全 文 ：久效磷对扁藻的损伤作用
.扁藻
细胞的活性氧伤害作用*
唐学玺  颜挺进1)  李永祺  (青岛海洋大学生命学院, 青岛 266003)
摘要!  以扁藻为材料,研究久效磷对扁藻细胞的毒性效应. 结果表明, 随着培养液中久
效磷浓度的加大,扁藻细胞内的活性氧含量增加,膜脂过氧化产物丙二醛的含量与膜的通
透性也相应地上升;同时, 扁藻细胞内清除活性氧的 2 种关键性酶(过氧化物酶和超氧化
物歧化酶)的活性逐渐降低, 表明在久效磷的胁迫下 ,两种酶活性的降低打破了扁藻细胞
内活性氧产生与清除间的正常平衡状态,使活性氧过量产生并积累.过量活性氧引起扁藻
膜脂过氧化程度的加重和膜通透性的增加, 从而对扁藻形成伤害.
关键词  扁藻  活性氧  久效磷  膜脂过氧化
Damage effect of monocrotophos on Platymonas sp.
. Active oxygen in Platymonas sp.
cells. T ang Xuex i, Yan T ing jin and Li Yongqi ( Qingdao Oceanology Univ er sity , Q ingdao
266003) .
Chin. J . A pp l. Ecol. , 1998, 9( 6) : 627~ 630.
Studies on the tox icity effect of monocrotophos on Platymonas sp. cells show that w ith increas

ing concentration of monocr otophos cultur e medium, the content of active oxygen in Platy

monas sp. cells incr eased obviously, and corresponding ly, that of malondialdehyde( MDA) ,
perox idation product of membrane lipid, and membrane permeability also increased. At the
meanwhile, the activity of perox idase( POD ) and super oxide dismutase ( SOD) , two key en

zymes for eliminating active oxygen, decreased gradually. These results indicate that under
monocrotophos str ess, the decline of POD and SOD activities broke t he normal balance betw een
product ion and eliminating of active oxygen, making activ e oxygen excessiv e and accumulated.
The excessiv e active oxygen resulted in the aggr avation of lipid perox idation and the increase of
membrane permeability , and therefore, the damage of Platymonas sp. appeared.
Key words Platymonas sp. , Active oxygen, Monocrotophos, Membrane lipid perox idation.
  1) 现在山东省农业科学院作物研究所.
  * 国家科委 PDB6( PDB6
7
1)和山东省自然科学基
金( Y94D0335)资助项目.
  1997- 04- 02收稿, 1997- 10- 16接受.
1  引   言
  近年来,由于沿海农、林、果的发展,加
上害虫抗药性的提高, 使有机磷等农药的
使用量大增.比如,黄河三角洲为有效地控
制棉田害虫的危害, 在棉花生长季节喷施
久效磷等农药竟高达 30遍之多.雨水冲刷
农药入海以及沿海农药厂的排污已对近岸
水域造成污染, 对海洋生物的生存、水产养
殖业的发展和海洋生态系统的平衡构成了
威胁. 研究表明, 海洋环境遭到污染, 势将
对海洋微藻的生长和繁殖构成威胁, 从而
直接或间接危及海洋生态系统的健康.农
药等大量有毒污染物入海, 将抑制和破坏
藻类的生存,瓦解海洋生态系统的基础,导
致大量海洋动物死亡, 阻碍海洋水产业的
持续发展.迄今, 有关石油、重金属、有机污
染、放射性和有机氯农药对海洋微藻的影
响已有大量的研究报告[ 2] , 而有机磷农药
对海洋微藻的毒性效应研究相对要少得
多[ 4] .为此,在前期工作的基础上[ 6~ 8] ,选
应 用 生 态 学 报  1998 年 12 月  第 9 卷  第 6 期                     
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1998, 9( 6)∀627~ 630
择我国北方沿海地区普遍使用的一种农药
# # # 久效磷,进行了对扁藻毒性效应的研
究.这对沿海地区农药的合理使用和保护
海洋生物多样性均具重要意义.
2  材料与方法
2. 1  材料和实验设计
  本研究所用的扁藻 ( Platymonas sp. )取自本
院微藻培养中心, 所用久效磷为青岛农药厂生产
的40% 的水溶性药液, 实验过程中现用现配. 采
用 f/ 2 营养盐配方,海水取自青岛鲁迅公园附近
海滨,经孔径 1
m 的滤膜抽滤,煮沸消毒, 冷却后
配制营养液.
  用于微藻培养的三角瓶, 预先在 1
3 的盐
酸中浸泡数日,再分别用含有相应久效磷浓度的
培养液预平衡 2 天, 以消除实验过程容器壁对久
效磷的吸附作用. 扁藻的培养条件是, 光照强度
为 2500~ 3500 Lx ,光暗周期 L
D为 14
10, pH
为8. 0 ∃ 0. 1, 盐度为 31, 培养温度为 25 ∃ 1% .
  于对数生长期将扁藻接种在含有 0、1. 5、
3. 0、4. 5、6. 0、7. 5 和 9. 0mg&L- 1久效磷的培养液
中,连续培养 72h, 进行各项指标分析,重复 3 次,
取平均值.
2. 2  测定指标及其分析方法
  超氧阴离子自由基( O-2 )的检测按照 Ishii[ 14]
的方法; 丙二醛 ( MDA ) 含量的测定采用 Heat h
等[ 13]和林植芳等[ 5]的方法;电解质外渗率的测定
参照文献 [ 1]的方法; 过氧化物酶活性的测定参
照 Chance和 Mathly 建立[ 11] , Sr ivestav a和 Huys

tee[ 16]改进的愈伧木酚法; 超氧化物歧化酶( SOD)
活性的测定采用 Beauchamp[ 9] 所建立, Bewley
等[ 10]改进的氮蓝四唑光化学还原反应法.
3  结   果
3. 1  久效磷对扁藻活性氧代谢的影响
  图 1所示的为扁藻在各个浓度的久效
磷胁迫下培养 72h时对肾上腺素的氧化强
度. 结果显示, 随着久效磷浓度的不断提
高,扁藻细胞对肾上腺素的氧化能力明显
加强,说明扁藻细胞内超氧阴离子自由基
( O-2 )的含量不断增加.超氧阴离子自由基
是生物体内一类重要的活性氧,是氧进行
单电子还原首先生成的产物,由它可以转
化成羟自由基( &OH) , 氢过氧基( HOO&)、
脂质过氧基 ( ROO&)以及 H 2O2 等多种活
性氧.因此, 久效磷胁迫下超氧阴离子自由
基含量的增加, 无疑会引起扁藻细胞中活
性氧总量的增加, 造成活性氧在细胞内的
过量积累.
图 1  久效磷对扁藻超氧阴离子自由基相对含量及
MDA 含量的影响
Fig. 1 Effect of monocrotophos on O-2 and MDA content of
Platymonas sp.
3. 2  久效磷对扁藻膜脂过氧化程度影响
  过量的活性氧会攻击细胞的膜系统引
起细胞的膜脂过氧化伤害. 丙二醛( MDA)
是膜脂过氧化的产物, 它的含量高低可指
示细胞膜脂过氧化的程度. 图 1显示,随着
久效磷胁迫强度的不断加大,扁藻细胞的
丙二醛含量依次增加, 说明久效磷的胁迫
处理引起扁藻细胞膜脂过氧化的加剧,对
细胞形成膜脂过氧化伤害.
3. 3  久效磷对扁藻电解质外渗率的影响
  细胞膜的通透性可用电解质外渗率来
表示,而膜透性的大小可直接反映出细胞
膜脂过氧化伤害的程度.图 2反映了扁藻
细胞的电解质外渗率在久效磷胁迫下的变
化情况.结果显示,随着培养液中久效磷浓
度的加大,扁藻细胞的电解质外渗率逐渐
628 应  用  生  态  学  报               9 卷
提高,表明细胞膜透性的增大和细胞膜伤
害的加重.细胞膜通透性的增大,使大量离
子外渗,造成细胞功能的紊乱,严重地影响
了扁藻的生长和繁殖,甚至导致死亡.
图 2  久效磷对扁藻电解质外渗率的影响
Fig. 2 Effect of monocrotophos on elect rolyte leaking rate
of Platymonas sp.
3. 4  久效磷对扁藻超氧化物歧化酶活性
的影响
  图 3 为扁藻细胞超氧化物歧化酶
( SOD)活性在久效磷胁迫下的变化情况.
由图 3可看出,久效磷对扁藻细胞超氧化
物歧化酶的活性具有较强的抑制作用, 随
着胁迫强度的加大, 其活性依次降低.超氧
化物歧化酶为藻细胞清除活性氧的关键性
酶之一,其活性降低无疑会造成扁藻细胞
清除活性氧的能力下降.
图 3  久效磷对扁藻 SOD和 POD活性的影响
Fig. 3 E ffect of monocrotophos on SOD and POD act ivity
of Platymonas sp.
3. 5  久效磷对扁藻过氧化物酶活性影响
  由图 3可见,在久效磷的胁迫下,扁藻
细胞的过氧化物酶( POD)活性表现出类似
于超氧化物歧化酶的变化趋势. 在 1. 5~
9. 0mg&L - 1的各个浓度组其过氧化物酶活
性均低于对照组,且随着浓度的提高,下降
幅度越来越大. 过氧化物酶为扁藻清除活
性氧的另一种酶, 其活性降低使扁藻清除
活性氧的能力又有所降低, 造成活性氧的
大量积累,对扁藻形成伤害.
4  讨   论
4. 1  久效磷对扁藻的活性氧伤害分析
  由 McCord 和 Fridov ich[ 15]提出的生
物活性氧自由基伤害学说已广泛应用于植
物在逆境胁迫下伤害机制的研究领域.在
正常的生理条件下, 植物体内活性氧的产
生和清除处于一种动态平衡之中,这时活
性氧的量极低,不会危害植物体,反而能起
到某些独特的生理作用. 植物体一旦受到
逆境(低温、干旱、污染和病害)胁迫,往往
会打破本身固有的活性氧产生与清除间的
平衡,造成活性氧的积累和伤害.活性氧对
细胞膜的伤害作用主要是引起膜脂过氧
化,损伤细胞膜的结构与功能[ 12] . 研究表
明,在久效磷的胁迫下,扁藻细胞对肾上腺
素的氧化能力明显增强, 丙二醛的含量和
电解质外渗率也相应地增加,说明久效磷
的胁迫处理打破了扁藻细胞内活性氧平
衡,使活性氧含量增加;而过量的活性氧攻
击细胞膜的不饱和脂肪酸引起膜脂过氧化
作用的加剧,造成膜结构与功能的破坏,这
可从扁藻细胞电解质外渗率(膜通透性)的
急剧上升中得到证实. 这一结果与前人在
高等植物的研究情况相类似[ 3] .
4. 2  SOD 和 POD 在清除扁藻细胞活性
氧中的作用
  植物体内存在着 2种清除活性氧的保
护系统, 一种为酶促系统, 如 SOD、POD、
6296 期            唐学玺等:久效磷对扁藻的损伤作用
   
过氧化氢酶( CAT)等; 另一种为非酶促系
统,如谷胱甘肽、维生素 C、维生素 E等.植
物正是依赖于体内的这两种保护系统, 使
活性氧的生成和清除处于动态平衡状态,
从而控制活性氧的量, 维持正常的生理功
能.植物在遭受逆境伤害时,其保护系统受
到影响, 如 SOD、POD 和 CAT 活性的降
低,大大降低了植物体清除活性氧的能力,
使 O-2 、H2O2 及&OH 等活性氧积累, 进而
引起膜脂过氧化水平的提高和细胞膜的损
伤[ 12] . 我们在扁藻中的实验结果也证实了
这一点.因此, 可以认为, 活性氧参加了久
效磷对扁藻的伤害, 而 SOD和 POD 活性
的降低是活性氧过量积累并对扁藻形成伤
害的主要原因之一.
参考文献
1  上海植物生理学会编. 1985.植物生理学实验手册.
上海:上海出版社. 67~ 70.
2  李永祺、丁美明编. 1991.海洋污染生物学.北京:北
京出版社. 41~ 394.
3  陈少裕. 1989.膜脂过氧化与植物逆境胁迫.植物学
通报, 6( 4) : 211~ 217.
4  陈碧娟等. 1993.甲基异柳磷、水胺硫磷对海洋藻
类、贝类及对虾仔虾的毒性影响. 海洋环境科学,
12: 2~ 9.
5  林植芳等. 1984. 水稻叶片的衰老与超氧化物歧化
酶活性及脂质过氧化作用的关系. 植物学报, 26:
605~ 615.
6  唐学玺等. 1995.有机磷农药对海洋微藻致毒性的
生物学研究
.四种海洋微藻对久效磷的耐受力与
其 SOD 活性的相关性.海洋环境科学, 14( 2) : 29~
34.
7  唐学玺等. 1995.有机磷农药对海洋微藻致毒性的
生物学研究∋ .久效磷对叉鞭金藻自由基伤害的研
究.海洋通报, 14( 2) : 27~ 32.
8  唐学玺等. 1996.有机磷农药对海洋微藻致毒性的
生物学研究(.久效磷诱导叉鞭金藻产生过氧化物
酶抑制因子的初步研究.海洋通报, 15( 1) : 27~ 32.
9  Beauchamp, C. and Fridovich,
. 1971. Superoxide
dismutase: Improved assays and an assay applicable to
acrylamide gel. A nal . Biochem . , 44: 246~ 278.
10  Bewley, T . D. 1979. Physiological aspects of desica

tion tolerance. Ann . Rev . Plant Physiol . , 30: 195
~ 238.
11  Chance, B. and Maehly, A. C. 1995. Assay of cata

lase and peroxidase. In: Method in enzymology, Vol) . Edited by Lester Paches. Academ ic Press In c,
New York, 764~ 775.
12  Elstner, E. F. 1992. Oxygen activit ion and oxygen
toxicity. A nn . Re v . Plant Physiol . , 43: 73~ 96.
13  Heath, R.L. and Packer, L. 1968. Photoperoxidation
in isolated chloroplast s
. K inet ics and stoich iomet ry
of fat ty acid peroxidat ion. A rch . Biochem . Biophys . ,
125: 189~ 198.
14  Is hii, S. 1987. Generat ion of act ive oxygen species
during enzymic isolat ion of protoplast from oat leaves.
I n vi t ro, 23: 653~ 657.
15  McCord, J. M . and Fridovich,
. 1969. Superoxide
dismutase: An enzym e funct ion for erythrocuprein
( hemocuprein) . J. Bio. Chem. , 193: 353~ 358.
16  S rivastava, O. P. an d Huystee, P. B. 1973. Evi

dence for colse associat ion of POD ployphenol oxi

dase and IAA oxidase isozyme of peanut suspension
culture medium. Can. J . Bot . , 51: 2207~ 2215.
630 应  用  生  态  学  报               9 卷