全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(3)：264~268
Journal of Wuhan Botanical Research
太湖梅梁湾水体中紫外线状况及藻体内MAAs的检测
杨顶田h ，陈伟民 ，张运林 ，刘正文
(1．中国科学院南海海洋研究所，广州 510301，2．国家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012，
3．中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083}4．中国科学院南京地理与湖泊研究所，南京 21OOO8)
摘 要 ：在对太湖梅梁湾水体中的紫外线状况以及藻体 内MAAs的研究时发现：在一年的 l～3月，紫外线与有效
光合辐射的比值较低，而在 7月较高，其余月份相对稳定；可溶性有机碳(Doc)的含量有明显的季节性变化；有色
可溶性有机碳(cD0c)对紫外线的衰减作用较为明显；通过紫外分光光度计扫描和高效液相色谱方法对藻类研究
时发现，藻体内有含量较高的 MAAs类物质，主要为shinorine和 porphyra一334。
关键词：太湖梅梁湾；紫外线；光衰减；MAAs
中图分类号 ：Q948．885．1 文献标识码：A 文章编号 ：i000—47OX(2OO4)O3—0264—05
Distribution of UV in W aters of M eiliang Bay。Lake Tai and
M easurement of M AAs in Algae
YANG Ding—Tian ’ ，CHEN W ei—M in‘，ZHANG Yun—Lin‘，LIU Zheng—W en‘
(1．South China Sea Institute of Oceanography，The Chinese Academy of Sciences。Guangzhou 510301，China l 2．Second Institute of
Oceanography，State Oceanography Association ，Hangzhou 310012，China；3．Shanghai Institute of Technology and Physics，The Chinese
Academy of Sciences，Shanghai 200083。China l 4．Institute of Nanjing Geography and Limnology，The Chinese Academy of
Sciences，Nanjing 210008，China)
Abstract：The ultraviolet distribution in the waters of Meiliang Bay and MAAs concentration in
algae was studied，and the results showed that the ratio of ultraviolet to PAR was relatively low
in Jan．一Mar．，and relatively high in July，maintained at certain level in other months of the
year；DOC concentration changed greatly in different season；CDOC has significant effects on the
attenuation of UV；there was great amount of MAAs in algae and has been identified as shinorine
and porphyra一334 by using UV scan and HPLC．
Key words：Meiliang Bay of Lake Tai；Uhraviolet；Light attenuation；M AAs
紫外线 可 以分为 三个 部分：UV—A(320～
400 nm )、UV—B (280～ 320 nm )、UV—C (240～
280 nm)，其中以UV—B对地球生物的影响最大[1]
当然uV—A也同样对生态系统产生一定的影响 。
在海水中，紫外线穿透的深度较大，有的在 6O m以
下还有生物效应L3]。但在内陆湖泊中，由于水体中含
有较多的DOC，有的湖泊[4 在水下 2O cm处紫外线
就已经衰减了99 。紫外线对淡水生态系统中的影
响较为复杂L5 ]，不仅影响到细菌、浮游植物、浮游动
物、水生脊椎动物等的生长发育与繁衍，而且影响到
整个生态系统结构的变化，较多的研究认为[7-ao]，紫
外线的影响主要表现在导致整个生态系统的优势种
的改变，对紫外线敏感的优势种让位于对紫外线不
敏感的优势种。
收稿日期：2003—06—06，修回日期：2004—04—06。
基金项 目i中国科学院南海海洋研究所领域前沿项 目(LYQY200304)资助；中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1一SW一12)资助；
中国科学院南海海洋研究所博士启动基金(SJ200404)资助。
作者简介：杨顶田(1969一)，男，助研，博士后，主要从事水体生物光学的研究。
维普资讯 http://www.cqvip.com
第3期 杨顶田等：太湖梅梁湾水体中紫外线状况及藻体内MAAs的检测 265
近年来的研究认为：UV—A、UV—B对光合作用
产生抑制。当然，植物本身也会对紫外线的伤害产生
抗性，主要表现在；叶黄素与胡萝 卜素的含量增加，
紫外线产生的超氧阴离子 由叶黄素循环而减少；蓝
藻体内Mycosporine—like amino acid(MAAs)的增
加；超氧化物歧化酶(SoD)、过氧化物酶(POD)活
性增强等等[3,1-161。笔者曾经对水下光谱分布的部
分影响因素以及光谱分布对水体中初级生产力的影
响作了较为详细的研究[1 1 ，本文主要通过研究太
湖梅梁湾地区紫外线与有效光合辐射比值、紫外线
在水体 中分布、DOC的年变化以及水体中 CDOC
等物质对紫外线衰减的影响，并研究了藻体内的
MAAs，进而了解紫外线对太湖梅梁湾水体中生态
系统的影响 。
1 材料与方法
测量样点的设置主要根据污染物从梅梁湾中向
太湖扩散的浓度梯度来进行的。从 2002年 3月份到
12月份，每月采样 1～2次，每次采样时按表层、中
层和下层分层采样。
水下光谱的测定是用Macam公司的SR9910型水
下光谱仪，配以4 m的石英光纤。光谱的测定范围在
280~700 nm内，波谱间隔为 10 nm，每采集一次需
40 S左右。仪器的灵敏度在 10 E·m卅 ·s-1级，
绝对精度在±5 。采集数据前将仪器进行校正，每次
采集数据后将仪器擦净，并用擦镜纸将镜面拭干。
3．0
2．5
爰2．0 丑
藿言
。 一
4 1．0
0．5
0
水面上紫外线与光合有效辐射(PAR)的周年
观测主要是中国科学院太湖生态系统实验站的气象
观测仪。
有色可溶性物质(CDOC)对紫外线吸收的测定是
将太湖水用 Whatman公司的 GF／F滤纸 0．45 m
过滤，放在紫外分光光度计下在 240 800 nm之间
进行扫描 。
MAAs的测定是将藻体浸放在 100 甲醇中
24 h，将溶液 2 000 r／min离心 10 min后，将上清液
放在紫外分光光度计(岛津公司，5403一PC型紫外分
光光度计)下 250～800 nm之 间进行扫描，找出
MAAs的吸收峰 。
MAAs的高效液相色谱分析，取 2 mL样品甲
醇提取液，在 45℃条件下干燥，然后再溶入 200
蒸馏水，通过 0．2 p．m孔径的滤膜后进行反相高效
液相色谱分析。色谱柱 Hypersil C s，流动相为 25％
的甲醇加 0．2 乙酸，检测波长 250~450 nm。
2 结果
2．1 紫外线与有效光合辐射比值的周年变化
在一年中的 1～3月底，UV ；PAR(紫外光 ：
有效光合辐射)的值变化较大，但基本上呈现下降的
趋势，到 4月以后UV：PAR值基本上处于稳定状
态，大约在 0．4左右；到了7月UV：PAR的比值出
现一个较大的峰，大约持续20 d左右，然后又回到
4～7)1的比值水平(图1)。
201 251 301
天 数 Days
图 1 太阳辐射中 uv与 PAR之间的比值
Fig．1 The ratio of UV to PAR
2．2 水体中紫外线的分布
首先对所测数据的有效性进行验证，如果所测
351
数据的对数值与深度之间的关系能够为线形关系，
则所测数据有效，如果线形关系不强，则有效性差。
维普资讯 http://www.cqvip.com
266 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
我们主要从 320 nm、330 nm、380 nm进行校验，从
图 2可看出所测的数据有效。
在水体中，光 的衰减与水体深度呈现指数关
系[。 ：Ed(z)一Ed(O)e 。
由于表面向下辐射的光能测定较难把握(波浪)，
所以测得的数据是以 (O—m)／E (1m)几次测得的
平均值为准。并测定 (o+m)的值，根据 (o—m)／
(O+m)值为 96 (风速小于 5 m／s，能见度大于
5 km，太阳角度大于 46。)[21]，对 (o—m)值进行校
正。紫外线的衰减较大，并随着波长的增加其衰减呈
现降低的趋势，这种吸收曲线主要是由于 DOC、悬浮
质、藻类及其他生物对紫外线吸收的缘故。
水深 (em)
Water depth
图 2 对所测数据的有效性验证
Fig．2 Validation of measured data
水体中320-~400 nm紫外光的分布情况主要
是：在水体表面，随着波长的增加，其能量也越来越
大，最大可以达到 0．028 w／m。。在水体中随着深
度的增加，紫外光的衰减也较快，在 20 cm处 已经
是表面的 1O ，在 40 cm 处，仅仅是表面的 1
(图 3)。
O
5
lO
吾15
2O
暑25
≥ 30
35
40
45
光强 (w／m：)
Light intensity
0 0．0l O．O2 O．O3
图 3 水体中不同波长紫外光的分布
Fig．3 The distribution of UV in water
2．3 水体中可溶性有机碳(DOC)的周年变化
可溶性有机碳(DOC)在 3月份相对较高，为
11．8 mg／L左右；但在 4月份呈现急剧下降的趋势，
为 7．5 mg／L左右；5月、6月、7月基本上维持在一
定的水平，大约为 9．5 mg／L；7月以后呈现下降的
趋势 (图4)。
^ 口
名
言
舞l
8 8
0 0
3 4 5 6 7 8 10 11 12
月份
Month
图 4 3～12月水体中DOE的含量
Fig．4 DOC content in water in Mar．一Dec．
2．4 有色可溶性物质(CDOC)对不同光谱的吸收
水体 中含有 的有色 可溶性 物质 (CDOC)对
500 nm以下的光谱吸收较大[2 ，同时也是保护水体
中生物免受紫外线伤害的重要物质[2引。黄质对光谱
的吸收随着波长的加大而减弱，根据这种关系，
Bricaud等L2。]提出如下的公式：n( )一n(2o)esl‘～ 。
公式中a( )是指波长在 光谱的吸收系数，
是参照波长， t是决定曲线形状的物理量。
从实验结果(图 5)可以看出，水体中的 DOC对
光谱的吸收主要在 55O nm以下，并且波长越短，其
300 400 500 600 700
波长 (nm)
Wave length
图 5 不同采样点 DOE对光的吸收
Fig．5 Light absorbanee of DOC at different sites
0 4 m
【sI I：q暑【I 。 jr口>唇舌 日∞。rI 靛S馥装
6 4 2 O 8 6 4 2 O
l l l l O O O O O
O O O O O O O O O
u0口dJ0∞c【口 ，I
一 唇。一
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 3期 杨顶田等：太湖梅粱湾水体中紫外线状况及藻体内MAAs的检测 267
吸收强度越大，呈现指数形式增长，而对波长为
550 nm以上的光基本上不吸收，对 250 nm 的光的
吸收可以达到 0．15 cm_。。从实验的样点来看，DOC
的吸收曲线变化差异不显著。
2．5 藻体内 MAAs的检出
MAAs(Mycosporine—like amino acid)是 在
1966年第一次从真菌体内提取的、对紫外线有强烈
吸收作用的、含有芳香环的氨基酸[2引，目前在生物
体内发现有 21种 MAAs，表 1是文献E243中检测到
的各种 MAAs吸收峰。
表 1 常见的 MAAs的吸收峰
TaMe 1 Absorb peak of different MAAs
称
．
称
m 。 peak m。 peak
Asterina一33O 33O Palythine-Thr Sulfate 32 1
M ycosporine—gly 310 Mycosporine-NMA ．Ser 325
Valine 335 ycosporine．NM A： 328
Thr
Palythenic acids 337 Mycosporine-2Gly 33 1
Palythine 320 M ycosporine—Gly．Val 335
Palythinol 332 M ycosporine—Glu：Gly 330
Porphyra 334 Usujirene 357
Shinorine 334 Palythene 360
M ycosporine-Tau 309 E—Palythenic Acid 337
Palythine-Ser 320 Z-Palythenic Acid 337
Palythine—Ser Sulfate 32 1
从铜绿微囊藻甲醇萃取液的吸收光谱图可以看
出(图 6)，在 334 nm是 MAAs的吸收峰，665 nm、
437 nm是叶绿素 a的吸收峰。根据表 1中列出的
MAAs吸收峰来看 ，可 以判定微囊藻体内含有的
MAAs是属于 Shinorine或者 Porphyra，或者是两
种都有，其含量还是相当高的。
8
暑j
0
羹量
叶绿素Chlorophyl
200 300 400 500 600 700 800
光谱(am)
Light spectrum
图 6 MAAs吸收峰的检出
Fig．6 Search the absorbance peak of M AAs
从高效液相色谱 (HPLC)分析的结果来看，色
谱图包含多个吸收峰，图 7中第二个吸收峰是 shi—
norine，出现的时间在 4．2 min，第三个吸收峰是
porphyra一334，出现在 4．66 min，从峰值来看，其量
超过 100 mA。通过与样品 MAAs的紫外吸收和保
留时 间比较，可 以确定这两个吸收峰分 别是 shi—
norine和 porphyra一334，从图 7来看，太湖蓝藻水华
样品中可能还有其他未知 MAAs，需进一步研究。
3 讨论
图 7 几种 MAAs峰值出现的时间
Fig．7 Time of MAAs peak appeared
从紫外线的周年变化来看 ，春天的紫外线较弱
(图 1)，生物的生存压力较小，也为晚春藻类随着温
度的升高而大量生长创造了一个较为 良好的条件。
随着藻类的大量生长 ，DoC作为藻类的有机营养物
质被大量吸收，其浓度减少幅度较大；但藻类的生长
周期较短，在大量繁殖之后便出现平衡 ，DOC含量
也稳定在一定的水平。但随着鱼类、甲壳类以及贝类
的旺盛生长，DoC的含量出现下降的趋势(图 4)。
在太湖梅梁湾的水体中，不同采样点的CDOC
对偏紫以及蓝光的吸收变化不大，可能是湖流把湖
水充分混合的缘故。由于水体 中 DoC含量较高
(11．8 mg／L)，紫外线在水体中衰减较快 ，在水下
40 cm处，紫外线的含量仅仅是表面光强的 1 ，这
也说明了紫外线仅对40 cm以上的水体中生物的生
长有抑制作用。对于太湖这样一个大型的浅水湖泊
来讲，这40 cm深度也是一个巨大的数字，几乎影响
到太湖 1／3的水体。在透明度较低的区域，水体下部
的藻类不容易接受到光 ，但在 向上运动到这上部
40 cm水体中时，要受到紫外线的作用。那些对紫外
线较为敏感的绿藻便不容易生长，而蓝藻由于体内
含有对紫外线强力吸收作用的 MAAs，受到伤害的
8 6 4 2 O 8 6 4 2 O
维普资讯 http://www.cqvip.com
268 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
程度较轻，因而很容易大量生长繁殖而形成水华。
参考文献：
[1] Lubin D，Mitchel B G，Frederick J E，Alberts A D，
Booth C R，Lucas T，Neuschuler D．A contribution
towards understanding the biospherical significance
of Antarctic ozone depletion[J]．J Geophys Res，
1992，97：7 817— 7 828．
[2] Bothwell M L，Sherbot D M J，Pollock C M．E—
cosystem responses to．solar ultraviolet—B radiation：
influence of trophic—level interaction[J]．Science，
1994，265：97— 100．
[3] Smith R C．Ozone depletion：ultraviolet radiation
and phytoplankton biology in Antarctic water[J]．
Science，1992，225：952— 959．
[4] Michael L P，Jonathan J C．Synchronous variation of
dissolved organic carbon and color in lakesEJ]．Lim—
nol Oceanogr，2002，47(2)：333— 342．
[5] Williamson C E．What role does uV—B radiation play
in freshwater ecosystem?[J]．Limnol Oceanogr，
1995，40(2)：386— 392．
[6] Laurion I，Ventura M，Catalan J，Psenner R，Som—
maruga R． Attenuation of ultraviolet radiation in
mountain lakes：factors controlling the among—and
within—lake variability[J]．Limnol Oceanogr，2000，
45(6)：1 274～ 1 288．
[7] Jokiel P L．Solar ultraviolet radiation and coral reef
epifauna[J]．Science，1980，207：1 069—1 071．
[8] Worrest R C．Impact of solar ultraviolet—B radiation
(29O一320 rim)upon marine microalgae[J]．Physiol
Plant，1983，58：428～ 434．
[9] H~der D—P，Worrest R C．Effects of enhanced solar
ultraviolet radiation on aquatic ecosystems[J]．P D^-
tochem photobiol,1991，53：717—725．
[1O3 H~der D—P，Kumar H D，Smith R C，Worrest R C．
Effects on aquatic ecosystems[J]．J Photochem pho-
tolnol B ：Biol，1998，46：53— 58．
[113 Helbling E W，Vilafane V，Ferrario M，Holm—
Hansen O．Impact of natural ultraviolet radiation on
rates of photo·synthesis and on specific marine phyto—
plankton species[J]．Mar Ecol Prog Ser，1992，80：
89——100．
[12] Behrenfeld M J，Chapman J W，Hardy J T，Lee H
II．Is there a conmen response to ultraviolet—B radia—
tion by marine phytoplankton?[J]．Mar Ecol Prog
Ser，1993，102：59～ 68．
[13] Neale P J，Lesser M P，Cullen J J．Effects of ultra—
violet radiation on the photosynthesis of phytoplank—
ton in the vicinity of McMurdo Station[J]．Antarct
Res Ser，1994，62：125—142．
[143 Culen J J，Lesse M P．Inhibition of photosynthesis
by ultraviolet radiation as a function of dose and
dosage rate：results for a marine diatom[J]．Mar Bi—
ol，1991，111：183— 190．
[1 5] Culen J J，Neale P J，Lesse M P．Biological weight—
ing function for the inhibition of phytoplankton pho-
tosynthesis by ultraviolet radiation[J]．Science，
1992，258：646— 650．
[163 Neale P J，Banaszak A T，Jarriel C R．Ultraviolet
sunscreens in Cryrnnodiniurn sanguineum (Dino-
phyceae)：Mycosporine—like amino acids protect a—
gainst inhibition of photosynthesis[J]．J Phycol，
1998，34：928— 938．
[173 杨顶田，陈伟民，陈宇伟 ，张运林，季江．太湖梅梁湾
水体中初级生产力的光学检测[J]．湖泊科学，2002
(4)：363— 368．
[183 杨顶田，陈伟民，张运林，江晶，季江．太湖梅梁湾水
体中悬浮质及光谱的分布特征[J]．生态科学，2002
(4)：1— 5．
[193 杨顶田，陈伟民，吴生才，朱广伟，张运林．湖泊中
有色可溶性物质对近紫外及蓝光衰减的影响[J]．湖
泊科学，2003(3)：269—274．
[2O] Michael T A，Richard D R，Kasai F，Marley J w，
Vijay P T，Amanda J P，Hakumat R，Hendrika J D
L．The attenuation of ultraviolet radiation in high
dissolved organic carbon waters of wetlands and
lakes on northern Great Plains[J]． Limnol 0一
ceanogr，2000，45(2)：292— 299．
[z13 Morris D，Zagarese P H，Wiliamson C E，Balserio
E G， Hargreaves B， Modenutti B， Moeler R，
Oueimalinos C．The attenuation of solar UV radia—
tion in lakes and the role of dissolved organic carbon
[J]．I_arnnol Oceanogr，1995，40：1 381—1 391．
[223 Bricaud A M，Prieur L．Absorption by dissolved or—
ganic matter of sea (yellow substance )in the UV
and visible domain[J]．Limnol Oceanogr，1981，26
(1)：43— 43．
[23] Trione E J，Leach C M．Light—induced sporulation
and sporogenic substance in fungi[J]．Phytopatholo-
gY，1969，59：1 077— 1 083．
[243 Charles S，Cockell，Knowland J．Ultraviolet radia
tion screening compounds[J]．Biol Rev 74(311—
345 ．http：f fwww．botany．hawaii．edu／Bot482／Bi．
ol 20Rev 20UV 20abs 20compounds．pdf
维普资讯 http://www.cqvip.com