全 文 ：应用与环境生物学报 2001 , 7(3):224～ 227
Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X 2001-06-25
非离子型表面活性剂AE对稀脉浮萍的损伤作用＊
刘红玉＊＊ 周朴华1 杨仁斌 廖柏寒 鲁双庆2
(湖南农业大学环境科学系 ,生物技术系1 和水产系2 长沙 410128)
摘 要 以过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)相对活性 、植物生长量和培养液 pH 值变化作为观测指标 , 研究了
非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)对稀脉浮萍(Lemna paucicostata L.)的损伤作用.结果显示:稀脉浮萍的
损伤程度与 AE 浓度直接相关.浓度小于 1.0 mg/ L 时 , AE 对稀脉浮萍的损伤较轻 , λ(CAT)、λ(POD)的增加 , 能清除
膜上的过氧化物;在 10.0 mg/ L时 ,稀脉浮萍的生理功能受到中等程度的伤害.CAT 、POD相对活性升高 , 生长率下降 ,
光合作用受到一定程度的抑制 , 培养液 pH 值下降 0.2 左右;AE 为 100.0 mg/ L 时 , 植物受伤严重 , CAT 、POD 相对活
性下降 ,培养液 pH 值降低幅度为 0.6 左右 ,植物大部分死亡.图 6 参 12
关键词 稀脉浮萍;表面活性剂;过氧化氢酶;过氧化物酶;生长量;pH 值变化
CLC Q946.5
STUDYON THE INJURIES OF LEMNA PAUCICOSTATA L.DUE TO
NONIONIC SURFACTANT LINEAR ALKYLETHOXYLATE(AE)＊
LIU Hongyu＊＊ ,ZHOU Puhua1 ,YANG Renbin , LIAO Bohan &LU Shuangqing2
(Dept.of E nvironmen tal Science;1Dept .o f Biotechnology &2Dep t.of Fishery , Hunan Agricultura l U niversity , Changsha 410128 , China)
Abstract The injuries of Lemna paucicostata L.due to linear alkylethoxy late (AE)were studied by
means of several measurement indices:catalase (CAT)activity , peroxidase (POD), plant biomass incre-
ment and changes in pH .The results show ed that the injury degree of Lemna paucicostata L.was direct-
ly responded to the concentrations of AE.When the concentration of AE w as low er than 1.0 mg/ L ,
Lemna paucicostata L.was injured slightly.With the increasing of CAT and POD activities , those per-
oxides on the membranes could be cleaned.When the concentration of AE w as 10.0 mg/L , Lemna pau-
cicostata L.was injured inodinately , the relative activities of catalase (CAT)and peroxidase (POD)in-
creased , grow th rate of Lemna paucicostata L.went dow n , pho tosynthesis rate was rest rained to some
ex tent , and pH of the cultivated solution descended by about 0.2.When the concentration of AE rose to
100.0mg/L , Lemna paucicostata L .was seriously injured , CAT and POD relative activities fell , pH of
the cultivation solution decreased by about 0.6 , and most of the plants died.Fig 6 , Ref 12
Keywords Lemna paucicostata L.;surfactant;catalase;pero xidase;biomass increase;change in pH
CLC Q946.5
稀脉浮萍(Lemna paucicostata L.)因具有生长 、
繁殖速度极快 ,适应性强 ,营养价值较高等特点 ,被广
泛用于喂养鱼 、鸭 、猪等[ 1] ,是一种非常重要的青饲
料 , 同时具有很强的促进水体自净的功能.可预测 ,
它将会在水体富营养化治理中发挥巨大作用.
非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)因
其高效的去污能力和优良的混配性能 ,现已成为一种
收稿日期:2000-08-23 接受日期:2000-10-16
＊湖南农业大学青年科研基金资助项目(2000-11)
＊＊通讯联系人(Corresponding au thor)
非常重要的表面活性剂 ,广泛用于重垢型去污剂中 ,
消耗量十分巨大[ 2] .但它对水体环境的影响 ,对水体
自净功能的主要贡献者 ———水生植物的损伤作用 ,却
报道甚少.本文以稀脉浮萍为代表 ,研究了非离子型
表面活性剂AE对水生植物生理生化特性的影响 ,为
正确评价表面活性剂对生态环境的影响 ,提供可靠的
素材.
1 材料和方法
1.1 材 料
稀脉浮萍(Lemnapaucicostata L.)采自未受污染
的较清洁池塘中 ,经洗净 、挑选后 ,置于经曝气的自来
水中预培养 2 d后 , 进行实验处理.非离子型表面活
性剂:采用脂肪醇聚氧乙烯醚(AE),化学纯.
1.2 方 法
1.2.1 培养条件 采用玻璃缸 ,加 Sachs 完全培
养液[ 3] 3 000 mL ,自然光照下 , (20±2)℃的温度下
进行室内培养试验.AE 试验质量浓度值 ρ(AE)/mg
L
-1设计为 0 、0.1 、1.0 、10.0 、100.0 ,同时设有一个平
行组.
1.2.2 AE对植物生长的影响 在上述培养条件
下 ,每缸加经清洗 、捡选 、吸去表面水份的稀脉浮萍
5 g ,培养 6 d , 称鲜重 , 减去初始重量 ,即得生长量
(Δm FW/g).
1.2.3 植物提取液的制备 称取样品 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 10 mL 进行 Λ
(CAT)测定;取 25 mL 悬浮液 ,加 10%的 Ca(NO3)2
定容至50 mL ,混匀 ,净置 40 min后过滤 ,取滤液进行
Λ(POD)测定.
1.2.4 测定方法 CAT 活性(λ(CAT))及 POD
活性(λ(POD))测定见文献[ 4] .酶的相对活性 Λ(酶)
=λ(酶AE/λ(酶CK.
1.2.5 pH 值的测定 采用 pHS-3C 型精密 pH
计 ,上海雷磁.在实验时间内 ,于每一天上午 10:00 定
时测定培养液的 pH 值.pH 增量 ΔpHA E=pHAE -
pHCK.
2 结果与讨论
2.1 AE对稀脉浮萍过氧化氢酶活性的影响
图 1 显示 ,在 ρ(AE)/mg L -1为 0 ～ 10.0 作用
下 ,稀脉浮萍 CAT 活性 (λ(CAT)/min-1 g-1)呈现
基本一致的波动趋势 ,并在同一时间 , λ(CAT)随浓度
的升高而升高 ,说明细胞膜受到较轻微的损伤 ,膜脂
过氧化 ,产生较多的 H2O2 ,同时诱导过氧化氢酶含量
增加 ,有利于清除H2O2 ,细胞基本上能维持正常生命
活动.但在培养过程中发现 , ρ(AE)/mg L-1为 10.0 ,
培养 6 d时 ,植株表现出轻微的受伤症状 ,有少量叶
片变黄 ,此时CAT 相对活性也达到最高.在 ρ(AE)/
mg L-1为 100.0时 ,酶活性于 d 2小幅度上升 ,d 3急
剧下降.培养 6 d时 ,降至正常状态的 33.2%.国内外
大量研究表明 ,当植物处于逆境条件下 ,体内积累大
量的活性氧 ,诱导膜脂过氧化 ,使细胞膜最先受到伤
害.过氧化氢酶是植物的一种保护酶 ,能将H2O2 分解
为 H2O和 O2 , 减少由 H2O2 诱发的单线态氧(1O2)和
某些自由基的产生 ,保护膜免受损伤[ 5～ 12] .本实验也
证实 ,在 ρ(AE)=100.0 mg/ L 时 ,由于 AE 的胁迫 ,
细胞膜受到严重伤害 ,膜对物质进出细胞的选择透性
功能降低 ,细胞内容物外溢 ,进而导致细胞解体 ,死
亡.培养过程中也观测到在 ρ(AE)=100.0 mg/ L 的
浓度下 ,稀脉浮萍 d 2部分叶片变黄 ,以后陆续死亡.
d 5死亡率达 80%.
图 1 不同 AE 浓度下 , 稀脉浮萍 λ(CAT)随时间的变化曲线
Fig.1 Changes in CAT activity o f L .paucicostata L.
at time course with different AE concentrations
在控制条件下(ρ(AE)=0 mg/L),稀脉浮萍 λ
(CAT)也呈现波动 ,并与0.1 、1.0 、10.0 mg/L 时的波
动趋势一致.这可能是在培养过程中 ,外部环境如:光
照 、温度 、营养等因素改变所致.为排除这些干扰因
素 ,采用相对活性 Λ(CAT)能更好地显示不同 ρ
(AE)对稀脉浮萍的损伤程度 ,便于比较 ,并排除干扰
(图 2).但不能显示 Λ(CAT)值.
图 2 不同 AE 浓度下 ,稀脉浮萍 CAT 相对活性随时间
的变化曲线
Fig.2 Changes in CAT relative activity of L.paucicostata L.
at time course with different AE concentrations
225 3期 刘红玉等:非离子型表面活性剂 AE对稀脉浮萍的损伤作用
2.2 AE对稀脉浮萍过氧化物酶相对活性的影响
图 3显示:处理后的 d 1 ,在 ρ(AE)为 1.0 、10.0 、
100.0 mg/L 胁迫下 ,稀脉浮萍 λ(POD)都远远地超
过CK ,最高为 CK 状态的 1.5 倍(ρ(AE)=100.0
mg/ L),d 2急剧下降.说明:稀脉浮萍经 ρ(AE)/mg
L-1=1.0 、10.0 、100.0 处理后 ,膜系统很快受到损
伤 ,细胞出现了应急反应 ,提高保护酶 POD的活性 ,
消除过氧化物伤害.AE 为 0.1 mg/ L 时 ,对膜伤害程
度很低 , POD 相对活性变化较小;100.0 mg/L 时 ,
POD相对活性变化幅度很大 ,从 d 1的 1.502降到 d
6的 0.449 ,说明 100.0 mg/L 的 AE 对细胞损伤大 ,
处理后 1 d 内 ,应急反应达到最高水平 ,但酶活性的
增高 ,都不能完全消除大量形成的过氧化物 ,导致膜
受伤程度逐渐加剧 ,膜的半透性功能降低 ,最后膜结
构被破坏 ,细胞解体 ,酶活性急剧下降 , 部分细胞死
亡.培养过程中也发现 ,100.0 mg/ L下 d 6时 ,稀脉浮
萍死亡率达 85%.ρ(AE)为 1.0 、10.0 、100.0 mg/L
时 ,对稀脉浮萍的损伤不太严重 ,保护酶活性的增高 ,
基本上能清除自由基 ,膜结构没被破坏 ,但对细胞的
生理功能有些影响 ,表现为同化作用速率下降 ,生物
量降低.
图 3 不同ρ(AE)/ mg L-1胁迫下稀脉浮萍 Λ(POD)
随时间 t/d 的变化
F ig.3 Changes in Λ(POD)o f L .paucicostata L.
at time course with different ρ(AE)
2.3 AE对稀脉浮萍生长的影响
AE对水生生物生长的影响与其浓度有很大关系
(图 4).当 ρ(AE)<1.0 mg/L 时 ,AE 的抑制作用较
小 ,稀脉浮萍生长量随时间变化的曲线比较平坦 ,
ρ(AE)=0.1 mg/L 时 , m FW/g 还有些增加 ,是否因为
低浓度 AE对稀脉浮萍的生长有促进作用 ,有待进一
步证实;当 ρ(AE)=10.0 mg/L 时 ,AE就显著抑制稀
脉浮萍的生长;ρ(AE)=100.0mg/ L浓度下 ,稀脉浮
图 4 经6 d 培养的稀脉浮萍生长量(ΔmFW/ g)
随ρ(AE)/ mg L-1的变化
Fig.4 Changes in g rowth of L.paucicostata L.
Δm FW/g with the ρ(AE)/ mgL-1 for 6 d
图 5 不同 ρ(AE)胁迫下 ,稀脉浮萍培养液 pH 值
随时间的变化
Fig.5 Changes in pH of cultivation solutions for L.paucicostata
L.at time course with different ρ(AE)
萍出现了负增长 , d 6时 , m FW=2.58 g ,是初始重量
的 51.6%.稀脉浮萍死亡数高.
2.4 AE胁迫下 ,稀脉浮萍培养液 pH 值的变化
稀脉浮萍培养液的 pH 值变化是很多因素综合
作用的结果.比如:培养液中生物的光合作用 、呼吸作
用 、细胞解体释放的电解质 、有机物的分解作用;O2 、
CO2在水体与大气界面的交换等.由于稀脉浮萍的培
养液及培养条件一致 ,则生物的生命活动是导致培养
液 pH 值变的主要因素.稀脉浮萍和绿藻的光合作用
迅速消耗水中的 CO2 ,使水中积累 OH- , pH 值升高.
它们的呼吸作用 、有机物的分解过程会积累 CO2 ,导
致 pH 值下降.图 5显示 , ρ(AE)在 0 ～ 100.0 mg/L
范围内 ,pH 值都呈现上升趋势.但 ρ(AE)为 10.0 、
100.0 mg/L 下 , pH 值比 CK 状态低得多.为便于比
较不同 ρ(AE)处理下稀脉浮萍培养液 pH 值的变化 ,
消除其它因素的干扰 ,采用培养液 pH 值增量(ΔpH)
226 应 用与 环境 生物 学 报 7卷
进行比较.结果见图 6.ρ(AE)为 0.1 、1.0 mg/L 时 ,
与CK相比 , pH值变化幅度不大 ,小于±0.2.说明稀
脉浮萍的生理作用基本正常;ρ(AE)=10.0 mg/L
时 ,pH 值明显低于 CK ,变化幅度大于 0.2.说明稀脉
浮萍的光合作用受到抑制 ,导致 pH 值下降;ρ(AE)
=100.0 mg/ L 时 ,处理 3 d内 ,pH 值下降非常快 ,d 3
时 , pH值比CK低0.62 , 但以后又急剧上升 .推测 ,
ρ(AE)=100.0 mg/L 时 , d 0 ～ 3 内 ,植物受伤程度
重 ,细胞 、叶绿体结构逐渐被破坏 ,光合作用等生理活
动能力降低 ,直到基本停止 ,而死亡的有机物逐渐被
分解 ,消耗 O2 ,产生大量的 CO2 ,导致 pH 值下降 , d 3
后 ,由于培养液中绿藻的大量繁殖 ,进行光合作用 ,消
耗CO2 ,放出 O2 ,使水中积累 CO2-3 、OH- , pH 值回
升.显微观察也发现 ,这时水中有大量绿藻存在.所
以 ,用 AE处理 3 d后 ,培养液的 pH 值已经不能用于
指示稀脉浮萍生理状态的改变.由此可见 ,pH 值增量
可以指示植物的受伤程度 ,对稀脉浮萍而言 ,若培养
液 pH值比正常状态低 0.2 ,则可视为中等伤害;若低
0.6 ,则可视为严重伤害 ,对其它生物是否适用 ,有待
进一步证实.
图 6 不同ρ(AE)下 , 稀脉浮萍培养液 ΔpH 随时间的变化曲线
Fig.6 Changes in ΔpH of cultivation solutions for L.paucicostata
L.a t time course with different ρ(AE)
综上所述 ,CAT 、POD相对活性 ,生长量 、培养液
pH值变化量 ,都是比较好的植物分子生态毒理学指
标.当污染物为亚致死浓度时 ,能较灵敏 、较准确地指
示植物的受伤程度 ,为环境评价提供非常重要的第一
手资料.采用 CAT 、POD相对活性 ,pH 变化作为观测
指标 ,可排除实验过程中其它因素的干扰 ,更直观地
反映由于污染物 AE引起的对植物的伤害.
非离子型表面活性剂 AE 对稀脉浮萍的损伤程
度与 AE 的浓度直接相关.同时发现 ,稀脉浮萍是一
种良好的毒理学实验材料 ,因为它体形小 ,每次取样
0.5 g ,包含了大量的个体 ,使之具有较好的代表性.
同时 ,稀脉浮萍适应能力强 ,生长 、繁殖快 ,便于取材.
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