全 文 ：低浓度蒽对两种海洋微藻生长的兴奋效应*
王 悠1* * 唐学玺1 李永祺1 刘 泳2
( 1 青岛海洋大学生命学院,青岛 266003; 2青岛市海泊河污水处理厂,青岛 266021)
摘要 以两种海洋微藻金藻 8701( I sochry sis galbana 8701)和骨条藻( Skeletonema costatum )为材料, 研
究了低浓度蒽( 15~ 6g!L- 1 )对两种海洋微藻生长的影响.结果表明, 在一定浓度蒽作用下,两种微藻的
生长均呈现出较明显的∀ 兴奋效应#, 细胞密度有所增加, 但达到最佳刺激作用的浓度与时间有所不同. 在
刺激浓度作用下, 两种微藻体内的蛋白质、叶绿素 a( chla. )、类胡萝卜素( car. )含量都有所增加, 其变化趋
势与细胞密度的变化类似. 在整个实验过程中,微藻体内清除活性氧的关键性酶超氧化物歧化酶( SOD)始
终处于较高水平, 其变化趋势类似于细胞密度的变化.
关键词 低浓度 蒽 刺激 海洋微藻
文章编号 1001- 9332( 2002) 03- 0343- 04 中图分类号 X503 21 文献标识码 A
Stimulation eff ect of anthracene on marine microalgae growth. WANG You1 , TANG Xuex i1, L I Yongqi1 and
L IU Yong2 ( 1 Ocean University of Qingdao, Qingdao 266003; 2H aibohe Sewage T reatment Plant of Qingdao ,
Qingdao 266021) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 2002, 13( 3) : 343~ 346.
Two species of marine microalg ae, I sochry sis galbana 8701 and Skeletonema costatum , were exposed to low con
centration of anthracene, and their cell density , contents of chlor ophyll a, carotinoid and protein, and superox ide
dismutase ( SOD) activ ity were examined. I t w as show ed that low concentr at ion of anthr acene ( 1 5~ 60g!L )
could obviously stimulate the growt h of these micro algae, and t heir protein, chlorophy ll a, and carot inoid con
tents incr eased w ith increasing cell density. SOD of tr eated groups remained high activit y, compared with the
controlled group during the w hole experiment.
Key words Low concentr ation, Anthracene, Stimulation, Marine micr oalgae.
* 国家自然科学基金资助项目( 39870146) .
* * 通讯联系人.
2000- 01- 03收稿, 2000- 04- 30接受.
1 引 言
石油是海洋的主要污染物之一, 对海洋生态系
统的破坏及对海洋资源的影响日益引起人们的关
注. 多环芳烃 ( Polycyclic Aromat ic Hydrocarbon,
PAHs)是石油的主要成分,广泛分布于天然环境中,
是一类重要的致癌物质, 在生物体内高积累、高残留
和致癌的特性越来越引起人们的重视[ 12] . 海洋微藻
是海洋的初级生产者, 是海洋食物链及海洋生态系
统能量输入的基础. 海洋微藻一旦受到污染损害, 往
往会危及和改变整个生态系统, 使生态平衡受到破
坏.有关多环芳烃对海洋鱼类、贝类及微藻的伤害效
应在国内外已有报道[ 1, 8] , 但对海洋微藻的刺激作
用至今未见报道.蒽是多环芳烃的一种,是线形三环
芳烃,常被用作合成染料、除草剂和农药或药物的原
料,化学性质比较活泼, 是其他复杂芳烃的母体, 对
水生生物具有一定的毒性. 本文选用沿海常见的单
细胞饵料微藻: 金藻 8701和骨条藻(分类学上分属
金藻门和硅藻门,其中骨条藻是一种常见的赤潮藻
种) ,研究低浓度下( 15~ 6g!L- 1)蒽对两种微藻
的兴奋效应,以期为探讨毒物∀兴奋效应#机理提供
实验基础,对赤潮发生的原因研究有所启示.
2 材料与方法
2 1 实验材料
骨条藻 ( Skeletonema costatum ) , 金藻 8701 ( I sochrysis
galbana 8701)由青岛海洋大学微藻中心提供, 在本实验室培
养. 蒽( AR)为黄色粉末, 溶于 80 ∃ 热苯中配成溶液, 现用现
配.
2 2 研究方法
2 2 1 培养条件 参照唐学玺等[ 10, 11] 方法进行, 其中明暗
周期 D%L= 12%12.
2 2 2 实验方法 蒽对微藻细胞密度的影响: 参照周永欣
等[ 13]的水生生物毒性实验方法进行. 等浓度间距设置 4 个
处理组, 一个对照组,并设一平行.指数生长期接种, 一次性
培养 72h,以 Lugol碘液固定, 血球计数板计数; 叶绿素 a、类
胡萝卜素含量测定: 参照 Jensen [ 7]的方法进行, 90% 丙酮提
取, 721 型分光光度计测定; 蛋白质含量测定: 采用考马斯亮
蓝法测定 ; 超氧化 物歧化酶 ( SOD ) 活 性测定: 采 用
Beauchamp[ 2]建立的、Bew ley等[ 3]改进的氮蓝四唑 ( NBT )光
化学反应法.
应 用 生 态 学 报 2002 年 3 月 第 13 卷 第 3 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Mar. 2002, 13( 3)%343~ 346
SOD单位= (对照组 OD- 样品 OD) & 50%对照组 OD
∋ 样品稀释倍数.
223 数据处理 实验数据采用数理统计法将实验组与对
照组及其组间差异进行显著性 t 检验.在对两种微藻细胞密
度影响的实验中,每处理统计样本数为 n= 5; 蒽对微藻细胞
光合色素( chla , car. )测定中,每处理统计样本数为 n= 3.
3 结果与分析
31 蒽对两种微藻生长的影响
图 1反映了不同浓度、不同作用时间下蒽对两
种微藻细胞密度的影响. 由图 1可见,在一定的浓度
范围内,两种微藻都出现不同程度的刺激生长作用,
但出现的最佳刺激浓度与作用时间有所不同: 金藻
8701的最佳刺激作用发生在作用 48h, 15g!L- 1
时,此时细胞密度比对照组增加了 972% , 生长刺
激作用极显著( P< 001, n= 5) ;骨条藻最佳刺激作
用出现在作用 24h, 3g!L - 1时, 细胞密度比对照组
增加了 805%,生长刺激作用显著( P< 005, n =
5) (表 1) .
图 1 蒽对两种微藻生长的影响
Fig. 1 Ef fect of anthracene on microalgae grow th.
a)金藻 8701 I sochrysis galbana 8701 , b )骨条藻 Skel etonema costa
tum .下同T he same below.
表 1 72h内不同浓度下蒽对两种微藻细胞密度的影响
Table 1 Effect of different concentration of anthracene on the cell den
si ty of microalgae
浓度
Concent rat ion
( g!L- 1)
金藻 8701( ∋ 104)
I sochrysis galbana 8701
0h 24h 48h 72h
骨条藻( ∋ 104)
S kel etonema costatum
0h 24h 48h 72h
0 253 273 330 376 231 298 397 460
15 253 288 362 396 231 307 406 450
30 253 291 345 398 231 322 411 442
45 253 281 340 390 231 309 398 441
60 253 273 334 380 231 285 390 439
金藻 8701在整个 72h 的实验过程中的所有实
验浓度下,都出现不同程度的∀兴奋效应#;而骨条藻
在 72h 时细胞密度随浓度的升高有规律地下降. 通
过单侧 t 检验发现, 生长抑制作用比较显著( P <
005, n = 5) , 可能与骨条藻代谢增殖速度快, 营养
盐消耗而阻碍藻细胞生长的原因有关.
32 蒽对两种微藻光合色素含量的影响
图 2为作用 48h时,蒽作用对两种微藻的光合
色素( chla. , car. )含量的影响. 在整个研究的浓度范
围内( 15~ 6g!L- 1 ) , 蒽作用对金藻 8701的光合
色素表现出显著的刺激作用, 而骨条藻在 15 和
30g!L- 1蒽作用下表现出刺激作用, 60g!L- 1时
则出现抑制现象(表 2) . 金藻 8701 与骨条藻在各自
最佳刺激浓度下, 叶绿素 a和类胡萝卜素含量比对
照组 分别 增 加 6099%, 3854% 和 1547%,
4980% ,光合作用增强.
图 2 蒽对两种微藻光合色素的影响
Fig. 2 Effect of anthracene on photopigm ent of th e microalgae.
( 叶绿素 a Chlorophyll a, ) 类胡萝卜素 Carot inoid.
表 2 蒽作用 48h时对两种微藻光合色素含量的影响
Table 2 Effect of anthracene on the content of photopigment from the
marine microalgae
浓度
Concen
tration
(g!L- 1)
金藻 8701
Isochrysis galbana 8701
叶绿素 a
Chlorophy ll a
类胡萝卜素
Carotino id
骨条藻
Skeletonema costatum
叶绿素 a
Chlorophy ll a
类胡萝卜素
Caro tinoid
0 1 41 ∗ 0 032 192∗ 0047 2 65 ∗ 0 075 263 ∗ 0 081
15 2 27 ∗ 0 095* 266∗ 016* 3 06 ∗ 0 21 394 ∗ 0 18
30 1 85 ∗ 0 11* 248∗ 0053* 2 82 ∗ 0 12 373 ∗ 0 073
45 1 70 ∗ 0 067* 234∗ 0082* 2 38 ∗ 0 095 279 ∗ 0 10
60 1 68 ∗ 0 17 216∗ 0050* * 2 60 ∗ 0 17 258 ∗ 0 13
* P= 001, * * P= 005.
33 蒽对两种微藻蛋白质含量的影响
图 3为作用 48h时蒽对两种微藻蛋白质含量的
影响.由此可见,低浓度蒽能刺激微藻细胞内的蛋白
质含量增加,其变化趋势与 48h金藻 8701和骨条藻
344 应 用 生 态 学 报 13卷
的细胞密度变化基本类似. 骨条藻的最佳刺激浓度
仍为 3g!L - 1,金藻 8701的最佳刺激浓度为 15g
!L- 1. 可见低浓度的蒽可以促进藻细胞内蛋白质的
合成,刺激了蛋白质含量的增加.
图 3 蒽对两种微藻蛋白质含量的影响
Fig. 3 Ef fect of anthracene on protein content of the microalgae.
34 蒽对两种微藻超氧化物歧化酶( SOD)含量的
影响
图 4为作用 48h时蒽对两种微藻 SOD活性的
影响, 说明在整个实验过程中, 两种微藻的 SOD 活
性始终保持较高水平, 且比对照组略有升高; 金藻
8701SOD活性的变化趋势与骨条藻略有所不同, 在
15~ 3g!L- 1浓度范围作用下活性高于对照组, 在
45~ 6g!L- 1时活性较对照组有所下降.这说明在
一定浓度下,蒽同样能够刺激微藻体内 SOD活性的
升高.
图 4 蒽对两种微藻 SOD活性的影响
Fig. 4 Ef fect of anthracene on the SOD act ivity of the microalgae.
4 讨 论
41 蒽对微藻的刺激作用
低浓度毒物对微藻的刺激作用是一种普遍现
象, Stebbing [ 9]称之为∀毒物的兴奋效应#或∀毒物刺
激作用( Hormesis)#.赵云英[ 12]的研究表明, 当藻类
暴露于 PAHs时,一般会导致叶绿素的迅速下降、细
胞和无机组成的变化,从而造成蛋白质水平下降. 但
在本实验中所研究的低浓度范围内却表现出相反的
作用,并且藻类的密度与叶绿素、蛋白质的变化有一
定的相关性,原因可能为: 1)叶绿素 a是微藻细胞中
最基本的光和色素, 是光能的接受体. 通过光合作
用,可将光能转化为化学能, 将无机物转化为有机
物.实验结果表明,低浓度蒽可以刺激微藻体内叶绿
素 a含量的增加,使光合作用增强, 细胞分裂速度加
快,从而使细胞密度增加. 这与高尚德等[ 4]在研究
低浓度 TBTC(三丁基氯化锡)、TPT C(三苯基锡)对
金藻 8701和扁藻光和色素的影响的结论基本一致.
2)蛋白质是细胞的主要有机成分. 它不仅是重要的
结构分子,还是特异性的酶,能够调节遗传信息表达
与细胞代谢,是构成细胞的重要物质.在本实验中,
骨条藻与金藻 8701在低浓度蒽作用下,蛋白质含量
均有所增加, 其变化趋势基本类似于细胞密度的变
化,与对照组相比,其增长幅度与密度的增长也基本
一致.蛋白质含量增加,可使细胞的分裂速度加快,
从而使细胞密度增加. 3)有研究认为[ 1, 8, 12] , 海洋生
物在分解多环芳烃化合物( PAHs)时会产生大量的
自由基中间产物. 这些中间产物可与核酸、蛋白质等
共价联结, 产生毒性作用, 使细胞 DNA 受到损伤,
引起畸变、死亡.近年来的许多研究结果支持这一观
点,认为 PAHs对藻类的毒性作用主要是由于产生
了活性氧自由基. 这些自由基可以攻击细胞的
DNA、蛋白质和生物膜系统,可以使叶绿体膜断裂,
叶绿素降解,基质外漏, 造成代谢紊乱, 导致细胞变
异或机体死亡. 超氧化物歧化酶( SOD)是细胞体内
清除活性氧的关键性酶, 能够清除微藻细胞体内多
余的活性氧, 在维持生物体超氧阴离子自由基产生
与清除的动态平衡中起重要作用[ 5] . 骨条藻的 SOD
活性在 45~ 60g!L - 1蒽作用时低于对照组, 原因
可能是蒽胁迫降低微藻细胞内 SOD活性,破坏自由
基的产生与清除之间的平衡,造成微藻体内自由基
的过量积累而使微藻细胞受到伤害. 近年的研究发
现[ 6] , 一定水平的活性氧可以刺激细胞的生长分
裂.陈思学等( 1995)的研究证明活性氧可以通过细
胞增殖的方式促进洋葱细胞的生长, Burdon 等
( 1989)、Murrell等( 1990)研究发现, 一定浓度的活
性氧可刺激动物细胞的生长.本实验中,在一定浓度
蒽作用( 15~ 30g!L- 1 )下, 处理组微藻细胞中
SOD含量比对照组有所增加, 表明藻细胞对体内可
能增多的活性氧产生防御反应, 使细胞体内活性氧
维持在一定水平上,刺激细胞生长,使细胞密度增加.
3453 期 王 悠等:低浓度蒽对两种海洋微藻生长的兴奋效应
42 蒽的兴奋效应与赤潮的关系
赤潮是一种复杂的生态异常现象, 对水产养殖
业的发展和海洋生态环境的破坏十分严重. 本实验
所选用的骨条藻与金藻 8701 是沿海常见的饵料微
藻,其中骨条藻还是一种常见的赤潮藻种.实验结果
表明,蒽对微藻的生长有促进作用,不同微藻对同一
种毒物的反应并不相同, 出现刺激的浓度与作用时
间也不相同.这就容易导致某种微藻的暴发性繁殖,
成为优势种,从而改变种群结构,引发赤潮的发生.
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作者简介 王 悠, 女, 1972年 4 月生, 博士生,主要从事生
态毒理学研究, 发表论文 7 篇. T el: 05322031640, Email:
youyong@ publicqdsdcn
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346 应 用 生 态 学 报 13卷