全 文 ：第 2卷第 5期
2 00 9年 　9月
水 生 态 学 杂 志
JournalofHydroecology
　Vol.2, No.5
　Sep, 2009
　　收稿日期:2008-10-20
基金项目:江苏省社会发展项目(BS2002016)资助。
通讯作者:黄鹤忠 , E-mail:suda-shui@ 163.com
作者简介:吴小松 ,女 , 1983年生 ,硕士研究生 , 主要从事水生生
物和环境保护学研究。
龙须菜对水体 Cu2+ 、Cd2+的去除效率及其生理响应
吴小松 , 黄鹤忠 ,丁飞飞 , 陈金凤
(苏州大学生命科学院 , 苏州大学水产研究所 ,江苏 苏州　215123)
摘要:通过室内实验 ,研究了龙须菜对水体 Cu2+、Cd2+的去除效率及其部分生理生化指标的变化状况。 结果显
示 , 龙须菜对水体低浓度(0.05 mg/L)Cu2+、Cd2+的去除率分别达到了 99.9%和 93.1%;对较高浓度(0.5 mg/L)
Cu2+、Cd2+的去除率分别为 55.24%和 86.15%;水体较高浓度(0.5 mg/L)Cu2+会导致龙须菜叶绿素 a、b和藻红
素的含量均显著下降(P<0.05), 而高浓度(2.5 mg/L)Cd2+不会导致色素含量的显著下降;龙须菜对环境中
Cu2+的生理响应浓度也明显小于 Cd2+, 藻体 SOD活性出现峰值且 MDA含量显著高于(P<0.05)对照组的浓度
水平分别为 Cu2+0.05 mg/L及 Cd2+0.5 mg/L。龙须菜更适宜作为对海水 Cd2+污染进行生物修复的植物 。
关键词:龙须菜;铜;镉;去除率;生理响应
中图分类号:X55, X820.6　　文献标志码:A　　文章编号:1674-3075(2009)05-0041-05
　　近年来 ,随着城市建设规模和工农业生产的发
展 ,大量污水通过各种途径最终进入大海 ,导致近海
环境中铜 、镉等重金属离子的含量不断增高 ,并可进
入食物链危害动物及人体健康(SugiyamaM, 1994)。
因此 ,重金属对水体污染及由此造成的对水生植物
的毒害已成为各国同行的研究热点之一(GFLebo-
ransetal, 1996;DursunAYetal, 2003)。利用海洋
环境中的天然生物如大型海藻进行海洋环境的修复
已日益受到人们重视 (RainbowPSetal, 1993;
VoleskyBetal, 1993)。本文旨在通过大型海藻龙
须菜(Gracilarialemaneiformis)对 Cu2 +、Cd2+的去除
率及其部分生理生化指标的研究 ,以探讨藻类对重
金属的耐受机制 ,寻求利用大型海藻对海水重金属
污染进行生物修复和环境监测的有效途径。
1　材料与方法
1.1　材料来源及其预培养
龙须菜采自福建海区 ,经空运带回实验室 ,选择
健康藻体 ,以海水反复冲洗藻体去除表面附着物 ,放
入略加改进的 f/2培养液中预培养 。培养条件为:
水温(23±1)℃,光照强度 2 000lx,光照周期 12L∶
12D,盐度 25, pH值 8.0。
1.2　实验设计
在 Cu2+、Cd2+浓度对龙须菜生长影响的试验中
发现 ,龙须菜在 Cu2+浓度为 2.5 mg/L的环境中 3d
时 ,藻体即褪色发白 、变软 , 6 d时即死亡;而在相同
浓度的 Cd2+环境下培养 6d时其藻体基本正常 。因
此 ,我们分别设置了 3个 Cu2 +浓度组(0.05、0.25、
0.5mg/L)和 3个 Cd2 +浓度组(0.05、0.5、2.5 mg/
L)以及 1个对照组(Cu2+、Cd2 +浓度均为 0)进行实
验 ,每组均分别设置 3个平行 ,培养条件同预培养的
条件。
1.3　实验方法
1.3.1　龙须菜对水体中 Cu2+和 Cd2+去除效率的
测定　分别于实验后的第 4天取各组水样 5 mL,密
封保存 ,用等离子发射光谱仪(VistaMPX)测定水体
中各重金属离子的含量。按以下公式计算龙须菜对
水体中各重金属离子的去除率:去除率(%)=[ (重
金属离子的起始浓度 -培养后重金属离子的浓
度)/重金属离子起始浓度 ] ×100%。
1.3.2　龙须菜生理生化指标的测定　于实验后的
第 6天取各组实验藻体分别测定 。
叶绿素含量的测定:采用丙酮提取 ,分光光度法
测定 663 nm、645 nm波长下的吸光值 ,单位为 mg/g
(汤章城 , 1999);藻红素(PE)含量的测定:参照达维
斯 C, J(1989)的方法 ,测定 565 nm处的吸光值 ,单
位为 mg/g(达维斯 CJ, 1989);丙二醛(MDA)含量
测定:参照 Heath等的硫巴比妥酸(TBA)比色法 ,单
位为 μg/g(HeathRLetal, 1968);SOD活性的测
定:参照氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光化学还原法 ,以
抑制 NBT光化还原 50%为 1个酶活性单位 ,单位
NU/g(姜虎生等 , 2005);POD活性测定:参照愈创
木酚方法 ,在 470 nm下每隔 1 min读一次吸光值 ,
DOI :10.15928/j.1674-3075.2009.05.008
以每分钟吸光值的变化表示酶的活性的大小 ,单位
为■470nm/(min.g)(KochbaJetal, 1977)。
2　结果
2.1　龙须菜对水体中 Cu2 +和 Cd2+的去除效率
从图 1中可以看出 , 龙须菜对水体中 Cu2+和
Cd2+的去除效率均随金属离子浓度的升高呈下降
趋势 ,但 2种重金属离子去除效率的差异明显。在
Cu2+和 Cd2+浓度均为 0.05 mg/L时的去除率分别
达到了 99.9%和 93.1%,且对 Cu2+的去除率略高
于 Cd2+;而 Cu2+和 Cd2+浓度均提高至 0.5 mg/L
时 ,龙须菜对 Cu2+、Cd2 +的去除率分别为 55.24%、
86.15%,且对 Cd2+的去除率显著高于 Cu2+(P<
0.05);在 Cd2 +浓度 2.5 mg/L时的去除率也达
63.1%。
2.2　Cu2 +和 Cd2+浓度对龙须菜中叶绿素含量的
影响
由图 2、图 3可见 ,当 Cu2 +浓度为 0.05 mg/L、
Cd2+浓度在 0.5 mg/L以内时 ,龙须菜体内叶绿素 a
和叶绿素 b的含量均高于对照组;随着 Cu2 +和 Cd2+
浓度的增加 ,叶绿素 a、b的含量均呈现下降趋势。
在高浓度 Cu2 +(0.5mg/L)处理下 ,叶绿素 a、b含量
较对照组显著下降(P<0.05),也显著低于 Cd2+在
此浓度下的叶绿素 a、b含量(P<0.05);但在高浓
度 Cd2+(2.5 mg/L)处理下 ,叶绿素 a、b含量较对照
组虽有下降但不显著 (P>0.05)。
2.3　Cu2+和 Cd2+浓度对龙须菜藻红素(PE)含量
的影响
图 4显示了藻红素含量随 Cu2+、Cd2+浓度的升
高均呈下降趋势 ,其中 0.5 mg/LCu2+组的藻红素含
量显著低于对照组(P<0.05),且显著低于 0.5 mg/
LCd2+组的藻红素含量水平(P<0.05)。
2.4　Cu2 +和 Cd2+浓度对龙须菜 SOD活性的影响
从图 5中可看出 ,随着 2种重金属离子处理浓
度的增高 ,藻体 SOD活性均呈现显著升高而后下降
的变化过程 , SOD活性出现峰值的处理浓度分别为
0.05 mg/L(Cu2+)及 0.5 mg/L(Cd2+),且均显著高
于对照组的 SOD活性水平(P<0.05)。
2.5　Cu2 +和 Cd2+浓度对龙须菜 MDA含量的影响
由图 6可见 ,随 Cu2 +、Cd2 +处理浓度的升高 ,藻
体 MDA含量呈明显上升趋势 , 在 Cu2+处理浓度
0.05、0.25、0.5 mg/L组和 Cd2+处理浓度 0.5、2.5
mg/L组 ,藻体 MDA含量显著高于对照组的水平(P
<0.05)。
图 1　龙须菜对 Cu2+和 Cd2+去除率
Fig.1　G.lemaneiformistowipeoffratio
ofCu2+andCd2+
图 2　Cu2+、Cd2+浓度对龙须菜叶绿素 a含量的影响
Fig.2　EffectonChl.acontentofG.lemaneiformis
todiffeconcentrationsofCu2+andCd2+
图 3　Cu2+、Cd2+浓度对龙须菜叶绿素 b含量的影响
Fig.3　EffectonChl.bcontentofG.lemaneiformisto
differentconcentrationsofCu2+andCd2+
图 4　Cu2+、Cd2+浓度对龙须菜藻红素含量的影响
Fig.4 EfectonPEcontentofG.lemaneiformisto
differentconcentrationsofCu2+andCd2+
42 第 2卷第 5期　 　　　　　　　　　　水 生 态 学 杂 志　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年 9月
图 5　Cu2+、Cd2+浓度对龙须菜 SOD活性的影响
Fig.5　EffectonSODcontentofG.lemaneiformisto
differentconcentrationsofCu2+andCd2+
图 6　Cu2+、Cd2+浓度对龙须菜 MDA含量的影响
Fig.6　EffectonMDAcontentofG.lemaneiformisto
differentconcentrationsofCu2+andCd2+
3　讨论
植物对环境中重金属离子的去除能力反映了该
植物对重金属的生物修复能力 ,本实验结果显示了
龙须菜对水体中 Cu2+、Cd2+的去除率与该离子浓度
呈负相关 。龙须菜对低浓度(0.05 mg/L)Cu2+有很
高的去除率 ,这一浓度正是我国海水水质标准中的
Ⅳ、Ⅴ类水质限量水平 , 表明龙须菜对普通海水
Cu2+污染的生物修复具有一定的应用价值;龙须菜
对 Cd2+的去除能力更强 ,对高浓度 Cd2+(2.5 mg/
L,相当于我国海水水质标准中的Ⅳ类水质 Cd2+限
量水平的 250倍)的去除率仍可达到 86.15%。因
此 ,龙须菜是理想的对海水 Cd2+污染进行生物修复
的植物。
本实验结果发现 ,叶绿素 a和 b含量在低浓度
(0.05mg/L)Cu2+、Cd2+处理下比对照组有所升高 ,
这与付世景等(2007)得出的低浓度 Cd2+促进叶绿
素合成的结果是一致的 ,其原因有待进一步研究。
而随着 Cu2+、Cd2+浓度的升高 ,叶绿素 a和 b含量
则呈明显下降趋势 ,且 Cu2 +的负面作用更加显著。
这可能是因为高浓度 Cu2+导致叶绿体片层中捕光
chla/b-pro复合体合成受到抑制 (AlberteRS,
1997)。同时 ,本实验中较低浓度(0.25 mg/L)的
Cu2 +处理即可导致龙须菜体内 SOD活性显著下降 ,
导致对 O2-歧化能力减弱 ,大量的氧自由基不能迅
速清除 ,破坏了线粒体和叶绿体的结构和功能 ,并造
成色素蛋白被氧化 ,抑制叶绿素的合成 ,导致叶绿素
破坏 ,从而造成叶绿素 a和 b含量下降 ,这将影响藻
体的光合作用和正常生长发育(李影等 , 2006)。本
实验结果表明 ,龙须菜的叶绿素 a、b含量在 Cd2 +高
浓度 (2.5mg/L)处理组比低浓度处理组要低 ,这是
由于过量的 Cd2+被植物吸收后 ,细胞内的重金属离
子作用于叶绿素生物合成途径中酶的肽链中富含
-SH的部分 ,改变了正常构型 ,抑制了酶的活性和
阻碍了叶绿素的合成 (SomashekaraiahBVetal,
1992)。
红藻的光合色素是叶绿素和藻胆蛋白 ,藻胆蛋
白包括藻红蛋白(即藻红素 , PE)、藻蓝蛋白(PC)和
别藻蓝蛋白(APC)(王广策等 , 2004)。其中藻红蛋
白在藻胆体复合结构中位于外端 ,既能直接吸收光
能 ,作为天线色素参与光合作用 ,但同时又容易受环
境因素的影响 。本实验结果显示 ,随着 Cu2+、Cd2+
处理浓度的增大 ,藻红素(PE)的含量呈明显下降趋
势 ,说明藻红素极易受到重金属的破坏 ,同时藻红素
对 Cu2 +的敏感性明显大于 Cd2+。
植物体内活性氧的清除主要由抗氧化酶系统和
非酶性保护系统来完成 。在各种清除系统中 , SOD
处于第一道防线 。作为一种抗性酶 ,其在高等植物
的氧伤害 、器官衰老及抗逆性中所起的作用已经得
到证实(罗通等 , 2005)。 SOD作为超氧自由基清除
剂 ,活性高低与植物的抗性大小有一定的相关性 。
本实验中显示 ,随着 Cu2+、Cd2 +处理浓度的逐渐升
高 ,龙须菜 SOD活性先显著升高而后下降。这可能
是由于在低浓度 Cu2+、Cd2+处理下所产生的活性氧
能被 SOD及时清除 ,保护细胞免受氧化胁迫的伤
害;但在高浓度 Cu2+、Cd2+处理下 ,活性氧的增加超
过了正常的歧化能力 ,细胞内多种酶及膜系统遭到
破坏 ,生理代谢紊乱 , SOD活性反而受到抑制而下
降 。活性氧清除系统的第一道防线的破坏 ,引发了
活性氧的积累 ,进而引起膜脂过氧化 ,导致膜脂过氧
化产物丙二醛(MDA)含量的增高(苏玲等 , 2000;
KoeppeDE, 1997)。这与本实验中龙须菜体内丙二
醛(MDA)含量随 Cu2 +、Cd2+处理浓度的增大而升
高的结果是一致的。
4　结论
(1)龙须菜对水体中低浓度 (0.05 mg/L)的
432009年第 5期　　　　　　　　吴小松等 , 龙须菜对水体 Cu2+、Cd2+的去除效率及其生理响应
Cu2+、Cd2+的去除率均很高 ,分别达到了 99.9%和
93.1%;对水体较高浓度(0.5 mg/L)Cu2+、Cd2+的
去除率有明显不同 ,分别为 55.24%和 86.15%;对
高浓度(2.5 mg/L)Cd2+的去除率也达 63.1%。因
此 ,相比而言 ,龙须菜更适宜作为对海水 Cd2+污染
进行生物修复的植物。
(2)水体低浓度(0.05mg/L)Cu2 +或 Cd2+环境
下 ,龙须菜叶绿素 a和 b含量均有一定的提高但不
显著(P>0.05);而在水体较高浓度 (0.5 mg/L)
Cu2+环境下 ,会导致龙须菜叶绿素 a、b和藻红素的
含量均显著下降(P<0.05);环境 Cd2 +浓度从 0.5
mg/L至 2.5 mg/L条件下 ,龙须菜叶绿素 a、b和藻
红素含量均无显著下降 。说明龙须菜的上述光合色
素对 Cd2 +胁迫的适应性好于对 Cu2+。
(3)随着环境中 Cu2+或 Cd2+浓度的逐渐升高 ,
龙须菜 SOD活性均呈现先显著升高而后下降的变
化规律 ,同时其藻体的 MDA含量呈明显上升趋势。
但龙须菜对环境中 Cu2+的生理响应浓度明显小于
Cd2+ ,藻体 SOD活性出现峰值且 MDA含量显著高
于(P<0.05)对照组的浓度水平分别为 Cu2+0.05
mg/L及 Cd2+0.5 mg/L。
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(责任编辑　张俊友)
44 第 2卷第 5期　 　　　　　　　　　　水 生 态 学 杂 志　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年 9月
PhytoremediationandPhysiologicalResponseofCu2+ , Cd2+
ContaminatedWaterbyGracilarialemaneiformis
WUXiao-song, HUANGHe-zhong, DingFei-fei, CHENJin-feng
(InstituteofLifeScience, SuzhouUniversity, Fisheries
ResearchInstituteofSuzhouUniversity, Suzhou　215123, China)
Abstract:ExperimentsofphytoremediationandphysiologicindexvariabilityofGracilarialemaneiformisunderthe
persecutionofdiferentCu2+andCd2+contaminatedwaterwereconducted.Theresultsshowedthat, therespective
eficienciesofremovalwere99.9%and93.1% whentreatedG.lemaneiformiswith0.05 mg/LCu2 +andCd2+ ,
therespectiveeficienciesofremovalwere55.24% and86.15%whentreatedwith0.5mg/LCu2+andCd2+;the
highconcentrationCu2+(0.5mg/L)ledasignificantdecreaseofPEandchlorophylaandchl.binG.lemaneifor-
mis, whilethehighconcentrationCd2+(2.5mg/L)didn′tledaninsignificantdecrease;theconcentrationofphys-
iologicalresponseofCu2+waslowerthanCd2+ , themetalconcerntrtionlevelsthatofSODactivityhadapeakand
thecontentofMDAhadasignificantincreasewasat0.05 mg/L(Cu2+)and0.5mg/L(Cd2+)respectively.G.
lemaneiformisismoresuitableasabioremediationplanttoCd2+contaminatedwater.
Keywords:Gracilarialemaneiformis;Copper;Cadmium;Removalrate;Physiologicalresponse
452009年第 5期　　　　　　　　吴小松等 , 龙须菜对水体 Cu2+、Cd2+的去除效率及其生理响应