全 文 ：　第 38卷　第 5期
2005年 5月
天　津　大　学　学　报
Journal ofT ian j in Un iversity
Vo.l 38　No. 5
M ay 2005
　
普通小球藻对 DEHP的富集和降解动力学*
迟　杰 , 李金娟 , 刘　华
(天津大学环境科学与工程学院 , 天津 300072)
摘　要:微藻具有富集和降解有机污染物的能力. 邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)是最重要且用量最大的一种酞酸
酯类化合物 ,为此选择普通小球藻 ,研究它对 DEHP的富集和降解动力学. 实验在 250 mL三角瓶中进行 , 温度为
(25±1) ℃,光强为(4 000±100) lx, DEHP的初始浓度约为 0. 4 mg /L.实验结果表明 , 普通小球藻对 DEHP有较明
显的富集与生物降解作用 , 8 d的藻富集率为 28. 10︺0, 藻降解率为 25. 70︺0 ,藻对 DEHP富集量在 0. 5 h达最大为 107. 4
m g /g(干重), 富集系数在 6 h达最大为 3. 67×105. 藻对 DEHP的降解符合一级动力学过程 , 降解速率常数为
0. 002 1 h- 1.
关键词:普通小球藻;邻苯二甲酸二异辛酯;富集;生物降解
中图分类号:X171　　　文献标志码:A　　　文章编号:0493-2137(2005)05-0422-04
K inetics of Accumulation and B iodegradation of
D i(2-E thy lhexy l)Phthalate inChlorella Vulgaris
CH I Jie, LI Jin-juan, LIU Hua
(Schoo l o f Env ironment Science and Eng inee ring, T ian jin University, T ian jin 300072, China)
Abstract:M icroalgae has the ability to degrade and accumulate organic pollutants. However, little is known a-
bout the biodegradation and accumulation of di(2-ethylhexy l) phthalate(DEHP), one of themost im portant and
abundant phthalate esters, by algae. In the present study, accum ulation and biodegradation kinetics of DEHP
were studied in chlorella vulgaris. Experim entsw ere pe rform ed in 250mL flasks at(25 ±1)℃ w ith a light in-
tensity of (4 000±100) lx continuous ly. The initial concentration of DEHP was approx im ate ly 0. 4 m g /L. Ex-
perim ental results showed that chlorella vulgaris was able to accumulate and degrade DEHP significantly.
B ioconcentration percentage and biodegradation pe rcentage ofDEHP by chlorella vulgaris during 8 d were 28. 10︺0
and 25. 70︺0 respective ly. The amount of DEHP accumulation by the alga reached m axim um of 107. 4 m g /g dry
weight at 0. 5 h and bioconcentration factor reached m aximum of 3. 67 ×105 at 6 h. Based on the experimental
data, first-orde r biodeg radation constant ofDEHP by the alga w as 0. 002 1 h- 1.
Keywords:chlorella vulgaris;di(2-ethy lhexyl) phthalate;accumulation;biodegradation
　　酞酸酯 (PAE s),即邻苯二甲酸酯类化合物 ,是增
强聚氯乙烯树脂柔韧性的重要添加剂. 由于 PAEs并
未聚合到塑料的基质中 ,因而在生产 、使用和处理过程
中 , PAE s可以被释放到环境中 ,并对大气 、水体 、土壤 、
农作物和生物体等造成污染 [ 1] . 6种 PAE s化合物已被
美国 EPA列为优先监测污染物 , 邻苯二甲酸二异辛
酯 (DEHP)就是其中之一.
　　作为水生生态系统的第一营养级 ,藻类对于生态
系统的平衡和稳定起着极其重要的作用 ,特别是在富
营养化水体中 ,由于营养盐和有机质大大增加 ,使藻类
大量繁生 ,因此研究藻类与污染物间的相互作用对于
了解污染物在水生生态系统中的行为 ,评价其危害具
*　　　收稿日期:2003-12-30;修回日期:2004-08-05.
　　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(20277026).
　　　作者简介:迟　杰(1964—　　),女 ,副教授 ,博士.
有重要意义.研究表明 [ 2, 3] ,藻类对水体的有机污染物
有一定的富集与降解作用.然而 ,有关藻类对 DEHP的
富集和降解研究国内外鲜见报道. 笔者选择水体中常
见的一种绿藻 ———普通小球藻 ,研究其对 DEHP的富
集和降解能力.
1　实验部分
1. 1　实验材料
　　邻苯二甲酸二异辛酯 (AR)的密度为 0. 986 g /
mL,纯度≥99. 50︺0;其余试剂均为分析纯. 普通小球藻
购自中科院武汉水生生物研究所.
1. 2　藻的培养
　　储备液的配制:N aNO 3(0. 25 g /L), N aC l(0. 025
g /L), CaC l2 2H2O(0. 025 g /L), KH 2PO4 (0. 175 g /
L), K2HPO4(0. 075 g /L), MgSO 4 7H2O(0. 075 g /L),
EDTA Na2(0. 064 g /L), FeSO 4 7H2O(0. 005 g /L),
H2 SO 4(0. 001 mL /L), H3 BO 3 (0. 011 g /L), ZnSO4
7H2O(0. 008 8 g /L), CuSO 4 5H2O (0. 001 6 g /L).
250mL锥形瓶 ,培养量为 60mL,平行样 3个. 24 h光
照培养 ,培养温度为(25±1) ℃,光照强度为 (4 000±
100) lx.
1. 3　研究方法
1. 3. 1　富集与降解实验
　　DEHP的水溶解度低 [ 4] , DEHP 对水生生物的
EC 50值高于其水溶解度. 本实验 DEHP的浓度约为
0. 4mg /L,藻细胞初始浓度为 2. 15 ×107 个 mL -1 ,
实验持续 8 d,并以无藻溶液做空白实验. 以上实验采
用 OD 560和藻细胞计数 2个指标表示生长量.
1. 3. 2　藻的干重测定
　　取一定体积已知藻浓度的藻液于 0. 45 μm滤膜
过滤 ,滤膜在 103℃烘箱内干燥恒重后 ,计算出藻的干
重 (m d c).以 m d c对 OD 560作图 ,得到 m dc和 OD560的对应
公式:m dc =0. 493OD560 -0. 004 7(r2 =0. 992 8).
1. 3. 3　DEHP的测定
　　取藻液 40 mL于离心机中以 4 000 r /m in离心 5
m in,水相用正己烷法液液萃取;藻相用 2mL左右经二
氯甲烷萃取过的去离子水转移到研磨管中 ,加入 2 mL
的二氯甲烷 ,以 1 400 r /m in研磨 10 m in后 , 4 000 r /
m in离心 5 m in,分出有机相.将水相和藻相分别定容 、
GC-FID测定.
1. 4　气相色谱条件
　　采用 Ag ilent19091J-413型气相色谱仪 、FID检测
器和 HP-5型石英毛细管柱 (30m ×3. 2mm). 进样口:
250 ℃;检测口:250 ℃;N 2:50 mL /m in;H 2:37 mL /
m in;空气:550 mL /m in;进样量:2μL.程序升温:升温
速度 15 ℃ /m in,初温 120℃,保持 2m in,终温 250 ℃,
保持 3m in.
2　结果与讨论
　　富集与降解实验持续 8 d,取样检测 10次 ,结果见
图 1 ～ 5.
　　藻细胞浓度N用 log issic[ 5]方程拟合为N(107个
mL
-1)=3 342 /(1+1 553 e -0. 025t).
　　由表 1可知 ,经检验 ,计算值与实测值的平均相对
偏差为 2. 350︺0 ,说明此方程能很好地描述藻细胞浓度增
长过程.
表 1　藻生长方程的检验结果
Tab. 1　Test resu lts of a lgal grow th equation
项目 时间 /h
0 0. 5 1 6 12 24 48 96 144 192
实验值 /(107 个 mL - 1) 2. 15 2. 18 2. 20 2. 48 3. 00 3. 86 6. 78 23. 0 72. 3 232
计算值 /(107 个 mL - 1) 2. 15 2. 18 2. 20 2. 50 2. 90 3. 91 7. 13 23. 5 76. 9 242
相对偏差 /0︺0 0 0 0 0. 8 3. 3 1. 3 5. 2 2. 2 6. 4 4. 3
　　由图 3可知 , DEHP浓度随时间的减少趋势很明
显.造成 DEHP浓度降低的原因有:藻对 DEHP的降
解 、DEHP的光解和挥发. 以 ln C对时间 t作图 ,两者
之间存在良好的线性关系 (r2 =0. 945 3),说明去除过
程为一级动力学反应 , 其中藻的降解速率常数为
0. 002 1 h
-1 ,第 8天藻体对 DEHP的降解达 25. 70︺0,日
平均降解量为 0. 011 mg /L,说明普通小球藻对 DEHP
有较明显的降解作用.
　　图 4和图 5显示 ,普通小球藻对 DEHP亦有明显
的富集作用 , 0. 5 h富集量达最大为 107. 4 mg g- 1
423 　2005年 5月　　　　　　　　　　　　迟　杰等:普通小球藻对 DEHP的富集和降解动力学
(干重),富集系数(BCF)在 6 h达最大为 3. 67 ×105 ,
实验结束时藻体对 DEHP的富集达初始总量的28. 10︺0.
由于藻的表面吸附速度很快 , DEHP在短时间内可达
平衡 ,因而富集量在 0. 5 h达最大 ,此后降解速率超过
了吸附速率 ,富集量逐渐降低. BCF是由藻相中 DEHP
浓度除以其水相浓度而得到. 水相中 , DEHP在被藻吸
附的同时 ,还伴随有光解和挥发过程 ,致使水相 DEHP
浓度降低的速度高于藻相 ,使 BCF在 6 h达最大为
3. 67×105.
图 1　藻细胞浓度增长曲线
F ig. 1　Changes of a lgae ce ll density w ith tim e
图 2　DEHP瞬时降解速率曲线
F ig. 2　DEHP biodegrada tion ra te byC. vu lgaris
图 3　藻降解 DEHP曲线
F ig. 3　DEHP biodegradation byC. vu lgaris
图 4　藻浓缩系数(BCF)曲线
F ig. 4　BCF ofDEHP in C. vu lgaris
图 5　藻富集 DEHP曲线
F ig. 5　DEHP accumulation byC. vu lgaris
　　对比图 1普通小球藻生长曲线和图 2中普通小球
藻对 DEHP的瞬时降解速率曲线可以看出 ,在普通小
球藻生长缓慢的初期 ,藻对 DEHP的降解速率较大 ,而
当普通小球藻进入对数生长期后 ,藻对 DEHP的降解
速率明显降低.
　　Skog lund[ 6]等人研究发现浮游植物对疏水性污染
物 (HOCs)的生长有稀释作用. 他们提出将藻吸附
HOCs分为两个过程:从水到细胞壁被快速吸附 (即表
面吸附 ), 然后 , 缓慢地迁移到细胞内部 (即基质吸
附 ).用公式可表示为
　　　C p =Cm +C s
式中:C p为细胞中 DEHP的浓度;Cm为基质中 DEHP
的浓度;C s为细胞壁中 DEHP的浓度.
　　根据本实验数据 ,可将整个过程分为两个阶段:
0 ～ 48 h和 48 ～ 192 h.
　　图 1显示 , 0 ～ 48 h藻处于生长延迟期. 其中 0 ～
0. 5 h表现为富集 ,并未有明显的降解作用 , 0. 5 h富
集量达峰值为 107. 4mg g- 1(干重 ). 此后 ,普通小球
藻已逐渐调整适应了 DEHP的存在 ,但生长还未进入
对数生长期 ,因而藻的自身分裂生长仍较缓慢.一般认
为 [ 2, 3]生物降解发生在藻细胞内部 , DEHP由初始的藻
的表面吸附进入藻体中的活性反应中心 ,进而被藻降
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解 ,因而藻对 DEHP的降解加快 ,藻体内 DEHP的浓度
减少. 在此期间藻降解 DEHP速率较快 ,平均降解速率
为 0. 11mg (h g)-1 (干重 ). 6 h时藻对 DEHP的
BCF值达到最大 ,为 3. 67×105.
　　48 ～ 192 h进入了藻的对数生长期 ,此期间藻的绝
大部分能量用于自身分裂生长 ,其数量急剧增长 ,藻相
总表面积迅速增加 ,导致 DEHP的表面吸附成为主要
过程. 由于迁移到细胞内部的过程比较缓慢 ,藻的快速
分裂使得表面吸附的 DEHP往往来不及扩散进入藻内
部 ,而已进入藻细胞内的 DEHP由于藻的不断分裂而
被稀释 ,导致 Cm 减少 ,最终出现生长稀释现象 ,致使
其降解速率降低. 48 ～ 192 h的平均降解速率为 0. 004
mg (h g)- 1(干重).
3　结　论
　　(1)普通小球藻对 DEHP的降解作用很显著 , 192
h时藻体对 DEHP的降解为初始 DEHP总量的 25. 70︺0 ,
日平均降解速率为 0. 011 mg /L. 普通小球藻对 DEHP
的降解符合一级反应动力学 , 降解速率常数为
0. 002 1 h
-1
.
　　(2)普通小球藻对 DEHP的富集作用也很明显 ,
192 h时藻体对 DEHP的富集为初始 DEHP总量的
2 8. 10︺0. 普通小球藻对DEHP的富集量和 BCF分别在
0. 5 h和 6 h达到最大值 ,为 107. 4 mg g- 1(干重)和
3. 67×105.此后藻的富集量和 BCF迅速降低 , 48 h后
逐渐趋于平缓 ,其主要原因是藻对 DEHP存在生长稀
释作用.
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