全 文 ：第 28 卷 第 12 期
2015 年 12 月
环 境 科 学 研 究
Ｒesearch of Environmental Sciences
Vol． 28，No． 12
Dec．，2015
刘欢，陈雪晴，裴元生．硼化合物对普通小球藻的急性毒性效应［J］．环境科学研究，2015，28(12) :1887-1894．
LIU Huan，CHEN Xueqing，PEI Yuansheng． Acute toxic effects of boron compounds on Chlorella vulgaris［J］． Ｒesearch of Environmental Sciences，2015，28
(12) :1887-1894．
收稿日期:2015-05-21 修订日期:2015-09-07
基金项目:国家科技支撑计划项目(2012BAJ21B08) ;国家自然科学
基金项目(51278055)
作者简介:刘欢(1991-)，男，湖北鄂州人，liuhuan007@mail． bnu． edu． cn．
* 责任作者，裴元生(1967-) ，男，山西太原人，教授，博士，博导，主要
从事水环境修复、河流污染控制与湖泊富营养化控制研究，
yspei@ bnu． edu． cn
硼化合物对普通小球藻的急性毒性效应
刘 欢，陈雪晴，裴元生*
北京师范大学环境学院，教育部水沙科学重点实验室，北京 100875
摘要:以普通小球藻(Chlorella vulgaris)为受试生物，采用批量培养法考察了不同质量浓度的硼酸和四硼酸钠对藻细胞生物量、
ρ(Chla)、ρ(蛋白质)以及 MDA(丙二醛)含量的 96 h急性毒性效应，初步探讨了硼化合物对普通小球藻的毒性作用． 结果表明:
在 2 种硼化合物胁迫下藻细胞的生长受到抑制，尤其是当 ρ(硼)≥40 mgL时抑制作用极其显著(P ＜ 0. 01) ;ρ(硼)为 0 ～ 80 mgL
时，硼酸和四硼酸钠对藻细胞生长的最大抑制率分别为 89. 42%和 86. 72%，硼的抑制作用呈明显的剂量-效应关系，并且随暴露
时间延长而减弱，96 h时藻细胞恢复生长． 硼酸和四硼酸钠对藻细胞的 96 h-EC50(半数有效浓度)分别为 82. 03 和 71. 19 mgL
(以硼计) ;与对照组相比，二者对普通小球藻的毒性效应表现为，随着暴露时间的延长，ρ(Chla)降低、ρ(蛋白质)先减后增、MDA
含量升高． 研究显示，硼化合物对普通小球藻的毒性作用，可能是由于短期内引发藻细胞产生活性氧自由基并造成膜脂质和其
他生物大分子的氧化损伤所致．
关键词:硼;普通小球藻;急性毒性;叶绿素 a;丙二醛
中图分类号:X171. 5 文章编号:1001-6929(2015)12-1887-08
文献标志码:A DOI:10. 13198j． issn． 1001-6929． 2015． 12． 10
Acute Toxic Effects of Boron Compounds on Chlorella vulgaris
LIU Huan，CHEN Xueqing，PEI Yuansheng*
Key Laboratory of Water and Sediment Sciences，Ministry of Education，School of Environment，Beijing Normal University，Beijing
100875，China
Abstract:Batch culture experiments were conducted to investigate the 96 h acute toxicity of boric acid and sodium borate on Chlorella
vulgaris，with initial boron concentrations from 0 to 80 mgL． The toxic mechanisms of boron compounds on C． vulgaris were examined by
determining the biomass as well as the contents of chlorophyll a，protein and malonyldialdehyde (MDA)． The results indicated that the
growth of C． vulgaris was inhibited under the stress of boron，particularly when ρ(B)≥40 mgL (P ＜ 0. 01)． The maximum percentage
inhibition of C． vulgaris by boric acid and sodium borate were 89. 42% and 86. 72%，respectively． While clear dose-effect relationships
were observed in the tests，the inhibiting effects decreased with the extension of exposure time，and the growth of C． vulgaris recovered at
the end of the tests． The 50% effective concentration (EC50)values of boric acid and sodium borate were 82. 03 and 71. 19 mgL
respectively (calculated as boron)． Compared with the control group，the toxic effects of boron on C． vulgaris were:chlorophyll a
contents decreased，protein decreased at first and then increased，and MDA increased． The toxicity could be related to the generation of
reactive oxygen species，which induced oxidation damage to membrane lipid and other biological molecules in the short term．
Keywords:boron;Chlorella vulgaris;acute toxicity;chlorophyll a;malonyldialdehyde
硼(B)是一种非金属元素，通常以硼酸和无机硼
酸盐形式广泛存在于自然界中． 硼具有优良的理化
特性，广泛应用于玻璃工业、陶瓷工业、洗涤剂和农用
化肥等领域［1］． 近年来，随着硼矿开采规模不断扩大
和硼化合物的大量使用，工业废水中硼含量日益升
高． Turek等［2］研究显示，波兰工业垃圾填埋渗滤液
中 ρ(硼)为 63. 5 ～ 76. 5 mgL． Irawan 等［3］发现，台
湾台南地区偏光器生产废水中 ρ(硼)高达(745 ± 15)
mgL． 硼矿地区矿山废水中 ρ(硼)则更高，可达2 000
mgL［4］． 国内硼污染也不容乐观，辽宁宽甸县硼企业
排放污水中 ρ(硼)平均值为 144 mgL，其最大值超过
环 境 科 学 研 究 第 28 卷
《辽宁省污水与废气排放标准》中 ρ(硼)标准限值的
308. 3 倍［5］． 由于传统的污水处理工艺去除硼的效
果较差，导致过量的硼随工业废水进入水体环境中，
造成硼含量升高，很可能对水生生态系统的结构和功
能造成影响［6-7］． 因此，研究硼化合物对水生生物的
毒性具有重要意义．
硼的生物效应问题已在全世界范围内引起广泛
关注［8-10］． 硼对淡水鱼类急性毒性的研究表明，其
NOECs(无观察效应浓度)范围为 1 ～ 25 mgL［11-12］;
硼对几种淡水无脊椎动物的试验结果显示，其
NOECs范围为 6 ～ 18 mgL［13］． 目前国内外对硼化合
物的水生态系统影响研究大多集中在水生动物毒性
上，而对浮游植物尤其是藻类的毒性研究却鲜有报
道，其研究内容主要是藻类生物量和叶绿素含量等简
单生理指标［14-16］，而缺乏对毒性机制的进一步探讨．
藻类是水体中的初级生产者，对生态系统的平衡和稳
定具有重要作用［17］． 藻类具有对毒物敏感、易获得、
个体小、繁殖快等特点，因而是一种很好的测试生物，
被广泛用于污染物的毒性研究中［18-19］．
该研究通过分析 ρ(Chla)、ρ(蛋白质)和 MDA
(丙二醛)含量等指标的变化，考察硼酸和四硼酸钠
这 2 种典型硼化合物对普通小球藻 (Chlorella
vulgaris)的急性毒性效应，为揭示硼化合物对藻类的
毒性作用提供依据，同时也为此类化合物在工程技术
中的安全使用以及风险评估提供理论参考．
1 材料与方法
1. 1 仪器与试剂
仪器:智能人工气候箱(ＲXZ-500D 型，宁波江南
仪器厂) ;立式压力蒸汽灭菌锅(LDZX-50FBS，上海
申安医疗器械厂) ;紫外可见分光光度计(DＲ6000，
HACH，美国) ;超声波细胞破碎仪(JY92-ⅡDN，宁波
新芝生物科技股份有限公司) ;高速冷冻离心机
(3K30，SIGMA，德 国) ;电 子 显 微 镜 (BX41TF，
OLYMPUS，日本) ;电感耦合等离子体原子发射光谱
仪(SPECTＲO AＲCOS EOP，SPECTＲO，美国)．
主要试剂:硼酸和四硼酸钠均为分析纯试剂，购
自西陇化工股份有限公司;蛋白质和丙二醛(MDA)
测定试剂盒，购自南京建成生物工程研究所．
1. 2 试验材料
普通小球藻(Chlorella vulgaris)购自中国科学院
水生生物研究所藻种库．
为防止玻璃器皿所带来的硼影响，试验所用培养
器皿均为美国 Nalgene 生产的 250 mL PC 透明塑料
锥形瓶，其他所用器皿也均为塑料材质． 试验所用器
皿和培养基均经过高压、高温(121 ℃)灭菌 30 min，
冷却后置于超净台，用紫外线照射灭菌 30 min．
1. 3 试验方法
1. 3. 1 藻种预培养
为了排除培养基中硼对藻类生长的影响，藻细胞
在无硼的 OECD(经济合作与发展组织)藻类培养基
中进行培养［20］． 培养条件:pH 为 7. 5 ± 0. 2，培养温
度为(25 ± 1)℃，光照强度为 4 000 lx左右，光暗比为
14 h∶ 10 h． 用 4 层无菌纱布封口静置培养，每天定时
摇瓶 4 ～ 5 次，防止藻种老化沉淀． 藻细胞在对数期
接种 3 次，使其驯化生长后，用于后续试验．
1. 3. 2 试验设计
根据 OECD化学品藻类生长抑制试验［20］，进行
预试验确定硼的质量浓度范围，将其设置为公比为 2
的几何级数梯度，并设置 1 个代表自然水体的低硼处
理组(1 mgL)和 1 个对照组(0 mgL) ，故硼处理组的
ρ(硼)分别为 1、10、20、40、80 mgL，每组设置 3 个平
行样． 将适量处于对数生长期的藻液和定量硼化合
物母液加入到装有无硼培养基的 250 mL 锥形瓶中，
最终体积为 100 mL，使试验液中初始藻细胞密度为
106 mL －1左右，混合均匀，放入培养箱中培养，进行 96
h急性毒性试验，每隔 24 h定时取样分析．
1. 3. 3 藻液中 ρ(硼)的测定
取一定量藻液经 0. 22 μm 滤膜过滤后，用电感
耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定滤液
中的 ρ(硼)．
1. 3. 4 生物量的测定
取对数生长期的藻液稀释成 5 个浓度梯度，用血
球计数板进行细胞计数，并用紫外可见分光光度计在
680 nm处［21］测定吸光度，确定藻细胞密度和吸光度
的关系． 普通小球藻生长抑制率的计算公式:
PI =(C0 － Ct)C0 × 100% (1)
式中:PI为抑制率，%;C0、Ct 分别为对照组、硼处理
组藻细胞密度，mL －1 ．
藻细胞特定生长速率计算公式:
μ =(ln N1 － ln N0)(T1 － T0)× 100% (2)
式中:μ 为特定生长速率，d －1;N1 和 N0 分别为暴露
时间为 T1 和 T0 时的藻细胞密度，mL
－1;T1 和 T0 分
别为暴露时间，d．
1. 3. 5 藻液中 ρ(Chla)的测定
取藻液 20 mL置于 50 mL离心管中，10 000 g离
心 10 min，弃上清液，加入 5. 0 mL N，N-DMF(N，N-二
8881
第 12 期 刘 欢等:硼化合物对普通小球藻的急性毒性效应
甲基甲酰胺) ，漩涡振荡 3 min混匀后，置于 4 ℃冰箱
中黑暗静置 24 h，然后 5 000 g离心 10 min，取上清液
后，用 N，N-DMF调零，在 647 和 664. 5 nm 处测其吸
光度，按式(3)［22］计算藻液中的 ρ(Chla) (mgL) :
ρ(Chla)= 12. 7 × OD664. 5 － 2. 79 × OD647 (3)
式中，OD664. 5和 OD647分别为样品在 664. 5 和 647 nm
处的吸光度．
1. 3. 6 藻液中 ρ(蛋白质)和 MDA含量的测定
取藻液 20 mL 置于 50 mL 离心管中，10 000 g 离
心 10 min，弃上清液，加入 1 mL 4 ℃预冷的 0. 02 molL
pH为 7. 4 的磷酸缓冲液，在冰浴条件下进行超声破
碎，1. 5 s次，间隔 2 s，破碎 8 min，得到普通小球藻组
织匀浆．
ρ(蛋白质)为单位体积溶液中蛋白质的质量，采
用 BCA(bicinchonininc acid)法测定，单位为 μgmL;
MDA含量为单位质量蛋白质中 MDA的摩尔质量，采
用硫代巴比妥酸(TBA)法测定，单位为 mmolmg． 操
作方法按照南京建成生物工程研究所的试剂盒说明
进行，分别在 562 和 532 nm处测定其吸光度，按照其
中公式进行计算．
1. 4 试验数据的统计和分析
试验数据用平均值 ± 标准差表示，并用 Origin
8. 5 对试验数据进行制图． 用 SPSS 18. 0 软件对数据
进行单因素方差分析(ANOVA) ，并用 Bonferroni法在
P = 0. 05 和 P = 0. 01 的置信水平检验硼处理组和对
照组之间的差异显著性．
2 结果与讨论
2. 1 普通小球藻对硼的生物富集性
硼酸和四硼酸钠对普通小球藻生长过程中藻液
ρ(硼)的影响如表 1 所示． 由表 1 可见，试验过程中
硼处理组和对照组藻液中 ρ(硼)的变化不大，无明显
差异，均在各处理组 ρ(硼)初始值左右小幅波动． 在
硼对浮萍的毒性研究［23］中也有类似发现． 这表明藻
细胞生长对硼的吸收不大［14］． 硼酸的正辛醇-水分
配系数对数值为 0. 175，也表明硼的生物富集作用
较小［24］．
表 1 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻生长过程中藻液 ρ(硼)的影响
Table 1 Effects of boric acid and sodium borate on the boron concentrations in the Chlorella vulgaris solutions
处理组
ρ(硼)
(mgL)
不同暴露时间下藻液中 ρ(硼)(mgL)
0 h 24 h 48 h 72 h 96 h
对照组 0. 003 ± 0. 001 0. 006 ± 0. 001 0. 050 ± 0. 022 0. 010 ± 0. 005 0. 014 ± 0. 002
1 1． 031 ± 0． 042 1． 026 ± 0． 033 1． 028 ± 0． 037 1． 044 ± 0． 061 1． 059 ± 0． 081
10 10． 436 ± 0． 057 10． 054 ± 0． 356 10． 132 ± 0． 101 10． 453 ± 0． 629 10． 352 ± 0． 204
硼酸 20 20． 110 ± 0． 015 20． 326 ± 0． 435 20． 389 ± 0． 682 20． 148 ± 0． 360 20． 372 ± 0． 730
40 40． 316 ± 0． 094 40． 226 ± 0． 168 40． 345 ± 0． 468 40． 931 ± 2． 439 40． 579 ± 1． 373
80 80． 012 ± 0． 326 78． 114 ± 0． 919 80． 022 ± 0． 885 79． 847 ± 0． 871 82． 342 ± 4． 588
对照组 0． 003 ± 0． 001 0． 006 ± 0． 001 0． 050 ± 0． 022 0． 010 ± 0． 005 0． 014 ± 0． 002
1 1． 068 ± 0． 041 1． 027 ± 0． 022 1． 045 ± 0． 060 1． 044 ± 0． 052 1． 044 ± 0． 057
10 10． 075 ± 0． 044 10． 088 ± 0． 102 10． 253 ± 0． 347 10． 247 ± 0． 372 10． 324 ± 0． 503
四硼酸钠 20 20． 794 ± 0． 164 20． 378 ± 0． 206 20． 211 ± 0． 233 20． 508 ± 0． 692 20． 546 ± 0． 763
40 40． 996 ± 0． 309 40． 258 ± 0． 216 40． 481 ± 0． 521 41． 205 ± 1． 269 41． 249 ± 1． 461
80 81． 824 ± 0． 387 81． 277 ± 0． 778 82． 741 ± 3． 020 81． 329 ± 1． 687 84． 463 ± 5． 225
2. 2 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻生物量的影响
硼酸和四硼酸钠对普通小球藻生物量的影响如
图 1 所示． 试验表明，藻液细胞密度(y，106 mL －1)与
藻液 OD680(x)呈正相关(y = 56. 69x + 0. 354，Ｒ
2 =
0. 993) ，故用 OD680来表示藻细胞生物量． 由图 1 可
知，硼处理组的 OD680整体上均小于对照组，表明硼酸
和四硼酸钠对藻细胞的生长均产生一定抑制作用，该
抑制作用表现出明显的剂量-效应关系． 与对照组相
比，低浓度(≤10 mgL)硼处理对藻细胞生长的影响
不大(P ＞ 0. 05) ;中浓度(＞ 10 ～ 20 mgL)硼处理组
则对藻细胞的生长表现出抑制作用，但不强烈;而高
浓度(40 ～80 mgL)硼处理对藻细胞的生长具有显著
抑制作用(P ＜0. 01)． 在整个急性毒性试验期间，随暴
露时间的延长，各硼酸处理组的抑制率整体上表现为
0 ～48 h内较高，之后下降;而四硼酸钠处理组的抑制
率则先增后减． 硼酸和四硼酸钠处理组对藻细胞生长
的抑制率分别为 2. 16%～89. 42%和 3. 78%～86. 72% ．
硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 μ(特定生长速
率)的影响如图 2 所示． 由图 2 可见，2 种硼化合物对
藻细胞的生长表现出相似的作用趋势． 与硼处理组
相比，对照组的 μ 均较大，硼酸和四硼酸钠处理组 μ
最大值分别为 0. 80和 0. 75 d －1 ． 当硼处理组 ρ(硼)≤
9881
环 境 科 学 研 究 第 28 卷
20 mgL时，藻细胞的 μ 先增后降，在 48 h 时达到最
大值;而当硼处理组 ρ(硼)≥40 mgL时，在 48 h内 μ
均为负值，进一步说明高浓度硼抑制了藻细胞的生
长，致使部分藻细胞凝聚沉降;48 h 后，部分藻细胞
恢复生长，μ持续增大，并在 96 h时达到最大值．
对于高等植物而言，硼是必需的微量营养元
素［24］;但对于浮游植物来说，硼是否必需则与植物种
类有关． 有研究［15，25-26］报道，对于一些海洋、淡水硅
藻和某些固氮蓝藻而言，硼是其必需元素． 而对于绿
藻而言，该试验结果显示，中、低浓度的硼处理对藻细
胞的生长影响不大，而高浓度硼处理则对其具有显著
抑制作用(P ＜ 0. 01) ，ρ(硼)越高，抑制作用越大． 这
与 Bowen等［16，27］的研究结果相似． 在整个试验期间，
硼化合物对藻细胞生长的抑制作用整体呈先升后降
趋势，在 48 ～ 72 h 内达到最大，这可能是因为藻细胞
后期适应了硼环境，恢复了生长，对硼具有耐受性．
ρ(硼)(mgL) :1—0(对照组) ;2—1;3—10;4—20;5—40;6—80．
图 1 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻生物量(以 OD680来衡量)的影响
Fig. 1 Effects of boric acid and sodium borate on the biomass (measured by OD680)
of Chlorella vulgaris
ρ(硼)(mgL) :1—0(对照组) ;2—1;3—10;4—20;5—40;6—80．
图 2 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 μ(特定生长速率)的影响
Fig. 2 Effects of boric acid and sodium borate on the specific growth rate of Chlorella vulgaris
2. 3 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 EC50的影响
根据藻液中 ρ(硼) (x)与硼化合物对普通小球藻
生长抑制率(y)进行曲线拟合，通过拟合方程计算得
到抑制率为 50%时的硼浓度，即 EC50(半数有效浓
度) ，结果如表 2 所示． 由表 2 可见，2 种硼化合物对
普通小球藻的 EC50均随着暴露时间的延长呈增加趋
势，说明普通小球藻对 2 种硼化合物的耐受性随时间
的延长而增加，硼的抑制作用随暴露时间的延长而减
弱． 硼酸和四硼酸钠对藻细胞生长的 96 h-EC50分别
为 82. 03 和 71. 19 mgL． 根据藻类生长抑制毒性分
级标准［28］可知，2 种硼化合物的毒性均属于中等毒
性． Gersich［29］开展了硼酸对大型蚤的毒性试验，结
果显示，硼酸对大型蚤的 48 h静态急性毒性 LC50(半
致死浓度)为 133 mgL;Lewis等［30］发现，硼酸对大型
蚤的 21 d-LC50为 53. 2 mgL． 这表明大型蚤和普通小
球藻对硼毒害的敏感性表现不一致．
0981
第 12 期 刘 欢等:硼化合物对普通小球藻的急性毒性效应
表 2 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻急性毒性的剂量-效应关系
Table 2 Dose-effect relationships of boric acid and sodium borate
to Chlorella vulgaris in acute toxic test
处理组 暴露时间h 拟合方程 Ｒ2 EC50 (mgL)
24
y = － 5. 447 + 2. 208x －
0. 015x2
0. 950 32. 12
硼酸 48 y = 3. 876 + 1. 145x 0. 945 40. 28
72 y = 3. 375 + 1. 051x 0. 995 44. 36
96 y = 2. 504 + 0. 579x 0. 973 82. 03
24
y = － 1. 927 + 2. 057x －
0. 015x2
0. 953 33. 36
四硼酸钠
48 y = 12. 003 + 1. 047x 0. 844 36. 29
72 y = 2. 461 + 1. 078x 0. 996 44. 10
96
y = 6. 041 + 0. 048x +
0. 008x2
0. 999 71. 19
2. 4 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 ρ(Chla)的影响
硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 ρ(Chla)的影响
如图 3 所示． 由图 3 可见，整体上硼处理组普通小球
藻的 ρ(Chla)低于对照组，与藻细胞生物量的变化趋
势相似． 对于硼酸处理组，在试验初期(0 ～ 24 h) ，
ρ(Chla)较低，尤其是 ρ(硼)＞ 20 mgL的处理组表现
更为明显，并且呈明显的剂量-效应关系;之后随暴露
时间的延长，该抑制作用逐渐减弱． ρ(硼)为 80 mgL
的硼酸处理组，与对照组相比，48 h时ρ(Chla)抑制率
达到最大值，为 85. 05%，其他处理组均在 24 h 时达
最大值． 对于四硼酸钠处理组，在试验初期，当
ρ(硼)≤10 mgL时，处理组藻细胞的ρ(Chla)与对照
组相比无抑制作用，而 ρ(硼)≥20 mgL处理组则受
到抑制作用，其中 ρ(硼)为 40 和 80 mgL的 2 个处理
组表现极其显著(P ＜ 0. 01) ;在48 ～ 96 h 内，ρ(Chla)
抑制率随暴露时间的延长呈先增后减趋势． 大部分
四硼酸钠处理组在 72 h 时的ρ(Chla)抑制率达最大
值，ρ(硼)为 80 mgL 的硼酸处理组抑制率最大值为
90. 53% ．
ρ(硼)(mgL) :1—0(对照组) ;2—1;3—10;4—20;5—40;6—80．
图 3 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 ρ(Chla)的影响
Fig. 3 Effects of boric acid and sodium borate on the chlorophyll a content of Chlorella vulgaris
叶绿素含量能够直接反映植物的生长状况． 该
试验中，硼酸和四硼酸钠的加入都使得处理组藻细胞
的 ρ(Chla)低于对照组，说明硼抑制了藻细胞叶绿素
的合成，但该抑制作用随时间的延长而减弱． 研
究［31］发现，硼会抑制陆生植物叶片光合速率和气孔
导度，并降低叶片叶绿素合成． 而对于浮游植物而
言，硼可能参与光合组织的早期形成过程［26］． 硼毒
害与叶绿素合成的关系仍有待进一步研究．
2. 5 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 ρ(蛋白质)的影响
硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 ρ(蛋白质)的影
响结果如图 4 所示． 由图 4 可见，对硼酸处理组而
言，0 ～ 48 h内，处理组藻细胞的 ρ(蛋白质)低于对照
组，并且在 48 h 时表现极其显著(P ＜ 0. 01)． 随着
ρ(硼)的升高，ρ(蛋白质)的变化整体上呈剂量-效应
关系;48 h后硼酸处理组藻细胞的 ρ(蛋白质)逐渐升
高，并在 72 h 时显著超过对照组(P ＜ 0. 01)〔除
ρ(硼)为 80 mgL处理组外〕． 而对于四硼酸钠处理
组而言，0 ～ 48 h内的试验现象和硼酸处理组相似;48
h后处理组藻细胞的 ρ(蛋白质)逐渐升高，并在 96 h
时超过对照组，尤其是高浓度处理组表现更明显
(P ＜ 0. 05)．
蛋白质是藻类细胞正常新陈代谢所必需的物质，
其含量的多少可以指示藻类生长状况． 蛋白质中包
含的许多代谢类的酶(如胆碱酯酶、抗氧化酶等)可
消除因胁迫作用产生的活性氧自由基． 由该试验结
果可知，在试验初期，藻细胞未适应硼环境，使得藻细
胞蛋白质的合成受阻，其含量降低，藻细胞的生长受
1981
环 境 科 学 研 究 第 28 卷
到抑制;随着暴露时间的延长，藻细胞逐渐适应了硼
环境，为抵抗硼的毒害作用，ρ(蛋白质)不断上升，从
而有助于维持细胞的正常代谢，促进藻类恢复生长．
该现象在四硼酸钠处理组的试验后期(72 ～ 96 h)表
现尤其明显． 结合硼对藻细胞生物量和 ρ(Chla)的影
响，进一步说明低浓度硼处理的抑制作用较弱，高浓
度硼处理的抑制作用更显著．
ρ(硼)(mgL) :1—0(对照组) ;2—1;3—10;4—20;5—40;6—80．
图 4 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 ρ(蛋白质)的影响
Fig. 4 Effects of boric acid and sodium borate on the protein concentration of Chlorella vulgaris
2. 6 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 MDA 含量的
影响
硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 MDA 含量的影
响如图 5 所示． 对硼酸处理组而言，藻细胞 MDA 含
量先迅速增加而后逐渐减小，在 24 h 时最高值可达
对照组的 1. 719 倍，而对照组藻细胞 MDA 含量先增
后减，96 h时各处理组藻细胞的 MDA 含量均高于对
照组，为对照组的 1. 039 ～ 1. 480 倍． 对于四硼酸钠
处理组而言，在 0 ～ 24 h内，各处理组藻细胞 MDA含
量高于对照组，为对照组的 1. 080 ～ 1. 375 倍;之后处
理组藻细胞的 MDA含量迅速增加，显著高于对照组
(P ＜ 0. 01) ，48 h 时最大值为对照组的 1. 895 倍;
48 ～ 96 h 内处理组藻细胞 MDA 含量逐渐下降，而对
照组的则变化不大，其中，96 h 时中、低浓度处理组
藻细胞 MDA 含量高于对照组，而高浓度组则表现
相反．
ρ(硼)(mgL) :1—0(对照组) ;2—1;3—10;4—20;5—40;6—80．
图 5 硼酸和四硼酸钠对普通小球藻 MDA含量的影响
Fig. 5 Effects of boric acid and sodium borate on the malondialdehyde content of Chlorella vulgaris
MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，是表征
膜系统受损程度以及藻类抗逆性的重要参数［32］． 研
究［33-34］表明，硼对生物膜的结构和功能有重要影响．
由试验结果可知，在试验开始 48 h 内，硼处理组藻细
胞 MDA含量整体高于对照组，说明硼的加入造成了
藻细胞膜脂过氧化，膜系统受到损伤． 在试验后期，
硼处理组藻细胞 MDA 含量呈下降趋势，可能是因为
藻细胞抵抗硼毒性，诱导细胞内抗氧化酶(如超氧化
物歧化酶 SOD、过氧化氢酶 CAT)活力增大，消除了
大量活性氧． 另外，硼能与质膜上富含的顺式羟基化
2981
第 12 期 刘 欢等:硼化合物对普通小球藻的急性毒性效应
合物结合形成硼酸脂，保持质膜的选择透性［33］，从而
保护细胞膜，促进藻细胞适应硼环境，恢复生长． 刘
鹏等［35］也发现硼对植物生长的作用也表现出类似
现象．
3 结论
a)硼酸和四硼酸钠对普通小球藻的生长均有一
定抑制作用，ρ(硼)为 40 ～ 80 mgL 时的抑制作用极
其显著．
b)硼抑制作用在 96 h内呈剂量-效应关系，并且
随暴露时间延长而逐渐减弱，硼酸和四硼酸钠的 96
h-EC50分别为 82. 03 和 71. 19 mgL．
c)硼的加入会降低藻细胞的生物量和 ρ(Chla) ，
48 h内抑制藻细胞蛋白质的合成，引起膜脂过氧化，
48 h后其毒性减弱，可促进蛋白质的合成，并保护细
胞膜．
参考文献(Ｒeferences):
［1］ 郎赟超，刘丛强，赵志琦． 硼及其同位素对水体污染物的示踪
研究［J］．地学前缘，2002，9(4) :409-415．
LANG Yunchao，LIU Congqiang，ZHAO Zhiqi． A review of studies
on sources and migration of various contaminants in surface and
ground waters by using boron and its isotopes［J］． Earth Science
Frontiers，2002，9(4) :409-415．
［2］ TUＲEK M，DYDO P，TＲOJANOWSKA J，et al． Electrodialytic
treatment of boron-containing wastewater［J］． Desalination，2007，
205(1) :185-191．
［3］ IＲAWAN C，KUO Yulin，LIU J C． Treatment of boron-containing
optoelectronic wastewater by precipitation process ［ J］．
Desalination，2011，280(1) :146-151．
［4］ TUＲKEＲ O C，BOCUK H，YAKAＲ A． The phytoremediation
ability of a polyculture constructed wetland to treat boron from mine
effluent［J］． Journal of Hazardous Materials，2013，252:132-141．
［5］ 魏春，邢小茹，张海波，等．宽甸县水中硼的背景浓度及污染现
状分析［J］．生态学杂志，2005，24(3) :327-329．
WEI Chun，XING Xiaoru，ZHANG Haibo，et al． Analysis of boron
background concentration and pollution status of water in Kuandian
County［J］． Chinese Journal of Ecology，2005，24(3) :327-329．
［6］ TUＲKEＲ O C，VYMAZAL J，TUＲE C． Constructed wetlands for
boron removal:a review［J］． Ecological Engineering，2014，64:350-
359．
［7］ XU Ｒenji，XING Xiaoru，ZHOU Qunfang，et al． Investigations on
boron levels in drinking water sources in China［J］． Environmental
Monitoring and Assessment，2010，165(1234) :15-25．
［8］ SHOＲＲOCKS V M． The occurrence and correction of boron
deficiency［J］． Plant and Soil，1997，193(1) :121-148．
［9］ MIWA K，TAKANO J，OMOＲI H，et al． Plants tolerant of high
boron levels［J］． Science，2007，318(5855) :1417．
［10］ LEHTO T，ＲUUHOLA T，DELL B． Boron in forest trees and forest
ecosystems［J］． Forest Ecology and Management，2010，260(12) :
2053-2069．
［11］ BLACK J A，BAＲNUM J B，BIＲGE W J． An integrated assessment
of the biological effects of boron to the rainbow trout［J］．
Chemosphere，1993，26(7) :1383-1413．
［12］ BUTTEＲWICK L，DE OUDE N，ＲAYMOND K． Safety assessment
of boron in aquatic and terrestrial environments［J］． Ecotoxicology
and Environmental Safety，1989，17(3) :339-371．
［13］ DETHLOFF G M，STUBBLEFIELD W A，SCHLEKAT C E． Effects
of water quality parameters on boron toxicity to Ceriodaphnia dubia
［J］． Archives of Environmental Contamination and Toxicology，
2009，57(1) :60-67．
［14］ MCBＲIDE L，CHOＲNEY W，SKOK J． Growth of Chlorella in
relation to boron supply［J］． Botanical Gazette，1971，132(1) :10-
13．
［15］ CEＲLOFF G G． The comparative boron nutrition of several green
and blue-green algae［J］． Physiologia Plantarum，1968，21(2) :
369-377．
［16］ BOWEN J E，GAUCH H G，KＲAUSS Ｒ W，et al． The
nonessentiality of boron for Chlorella［J］． Journal of Phycology，
1965，1(4) :151-154．
［17］ 石瑛，杜青平，谢树莲． 1，4-二氯苯对蛋白核小球藻的毒性效应
［J］．环境科学研究，2007，20(3) :133-136．
SHI Ying，DU Qingping，XIE Shulian． The toxic effects of 1，4-
Dichlorobenzene on Chlorella pyrenoidosa ［J］． Ｒesearch of
Environmental Sciences，2007，20(3) :133-136．
［18］ QIAN Haifeng，LI Jinging，SUN Liwei，et al． Combined effect of
copper and cadmium on Chlorella vulgaris growth and
photosynthesis-related gene transcription［J］． Aquatic Toxicology，
2009，94(1) :56-61．
［19］ OUKAＲＲOUM A，BＲAS S，PEＲＲEAULT F，et al． Inhibitory
effects of silver nanoparticles in two green algae，Chlorella vulgaris
and Dunaliella tertiolecta［J］． Ecotoxicology and Environmental
Safety，2012，78:80-85．
［20］ Organization for Economic Cooperation and Development． Test No．
201:freshwater alga and cyanobacteria，growth inhibition test［M］．
Paris，France:OECD Publishing，2006．
［21］ ZHANG Wei，XIONG Bang，CHEN Lin，et al． Toxicity assessment
of Chlorella vulgaris and Chlorella protothecoides following
exposure to Pb (Ⅱ) ［J］． Environmental Toxicology and
Pharmacology，2013，36(1) :51-57．
［22］ QIAN Haifeng，CHEN Wei，LI Jinging，et al． The effect of
exogenous nitric oxide on alleviating herbicide damage in Chlorella
vulgaris［J］． Aquatic Toxicology，2009，92(4) :250-257．
［23］ DAVIS S M，DＲAKE K D，MAIEＲ K J． Toxicity of boron to the
duckweed，Spirodella polyrrhiza［J］． Chemosphere，2002，48(6) :
615-620．
［24］ HOWE P D． A review of boron effects in the environment［J］．
Biological Trace Element Ｒesearch，1998，66(123) :153-166．
［25］ 李海叶，刘春光，赵玲娟，等．过量硼对淡水浮游植物生长及种
类变化的影响［J］．农业环境科学学报，2013，32(2) :232-237．
LI Haiye，LIU Chunguang，ZHAO Lingjuan，et al． Effect of excess
3981
环 境 科 学 研 究 第 28 卷
boron on growth and composition of freshwater phytoplankton［J］．
Journal of Agro-Environment Science，2013，32(2) :232-237．
［26］ BONILLA I， GAＲCIA-GONZALEZ M， MATEO P． Boron
requirement in cyanobacteria:its possible role in the early evolution
of photosynthetic organisms［J］． Plant Physiology，1990，94(4) :
1554-1560．
［27］ DIBLE W T，TＲUOG E，BEＲGEＲ K C． Boron determination in
soils and plants［J］． Analytical Chemistry，1954，26(2) :418-421．
［28］ 国家环境保护总局．水和废水监测分析方法［M］． 4 版． 北京:
中国环境科学出版社，2002:720-721．
［29］ GEＲSICH F M． Evaluation of a static renewal chronic toxicity test
method for Daphnia magna Straus using boric acid ［J］．
Environmental Toxicology and Chemistry，1984，3(1) :89-94．
［30］ LEWIS M A，VALENTINE L C． Acute and chronic toxicities of
boric acid to Daphnia magna Straus［J］． Bulletin of Environmental
Contamination and Toxicology，1981，27(1) :309-315．
［31］ ＲOESSNEＲ U，PATTEＲSON J H，FOＲBES M G，et al． An
investigation of boron toxicity in barley using metabolomics［J］．
Plant Physiology，2006，142(3) :1087-1101．
［32］ KONG Qingxia，ZHU Lizhong，SHEN Xueyou． The toxicity of
naphthalene to marine Chlorella vulgaris under different nutrient
conditions［J］． Journal of Hazardous Materials，2010，178(1) :282-
286．
［33］ 施益华，刘鹏．硼在植物体内生理功能研究进展(综述) ［J］．亚
热带植物科学，2002，31(2) :64-69．
SHI Yihua，LIU Peng． A review of advances in physiological
function of boron in plants［J］． Subtropics Plant Science，2002，31
(2) :64-69．
［34］ EＲASLAN F，INAL A，SAVASTUＲK O，et al． Changes in
antioxidative system and membrane damage of lettuce in response to
salinity and boron toxicity［J］． Scientia Horticulturae，2007，114
(1) :5-10．
［35］ 刘鹏，杨玉爱．钼、硼对大豆叶片膜脂过氧化及体内保护系统的
影响［J］．植物学报，2000，42(5) :461-466．
LIU Peng，YANG Yuai． Effects of molybdenum and boron on
membrane lipid peroxidation and endogenous protective systems of
soybean leaves［J］． Acta Botanica Sinica，2000，42(5) :461-466．
(责任编辑:周巧富)
4981