全 文 ：中国环境科学 2008,28(10)：921~926 China Environmental Science

2,4-二氯酚对杞柳的毒性及在其体内的吸收与降解
施 翔 1,2 ,陈益泰 1*,饶龙兵 1,段红平 2 (1.中国林业科学研究院亚热带林业研究所,浙江 富阳 311400；2.云南
农业大学资源与环境学院,云南 昆明 650201)

摘要：在含有 2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)人工配置的营养液中培养杞柳(Salix integra),研究了 2,4-DCP 对杞柳的急性毒理效应以及在杞柳体
内的吸收降解规律.结果表明,杞柳暴露在 10~100mg/L 2,4-DCP 下,生长明显受到抑制.2,4-DCP 主要累积在杞柳根系中,在前 48h, 2,4-DCP
在根系和地上部中的含量急剧上升;96h 内, 2,4-DCP 在杞柳根系和地上部中的浓度分别为 265.14,12.51mg/kg,根浓缩系数(RCF)达到了
70.18.在无污染的营养液中培养,杞柳根系和地上部中的 2,4-DCP 在 7d 内下降到 50.74,2.66mg/kg,且降解过程符合一级动力学方程,降解速
率常数分别为 0.0141,0.0066h-1.同时,根系组织中多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性受到 2,4-DCP的明显抑制.在低浓度污染水环境
下,杞柳是修复 2,4-DCP 的较好植物.
关键词：2,4-二氯苯酚；杞柳；毒理；吸收；降解
中图分类号：X173,X171.4 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2008)10-0921-06

Phytotoxicity, uptake and degradation of 2,4-dichlorophenol in Salix integra. SHI Xiang1,2, CHEN Yi-tai1*, RAO
Long-bing1, DUAN Hong-ping2 (1.Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang
311400, China；2.College of Resource and Environmental, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China).
China Environmental Science, 2008,28(10)：921~926
Abstract：Phytoremediation of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) in water solutions by Salix integra was investigated. The
toxicity, uptake and degradation of 2,4-DCP in Salix integra were studied with willows cultured in Hoagland solution
containing 10 to 100mg/L 2,4-DCP. The transpiration of the trees was used to determine toxic effects. Severe inhibition of
transpiration started approximately at 2,4-DCP concentrations of 20mg/L. The root was primary site of 2,4-DCP
accumulation. Concentration of 2,4-DCP in roots and shoots were 265.14 and 12.51mg/kg in 96h, respectively. The root
concentration factor (RCF) was 70.18. Then willows were cultured in non-pollutant solution, 2,4-DCP in cultures decreased
to 50.74, 2.66mg/kg respectively. The kinetics of 2,4-DCP degradation by Salix integra fitted the first-order kinetics equation,
with the k constant being 0.0141 and 0.0066h-1, respectively. Although the activities of polyphenoloxidase and peroxidase in
the roots of Salix integra were restrained significantly by 2,4-DCP, phytoremediation of 2,4-DCP(concentrations≤20mg/L)
by Salix integra was considered an efficient treatment to 2,4-DCP polluted water.
Key words：2,4-dichlorophenol；Salix integra；phytotoxicity；uptake；degradation

2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)广泛存在于化工产
品的生产废水中,是一种有毒、难降解污染物.植
物修复技术是一种新型、经济、有效、非破坏型
的修复方式[1].一般来讲,植物适宜修复低浓度或
中等浓度的污染.有关 2,4-DCP 对植物的毒理学
试验 [2-3]以及 2,4-DCP 的植物修复工作[4-5],多集
中在草本植物和农作物上.木本植物具有生物量
大,不参与食物链的优点.柳树是我国造林树种之
一,生长快、根系发达、适应性和抗逆性强,利用
柳树修复被污染的水体和土壤不仅具有较好的
观赏价值而且也有很好的经济价值,国外学者为
此开展了柳树修复多环芳烃和石油烃类污染物
的研究[6].关于 2,4-DCP 在植物体内吸收转化的
研究并不多见[2].
作者通过本实验室前期对不同种和无性系
柳树的筛选,选用杞柳(Salix integra)为材料,分析
收稿日期：2008-03-31
基金项目：浙江省科技厅重大科研项目(2006C12065);浙江省、中国
林业科学研究院合作项目(2006SY10)
* 责任作者, 研究员, ytc.yalin@yahoo.com.cn
922 中 国 环 境 科 学 28 卷

了 2,4-DCP 对杞柳的毒理效应,以及杞柳对水中
2,4-DCP 的吸收情况和 2,4-DCP 在体内的降解
规律,旨在为杞柳修复被 2,4-DCP 污染的水体提
供理论依据.
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
杞柳(Salix integra)采自山东.试验前将杞
柳插条(长度约为 8cm)扦插置于 60cm×40cm×
20cm 的聚丙烯盒内的泡沫板上 ,盆中注入改
良的 Hoagland营养液进行培养.连续不断充气,
自然光照,温度为 25~30 ,℃ 在培养过程中维持
pH 值为 5~6,6 周后,选择生长相似的杞柳进行
处理.
2,4-DCP 标准品购自 Sigma 公司,2,4-DCP
由上海国药集团提供,使用前用甲醇(色谱纯,上
海国药集团)配置成不同浓度的标准液.二氯甲
烷(色谱纯,上海国药集团)、丙酮、氯化钠、浓硫
酸、无水硫酸钠、儿茶酚、愈创木酚、过氧化氢
(以上均为分析纯,上海国药集团)、氨苄青霉素
(上海生物工程技术有限公司).
Agilent 6890N 型气相色谱仪配 FID 检测器,
J&W DB-1701 毛细管柱(美国 Agilent 公司),723
型分光光度计(上海精密仪器厂),5804R 高速冷冻
离心机(德国Eppenderf公司),MTN-2800D氮吹浓
缩仪(天津奥特赛恩斯仪器有限公司生产).
1.2 试验方法
配制营养液成分如下 : KNO3 0.51g/L,
Ca(NO3)2 0.82g/L, MgSO4·7H2O 0.49g/L, KH2PO4
0.136g/L, FeSO4 0.6mg/L, H3BO3 2.86mg/L,
MnCl2·4H2O 1.81mg/L, ZnSO4·7H2O 0.22mg/L,
(NH4)6Mo7O24 0.45mg/L, EDTA 0.744mg/L.为抑
制藻类的生长,营养液中还加入 10mg/L CuSO4[7].
1.2.1 急性毒理学试验 在250mL三角瓶中加入
200mL含有不同浓度2,4-DCP的Hoagland营养液.
向三角瓶中移入茎长大约 50cm,根和叶重 2g 的杞
柳,用软木塞将瓶口封住,并用锡纸遮光.试验在室
内进行,温度(24.5±0.5)℃,相对湿度 60%±5%.试验
前使杞柳在此环境下适应2d.供试质量浓度分别为
0,10,20,50,100mg/L,设 4 个重复,处理时间为 72h.
于 0,24,48,72h 称量三角瓶的重量,将每 24h 重量之
差作为 2,4-DCP 对杞柳的急性毒理标准,结果用相
对标准蒸腾速率(NRT)来表示[2]:
1
1
1 ( , ) / ( ,0)
NRT 100%
1 (0, ) / (0,0)
n
i i
i
m
j j
j
Τ C t Τ C
n
Τ t Τ
m
=
=
⋅
= ×
⋅
∑
∑

式中:C 为 2,4-DCP 的质量浓度,mg/L; t 为时
间,h; T 为绝对蒸腾强度,g/h; n 为处理重复数; m
为对照重复数.
1.2.2 体内吸收和降解试验 试验在大棚进行.
培养容器上盖有具孔塑料板.选择茎长约 50cm 的
杞柳,将其用与塑料板孔大小相同且一端封口的
塑料小管固定并移入聚丙烯桶中,塑料板空隙和
塑料板与盒的缝隙用锡纸密封.每个聚丙烯盒移
入 16 株,加入 10L 含 20mg/L 2,4-DCP 的营养液,
设 6 个重复.在培养的 6,48,96h 分别在其中的 3 个
重复随机取样,测定杞柳根系和地上部中 2,4-DCP
的含量,并以 96h 的含量作为体内降解试验的起始
含量.将其余 3 个重复的处理植株分别移入不含
2,4-DCP 的 Hoagland 营养液中培养 168h,于第
24,72,120,168h 取植株样分析根系和地上部中
2,4-DCP的残留量,以检测2,4-DCP在杞柳体内的
降解.在整个吸收和降解试验中的 6,48,96,120,
168,216,264h测定其多酚氧化酶(PPO)和过氧化物
酶(POD)的活性.试验时将容器密封并且涂成黑色,
以免 2,4-DCP 光解和自然挥发.
1.3 样品分析
1.3.1 植物样品处理 样品用去离子水洗净,干
燥后,分别取根系、地上部样品各 1g,用 50mL 二
氯甲烷振荡提取 2h,抽滤后,提取液经漏斗脱水
后于氮吹仪上吹至近干.加丙酮 1.0mL 溶解残渣,
过 2cm 无水硫酸钠+3g 硅镁吸附剂+2cm 无水硫
酸钠的层析柱(先以 5mL 二氯甲烷预洗).50mL
二氯甲烷洗涤试管,洗液过柱,收集所有流出组分,
用氮吹仪浓缩至 1mL 左右,定容至 5mL,待气相
色相色谱分析.
1.3.2 水样预处理 取水样50mL置250mL分液
漏斗中,用硫酸调 pH 值至 2~3,加入 3g 氯化钠,
摇动使其溶解.然后加入 25mL 二氯甲烷萃取,分
10 期 施 翔等：2,4-二氯酚对杞柳的毒性及在其体内的吸收与降解 923

离有机相.再向水相中分别加入 10,10,5mL 二氯
甲烷各萃取 1 次,有机相合并.萃取液经铺有无水
硫酸钠层的漏斗脱水后直接进气谱分析.
1.3.3 色谱条件 色谱柱(30m×0.32mm×0.25µm);
氢气流量为30.0mL/min,尾吹气流量为25.0mL/min,
流量:2.0mL/min,分流比为 2:1,进样口温度为 250 ,℃
检测器温度为250 ,℃起始柱温为90℃,6 /min℃ 程序
升温至 190 .℃
1.3.4 PPO、POD 活性的测定 取杞柳根系 1g,
分析前用液氮研磨.多酚氧化酶和过氧化物酶酶
液的提取按照蒋益虹[8]的方法进行.
PPO活性的测定:酶反应体系包括 3.9mL pH
6.0 的磷酸缓冲液,1mL 0.2mol/L 儿茶酚、0.2mL
酶液,反应体系加入酶液后混匀,于 37 ℃保温
10min 后,在波长 410nm 处测定吸光度(∆A410)的
变化值,每隔 30s 记录 1 次吸光度,共记录 3min.
由于酶的比活力与∆A410 值成正比,因此,本试验
以∆A410 值变化表示 PPO 活性的变化.
POD酶活性的测定:酶反应体系包括0.5mL愈
创木酚,100mL 0.2mol/L pH 8.0的磷酸缓冲液,取酶
液 50µL 加入 3mL 反应液中,加入 20µL H2O2反应,
于37℃保温10min后,在波长470nm处测定吸光度
的变化值,即∆A470(每隔 30s 记录 1 次吸光度,共记
录 3min),以∆A470值变化表示 POD 活性的变化.
1.3.5 数据分析 使用 DPS 7.05 和 Excel 2003
进行统计分析,用 OriginPro 7.5 软件作图,数据以
mean±SD 来表示.
2 结果
2.1 2,4-DCP 对杞柳的急性毒理学评价
对照组NRT 的值为 100%,如果处理组的NRT
＞100%表明杞柳生长良好,NRT＜100%表明杞柳
受到 2,4-DCP 的抑制作用.由图 1 可见,在 10mg/L
2,4-DCP 作用下,杞柳的蒸腾作用 72h 后减少了约
55%.在 20mg/L 2,4-DCP 作用下,杞柳受到了明显
的抑制,72h 后蒸腾作用几乎停止,并有轻微的萎蔫
现象. 2,4-DCP 在 20~100mg/L 之间具有相同的毒
理学表现,而且随着供试浓度的增加,萎蔫现象表
现得越明显.NRT 值在 20,50,100mg/L 没有显著差
异(P<0.01).
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 20 40 60 80
绝
对
蒸
腾
强
度
(g
/h
)
a
时间(h)

0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80
时间(h)
N
RT
(%
)
b

图 1 杞柳在不同浓度 2,4-DCP 处理下的绝对蒸腾强度和 NRT
Fig.1 Absolute transpiration and normalized relative transpiration (NRT) of Salix integra in
different 2,4-DCP concentrations
0 10mg/L 20mg/L 50mg/L 100mg/L

2.2 2,4-DCP 在杞柳体内的吸收
2,4-DCP 在杞柳体内吸收情况如表 1 所示.由
表1可见,在前48h内根系和地上部中的含量急剧上
升,其中根系中 2,4-DCP 的含量达到 238.59mg/kg,
而在地上部中含量也达到了 5.35mg/kg.此后根系对
2,4-DCP 的吸收速率趋于平缓 ; 而地上部对
2,4-DCP 吸收速率在后期有所上升.从根系浓缩系
数(RCF)可见,2,4-DCP 极易被杞柳根系吸收,并且
随着时间的推移,RCF 值逐渐增大.2,4-DCP 在根系
中的含量极显著地高于地上部(P<0.01).
924 中 国 环 境 科 学 28 卷

表 1 2,4-DCP 在杞柳组织中(干重)及对应的营养液中浓度
Table 1 Concentration of 2,4-dichlorophenol (DW) in Salix integra culture and relevant solution
根系 地上部 时间
(h)
浓度
(mg/kg)
BCF
浓度
(mg/kg)
BCF
根系/地上部 营养液中浓度
(mg/L)
RCF
6 186.62±7.71 9.33±0.46 n.d. n.d. n.d. 15.08±0.51 12.38±1.04
48 238.59±4.06 11.93±0.34 5.35±0.18 0.27±0.02 44.60±1.27 10.56±0.92 22.62±2.63
96 265.14±3.25 13.26±0.28 12.51±0.09 0.63±0.01 21.19±0.72 3.78±0.18 70.18±4.83
注:BCF为生物浓缩系数(植物体内浓度与营养液中浓度之比); RCF为根浓缩系数(根系中浓度与对应的营养液中浓度之比);n.d.为未检出
2.3 2,4-DCP 在杞柳体内降解过程
由图 2 可见,杞柳吸收 2,4-DCP 后,在不含
2,4-DCP 的营养液中培养 1 周,其根系和地上部
中 2,4-DCP 的含量均大幅度下降,下降幅度均达
到极显著水平.其中 2,4-DCP 在根系中的残留量
由 265.14mg/kg 降至 50.74mg/kg,在地上部中的
残留量由 12.51mg/kg 降至 2.66mg/kg,下降速率
分别为 30.63,1.41mg/(kg·d).根系中的残留下降
速率极显著地大于地上部(P<0.01).同时营养液
中并未检测出 2,4-DCP.
根据一级动力学反应方程 Ct=C0e-kt 对
2,4-DCP 在根系和地上部中的下降过程进行拟
合,式中 Ct 为某一时刻植株样中 2,4-DCP 的浓
度,mg/kg;C0为 2,4-DCP的起始添加浓度, mg/kg;
k 为降解速率常数 ,h-1.降解速率常数及方程
见表 2.根据 T1/2=ln2/k 计算 2,4-DCP 在根系
和地上部中的降解半衰期 ,其中 k 为降解常数 .
由表 2 可见 2,4-DCP 在杞柳根系和地上部中的
降解均符合一级降解动力学方程.

50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200
2,
4-
D
C
P(
m
g/
kg
)
a. 根系


2
4
6
8
10
12
14
0 50 100 150 200
时间(h)
2,
4-
D
C
P(
m
g/
kg
)
b. 地上部分

图 2 杞柳体内 2,4-DCP 浓度随时间的变化
Fig.2 Process of 2,4-DCP degradation in Salix integra
表 2 2,4-DCP 在根系和地上部中的降解参数及方程
Table 2 Kinetics and parameters of 2,4-DCP in roots and shoots
杞柳组织 降解动力学方程 R2 F P 降解速率常数(h-1) 半衰期(h)
根系 Ct =236.732e-0.0141t 0.8631 18.9137 0.0225* 0.0141 49.16
地上部 Ct =12.782e-0.0066t 0.9466 53.1990 0.0053** 0.0066 105.02
注: *为显著相关;**为极显著相关
2.4 PPO 和 POD 活性的变化
由图 3 可见,在前 48h,2,4-DCP 对 PPO 和
POD 表现出强烈的抑制作用,表明 PPO 和 POD
对 2,4-DCP 相当敏感,随后酶活性逐渐上升.PPO
和 POD 活性的下降趋势与营养液中 2,4-DCP 的
下降趋势一致.
在杞柳移入不含 2,4-DCP 的营养液后,PPO
和 POD 活性在前 24h 均受到一定的抑制,随后酶
10 期 施 翔等：2,4-二氯酚对杞柳的毒性及在其体内的吸收与降解 925

活性逐渐上升,主要是因为 2,4-DCP 对杞柳的毒
性效应依然存在,随着时间的推移,植株体内的
2,4-DCP 发生一系列的化学反应后残留量逐渐减
少,对杞柳的毒性也相应减弱,酶活性也开始回升.

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150 200 250 300
时间(h)
Δ
A 4
70

PPO POD

图 3 PPO 和 POD 活性随时间的变化
Fig.3 PPO and POD activity change of Salix integra
with time
3 讨论
急性毒理学试验结果表明 ,2,4-DCP 为
10mg/L 时,对杞柳产生轻微危害,与 2,4-DCP 对
其他植物的抑制相比浓度较低[9-10].氯酚类化合
物对杞柳的毒性随着氯原子的增加而增加,其中
苯酚、4-氯酚 3d 内对杞柳的抑制浓度分别为
500,32.2mg/L,而 2,4-DCP 对杞柳的抑制浓度为
10mg/L,显著低于前两者[2,11-12].吸收和降解试验
中杞柳的萎蔫程度明显小于毒理学试验中相应
处理浓度杞柳的萎蔫程度,可能是因为试验的环
境条件有所不同,吸收和降解试验是在大棚进行,
温度和湿度与毒理学试验在恒温的室内相比有
差异;且毒理学试验中杞柳是单株培养在三角瓶
中,而吸收和降解试验中是 16株杞柳在一个培养
容器中培养,毒害效应可能有所减少.这表明不同
植物以及环境因素是影响植物修复的主要因素,
也说明植物适宜修复低浓度或中等浓度的污染.
一方面高浓度的 2,4-DCP 本身对杞柳有着较大
的毒害作用;另一方面本试验采用的是扦插 6 周
的杞柳枝条,抗污染能力较差.在实际应用中应该
选用 2 年生或多年生的杞柳进行水体污染修复.
吸收试验 96h 后,根系中 BCF 值达到 13.41,
地上部中也达到0.63;且RCF值也逐渐增加,特别
是在试验后期 RCF 值显著增加,但从表 1 可见,
根系中 2,4-DCP 的浓度只增加了约 30mg/kg,可
认为试验前期 RCF 值的增加主要是根系中
2,4-DCP 的浓度增加,而后期则可能是营养液中
2,4-DCP 逐渐被去除,表明杞柳对 2,4-DCP 的吸
收与积累能力较强.这与杞柳有发达的根系、高
生物量、高蒸腾效率有关,也与 2,4-DCP 的生物
有效性有关.2,4-DCP 的辛醇-水分配系数为 2.89,
属中等亲水性污染物,较易被植物吸收和在植物
体内转运,这与大多数学者的研究较一致[13-14].从
表 1 可知,在 48h 后根系的吸收趋于平缓而地上
部的吸收速率增加,可能是因为根系吸收开始趋
于饱和并且根系中的 2,4-DCP 通过韧皮部转运到
地上部,并在地上部中积累. 2,4-DCP 主要是固定
在杞柳的根系中,但也有 4.6%的量转移到了地上
部.一般认为,植物通过根部吸收有机污染物的途
径有 3 条:质外体、共质体和质外体-共质体 [15].
2,4-DCP 是通过何种途径进入杞柳并向地上部转
移,可通过同位素示踪进一步研究.
关于2,4-DCP的降解过程和降解产物有许多
研究[16-17],而酶解是其在植物体内能被降解的基
础,POD 和 PPO 是氧化酚类物质的重要酶.本研究
中2,4-DCP对杞柳的抑制导致酶活性在较短的时
间内下降,而在抑制解除后,酶活性逐渐恢复,这与
其他文献报道[18-20]有所不同.2,4-DCP 在杞柳体
内的降解可能是这 2 种酶促进其氧化并与之发生
了一系列的化学聚合反应,从而减少 2,4-DCP 的
毒害效应.本研究中,典型的色谱图中并没额外的
峰出现,说明 2,4-DCP 在植物体内的降解比较完
全.可能的降解过程是 2,4-DCP 经氧化酶催化氧
化,脱去氯原子生成苯酚后与植物体内的降解酶
反应生成不稳定的物质或者苯酚开环,生成有机
酸,最后完全矿化成 CO2和 H2O.2,4-DCP 有 2 个
氯取代基,通过异构化作用能够产生二氯酚的其
他同分异构体.因此为了准确判断中间产物,应该
结合 GC-MS 技术对其降解过程作进一步研究.
4 结论
4.1 2,4-DCP 主要累积在杞柳根系中,96h 后吸
926 中 国 环 境 科 学 28 卷

收趋于饱和,并通过一定途径向地上部转移.
4.2 2,4-DCP 在杞柳根系和地上部中的降解符
合一级动力学方程.
4.3 2,4-DCP 在前 24h 对杞柳根系的 PPO 和
POD 的活性有明显的抑制作用,此后酶活性回升.
在低浓度 2,4-DCP 胁迫下(≤20mg/L),杞柳能促
进 2,4-DCP 的去除并且对生长的影响较小.
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作者简介：施 翔(1981-),男,湖南长沙人,硕士,主要从事有机污染
物植物修复方面的研究.发表论文 7 篇.