全 文 ：应用与环境生物学报　2001 ,7(5):416～ 419 　 　
Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X 　 2001-10-25
　非离子型表面活性剂AE对大薸损伤程度的酶学诊断＊
刘红玉1 ＊＊ 　周朴华2 　杨仁斌1 　廖柏寒1 　鲁双庆3
(湖南农业大学1环境科学系 , 2湖南农业大学生物技术系 , 3湖南农业大学水产系　长沙　410128)
摘　要　以超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的比活力变化作为观测指标 , 进行了脂肪
醇聚氧乙烯醚(AE)对大薸(Pistia stratiotes L.)损伤程度的酶学诊断.结果表明:在 17℃下 , ρ(AE)0.1 mg L 的 AE对大薸
的伤害程度极微;ρ(AE)为 1.0、10.0 mg L时 , 大薸受到较大的伤害 , 但能逐渐恢复正常生理活动;ρ(AE)为 20.0、50.0
mg L时 ,由于伤害程度大 , 超出了酶的修复能力 , 组织逐渐坏死.同时推测:在 AE 污染下 ,大薸的 POD是起保护作用的
主导酶.图 3 表 1 参 12
关键词　大薸;表面活性剂;超氧化物歧化酶;过氧化氢酶;过氧化物酶
CLC　Q946.5 S555.4
ENZYME DIAGNOSING OF INJURED DEGREE OF PISTIA STRATIOTES L.
BY NONIONIC SURFACTANT LINEAR ALKYLETHOXYLATE(AE)＊
LIU Hongyu
1＊＊ , ZHOU Puhua2 , YANG Renbin1 , LIAO Bohan1&LU Shuangqing3
(1Department of Environmental Science , 2Department of Biotechnology &3Department of Fishery ,
Hunan Agricultural University , Changsha　410128, China)
Abstract　The injuried degree of Pistia stratiotes L.due to pollution of linear alkylethoxylate (AE)was diag-
nosed by the relative activities of three kinds of enzymes:surperoxide dismutase(SOD), catalase(CAT)and per-
oxidase (POD).The results showed:Pistia stratiotes L.was injured slightly at ρ(AE)0.1 mg L at 17℃;when
the concentration of AE was 1.0 or 10.0mg L , the injured degree increased , but Pistia stratiotes L.could recov-
er because of these protection enzymes.When the concentration of AE was 20.0 or 50.0 mg L , Pistia stratiotes
L.was injured seriously , tissues were damaged gradually , the injury degree went beyond the ability of these enz-
ymes.It was deduced that POD was the leading protection enzyme when Pistia stratiotes L.was in AE pollution
environment.Fig 3 , Tab 1 , Ref 12
Keywords　Pistia stratiotes L.;surfactant;surperoxide dismutase;catalase;peroxidase
CLC　Q946.5 S555.4
　　大薸(Pistia stratiotes L.),又名水浮莲 ,是天南星
科一种非常重要的水生草本植物 ,由于它具有丰富的
营养价值 ,现被广泛用作养猪的青饲料[ 1] .同时由于
它的快速生长 、繁殖 ,从水体吸收大量的营养物质 ,使
水体富营养化得到缓解 ,且为漂浮植物 ,易于管理 ,在
水体富营养化治理和污水处理中发挥重要作用[ 2] .
非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AE),
因其高效的去污能力 ,现已广泛用于各种重垢型洗涤
剂 ,在市场上占主导地位 ,是生活污水和各种工业废
水中的主要污染物.据报道 ,表面活性剂AE对水生
收稿日期:2000-12-11　　接受日期:2001-02-21
＊湖南农业大学青年科学基金
＊＊通讯联系人(Corresponding author)Email:lulu@public.cs.hn.cn
植物稀脉浮萍有较大的损伤作用[ 3] .但 AE对其它水
生植物的损伤作用 ,对环境的影响未见报道.本文以
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化
物酶(POD)的相对活力变化作为观测指标 ,进行了AE
对大薸损伤程度的酶学诊断 ,为正确评价非离子型表
面活性剂对水生植物的影响提供科学依据 ,同时也将
丰富生物监测方法学内容.
1　材料和方法
1.1　实验材料
大薸(水浮莲)(Pistia stratiotes L.)采自用作饲料
的养殖场 ,洗净后于营养丰富 、无污染的水池中增殖
培养 ,很快繁殖出许多新个体.取生长状况良好 、无坏
死叶 、大小一致的幼嫩植株 ,置已曝气过的自来水中
预培养 2 d ,进行实验.非离子型表面活性剂:脂肪醇
聚氧乙烯醚(AE),化学纯.
1.2　实验方法
1.2.1　处理培养条件　　采用 15 L玻璃缸 ,加Sachs
完全培养液[ 4] 6 500 mL ,自然光照 , θ(17±1)℃的温度
下进行室内培养试验.AE 试验浓度 ρ(AE) mg L-1设
计为 0 、0.1 、1.0 、10.0 、20.0 、50.0 ,并进行一组平行试
验.
1.2.2　样品的制备　　每缸取 2株 ,剪下所有的叶
片 ,用打孔器打出小圆片 ,混匀 ,随机称取 0.5 g.加少
量CaCO3粉末 ,0.5 mL 蒸馏水 ,充分研磨后用蒸馏水
定容至50 mL.充分摇匀 ,取悬浮液 5 mL 进行 CAT 测
定;取 25 mL 悬浮液 ,加 100 g L 的 Ca(NO3)2 定容至
50 mL , 混匀 ,净置 40 min后过滤 ,滤液作 POD测定
用;剩余的样品悬浮液经两层滤纸过滤 ,滤液用于测
定SOD活力[ λ(SOD)] .
1.2.3　SOD活力测定　　采用 SOD测试盒(购自南
京建成生物工程研究所).测试步骤按测试盒说明进
行.SOD活力[ λ(POD)]单位定义为:1 mg 组织蛋白在
1 mL 反应液中 ,抑制率达 50%时所对应的 SOD量为
一个活力单位(μ).将各浓度下测得的 λ(SOD)除以
CK 组 λ(SOD), 即得该浓度下 SOD 相对活力(Λ
(SOD)).
1.2.4　蛋白质含量测定　　采用考马斯亮兰 G250
法[ 5] .
1.2.5 　CAT 活力测定 　　采用硫代硫酸钠滴定
法[ 6] .CAT活力[ λ(CAT)] 单位定义为:在 20℃条件
下 ,1 min内 1 g 材料分解过氧化氢的量(μmol).将各
浓度下测得的 λ(CAT)单位除以 CK组 λ(CAT),即得
该浓度下 CAT 相对活力[ Λ(CAT)] .
1.2.6　POD活力测定　　用愈创木酚法[ 6] .POD活力
单位定义为:20℃下 ,1 g材料所含酶在 1 min内氧化愈
创木酚的微摩尔数.将各 ρ(AE)下测得的 λ(POD)除以
CK 组 λ(POD), 即得该浓度下 POD 相对活力 [ Λ
(POD)] .
2　结果与分析
2.1　AE对大薸SOD比活力的影响
在AE污染环境中 ,大薸叶组织 λ(SOD)不同程度
地被抑制 ,其抑制率与AE的浓度和处理时间相关.经
AE处理96 h时 ,抑制率最小(图1).ρ(AE)为 0.1 、1.0 、
10.0 mg L 时 , Λ(SOD)随浓度的加大而降低.同一 ρ
(AE)胁迫下 ,随处理时间的增长 , Λ(SOD)逐渐增加 ,处
理 96 h时 ,达到最高 ,随后又有所降低;ρ(AE)为 20.0、
50.0 mg L时 ,大薸的 Λ(SOD)经历了抑制—促进—抑
制的过程 ,从处理 24 h时 , Λ(SOD)活性很低 ,随后逐渐
升高;在 96 h时达到最高点后又逐渐下降.
图 1　大薸 Λ(SOD)随处理 t h 的变化曲线
Fig.1　 Changes in Λ(SOD)of Pistia stratiotes L.with t h
2.2　AE对大薸 Λ(CAT)的影响
在 ρ(AE)为 0.1 、1.0 、10.0 mg L 胁迫下 ,大薸的 Λ
(CAT)起初被抑制 ,经历一个较短的时滞(24 h)后 ,被
很快激活;48 h时达到最高点 ,然后 Λ(CAT)逐渐下降;
96 h时 ,基本恢复到正常水平 ,随后有些波动(图 2).说
明处理 24 h时细胞中产生了较多的H2O2 ,细胞内的保
护酶 CAT 被很快激活或者 CAT 酶的量增加 ,迅速清除
H2O2 ,使细胞免受损伤.随着 ρ(AE)升高 , Λ(CAT)抑制
程度加大 , 50.0 mg L时 , Λ(CAT)持续下降 , 144 h时 ,
仅为CK的 0.687 ,说明大薸细胞已受到严重破坏 , 即
将死亡.实际培养过程 ,证实了这一点.
图 2　大薸 Λ(CAT)随 t h 的变化曲线
Fig.2　Changes in Λ(CAT)of Pistia stratiotes L.with t h
2.3　AE对大薸 Λ(POD)的影响
在 ρ(AE)0.1 mg L污染下 ,大薸的 Λ(POD)与 CK
组(0 mg L)较接近.但超过此浓度时 , Λ(POD)被不同程
度地促进(表 1).大薸 Λ(POD)随着 ρ(AE)的增加而
417　5期　　　　　　　　　　　　　　　刘红玉等:非离子型表面活性剂AE对大薸损伤程度的酶学诊断　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　 表 1　不同浓度 AE胁迫下 ,大薸 Λ(POD)随处理时间的变化
Table 1　Changes in Λ(POD)of Pistia stratiotes L.with time at different ρ(AE)
ρ(AE) mg L-1 t h
24 48 72 96 120 144
0 1 1 1 1 1 1
0.1 1.088 1.016 0.973 0.976 0.931 1.061
1.0 1.207 1.200 1.209 1.289 1.090 1.210
10.0 1.347 1.352 1.332 1.357 1.196 1.237
20.0 1.273 1.420 1.212 1.087 1.286 1.351
50.0 1.455 1.196 1.323 1.475 1.477 1.715
升高 , ρ(AE)为 20.0 mg L时 , Λ(POD)出现波动.
2.4　同一 AE浓度胁迫下 ,三种酶活力比较
在 ρ(AE)为 10.0 mg L 胁迫下(因 AE 尚无排放
标准 ,参照我国阴离子型表面活性剂 LAS的工业废水
排放的一级标准为 10 mg L ,GB 8978-88[ 7]).大薸叶
组织同一份样品同时测定的 Λ(SOD)、Λ(CAT)和 Λ
(POD)结果比较见图 3.图中显示:大薸在 ρ(AE)为
10.0 mg L 的污染环境中 ,叶组织 Λ(SOD)受到明显的
抑制 ,因而它不可能成为污染状态下的主要保护酶;
Λ(CAT)则经短暂的抑制后 ,很快上升 , 48 h 达到峰
值 ,随后下降 ,并在正常值附近波动.所以CAT 在细胞
受伤的最初48 h内 ,对清除H2O2 , 保护细胞起着较大
的作用.但随后 Λ(CAT)降低 ,对细胞的保护能力降
低;Λ(POD)则一直保持较高的相对活力 ,96 h后稍有
下降.ρ(AE)为 0.1 、1.0 、20.0 、50.0 mg L 时 , 结果类
似.可以推测:在 AE胁迫下 ,大薸清除自由基及其产
生的过氧化物伤害 ,维持正常生理功能的主要酶应为
POD.
3　讨 论
3.1　各种高等植物体内都存在 3 种主要的保护酶:
SOD 、CAT和 POD[ 8] .正常状态下 ,植物体内由于各种
生理生化反应 ,会不断地产生一些自由基(如 O·-2 、
·
OH、HO·-2 ),但这些自由基不会对植物产生大的伤
害 ,因为它们很快被植物本身的保护酶系统清除 ,使
自由基维持在较低水平.当植物处于污染环境中 ,由
于自由基浓度大幅度增加 ,植物体内的这种平衡被打
破 ,如果不能及时清除掉自由基 ,会导致膜脂过氧化 ,
膜的选择透性功能丧失 , 细胞受损 , 甚至机体死
亡[ 9 ,10] .
本试验显示 ,当大薸处于非污染状态时(ρ(AE)
=0 mg L),其叶组织中 SOD 、CAT 、POD酶都维持一定
的活性(图 1 、2 ,表 1).在非离子型表面活性剂 AE 污
染环境中 ,大薸 Λ(SOD)被抑制 ,其抑制的程度随 ρ
(AE)升高而加大 , Λ(CAT)酶活性经短暂的抑制后很
快升高 ,分解 H2O2 ,48 h 达到峰值后下降 ,以后维持
在较低水平.大薸的 Λ(POD)一直保持较高的活性 ,
清除 AE引起的细胞内过氧化物的增加 ,且 Λ(POD)
随 ρ(AE)升高而升高 ,与植物的伤害程度正相关.所
以 ,可以推测:大薸在 AE污染下 , POD是细胞中清除
自由基 、维持正常生理功能的主导酶.
图 3　ρ(AE)为 10.0 mg L时 ,大薸 Λ(SOD)、Λ(CAT)
Λ(POD)随 t h 变化
Fig.3　Changes in Λ(SOD), Λ(CAT)&Λ(POD)
of Pistia stratiotes L.with t h atρ(AE)10.0 mg L
3.2　在环境污染的生物监测中 ,常将生物的死亡率
作为观测指标[ 11] .但在现实生活中 ,除急性污染事故
外 ,污染物一般处于较低的浓度.因此寻找更灵敏的
检测方法成为当务之急[ 12] .本试验表明:植物保护酶
活性的变化是一种比较好的指标.大薸在 ρ(AE)为
10.0 、1.0 mg L 时 ,未出现可见伤害症状 ,而 POD 、CAT
酶已在 48 h内明显升高 ,SOD则受到明显的抑制.因
此 ,保护酶活性的变化远较可见伤害症状出现得早且
更灵敏.在 ρ(AE)为 20.0 、50.0 mg L 时 , Λ(SOD)、Λ
(CAT)极低 ,不能恢复到正常水平.可以推测:可能是
由于自由基进一步增多 ,保护酶未能及时使之清除而
导致细胞受伤 ,膜脂过氧化程度加剧 ,甚至解体 ,酶蛋
白部分失去活性所致.这一点在大薸亚显微结构观察
中得到了证实(另文发表).但 Λ(POD)却一直较高而
418 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应用 与环 境 生物 学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 7卷
没受抑制 ,也许 POD酶蛋白本身对AE不敏感.
3.3　从大薸 Λ(SOD)Λ(CAT)和 Λ(POD)变化情况
诊断:在 17℃下 , ρ(AE)为 0.1 mg L时 ,对大薸的伤害
程度极微;ρ(AE)为 1.0 、10.0 mg L 时 ,大薸受到较大
的伤害 ,但保护酶能清除自由基 ,逐渐恢复正常生理
活动;20.0 、50.0 mg L 时 ,由于产生的自由基数量超
出了保护酶的清除能力 ,细胞受到破坏 ,组织乃至整
个植物体逐渐坏死.
3.4　采用相对活力作为观测指标 ,同一份样品同时
测定三种酶的活力 ,能排除其它因素(培养过程中温
度 、光照 、培养液营养物的浓度变化等)的干扰 ,且便
于不同酶活力之间的比较.
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