全 文 ：第 24 卷 第 2 期
2011 年 2 月
环 境 科 学 研 究
Research of Environmental Sciences
Vol. 24，No. 2
Feb.，2011
不同 pH下对硝基酚(p － NP)对小球藻和斜
生栅藻的毒性
冯鸣凤1，2，赵 娜1，王 轲1，王林同1，朱 琳1*
1.南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津 300071
2.天津市环境保护科学研究院，天津 300071
摘要:为研究水体中典型有机污染物的环境基准，考虑环境因子对污染物生物效应的影响，选取生长速率(μ)，无可观察
效应浓度(NOEC)，最低可观察效应浓度(LOEC)和半抑制浓度(EC50)为指标，研究了不同pH(7，8 和 9)对小球藻
(Chlorella vulgaris)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的生长以及对对硝基酚(p － NP)毒性的影响. 结果表明:pH 为 7 ～ 9
时，小球藻和斜生栅藻均可正常生长，但各自最适生长的 pH 不同，小球藻的最适生长 pH 为 8，而斜生栅藻的最适生长 pH
为 9. p － NP 对小球藻和斜生栅藻的毒性均随 pH 的增大而降低，pH 为 9 时毒性最小，但 p － NP 对斜生栅藻的毒性比对小
球藻的大，即斜生栅藻对 p － NP 要比小球藻更敏感 . 因此，在研究 p － NP 的水生态基准时，应该考虑 pH 的影响 .
关键词:生态基准; 对硝基酚;pH; 小球藻; 斜生栅藻
中图分类号:X171. 5 文献标志码:A 文章编号:1001 － 6929(2011)02 － 0210 － 06
Toxicity of p-NP on Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus at different
pH levels
FENG Ming-feng1，2，ZHAO Na1，WANG Ke1，WANG Lin-tong1，ZHU Lin1
1. Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria，Ministry of Education，College of Environmental Science and
Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China
2. Tianjin Academy of Environmental Sciences，Tianjin 300071，China
Abstract:In order to study the environmental criteria of typical organic contaminants in aquatic systems， the influence of
environmental factors on their biological effects was considered. End points of growth rate (μ)，NOEC，LOEC and EC50 were
selected as evaluation indices to study the growth of Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus，and the p-nitrophenol (p-NP)
toxicity to them at pH levels 7，8 and 9. The results showed that both Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus could grow well
at the range of pH 7-9，but the most suitable pH condition was different for each of them. Chlorella vulgaris grew best at pH 8，
while Scenedesmus obliquus grew best at pH 9. The toxicity of p-NP to Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus decreased with
increasing pH，and the least toxic effect was observed at pH 9. The p-NP was more toxic to Scenedesmus obliquus than Chlorella
vulgaris，that is，Scenedesmus obliquus was more sensitive to the toxicity of p-NP than Chlorella vulgaris. Therefore，the influence
of pH should be considered when an aquatic ecological criteria of p-NP are selected.
Key words:ecological criteria;p-nitrophenol;pH;Chlorella vulgaris;Scenedesmus obliquus
收稿日期:2010 － 05 － 07 修订日期:2010 － 10 － 29
基金项目:国 家 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项
(2008ZX08526 － 003)
作者简介:冯 鸣 凤 (1984 － )， 女， 河 北 邢 台 人，
mff840621@ 163. com.
* 责任作者，朱琳(1957 － )，男，山东济南人，教授，博士，博导，主
要从事生态毒理学研究，zhulin@ nankai. edu. cn
环境基准是制定环境标准的科学基础，决定着
环境标准的科学性、准确性和可靠性. 为了进一步
完善和发展我国现有水环境质量标准体系，迫切需
求开展系统、全面、科学的水环境质量基准研究.
水质基准的制订是以污染物对水生生物和人
体健康的毒理学研究为基础的［1］. 水生态系统的
环境因子，如 pH，光照，温度，盐度，浊度和营养物
DOI：10.13198/j.res.2011.02.90.fengmf.002
第 2 期 冯鸣凤等:不同pH 下对硝基酚(p － NP)对小球藻和斜生栅藻的毒性
质等多种因素都会影响污染物在水环境中的物
理、化学和生物过程，从而导致不同的生态效应，
影响污染物水环境质量基准的制订 . 环境因子与
污染 物 之 间 对 藻 类 毒 性 存 在 着 交 互 作 用，
FRANKLIN 等［2］的研究表明，不同 pH 条件下，铜
和铀对小球藻(Chlorella sp.) 毒性不同;FAHL
等［3］研究了灭草剂磺酰脲对绿藻(Chlorella fusca)
的毒性与 pH 的关系 . 虽然在早期国外的研究中，
已经注意到了环境因素对污染物毒性的影响，但
由于环境因子和生物种类等因素的地域特性，使
水质基准也具有了地域特性 . 因此，在进行相关研
究时，不能直接照搬现有的结果，应该根据水生态
类型的特点，从基础性的工作做起 .
对硝基酚(p － NP)水溶性高，易进入水体，其
主要通过染料生产、皮革加工、农药生产、空气中
硝基苯的光化学氧化、汽车尾气排放和有机磷酸
酯类农药的降解等途径进入环境中，美国部分水
体中已达到了 10 － 6，其在水体中的大量存在对水
生生物造成了影响［4-5］. 我国辽河流域 ρ(p － NP)
达到了 8. 929 μg /L，底泥中的 w(p － NP)达到了
733. 133 μg / kg，并且在太湖流域水体中也已检出
p － NP［6］. p － NP 是许多国家环境优先监测的污
染物之一，也是我国提出的环境优先监测的 6 种
酚类之一［7］. 因此，有必要开展 p － NP 的生态基
准研究 .
笔者 选 择 太 湖、辽 河 的 优 势 种 小 球 藻
(Chlorella vulgaris) 和 斜 生 栅 藻 (Scenedesmus
obliquus)为试验生物，研究不同pH(为7，8 和 9)
下 p － NP 毒性效应的变化，以期为水生态基准方
法学研究提供依据 .
1 材料与方法
1. 1 试验材料
普通小球藻(Chlorella vulgaris)和斜生栅藻
(Scenedesmus obliquus)均购自中国科学院水生生
物研究所，经实验室驯化培养后，选取处于对数生
长期的藻种进行试验 .
人工气候箱(SPX － 400IC，上海博迅实业有限
公司 医 疗 设 备 厂); 紫 外 可 见 分 光 光 度 计
(UV755B，上海精密科学仪器有限公司);pH 测定
仪(ORP － 431，上海大普仪器有限公司);无菌工
作台(JHK － A，天津市中环试验电炉有限公司);
高压灭菌锅(HVE － 50，日本 HIRAYAMA 公司);
生物显微镜(HFX － Ц，日本 Nikon 公司)和血球计
数板(上海市求精生化试剂仪器有限公司).
NaNO3， K2HPO4， MgSO4， CaCl2 · 2H2O，
Na2EDTA，Na2CO3，H3BO3，MnCl2·4H2O，ZnSO4·
7H2O，Na2MoO4·H2O，CuSO4·5H2O，Co(NO3)2·
6H2O，柠檬酸(C6H8O7)，柠檬酸铁(FeC6H5O7·
5H2O)和对硝基酚(p － C6H5NO3)均为分析纯，购
自天津市北方天医化学试剂厂 .
1. 2 试验方法
1. 2. 1 藻种的活化、培养与生长抑制试验
试验参照 OECD［8］标准方法，以 BG11［9］为培
养基，8 层无菌纱布封口，置于人工气候箱中进行
培养 . 温度为(25 ± 2)℃，光强为 3 000 ～ 4 000 lx，
光暗比为 12 h ∶ 12 h，静置培养，每天定时摇动 3
次，预培养 3 代 . 正式试验采用国际通用的“瓶
法”，250 mL 锥形瓶中接 100 mL 处于对数生长期的
藻液(藻细胞密度为2 × 105 mL － 1). 用表 1 所示通
过预试验确定的 p － NP 系列浓度配制培养液，每个
浓度组设 3 个平行，然后根据太湖和辽河水体的实
际 pH 范围(7. 25 ～ 9. 00)［10-11］，选择 7，8 和 9 为试
验 pH，用 0. 1 mol /L 的 NaOH 和 HCl 调节 pH 分别
为(7. 0 ± 0. 2)，(8. 0 ± 0. 2)和(9. 0 ± 0. 2).
表 1 试验采用的 ρ(p － NP)
Table 1 The mass concentration p-NP in test
试验生物 ρ(p － NP)/(mg /L)
小球藻 0 0. 56 1. 80 5. 60 10. 00 18. 00 24. 00 32. 00 42. 00 56. 00
斜生栅藻 0 0. 01 0. 05 0. 10 0. 50 1. 00 5. 00 10. 00 20. 00 40. 00
1. 2. 2 细胞密度测定与相对抑制率计算
采用血球计数板测定藻细胞密度，并同时于
680 nm 处测定其光密度，建立光密度与藻细胞密
度的关系曲线，用以表征生物量 . 小球藻和斜生栅
藻的光密度 －藻细胞密度关系曲线分别为:
y = 2 939x － 9. 008 6(R2 = 0. 996 9)
112
环 境 科 学 研 究 第 24 卷
y = 2 758x + 12. 611(R2 = 0. 993 5)
式中，x 为光密度;y 为藻细胞密度，104 mL － 1 .
测定 培 养 96 h 后 藻 液 光 密 度，并 根 据
OECD［8］计算对照组和测试组比生长率(μC 和 μT)
及二者比值(μT /μC).
1. 3 数据处理
采用 SPSS 13. 0 的方差分析和 LSD 检验进行
差异显著性分析和多重比较(P≤ 0. 05 差异显
著)，求出无可观察效应浓度(NOEC)和最低可观
察效应浓度(LOEC);进行Probit 分析，得到 96 h
半抑制浓度(EC50)及其95% 置信区间(95% C.
L.);绘图采用Origin 8. 0 软件 .
2 结果与分析
2. 1 不同 pH 下小球藻和斜生栅藻的生长状况
图 1 为不同 pH 下小球藻和斜生栅藻空白组
的 96 h 比生长率 . 如图 1 所示，同一 pH 下，斜生
栅藻的生长速率明显高于小球藻 . 但 2 种藻在不
同 pH 下的生长速率均不同 .
pH:1—7;2—8;3—9.
图 1 不同 pH 下小球藻和斜生
栅藻的比生长率
Fig. 1 Specific growth rate of Chlorella vulgaris
and Scenedesmus obliquus at different pH
小球藻在 pH 为 7，8 和 9 时的比生长率分别
为 0. 48，0. 52 和 0. 46，经一维方差分析，pH 为 8
时的比生长率明显高于其他 pH(P < 0. 05)，而在
pH 为 7 和 9 时的差异不显著(P > 0. 05). 斜生栅
藻在 pH 为 7，8 和 9 时的比生长率分别为 0. 65，
0. 67 和 0. 69，其中 pH 为 9 时的比生长率显著高
于 pH 为 7(P < 0. 05)，但pH 在 7 ～ 8 和 8 ～ 9 的差
异均不显著(p > 0. 05). 综上，小球藻最适生长 pH
为 8，斜生栅藻为 9.
2. 2 不同 pH 下 p － NP 对小球藻的毒性影响
图 2 为不同 pH 下小球藻比生长率比值与
p － NP的浓度 －效应关系 . 如图 2 所示，在 3 个 pH
下，小球藻的比生长率比值都随着 ρ(p － NP)的增
加而降低，但不同 pH 下 ρ(p － NP)对小球藻的毒
性又存在差异 .
pH:1—7;2—8;3—9.
图 2 不同 pH 下小球藻 96 h 比生长率比值
与 ρ(p － NP)的关系
Fig. 2 Dose-effect relationship between
specific growth rate of Chlorella vulgaris
and natural log of p-NP mass
concentration at different pH
通过 SPSS 13. 0 软件进行多因素方差分析
(ANOVA). 结果表明，pH 在 7 ～ 8 差异不显著
(P > 0. 05)，其EC50分别为 27. 19 和 27. 62 mg /L
(见表2). 但当 ρ(p － NP)较低(≤18. 00 mg /L)
时，小球藻在 pH 为 8 时较敏感，其 LOEC 为 1. 80
mg /L . pH 为 9 时 p － NP 的毒性明显降低，其
LOEC 和 EC50 分别为 42. 0 和 47. 71 mg /L，经
ANOVA 分析表明，其毒性显著低于 pH 为 7 和 8
(P < 0. 05).
2. 3 不同 pH 下 p － NP 对斜生栅藻的毒性影响
图 3 为不同 pH 下斜生栅藻比生长率比值与
p － NP的浓度关系 . 如图 3 所示，3 个 pH 下，斜生
栅藻的比生长率都随着ρ(p － NP)的增大而显著降
低，但不同 pH 间 ρ(p － NP)对斜生栅藻的毒性又
有差异 .
通过 SPSS13. 0 软件进行多因素方差分析
(ANOVA)，结果表明，3 个 pH 下的 p － NP的毒性
差异显著(p < 0. 05)，但均随着pH 的升高而降低 .
pH 为 7，8 和 9 时，对应的 EC50分别为 6. 89，10. 84
和 22. 56 mg /L(见表3). pH 为 7 时斜生栅藻最敏
感，其 LOEC 为 1. 0 mg /L，而 pH 为 9 时毒性最小 .
212
第 2 期 冯鸣凤等:不同pH 下对硝基酚(p － NP)对小球藻和斜生栅藻的毒性
表 2 不同 pH 下小球藻的 96 h NOEC，LOEC 和 EC50(95%C. L.)
Table 2 96 h NOEC，LOEC and EC50(95% C. L.)of Chlorella vulgaris at different pH
测试终点
ρ(p － NP)/(mg /L)
pH = 7 pH = 8 pH = 9
NOEC /(mg /L) 1. 80 0. 56 32. 00
LOEC /(mg /L) 5. 60 1. 80 42. 00
EC50(95% C. L.)/(mg /L) 27. 19(25. 58 ～ 28. 78) 27. 62(23. 96 ～ 31. 32) 47. 71(43. 36 ～ 53. 37)
表 3 不同 pH 下斜生栅藻的 96 h NOEC，LOEC 和 EC50(95%C. L.)
Table 3 96 h NOEC，LOEC and EC50(95% C. L.)Scenedesmus obliquus of at different pH
测试终点
ρ(p － NP)/(mg /L)
pH = 7 pH = 8 pH = 9
NOEC /(mg /L) 0. 50 1. 00 1. 00
LOEC /(mg /L) 1. 00 5. 00 5. 00
EC50(95% C. L.)/(mg /L) 6. 89(4. 46 ～ 10. 52) 10. 84(6. 83 ～ 17. 91) 22. 56(17. 60 ～ 30. 57)
pH:1—7;2—8;3—9.
图 3 不同 pH 下斜生栅藻 96 h 比生长率
比值与 p － NP 的浓度 －效应关系
Fig. 3 Dose-effect relationship between
specific growth rate of Scenedesmus
obliquus and natural log of p-NP
concentration at different pH
3 讨论
国内外对酚类的生态毒理学研究已经将近 25
年，并且已对 pH 与酚类毒性的关系及机理进行了
研究［12-15］. HOWE 等［16］研究了不同 pH 下硝基酚
类 对 虹 鳟 鱼 (Oncorhynchus mykiss) 和 糠 虾
(Gammarus pseudoltmnaeus)的毒性，结果表明，在
12 ℃，pH 为 6. 5 和 9. 5 时，p － NP对虹鳟鱼的 96 h
LC50分别为 3. 80 和 78. 90 mg /L，对糠虾 96 h LC50
分别为 2. 80 和 42. 50 mg /L;2，4 － 二硝基酚
(2，4 － DNP)在上述条件下，对虹鳟鱼的96 h LC50
分别为 0. 39 和 27. 10 mg /L，对糠虾 96 h LC50分别
为 0. 60 和 25. 60 mg /L. pH 为 9. 5 时的毒性显著
低于 pH 为 6. 5 时的毒性 . CRONIN 等［14］通过对
包括邻硝基酚(o － NP)和间硝基酚(m － NP)在内
的 11 种酚类在不同 pH 下对大型溞(Daphnia
magna)的毒性进行了研究，结果表明，其EC50随
pH 增大而增大 . NALEZCZ 等［17］研究了 NPs 对发
光菌(Vibrio fischeri)在不同pH 下的毒性，根据其
15 min EC50结果显示，试验选用的几种 NPs 的毒
性均随 pH 的增大而减小 . 于瑞莲等［18］的研究也
得到了相一致的结果 . 这些与笔者所研究的不同
pH 下ρ(p － NP)对小球藻和斜生栅藻的毒性结果
基本一致 .
pH 会改变弱酸性或弱碱性有机物的解离度
和辛醇 －水分配系数(KOW)等性质. 硝基酚为弱
酸性有机物，当 pH 增大时，其离子化程度升高 .
分子态更易穿过细胞膜而进入胞内，因而毒性更
大，该理论已得到普遍认可［19-21］. 也有学者认为，
由于 pH 升高改变了酚类的 lg KOW，从而使其脂溶
性降低，对其生物浓缩或累积产生影响，并且 pH
对酚类毒性的影响主要是由于 pH 会影响酚类生
物累积性所致［15-16，22-24］. FISHER 等［22］的研究证
实了上述论断，在 10 ℃，pH 为 6. 5，7. 5 和 8. 5 时，
五氯酚(PCP)对斑马贝(Dreissena polymorpha)的
生物浓缩系数(BCF)分别为1 194，613 和 429.
NEWSTED 等［23］的研究表明，不同 pH 时，苯酚在
羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)体内的生
物浓缩系数(BCF)不同，并且当pH 在 4. 0 ～ 10. 0
变化时，BCF 先增大后减小 . HOWE 等［16］的研究
312
环 境 科 学 研 究 第 24 卷
还表明，p － NP 和 2，4 － DNP 对虹鳟鱼和糠虾的
BCF 均随 pH 增大而减小 . KISHINO 等［15］研究了
不同 pH 条件下 PCP 对金鱼的毒性和体内累积性
之间的关系，结果表明，pH 为 5. 5 ～ 10. 0 时，PCP
的毒性和生物累积性都降低，并且其 5 h LC50与暴
露在 0. 1 mg /L PCP 下的 5 h lg BCF 之间有很好的
相关性 .
从该研究的结果看，虽然在试验的 pH 范围
内，小球藻和斜生栅藻都可以正常生长，但其生长
最适的 pH 不同，小球藻为 8，而斜生栅藻为 9，这
与已有的研究结果一致［25-26］. 大量研究［25-30］表
明，每种藻都有各自最适生长的 pH 范围，这主要
是由于不同藻类自身的生理差异造成的 . 这种差
异还影响了不同藻对污染物的敏感性和耐受性，
该研究中小球藻和斜生栅藻对 p － NP 的敏感性
(LOEC)和耐受性(EC50)不同. 斜生栅藻比小球
藻敏感，小球藻在 pH 为 8 时敏感性最好，斜生栅
藻在 pH 为 7 时最敏感 . 而小球藻的耐受性强，其
EC50为斜生栅藻的 2 ～ 4 倍，但二者均在 pH 为 9
时耐受性最大 . 陈传平等［31］研究苯胺和苯酚对淡
水藻类生长的影响时发现，同一毒物浓度下，斜生
栅藻比蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)表现
得更为敏感 . SABATER 等［32］的研究表明，氯黄隆
对栅藻和小球藻 96 h 的 EC50分别为 0. 22 和 54. 0
mg /L，即栅藻更敏感 .
污染物对生物的毒性是环境因子、污染物和
受试生物三者之间共同作用的结果 . 该研究的结
果表明，小球藻最适生长 pH 为 8，并且此时对 p －
NP 最敏感;而斜生栅藻最适生长pH 为 9，却在 pH
为 7 时最敏感;但这2 种藻对 p － NP 的耐受性都
随着 pH 的增大而增大 . 也研究了相同试验条件
下，Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的毒性，结果表明，
小球藻和斜生栅藻均在其最适生长 pH 时，对 Cr6 +
的耐受性最强(另文讨论). 不同 pH 下藻的生长
状况对 Cr6 +的毒性有显著影响，而生长状况对 p －
NP 毒性的影响不明显，这表明 pH 对 p － NP 存在
形态的作用是造成其对 p － NP 毒性影响的主要
因素 .
研究表明，p － NP 的毒性效应确实受 pH 的影
响 . 因此，在进行 p － NP 生态基准相关研究时，pH
是一个重要的影响因素，甚至要考虑在区域环境
可能的 pH 范围内，根据不同的 pH 制订不同的基
准和标准值 . 除 pH 外，光照、温度和盐度等环境
因子也都有可能会影响 p － NP 的毒性，因此，进行
生态基准研究时，应该首先筛选出对污染物毒性
产生影响的重要环境因子 . 该试验仅从藻类种群
水平研究了 pH 对 p － NP 毒性的影响，还需要进一
步从群落水平以至生态系统水平进行研究 .
4 结论
a. 藻种不同所适应的生长环境条件也不同，
在该试验条件下，小球藻的最适 pH 为 8，而斜生
栅藻的最适 pH 是 9.
b. pH 在 7 ～ 9 下，p － NP 对斜生栅藻和小球
藻的毒性效应均随 pH 而变化，pH 为 9 时毒性最
小 . p － NP 对斜生栅藻的毒性比对小球藻大，即斜
生栅藻对 p － NP 比小球藻更敏感 .
c. pH 影响 p － NP 毒性变化的主要原因可能
是其对 p － NP 化学形态的作用 .
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