃试管(Schott Duran, Germany)中, 藻液
体积共为 35 mL。放置于人工气候培养箱(CC275TL2H,
Xutemp)中进行一次性培养, 每个处理设 3 个重复。每天
早中晚颠倒混匀藻液, 并随机更换玻璃试管位置, 以避免
光照不均匀带来的影响。
1.3 生长指标的测定
藻细胞生长情况采用叶绿素荧光仪(TD-700, Turner
Design)测定藻体的叶绿素荧光值[15, 16]。
采用血球计数板(MC, 上海)统计藻细胞数目变化 ,
取样体积为 100 μL。
1.4 数据分析
实验数据汇总和绘图 origin8.0, 统计学分析采用
SPSS 13.0进行单因素方差分析(One-way ANOVA), 并采
用 LSD进行多重比较。
2 结果
2.1 四尾栅藻在不同浓度培养基中的生长情况
四尾栅藻在不同浓度Chu-10培养基中的细胞密度和
叶绿素 a含量(图 1)。与完整 Chu-10培养基相比, 1/10、
1/100 和 1/1000 浓度组四尾栅藻细胞密度分别降低了
57%、65%和 72%; 叶绿素 a含量则分别降低到 38%、29%
和 21%(图 1)。


图 1 四尾栅藻在不同浓度培养基中的细胞密度和叶绿素 a含量
Fig. 1 Cell density and content of Chl.a in S. quadricanda under
different Chu-10 medium

2.2 乐果对 4类营养缺乏条件下藻细胞密度的影响
在实验设计的 4 种培养条件下, 有机磷农药乐果对
四尾栅藻细胞密度影响(图 2)。
完全不添加碳、氮、磷源处理组(图 2a), 0.1和 1 mg/L
乐果处理组在第 10天的藻细胞密度分别下降到对照组的
91%和 80%。在无磷培养液中, 添加 0.1和 1 mg/L处理(图
2b), 第 10 天的藻细胞密度分别比对照组提高了 20%和
7%。在无氮培养液中, 添加 0.1和 1 mg/L处理, 第 10天
的藻细胞密度分别是对照组的 104%和 89%(图 2c)。在无
碳培养液中, 添加 0.1和 1 mg/L处理, 第 10天的藻细胞
密度分别比对照组提高了 14%和 10%(图 2d)。
2.3 乐果对四种营养缺乏条件下四尾栅藻叶绿素 a 含量
的影响
在实验设计的 4 种培养条件下, 有机磷农药乐果对
四尾栅藻叶绿素 a含量影响(图 3)。
完全不添加碳、氮、磷源处理组(图 3a), 0.1和 1 mg/L
乐果处理组在第 10天的藻叶绿素 a含量分别下降到对照
组的 87%和 73%。在无磷培养液中, 0.1和 1 mg/L乐果处
理下四尾栅藻在第 10天的叶绿素 a含量分别比对照组提
高了 25%和 10%(图 3b)。在无氮培养液中, 0.1和 1 mg/L
乐果处理下四尾栅藻第 10天的叶绿素 a含量分别是对照
组的 106%和 83%(图 3c)。在无碳培养液中, 0.1和 1 mg/L
乐果处理下四尾栅藻第 10天的叶绿素 a含量分别比对照
组提高了 18%和 13%(图 3d)。
3 讨论
有机磷农药乐果能够作为四尾栅藻生长所需的替代
碳、氮或磷源。在有机磷农药合成过程中, 碳、氮、硫等
元素的加入也能够进入藻细胞内并被微藻分解利用, 如
Perona 研究颤藻可利用磷胺作为碳源和磷源生长[21]。培
590 水 生 生 物 学 报 36卷


图 2 乐果对四尾栅藻在四种营养缺乏条件下细胞密度的影响(a. 无碳、氮和磷; b. 无磷; c. 无氮; d. 无碳)
Fig. 2 Cell density of S. quadricanda treated with dimethoate in CNP-free(a), P-free(b), N-free(c), C-free(d) medium

养液中溶解态无机磷不足或者有机磷农药作为唯一磷源时,
微藻碱性磷酸酶可将有机磷农药转化成无机磷酸盐[20, 21]。
以乐果为例 , 在其合成过程中 , 与甲胺结合的基团是醋
酸基团, 因此在弱碱性水体中易发生水解。目前, 大量的
研究证实溶解有机碳、溶解有机氮对微藻生长过程也具有
显著的促进作用[22—24]。然而在有机磷农药对微藻刺激效
应研究中, 对有机磷农药构成元素的碳、氮等在促进微藻
生长中的作用研究却鲜有报道。因此, 本论文主要探索在
有机磷农药促进微藻生长过程中, 有机磷转换成无机磷
的同时是否可额外提供碳源、氮源促进微藻的生长潜能。
在本研究中有机磷农药作为唯一碳、氮或磷源条件下, 0.1
mg/L 乐果能够显著促进无磷培养液中四尾栅藻的细胞密
度的增加(P<0.05), 对藻细胞叶绿素 a 含量的促进作用表
现的极为显著(P <0.01)。0.1和 1 mg/L乐果对无碳培养液
中四尾栅藻细胞密度在第 9、第 10 天表现出较显著的促
进效应(P <0.05)。0.1 mg/L乐果对无氮培养液中四尾栅藻
的生长无显著影响(P >0.05), 1 mg/L乐果对无氮培养液中
四尾栅藻抑制效应从第 7天开始表现显著(P <0.05)。综合
上述实验结果可以推断, 有机磷农药乐果不仅能够提供
磷源缓解磷饥饿对微藻的抑制效应, 同时可以提供碳源
供微藻生长所需。
有机磷农药乐果促进微藻的效应受其本身化学组成
和毒性作用的影响, 表现出一定的局限性。有机磷农药能
促进藻类生长的机理之一是因为藻类能利用有机磷农药
作为其生长的磷源。然而也有研究表明, 培养液中存在无
机磷条件下 , 微藻优先利用溶解态无机磷 , 对有机磷的
利用较少。沈宏等认为, 一定浓度有机磷和无机磷在促进
微藻生长过程中存在某种协同作用。在培养基中加入低浓
度的有机磷农药后促进藻类生长的主要原因不是因为藻
类利用有机磷作为生长的磷源而加速生长, 而是因为有
机磷的加入促进了藻类对溶解态无机磷的摄取[17—19]。另外,
钱善勤等研究铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和蛋白核
小球藻(Chlorella pyrenoidosa)分别以 1-磷酸-葡萄糖、环
磷酸腺苷(c-AMP)和三磷酸腺苷(ATP)为磷源的生长中证
实 , 有机磷的利用能力与碱性磷酸酶活性呈显著正相
关[25]。乐果作为碳、氮或磷源直接被四尾栅藻吸收利用
受诸多因素影响。在本实验中, 在完全不添加碳、氮和磷
源条件下四尾栅藻的生长受乐果农药毒害作用, 表现出
显著的抑制效应(P <0.05)。与完全 Chu-10培养基中四尾
栅藻的生长情况相比, 在乐果作为碳、氮或磷源条件下,
细胞密度和叶绿素 a含量均显著降低(P <0.01), 这主要受
营养盐含量限制引起。单一缺失碳、氮或磷源处理组, 四
尾栅藻细胞密度和叶绿素 a含量与完全无碳、氮、磷处理
组无显著差异(P >0.05)。乐果作为碳源和磷源处理组, 四
3期 刘莉莉等: 乐果对四尾栅藻碳、氮、磷营养缺乏的替补效应 591


图 3 乐果对四种营养缺乏条件下四尾栅藻叶绿素 a含量的影响(a. 无碳、氮和磷; b. 无磷; c. 无氮; d. 无碳)
Fig. 3 Content of Chlorophyll a in S. quadricanda treated with dimethoate in CNP-free(a), P-free(b), N-free(c), C-free(d) medium

尾栅藻生长情况与 1/10 Chu-10培养液中生长情况无显著
差异(P >0.05)。即 1 mg/L乐果中所含碳、磷源(121.45、
62.75 μg/L)利用率可达到 1/10 Chu-10培养液中碳磷水平
(143、118 μg/L)。而在乐果作为氮源条件下, 四尾栅藻的
生长情况与 1/100和 1/1000 Chu-10培养液处理组无显著
差异(P >0.05)。这也与 1 mg/L乐果农药中的氮含量(28.34
μg/L)介于 1/1000 Chu-10和 1/100 Chu-10的 14—140 μg/L
有关。这一结果进一步验证了刘梅和刘赞对乐果作为磷源
促进普通小球藻生长的研究, 藻细胞内乐果含量迅速下
降, 在胞内碱性磷酸酶作用下分解作为磷源供生长所需
[12]。本研究进一步证实, 有机磷农药乐果不仅能够作为磷
源促进微藻的生长, 同时也能够提供碳源、氮源增强其促
进生长的效应。然而, 低浓度的乐果对四尾栅藻产生的促
进作用仍处于较低水平, 这可能与微藻碱性磷酸酶活性
以及乐果对微藻产生毒害效应有关。
参考文献:
[1] 陈碧鹃, 陈民山. 甲基异柳磷、水胺硫磷对海洋藻类(金
藻)、 贝类(紫贻贝、蓝蛤)及对虾仔虾的毒性影响. 海洋
环境科学, 1993, 12(2): 12—17
[2] Ru S G, Li Y Q, Jing Y C. Comparison study on the toxicity
of ten organophosphorus pesticides to Platymonas sp. [J].
Acta Scientiae Circumstantiae, 1996, 16(3): 337—341 [汝少
国, 李永祺, 敬永畅. 十种有机磷农药对扁藻的毒性效应.
环境科学学报, 1996, 16(3): 337—341]
[3] Fuentes E, Baez M E, Labra R. Parameters affecting micro-
wave-assisted extraction of organophosphorus pesticides
from agricultural soil [J]. Journal of Chromatography A,
2007, 1169(1): 40—46
[4] Li Y Y, Hong H S, Wang X H, et al. Estimation of the
sources of organophosphorus pesticides in Xiamen sea area
[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(8): 1071—1077
[李永玉, 洪华生, 王新红, 等. 厦门海域有机磷农药污染
现状与来源分析 . 环境科学学报 , 2005, 25(8): 1071—
1077]
[5] Wang L, Li X C, Yin Y F, et al. Organophosphate pesticide
residue monitoring and risk assessment in the sea-water from
Laizhou Bay [J]. Journal of Safety and Environment, 2007,
7(3): 83—85 [王凌, 黎先春, 殷月芬, 等. 莱州湾水体中
有机磷农药的残留监测与风险影响评价. 安全与环境学
报, 2007, 7(3): 83—85]
[6] Zhang Z L, Yu G, Hong H S, et al. Environmental behavior
and risk assessment of organic phosphorus pesticides at wa-
ter from Jiulong river Estuary [J]. Environmental Science,
592 水 生 生 物 学 报 36卷
2002, 23(suppl.): 73—78 [张祖麟, 余刚, 洪华生, 等. 河
口水体中有机磷农药的环境行为及其风险影响评价. 环
境科学, 2002, 23(增刊): 73—78]
[7] Shen H, Song L R, Zhou P J, et al. Kinetic studies on the
effects of organophosphorus pesticides on the growth of Mi-
crocystis aeruginosa and the uptake of phosphorus forms by
Microcystis aeruginosa in Dianchi Lake [J]. Acta
Hydrobiologica Sinica, 2007, 31(6): 863—868 [沈宏, 宋立
荣, 周培疆, 等. 有机磷农药对滇池微囊藻生长和摄磷效
应的影响. 水生生物学报, 2007, 31(6): 863—868]
[8] Tang X X, Li Y Q. The effect of parathion on the synthesis of
protein and nucleic acid in Phaeodactylum tricornutum [J].
Acta Ecologica Sinica, 2000, 20(4): 598—600 [唐学玺, 李
永祺. 对硫磷对三角褐指藻核酸和蛋白质合成动态的影
响. 生态学报, 2000, 20(4): 598—600]
[9] Zhang L, Duan S S, Sun K F, et al. Hormesis effect of
organophosphorus pesticide glyphosate-isopropylammonium
on Phaeocystis globosa [J]. Ecology and Environmental,
2010, 19(1): 51—56 [张磊, 段舜山, 孙凯峰, 等. 有机磷
农药草甘膦异丙胺盐对球形棕囊藻的刺激效应. 生态环
境学报, 2010, 19(1): 51—56]
[10] Fang H S, Zhang L, Duan S S. Hormesis effect of organo-
phosphorus pesticide dichlorvos on harmful algal bloom
specie Heterosigma akashiwo [J]. Ecology and Environ-
mental, 2010, 19(5): 1025—1029 [方汉孙, 张磊, 段舜山.
有机磷农药敌敌畏对赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)
的毒物刺激效应 . 生态环境学报 , 2010, 19(5): 1025—
1029]
[11] Xie R, Tang X X, Li Y Q, et al. Preliminary study on mecha-
nism of profenofos on marine microalgae proliferation [J].
Acta Scientiae Circumstantiae, 2000, 20(4): 437—477 [谢荣,
唐学玺, 李永祺, 等. 丙溴磷影响海洋微藻生长机理的初
步研究. 环境科学学报, 2000, 20(4): 437—477]
[12] Liu M, Liu Z. Studies of positive growth response to low
concentration organophosphorus pesticide dimethoate [J].
Urnal of Jiaozuo Institute of Technology, 1998, 17(5): 396—
399 [刘梅, 刘赞. 低浓度有机磷农药乐果促进普通小球藻
生长的研究. 焦作工学院学报, 1998, 17(5): 396—399]
[13] Guillard R R L, Lorenzen C J. Yellow-green algae with
chlorophyllide C [J]. Journal of Phycology, 1972, 8(1): 10—
14
[14] Mostafa M E, Hossam M K, Ola H E. Effect of atrazine
herbicide on growth, photosynthesis, protein synthesis and
fatty acid composition in the unicellular alga Chlorella
kessleri [J] . Ecotoxic Environment Safe, 1994, 29: 349—358
[15] Matsubara T, Nagasoe S, Yamasaki Y, et al. Effects of tem-
perature, salinity, and irradiance on the growth of the
dinoflagellate Akashiwo sanguinea [J]. Journal of Experi-
mental Marine Biology and Ecology, 2007, 2: 226—230
[16] Nagasoe S, Kim D, Shimasaki Y, et al. Effects of tempera-
ture, salinity and irradiance on the growth of the red tide
dinoflagellate Gyrodinium instriatum Freudenthal et Lee [J].
Harmful Algae, 2006, 5: 20—25
[17] Honkanen T, Jormalainen V. within-alga integration and
compensation: effects of simulated herbivory on growth and
reproduction of the brown alga, Focus vesiculosus [J]. In-
ternational Journal of Plant Sciences, 2002, 163(5): 815—
823
[18] Shen H, Lin J, Zheng Z H, et al. Kinetic studies on the ef-
fects of organophosphorus pesticides on the growth of Mi-
crocystis A. and its uptake to phosphorus [J]. Acta Hydrobi-
ologica Sinica, 2004, 28(2): 174—179 [沈宏, 林俊, 郑振华,
等. 有机磷农药对铜绿微囊藻生长及摄磷效应的动力学
研究. 水生生物学报, 2004, 28(2): 174—179]
[19] Cai Z P. Study on the hormesis induced by organophosphorus
pesticides in marine microalgae and its mechanisms [D].
Research Centre of Hydrobiology, Jinan University. Guang-
zhou. 2009 [蔡卓平. 有机磷农药对海洋微藻的毒物兴奋
效应及其机理研究. 博士学位论文, 暨南大学水生生物研
究中心, 广州. 2009]
[20] Tian S Z, Liu Z, Weng J H, et al. Growth of Ghlorella vul-
garis in cultures with low concentration dimethoate as source
of phosphorus [J]. Chemosphere, 1997, 35(11): 2713—2718
[21] Perona E. Alteration of dinitrogen fixing and metabolism in
cyanobacterium Anabaena PCC7119 by phosphamidon [J].
Environmental and Experimental Botany, 1991, 1(4): 479—
488
[22] Liu X J, Duan S S, Li A F, et al. Effects of organic carbon
sources on growth, photosynthesis, and respiration of
Phaeodactylum tricorntum [J]. Journal of Applied Phycology,
2009, 21(3): 239—246
[23] Liu X J, Duan S S, Li A F. Effects of organic carbon sources
and nitrogen sources on the growth of Phaeodactylum tri-
cornutum [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2008, 32(2): 252—
257 [刘晓娟, 段舜山, 李爱芬. 有机碳源和氮源对三角褐
指藻生长的影响. 水生生物学报, 2008, 32(2): 252—257]
[24] Hu Z X, Xu N, Duan S S, et al. Effects of urea on the growth
of Phaeocystis globosa, Scrippsiella trochoidea, Skeleto-
nema costatum [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2010,
30(6): 1265—1270 [胡章喜, 徐宁, 段舜山, 等. 尿素对中
国近海 3种典型赤潮藻生长的影响. 环境科学学报, 2010,
30(6): 1265—1270]
[25] Qian S Q, Kong F X, Zhang M, et al. Utilization of dissolved
organic phosphorus and the growth of Microcystis aerugi-
nosa and Chlorella pyrenoidosa [J]. Journal of Lake Sciences,
2010, 22(3): 411—415 [钱善勤, 孔繁翔, 张民. 等. 铜绿
微囊藻和蛋白核小球藻对不同形态有机磷的利用及其生
长. 湖泊科学, 2010, 22(3): 411—415]