全 文 ：生态环境 2008, 17(2): 500-505 http://www.jeesci.com
Ecology and Environment E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：浙江省科技厅重大项目（2006C12065）；浙江省中国林科院合作项目（2006SY10）
作者简介：施翔（1981－），男，硕士研究生，从事有机污染物植物修复方面的研究。E-mail: shixiang284@sina.com
*通讯作者, E-mail: ytc.yalin@yahoo.com.cn
收稿日期：2007-11-10
杞柳对水中 2,4-二氯苯酚的降解
施翔 1, 2，陈益泰 1*，段红平 2
1. 中国林科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：通过在人工配制的含有 2,4-二氯苯酚（2,4-DCP, 2,4-Dichlorophenol）的营养液中培养杞柳（Salix integra），研究了
杞柳在不同处理条件下对水溶液中 2,4-DCP 的去除效率，并探讨了其对 2,4-DCP 降解的动力学过程。结果表明，在抑菌
和不抑菌处理条件下，杞柳对水溶液中的 2,4-DCP有促进降解的作用，在 96h内杞柳对 20 mg·L-1的 2,4-DCP去除效率分
别为：76.9%、81.1%，并且对 2,4-DCP的去除都符合一级动力学方程；而没有杞柳生长的水体中 2,4-DCP的降解率为 0%。
2,4-DCP的植物吸收降解、微生物降解对 2,4-DCP去除的贡献率约为：92.57％、7.43％。在模拟光照下，杞柳在 48 h内
能去除水中约 52.37%的 2,4-DCP。同时，根系组织中多酚氧化酶和过氧化物酶活性受到了 2,4-DCP 明显的抑制。试验所
采用的质量浓度对杞柳没有产生毒害作用，表明杞柳是修复水中 2,4-DCP较好的材料。
关键词：杞柳；2,4-二氯苯酚；动力学；降解
中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）02-0500-06
环境中氯酚类化合物主要来源于大量生产和
使用的杀虫剂与除草剂，焚烧废弃物，造纸，水
质处理等等。氯酚类化合物具有致癌、致畸、致
突变的潜在毒性[1-2]。2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）广
泛存在于生产氯代芳香化合物的废水中，此外也
存在于染料和增塑剂等的生产废水中。2,4-DCP
及其衍生物都是有毒、难降解化合物，是环保中
需要控制的一大类污染物。美国、中国等国家已
把 2,4-DCP 列入水中有害物质或优先污染物“黑
名单”[3]。
目前，氯酚的去除方法主要有物理化学法和
生物法，如活性炭吸附、化学氧化、光催化和好
氧厌氧生物降解[4-9]。现在有效的物理化学方法成
本比较高，并且在治理后要注意防止环境的二次
污染问题[4]。微生物降解对环境条件的要求较苛
刻，微生物群落间的相互竞争、温度、营养物等
都会影响去除效果，因此很难利用微生物修复低
浓度的污染物[2]。相对于传统的物理化学法和生
物法，植物修复是一种新型、经济、有效、非破
坏型的修复方式，被认为是一种有潜力的污染修
复技术[10]。有研究表明植物是修复水中酚类化合
物的有效材料，其体内组织中含有能够解毒的过
氧化物酶[11]。目前许多研究人员展开了植物对
2,4-DCP 的去除研究，但大多以草本植物和农作
物为主[12-14]。相比于草本植物，木本植物特别是
高大的乔木具有生物量大，不参与食物链的优点。
柳树是一种落叶乔木，速生树种，适应性强，易
繁殖，在美国、德国、英国和瑞典等国家已经作
为一种生物能源作物。目前柳树主要应用在石油
烃和多环芳烃的修复，利用柳树对水中 2,4-DCP
进行修复的报道仅有一篇[15]。
本试验通过本实验室前期预试验，选用材用
与观赏兼用的杞柳（Salix integra）为材料，研究
了其促进 2,4-DCP 降解的动力学过程，探讨了
2,4-DCP 在水中的降解机理，为植物修复有机污
染水体的研究与应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料和仪器
杞柳采集自山东。试验前将杞柳插条（长度约
为8 cm）扦插置于直径大约15 cm的圆桶内的泡沫
板上，往桶中注入改良的霍格兰营养液（Hoagland
solution）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处理，6周后，
选择生长相似的杞柳进行处理。
2,4-DCP标准品由Sigma公司提供，2,4-DCP分
析纯由上海国药集团提供；二氯甲烷、甲醇（以上
均为色谱纯，上海国药）、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）、氨苄青霉素（上海生工）。
Agilent 6890N 气相色谱仪配 FID 检测器，
J&W DB-1701毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 µm)
（美国 Agilent 公司），AF2104S 型万分之一电子
天平，723型分光光度计(以上均为上海精密仪器
厂)，5804R 高速冷冻离心机（德国 eppenderf 公
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2008.02.008
施翔等：杞柳对水中 2,4-二氯苯酚的降解 501
司）。
1.2 试验方法
Hoagland营养液成分如下：KNO3 0.51 g·L-1，
Ca(NO3)2 0.82 g·L-1，MgSO4·7H2O 0.49 g·L-1，
KH2PO4 0.136 g·L-1，FeSO4 0.6 mg·L-1，H3BO3 2.86
mg·L-1，MnCl2·4H2O 1.81 mg·L-1，ZnSO4·7H2O 0.22
mg·L-1，(NH4)6Mo7O24 0.45 mg·L-1，EDTA 0.744
mg·L-1。为抑制藻类的生长。营养液中还加入10
mg·L-1 CuSO4[16]。
以甲醇作为助溶剂，配制含有 2,4-DCP 的
Hoagland培养液各两份，其中一份再加入氨苄青
霉素 10 mg·L-1 以抑制微生物但不影响植物的生
长[17]得到营养液 A，另一份则作为不抑菌处理的
营养液 B。
以直径大约15 cm的圆桶为培养容器。选择茎
长大约50 cm的杞柳移入圆桶中，每个圆桶移入5
株，加入1.5L含20 mg·L-1 2,4-DCP的营养液。试验
分为以下6个处理： .Ⅰ杞柳，营养液A，主要考察
杞柳的吸收降解作用； .Ⅱ杞柳，营养液B，主要考
察杞柳和水中微生物的联合作用； .Ⅲ营养液A，主
要是酚类物质的自身降解作用； .Ⅳ营养液B，主要
考察微生物的降解作用； .Ⅴ营养液A+杞柳根5 g，
主要考察根系分泌物的作用； .Ⅵ营养液B+杞柳根5
g，主要考察根系分泌物和微生物的作用。每个处
理组设3个重复试验。试验期间，通过加入盐酸或
NaOH溶液调节pH值，使之维持在5~6之间，适宜植
物生长。在培养的6、24、48、72、96 h分别随机取
每个处理组的3个样，测定溶液中2,4-DCP的含量，
同时测定处理Ⅰ和处理Ⅱ中杞柳根系多酚氧化酶
和过氧化物酶的活性。试验时将圆桶密封并且涂成
黑色，以免2,4-DCP光解和自然挥发，同时在前四
个处理中另设10 mg·L-1的处理，于96 h后取样测定
溶液中2,4-DCP的含量。
另做自然光照下对柳树2,4-DCP的去除效果研
究。在250 mL的三角瓶中加入200 mL含20 mg·L-1 2，
4-DCP的Hoagland营养液A。向三角瓶中移入茎长大
约50 cm的杞柳。用软木塞将瓶口封住，将三角瓶
放置在日光灯下，光照强度为1 660 lx。同时设置空
白对照，即用锡纸遮光。于48 h后取水样分析
2,4-DCP的含量。
1.3 样品分析
1.3.1 水样预处理
取水样50 mL置250 mL分液漏斗中，用硫酸调
pH值至2~3，加入3 g氯化钠，摇动使其溶解。然后
加入25 mL二氯甲烷萃取，分离有机相。再向水相
中分别加入10、10、5 mL二氯甲烷各萃取一次，合
并四次有机相。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。
1.3.2 色谱条件
色谱柱：毛细管柱J&W DB-1701，氢气流量：
30.0 mL·min-1，尾吹气流量：25.0 mL·min-1，流量：
2.0 mL·min-1，分流比：2 1∶ ，进样口温度：250 ℃，
检测器(FID)温度：250 ℃、程序升温，在90 ℃保持
1 min，然后以6 ·min℃ -1升到190 ℃。
1.3.3 多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）
活性的测定
多酚氧化酶和过氧化物酶酶液的提取按照
将益虹的方法进行[18]。
PPO活性的测定：酶反应体系包括3.9 mL pH
6.0的磷酸缓冲液，1 mL 0.2 mol·L-1儿茶酚、0.2 mL
酶液，反应体系加入酶液后混匀，于37 ℃保温10
min后，在波长410 nm处测定吸光度的变化值，
即∆A410每隔30s记录1次吸光度，共记录3 min。
酶 的 比 活 力 （ 0.01∆A/g( 鲜 质 量 ) ， min ）
=∆A/0.01Wt×D
式中∆A为反应时间内吸光度的变化；W为植
物样鲜质量(g)；t为反应时间；D为稀释倍数。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0.5 mL
愈创木酚，100 mL 0.2 mol·L-1 pH 8.0的磷酸缓冲
液，取酶液50 µL加入3 mL反应液中，加入20 µL
H2O2反应，于37 ℃保温10 min后，在波长470 nm
处测定吸光度的变化值，即∆A470（每隔30 s记录1
次吸光度，共记录3 min），同样本试验以∆A值变
化表示POD活性的变化。
1.3.4 数据分析
使用 DPS 7.05和 Excel 2003进行统计分析，
用 OriginPro 7.5 作图，数据以平均值±标准差
(mean±SD)来表示。
2,4-DCP的去除效率=(ρ 水中起始-ρ 处理组剩余)/ρ 水中起
始×100-(ρ 水中起始-ρ 对照最剩余)/ρ 水中起始×100%
2 结果
2.1 2,4-DCP的降解过程
各处理组质量浓度的变化曲线如图1所示。
由图1可知，处理组杞柳+营养液A和杞柳+营养液
B中2,4-DCP的质量浓度都下降显著，分别由20.0
mg·L-1降至4.62 mg·L-1和3.78 mg·L-1；处理组营养
液A和处理组营养液B的质量浓度基本上没有变
化，主要是因为2,4-DCP具有两个氯取代基,自身
降解难度大。处理组营养液A+根系中2,4-DCP的
质量浓度由20 mg·L-1降至14.11 mg·L-1；处理组营
养液B+根系中2,4-DCP的质量浓度由20 mg·L-1降
至13.43 mg·L-1。2,4-DCP的下降速率分别为3.845、
502 生态环境 第 17卷第 2期（2008年 3月）
4.055、0、0、1.473、1.643 mg·L-1·d-1。
根据一级动力学反应方程Ct=C0e-kt对除空白
对照组外的四个处理组质量浓度下降过程进行拟
合，方程中Ct为某一时刻水溶液中2,4-DCP的质量
浓度，mg·L-1；C0为2,4-DCP的起始添加质量浓度，
mg·L-1；k为降解速率常数，h-1；t为时间，h。四
个处理组降解速率常数及方程见表1。根据
T1/2=ln2/k 计算2,4-DCP在各处理组的降解半衰
期，其中k为降解常数。
从图1和表1可以看出，不同处理下杞柳对
2,4-DCP的降解呈现不同的降解规律，但各处理组
的降解均符合一级动力学反应方程，在以上四个处
理中，2,4-DCP的降解快慢由大到小的顺序为杞柳+
营养液B，杞柳+营养液A，根系+营养液B，根系+
营养液A，降解半衰期分别为46.83、50.59、210.04、
223.60 h，说明在不同的处理条件下，2,4-DCP的降
解速率有所不同。
2.2 不同环境条件下杞柳对2,4-DCP去除效果的
比较
各处理组的去除效率见图2，各处理组去除效
率分别为76.9%、81.1%、0、0、29.5%、32.9%。
通过对各组数据进行单因素方差检验，杞柳处理
组和根系处理组水中2,4-DCP的去除率与空白对
照组的存在显著差异（LSD比较，p<0.01），说明
杞柳和根系对水中2,4-DCP降解有明显的促进作
用。但根系处理组之间不存在显著性差异，而杞
柳处理组之间在p=0.05水平上有显著差异，说明
微生物降解和根际降解并不是本体系去除水中
2,4-DCP的主要途径。
由图3可知，在抑菌和不抑菌的条件下杞柳对
10、20 mg·L-1的2,4-DCP去除效率分别为73.05%、
91.1%、76.9%、81.1%；对照组的去除效率则分别
为0.04%、0.03%、0、0。2,4-DCP的下降速率分别
为1.87、2.30、3.85、4.06 mg·L-1·d-1，去除效率随着
2,4-DCP质量浓度的升高而降低，降解速率随着质
量浓度的升高而升高。
由图4可知，在模拟光照条件下，各处理组中
2,4-DCP的质量浓度在48 h内分别由20 mg·L-1下降
到了9.53和16.53 mg·L-1，去除效率为52.37%、
18.25%。而避光环境下，48 h内对照组的去除效率
分别为41.60%、0%，表现出一定的协同作用。
2.3 多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性
的变化
多酚氧化酶和过氧化物酶被认为是氧化酚类
化合物的重要酶。
2,4-DCP对杞柳根系PPO的活性影响见图5。由
表 1 2,4-DCP在不同处理中的降解参数及方程
Table 1 Kinetics and parameters of 2,4-DCP in different controls
处理 降解动力学方程
Ct=C0e-kt
相关系数
R2
降解速率常数
/h-1
半衰期/h
杞柳+营养液 A Ct = 20.213e-0.0137t 0.953 4 0.013 7 50.59
杞柳+营养液 B Ct = 18.768e-0.0148t 0.931 5 0.014 8 46.83
根系+营养液 A Ct = 19.672e-0.0031t 0.946 8 0.003 1 223.60
根系+营养液 B Ct = 19.913e-0.0033t 0.831 0 0.003 3 210.04

0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
柳树+营养液A 柳树+营养液B 营养液A 营养液B
处理
去
除
率
10 mg•L-1
20 mg•L-1

图 3 杞柳对不同初始浓度 2,4-DCP的去除效果
Fig. 3 Comparison of 2,4-DCP removal with different
initial concentrations by Salix integra

0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120
t /h
2，
4-
二
氯
苯
酚
质
量
浓
度
ρ
/(
mg
•L
-1
)
杞柳+营养液A 杞柳+营养液B 营养液A
营养液B 根系+营养液B 根系+营养液B

图1 杞柳促进2,4-DCP降解的动力学过程
Fig. 1 Kinetics process of 2,4-DCP degradation by Salix integra

0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
杞柳+营养液A 杞柳+营养液B 营养液A 营养液B 根系+营养液A 根系+营养液B
处理
去
除
率

图 2 各处理组对 2,4-DCP的去除效果
Fig. 2 Comparison of 2,4-DCP removal in different treatments

A
施翔等：杞柳对水中 2,4-二氯苯酚的降解 503
图可知，在前24 h（杞柳+营养液B处理组是前48 h）
2,4-DCP对PPO表现出强烈的抑制作用，表明PPO对
于2,4-DCP是相当敏感的，随后酶活性逐渐上升。
最后两个处理的柳树根系酶活性趋于一致。
2,4-DCP 对杞柳根系 POD 活性的影响见图
6。由图可知，在前 48 h 2,4-DCP对 POD表现出
强烈的抑制作用，表明 POD 对于 2,4-DCP 是相
当敏感的，随后在营养液 B 中柳树根系的 POD
活性在 72 h后趋于平稳。而在营养液 A中柳树根
系的 POD活性则表现为激活-抑制效应。同 PPO
的变化一样，最后两个处理的酶活性趋于一致。
多酚氧化酶和过氧化物酶活性的下降趋势与水中
2,4-DCP的下降一致。
3 讨论
柳树具有高效吸收宏量或微量元素能力，有
高生物量，能够有效地吸收营养，高蒸腾效率，
这些特点使杞柳适合作为过滤器，来净化污水
[19-20]。从本研究的结果可以看出，杞柳对含有
2,4-DCP 的水体有着较好的去除效率，表明杞柳
修复有机污染水体方面有着良好的应用前景。
目前有研究表明，有机污染物的去除主要通
过两条途径[21]，一条途径是挥发到空气中或者被
植物吸收转移到茎叶；另一条去除途径是通过矿
化或者通过微生物和植物降解。从动力学研究来
看，在理想状态下，营养液中 2,4-DCP的总降解
常数是各降解途径的降解常数之和[22]，故处理组
杞柳+营养液 A( )Ⅰ 与抑菌空白对照组( )Ⅲ 的降解
常数之差即为杞柳吸收与降解引起的营养液中
2,4-DCP 降解速率常数，而处理组杞柳+营养液
B( )Ⅱ 与处理组杞柳+营养液 A( )Ⅰ 之差可认为由
微生物引起的营养液中 2,4-DCP降解速率常数，
(Ⅰ- )Ⅲ /Ⅱ即为杞柳本身的吸收与降解对营养液
中 2,4-DCP降解的贡献率，(Ⅱ- )/Ⅰ Ⅱ则为微生物
降解引起的营养液中 2,4-DCP降解的贡献率。由
此计算得到杞柳的吸收与降解和微生物降解水中
2,4-DCP 的贡献率分别为 92.57%、7.43%，可以
看出，微生物在修复水中 2,4-DCP的作用比较小，
杞柳对水中 2,4-DCP的吸收、积累和降解起绝对
重要作用。按照上面的方法可计算杞柳根系降解
水中 2,4-DCP的贡献率为 22.63%，说明根系降解
并不是水中 2,4-DCP降解的主要途径。故在本研
究体系中，水中 2,4-DCP的去除主要是被植物吸
收降解，这可能是与 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，属于中等亲
水性污染物，较容易被植物吸收和在植物体内
转运。
从降解速率可看出，前 6 h各处理组除空白
对照组外的降解明显快于其它阶段，此时酶的活
性也处于一个较高的水平。随着时间的推移，降
解速率迅速下降，这主要是 2,4-DCP对杞柳的毒
性效应以及对其根系酶活性的抑制。通过 36~48 h
的适应，酶活性逐渐回升，降解速率也相应提高。
这可能是酶与 2,4-DCP发生了一系列的化学聚合
反应，降低其毒性，使杞柳能正常生长。处理组
杞柳+营养液 B 后期根系酶活性要低于同期处理
组杞柳+营养液 A 的酶活性，主要是处理杞柳+
营养液 B 中的微生物要利用酶来进行共代谢
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
光解+柳树 光照 柳树 对照
处理
去
除
率

图 4 光照对 2,4-DCP降解去除效果的影响
Fig. 4 Effect of 2,4-DCP removal with light

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 20 40 60 80 100 120
t /h
多
酚
氧
化
酶
活
性
Δ
A
柳树+营养液B
柳树+营养液A

图 5 杞柳多酚氧化酶活性的变化
Fig. 5 PPO activity change in time of Salix integra
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 20 40 60 80 100 120
t /h
过
氧
化
物
酶
活
性
Δ
A
柳树+营养液B
柳树+营养液A

图 6 杞柳过氧化物酶活性的变化
Fig. 6 POD activity change in time of Salix integra
504 生态环境 第 17卷第 2期（2008年 3月）
（cometabolism）降解。
空白对照组的 2,4-DCP降解效果很差，这种
情况与很多文献中指出的微生物对难降解有机污
染物的降解方式是一致的，共代谢是其中重要的
一种方式[23]。
水中 2,4-DCP 降解的一个主要途径是光降
解，因此许多学者展开了这方面的研究[24-25]。如
在有 TiO2存在的情况下，TiO2首先被激发产生光
电子和空穴，它们或者重合或者与溶解氧、H2O、
OH-作用形成高活性的·OH，此后·OH按四种可能
与有机污染物发生反应[26]。但光降解在本研究体
系里不是主要的降解途径，主要是因为 2,4-DCP
在水溶液中的最大吸收峰为 284 nm，在小于或等
于 284 nm的光照射时，能使 2,4-DCP发生直接
光降解。本试验采用的是日光灯，它的波长不能
激发 2,4-DCP分子，而且在本试验体系中没有光
催化剂，因此体系中也没有能够降解有机物活泼
的羟基自由基产生。
基于以上原因，在利用杞柳修复水生植物的
时候要注意及时补充水体的营养盐，使植物处于
最佳的生长状态[27]，也能够为微生物提供碳源，
进行共代谢降解。同时利用植物-光照系统将进一
步促进水中 2,4-DCP的降解
4 结论
（1）杞柳及其根系对 2,4-DCP 的降解符合
一级动力学方程，且对水中 2,4-DCP降解有明显
的促进作用。杞柳对 2,4-DCP的降解速率随着水
中 2,4-DCP的起始质量浓度升高而升高。
（2）杞柳对水中2,4-DCP的吸收、积累和降解
起绝对重要作用，微生物的贡献非常小，杞柳根系
降解也不是水溶液中2,4-DCP降解的主要途径。加
光照能加速2,4-DCP的降解，但光解在本研究中不
是主要的降解途径。
（3）2,4-DCP在前24 h对杞柳根系的PPO和
POD的活性有明显的抑制作用，此后杞柳+营养液A
和杞柳+营养液B两个处理组的酶活性回升，并逐渐
趋于一致。

参考文献：
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Degradation of 2,4-Dichlorophenol by Salix integra in Water

Shi xiang1，2, Chen Yitai1, Duan Hongping2
1. Institute of Subtropical Forestry, China Academy Forestry, Fuyang, Zhejiang 311400, China;
2. College of Resource and environmental, Yunnan Agrcultural University, Kunming Yunnan 650201, China

Abstract: Phytoremediation, which uses plants to treat polluted sites and groundwater, is a low-cost and promising method for
pollution control. In this paper, phytoremediation of 2,4-Dichlorophenol(2,4-DCP) in water solutions by Salix integra was inves-
tigated. The efficiency, kinetics and mechanism of Salix integra to degrade 2,4-DCP were studied. The results showed that: in
sterile and non-sterile treatments, Salix integra promoted 2,4-DCP degradation significantly compared with the control, removing
at most 76.9, 81.1％ of 20 mg·L-1 2,4-DCP in 96h, respectively, and without Salix integra was 0％. In the kinetics experiment,
2,4-DCP concentration was measured at various time. The kinetics of 2,4-DCP degradation by Salix integra fitted the first-order
kinetics equation. And it demonstrated that plant uptake and degrade contributed about 92.57% to the total 2,4-DCP removal,
while microorganism did about 7.43%. We also found the positive effect of light on 2,4 DCP degradation by Salix integra in water.
Although the activities of polyphenoloxidase and peroxidase in the roots of Salix integra were restrained significantly by 2,4-DCP.
Dose （≤20mg/L）used in this study were not toxic to the test Salix integra. Therefore, Phytoremediation of 2,4-DCP by Salix
integra be considered an efficient treatment to 2,4-DCP polluted water.
Key words: Salix integra; 2,4-Dichlorophenol; kinetics; degradation