全 文 ：植物资源与环境学报　2005, 14(3):37 -41　　　　　　　
Journa l of P lan tR esources and Environmen t　　　　　
　　　
C r
6+和乙草胺对少根紫萍的毒性效应
湛灵芝 1, 2 , 铁柏清 1 , 毛晓茜 1 , 袁　敏 1 , 孙　健 1
(1. 湖南农业大学资源与环境学院 , 湖南长沙 410128;2. 长沙环境保护职业技术学院 , 湖南长沙 410004)
摘要:采用水培实验方法 ,研究了重金属 C r6+和除草剂乙草胺对少根紫萍(Spirodela oligorrhiza L. )生长的单一毒
性和联合毒性效应。结果表明 , C r6+和乙草胺对少根紫萍 96 h生长抑制的 IC50分别为 15. 4和 6. 95 mg L -1 ,在质
量浓度 1∶1的情况下 , C r6+与乙草胺共存对少根紫萍 96 h的 IC50为 3. 14 m g L - 1 ,二者为协同作用。随着 C r6+和
乙草胺处理浓度的增加 , 少根紫萍叶绿素 a浓度下降 ,复合污染对叶绿素 a的影响明显大于单一污染 , 也表现为协
同作用。另外 , 还对少根紫萍生长抑制实验进行了探讨 , 建议使用植物个体数和重复间的偏差作为衡量实验质量
的指标。
关键词:少根紫萍;铬;乙草胺;毒性效应
中图分类号:X173　　文献标识码:A　　文章编号:1004 -0978(2005)03 - 0037 -05
Toxic e ffects ofCr
6+
and acetochlor on Spirode la oligorrhiza L. 　ZHAN Ling-zh i1, 2 , TIE Bo-qing1 ,
MAO X iao-qian1 , YUAN M in1 , SUN Jian1 (1. C ollege o f Resources and Env ironmen t, Hu′nan
Ag ricultu re University, Chang sha 410128, China;2. Changsha Env ironmental Protection Co llege,
Changsha 410004, Ch ina), J. P lan tR esour. ＆Environ. 2005, 14(3):37 - 41
Abstract:The single toxic and joint tox ic effects of C r6+ and acetochlo r on Spirodela oligorrh iza L. w ere
stud ied. The results show ed tha t the IC50 o fC r
6+
and acetoch lo r toS. oligorrhiza for 96 h w ere 15. 4 and
6. 96 mg L -1 respectively, the IC50 of the joint toxic ity of C r6 +-ace toch lor for 96 h toS. oligorrhiza was
3. 14mg L- 1 in concentra tion 1∶1. The additive index (A I) of C r6 + and ace toch lor w as 0. 28, the
combined tox icitiesw ere the synergism action. W ith the increasing o f the trea tmen t concentration of C r
6+
and acetochlor, the con tent o f chlorophy ll a decreased. The tox icity of combined po llu tion of C r6 + and
acetoch lo r on S. oligorrh iza are obviously greater than tho se o f sing le pollution, a lso being the synergism
action. In addition, the qua lity contro l request ofS. oligorrhiza grow th inhibition testw as discussed. It is
suggested that the number o f frond and the dev iation o f repeat are to be qua lity indexes of grow th
inh ib ition test ofS. oligorrh iza.
Key words:Spirodela oligorrhiza L. ;C r6+;acetochlo r;tox icity e ffect
　　随着工农业生产的发展 ,水体中农药和重金属
造成的危害时有发生 。关于农药和重金属对水生动
物和藻类毒性效应的研究已有一些报道 [ 1 ～ 3] ,但对
高等水生植物的研究较少 ,且一般为单一因子对水
生植物的毒性效应研究。在水体中实际存在着多种
污染物 ,它们的作用无疑是综合的 ,用重金属和农药
的单一毒性的实验结果往往不能客观反映污染物共
存时对水生植物的危害程度 ,因而必须研究污染物
的联合毒性效应 。
少根紫萍 (Spirodela oligorrhiza L. )为浮萍科
(Lemnaceae)紫萍属 (Spirodela L. )植物 ,在中国分
布较广 [ 4, 5] , 生长于稻田 、池沼 、水塘 、湖泊等水体
中 。初步培养结果表明 ,该种植物不仅对培养条件
要求较低 ,而且生长非常迅速 ,生长期很长 ,一年四
季可得。大量的实验证明浮萍类植物是一类现实 、
有效的环境监测类植物 [ 6 ～ 8] ,具有操作简便 、灵敏 、
经济和可操作性等一系列的优点。目前 ,国内外的
研究集中于单一毒物对浮萍 (Lemna m inor L. )的生
长抑制实验[ 8 ～ 10] ,关于农药与重金属复合污染对浮
萍生长抑制实验的研究鲜有报道 ,而针对少根紫萍
的研究则更为少见 。
收稿日期:2005 - 02 - 23
基金项目:中日合作日本丰田基金项目 (Toyota Fund D01 - B3 -
010)
作者简介:湛灵芝(1979 - ),女 ,湖南岳阳人 ,硕士 ,讲师 ,主要从事
环境毒理学及环境评价的研究。
本文以使用较为广泛的除草剂乙草胺及常见的
重金属污染物铬为代表 ,以少根紫萍为研究对象 ,探
讨了 C r6+和乙草胺单一与复合处理下对少根紫萍
生长的影响 ,以期为利用少根紫萍监测水体污染提
供新的理论依据 ,并进一步丰富生态毒理学的内容 。
1　材料和方法
1. 1　实验材料
1. 1. 1　实验材料的采集和培养　从野外自然水体
采集少根紫萍 (Spirodela oligorrh iza L. ), 将其放入
曝气澄清的自来水中驯养 3 d后 ,放入搪瓷盘中 ,加
入 Hoag landy培养液[ 11]预培养 7 d,光照强度 3 000
lx,温度(25±2)℃,隔天向盘内添加 H oaglandy培养
液以保持液面高度 。于实验前取外形完好 、形状和
大小都相近的三叶状萍体进行实验。
1. 1. 2　试剂　K 2 C rO4 (AR)用蒸馏水配成浓度为
100mg L -1的 C r6+母液 ;乙草胺(山东侨昌化学有
限公司生产的 50%乙草胺乳油 )用蒸馏水稀释至
500mg L -1 ,现用现配。
1. 2　实验方法
1. 2. 1　处理方法　单一毒性实验:C r6+处理浓度
为 0、 7. 9、 10. 0、 12. 6、 15. 8、 20. 0、 25. 1和 31. 6
mg L -1 ,乙草胺处理浓度为 0、2. 5、4. 0、6. 3、10. 0、
15. 8、25. 1和 39. 8mg L -1 ,以 Hoaglandy培养液为
稀释液 。于培养皿内放入上述各处理液 ,每个培养
皿中放入 15个植物体 (5个三叶状体 ),每处理设 3
个重复 。于 (25±2)℃,光照强度 3 000 lx条件下加
盖连续培养 ,分别在 24、48、72和 96 h进行计数 。
联合毒性实验是在单一毒性实验的基础上 ,分
别配制浓度为 0、2. 5、4. 0、6. 3、10. 0、15. 8和 20. 0
mg L -1的 C r6 +及乙草胺溶液 ,再按 1∶1体积混合
后配制成联合毒性处理液用于联合毒性实验 ,实验
方法和观测指标同单一毒性实验。
1. 2. 2　指标测定
1. 2. 2. 1　生长指标统计　每日记录少根紫萍的植
物个体数 ,为了避免主观判断 ,只要新的植物体伸出
母体边缘 ,就计算在内 ,而老化死亡及失去色素且变
白变黄的个体则不记录。少根浮萍植物个体数的增
加表示其生长。各浓度组与对照组的差值表示毒性
效应。将数据代入下列公式求各处理组的生长速率
和生长抑制率[ 8] :
生长速率 (V) = ln(N N/ o)∕ t;生长抑制百分
率(I)=〔(Vo -Vn)∕ Vo〕×100%。式中:N为时间
t时的植物个体数;N o是初始植物个体数;Vo是对照
组生长速率;Vn是浓度组 n的生长速率。用 I和浓
度的对数组求回归方程 ,并计算出对少根紫萍生长
的半数抑制浓度 IC50。
1. 2. 2. 2　叶绿素 a含量测定　将每一培养皿中的
少根紫萍全部置于研钵中 , 加 80%丙酮研磨 5m in,
充分匀浆 。将匀浆液转入离心管中 , 用少量 80%丙
酮洗涤研钵 , 合并入离心管 , 然后用 80%丙酮稀释
至 5 mL, 置于 4℃静置提取 72 h, 取出 , 于 2 000
r m in-1离心 10 m in。取上清液于波长 630、645、663
和 750 nm处测定光密度值 ,光程为 1 cm。叶绿素 a
含量以匀浆液中叶绿素 a浓度(Ca)表示 ,用下列公
式计算:Ca =0. 10×OD630 - 2. 16×OD 645 +11. 64 ×
OD663 +9. 58×OD750。
2　结果和分析
2. 1　Cr6 +和乙草胺单一及联合毒性实验对少根紫
萍生长的影响
在不同浓度 C r6+、乙草胺和 C r6 + -乙草胺处理
液中少根紫萍 96 h的生长曲线见图 1、图 2和图 3。
实验结束时 ,各处理组植物个体数的平均值见表 1。
结果表明 , C r6 +和乙草胺对少根紫萍生长抑制的影
响随着浓度的增加而增强。以实验浓度对数值作自
变量 (X),少根紫萍生长抑制率 I为因变量(Y )求得
96 h的回归方程分别为:C r6 +:Y=2. 485 1X+2. 048 7
—◆— 0. 0 m g L -1;—■— 7. 9 m g L -1;—▲— 10. 0 m g L- 1;
—●— 12. 6 m g L -1;—◇— 15. 8 m g L- 1;—○— 20. 0 mg L- 1;
—△— 25. 1 m g L- 1;—□— 31. 6 m g L- 1
图 1　不同浓度 C r6+处理对少根紫萍生长的影响
F ig. 1　E ffects o f d ifferent concentra tions of C r6+ on the grow th
o f Sp irodela o ligorrhiza L.
38 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 14卷　
—◆— 0. 0m g L- 1;—■— 2. 5m g L- 1;—▲— 4. 0m g L- 1;
—●— 6. 3 mg L- 1;—□— 10. 0m g L- 1;—◇— 15. 8m g L - 1;
—△— 25. 1 mg L- 1;—○— 39. 8m g L- 1
图 2　不同浓度乙草胺处理对少根紫萍生长的影响
F ig. 2　E ffects o f d ifferent concentra tions of acetochlor on the
grow th of Spirode la olig orrhiza L.
—◆— 0. 0m g L- 1;—■— 2. 5m g L- 1;—▲— 4. 0m g L- 1;
—●— 6. 3 mg L- 1;—□— 10. 0m g L- 1;—○— 15. 8m g L - 1;
—△— 20. 0m g L - 1
图 3　Cr6+与乙草胺共存时对少根紫萍生长的影响
F ig. 3　E ffect o f Cr6+-acetochlor on the grow th
of Spirodela olig orrhiza L.
(r=- 0. 978 3);乙草胺:Y =2. 028 4X +3. 292 5
(r=-0. 960 2);C r6+ -乙草胺:Y =1. 565 7X +
4. 103 9(r=- 0. 975 1)。 C r6+和乙草胺 96 h IC50值
及 95%的置信区间分别为 15. 4 mg L- 1(11. 99 ～
19. 78)和 6. 95mg L- 1(5. 11 ～ 9. 45);C r6 + -乙
草胺对少根紫萍的 96 h IC50值及 95%的置信区间
为 3. 14mg L -1(2. 43 ～ 5. 75)。根据联合毒性相
加指数法 [ 11]求得 A I值为 0. 28,大于零 ,表明 C r6+
和乙草胺对少根紫萍的毒性为协同作用。
2. 2　Cr6+与乙草胺单一及联合毒性实验对少根紫
萍叶绿素 a含量的影响
实验结束时 , C r6+和乙草胺单一及联合毒性实
验中各处理组少根紫萍叶绿素 a含量的测定结果见
表 2。
表 1　不同浓度 Cr6+和乙草胺处理对少根紫萍生长率的影响 1)
Tab le 1　Effects of differen t concentra tions of Cr6+ and acetochlor
on the grow th ra te of Spirod ela oligorrhiza L. 1)
处理
T reatm en t
浓度
/mg L- 1
Con c.
X SD 2 V /% I /%
C r6+ 0. 0 39. 00 28. 00 13. 6 0. 0
7. 9 31. 00 7. 00 8. 5 24. 0
10. 0 27. 33 5. 33 8. 4 37. 2
12. 6 27. 00 9. 00 11. 1 38. 5
15. 8 24. 67 4. 33 8. 4 47. 9
20. 0 22. 33 4. 33 9. 3 58. 4
25. 1 20. 67 8. 33 14. 0 66. 4
31. 6 17. 67 4. 01 11. 3 82. 8
Acetoch lor 0. 0 35. 33 4. 33 5. 9 0. 0
2. 5 30. 00 4. 00 6. 7 19. 1
4. 0 26. 00 4. 00 7. 7 35. 8
6. 3 22. 67 0. 33 2. 7 51. 8
10. 0 21. 67 6. 33 11. 1 57. 0
15. 8 20. 00 4. 00 10. 0 66. 43
25. 1 17. 67 2. 33 8. 6 80. 9
39. 8 15. 33 0. 33 3. 8 97. 5
C r6+-acetoch lor 0. 0 38. 33 0. 33 1. 5 0. 0
2. 5 27. 00 3. 00 6. 4 37. 4
4. 0 22. 00 1. 00 4. 5 59. 2
6. 3 21. 33 0. 33 2. 7 62. 5
10. 0 20. 00 0. 00 0. 0 69. 3
15. 8 17. 33 2. 33 8. 8 84. 6
20. 0 16. 67 0. 33 3. 5 88. 7
　1) X:各处理组的植物个体数的平均值 (个) The m ean of the
number of frond s of every treatm ent group;SD 2:各平行样本的方差 The variance of each parallel samp le;V:偏差 Deviation;I:各
处理组相对对照组的生长抑制率 Th e grow th inhibitory rate
con tras ting w ith the con tro.l
从表 2可以看出 ,随 C r6+及乙草胺浓度的增
加 ,叶绿素 a的含量下降 , C r6+与乙草胺共存时对叶
绿素 a的伤害要大于单一污染 ,表现为协同作用。
叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素 ,其含量
的高低能够反映光合作用水平的强弱。严重玲
等[ 12]认为叶绿素含量减少是衡量叶片衰老的重要
生理指标;Som ashekaraish等 [ 13] 认为叶绿素含量降
低的原因主要是外来因子作用于叶绿素生物合成途
径中几种酶的肽链中富含— SH的部分 ,抑制了酶的
活性从而阻碍了叶绿素的合成 。本研究结果表明 ,
C r
6+和乙草胺对叶绿素 a具有显著的破坏作用 ,且
C r
6+和乙草胺复合污染对少根紫萍叶绿素 a的破坏
作用更大 ,说明复合污染加剧了对少根紫萍叶绿素
39　第 3期　　　　　　　　　　　　　湛灵芝等:C r6+和乙草胺对少根紫萍的毒性效应
a的破坏作用。
表 2　不同浓度 Cr6+和乙草胺对少根紫萍叶绿素 a含量的影响
Table 2　Effects of d ifferent concentrations o f Cr6+ and a cetochlor
on the conten t o f chlorophy ll a in Spirodela o ligo rrhiza L.
处理
Treatm en t
浓度
/m g L - 1
C onc.
X SD2 V /%
C r6+ 0. 0 7. 022 4 1. 267 7 16. 0
7. 9 6. 078 7 0. 644 0 13. 2
10. 0 5. 534 4 0. 482 1 12. 5
12. 6 4. 694 0 0. 450 9 14. 3
15. 8 4. 979 3 0. 348 9 11. 8
20. 0 4. 012 9 0. 272 1 13. 0
25. 1 3. 694 0 0. 482 6 18. 8
31. 6 3. 214 0 0. 171 3 12. 9
A cetoch lor 0. 0 5. 330 0 0. 204 7 8. 5
2. 5 4. 640 3 0. 167 4 8. 9
4. 0 4. 486 0 0. 188 1 9. 7
6. 3 4. 249 2 0. 112 5 7. 9
10. 0 4. 076 1 0. 320 9 13. 9
15. 8 3. 926 9 0. 182 0 10. 9
25. 1 3. 582 3 0. 105 9 9. 1
39. 8 3. 181 8 0. 024 9 5. 0
C r6+-acetoch lor 0. 0 6. 454 0 0. 181 0 6. 6
2. 5 4. 803 5 0. 198 7 9. 3
4. 0 4. 514 4 0. 101 2 7. 0
6. 3 4. 189 5 0. 105 5 7. 8
10. 0 3. 859 5 0. 012 2 2. 9
15. 8 3. 665 2 0. 191 7 12. 0
20. 0 3. 078 4 0. 084 5 9. 4
　1) X:各处理组叶绿素 a含量的平均值(m g L- 1) The m ean of
ch lorophy ll a con ten t of every treatment group;SD2:各平行样本的
方差 Th e varian ce of each parallel sam p le;V:偏差 Deviation.
3　讨　　论
目前 ,关于少根紫萍生长抑制实验的质量控制
要求还缺乏统一的标准。本文采用生长量和重复间
的偏差作为衡量实验质量优劣的 2个重要指标 [ 8] ,
如果生长量较低 ,表明少根紫萍培养条件不适宜 ,不
能将污染物的毒性作用敏感地反映出来;如果偏差
大 ,则说明实验的重复性不好 ,结果可靠性低 ,要增
加样本容量 。
据报道 [ 8] ,经 4 d培养后浮萍的植物个体数增
加 130% ～ 140%。本研究中 3组对照组的少根紫
萍增长率分别为 160%(C r6+)、136%(乙草胺 )和
156%(C r6+ -乙草胺 ),平均达 151%,稍高于文献
报道值 ,说明本研究的条件是合适的 。
有关的研究表明[ 14] ,在 4 d试验中 ,如果各重
复的初始植物体数为 20,实验结束时植物个体数的
偏差则为 18%;初始植物个体数为 40,偏差则达到
9%。本研究中各重复组的初始植物个体数为 15,
实验结束时 C r6+、乙草胺及 C r6+-乙草胺各处理的
对照组各重复间植物个体数的偏差分别为 13. 6%、
5. 9%和 1. 5%;叶绿素 a含量的偏差分别为 8. 5%、
16. 0%和 6. 6%。所有实验处理组重复间的植物个
体数偏差为 0% ～ 14%;叶绿素 a含量的偏差为
3% ～ 18%(仅有 1个浓度组为 18. 8%)。由此可
见 ,本研究各重复间的偏差比较小 ,不大于初始植物
个体数为 20时的偏差。因此 ,实验时每一重复的初
始植物个体数选用 15个是比较合适的 。
根据实验结果可以看出 , C r6+对少根紫萍生长
的影响小于乙草胺 ,用相加指数法 (A I)进行评价 ,
求得其相加指数大于 0,表现为协同作用。 C r6 +和
乙草胺单一及联合处理不同程度地减少了少根紫萍
的叶绿素 a含量 ,而联合处理的毒害效应明显大于
相应的单一处理 ,显示出明显的协同效应。因此只
用单一污染物的含量去判断水污染后的毒性危害是
不可靠的 ,必须考虑毒物的联合毒性。
协同作用的机制可能是:1)C r6+与乙草胺发生
了某种化学作用或络合或螯合作用 ,形成了毒性更
强的化合物;2)乙草胺是酰胺类除草剂 ,它的毒性
机理是抑制植物根系的生长;影响细胞膜透性;通过
干扰卵磷脂合成 ,抑制胆碱向磷脂和卵磷脂的渗入 ,
从而造成细胞膜的结构与功能破坏 ,导致膜渗漏 、养
分外渗及膜丧失完整性 [ 15] 。 C r6+是氧化态 ,它对植
物的毒害是 [ 16, 17]通过破坏正常细胞活性氧代谢的
平衡 ,直接触发氧化胁迫 ,导致膜结构和功能的改
变 ,膜脂过氧化加重 。因此可以推测 , C r6+与乙草胺
对少根紫萍的伤害是由于它们均能破坏细胞膜的结
构与功能 。由于其中的一种污染物对细胞膜的作
用 ,使得另一种污染物更容易进入植物体内 ,加剧了
对植物细胞的伤害 ,从而表现出协同作用。当然 ,混
合污染物对生物的毒性效应是十分复杂的 ,受多种
因素的影响。因此 ,要探讨混合污染物对水生植物
的影响还需进行深入细致的实验研究。
利用浮萍进行有毒有害化学品的毒性评价已在
发达国家成为化学品毒性评价的标准方法 ,因此 ,在
中国开展这方面的工作也是必然的 、急迫的。少根
紫萍个体小 ,繁殖快 ,对培养条件的要求极为简单 ,
增长非常迅速 ,对污染物敏感 ,是一种良好的毒理实
40 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 14卷　
验材料 。
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(责任编辑:惠　红)
2006年《林产化工通讯》征订启事
　　《林产化工通讯》(双月刊)是国家科学技术委员会批准
面向国内外公开发行的全国林产化工行业惟一的技术类刊
物(国内统一连续出版物号 CN 32 - 1328 /S, 国际标准连续
出版物号 ISSN 1005 - 3433)。是 《中国学术期刊 (光盘
版)》、“中国期刊网” 、“中文科技期刊数据库 ” 、 “万方数
据———数字化期刊群”全文收录期刊 、“中国学术期刊综合评
价数据库 ”来源期刊 , 《CAJ - CD规范》执行优秀期刊 , 在
2002年 “第四届江苏省质量评估分级”中被评为一级期刊。
本刊坚持为经济建设服务 、为基层服务的办刊宗旨 , 坚
持以刊登新技术 、新工艺 、新设计 、新设备 、新材料为主要内
容的办刊方针 , 突出技术类期刊的特点 ,注重稿件的时效性。
主要栏目有研究报道 、企业纵横 、技改园地 、开发探索 、技术
讲座 、国外信息和国内简讯等固定栏目 , 以及专利快递 、市场
行情 、开发指南等小栏目。适于松香 、松节油 、胶粘剂 、制浆
造纸 、木材热解 、活性炭 、木材水解 、栲胶 、紫胶 、森林资源 、香
精香料 、日用化工 、环保 、医药 、土产 、商业 、外贸 、商检等部门
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41　第 3期　　　　　　　　　　　　　湛灵芝等:C r6+和乙草胺对少根紫萍的毒性效应