全 文 ：生态与农村环境学报 2012，28 (3) :266 － 270
Journal of Ecology and Rural Environment
水芹(Oenanthe javaica)浸出液对小球藻(Chlorella vulgaris)
生长及超微结构的影响
袁亚光1，李思宇1，宰学明2①，钦 佩1② (1. 南京大学盐生植物实验室，江苏 南京 210093;2. 金陵科技学院园
艺学院，江苏 南京 210038)
摘要:采用在不同浓度水芹(Oenanthe javaica)浸出液中纯培养小球藻(Chlorella vulgaris)的方法，研究水芹浸出液
对小球藻细胞数量、叶绿素含量和藻细胞超微结构的影响。结果显示，10 g·L －1水芹浸出液对小球藻的生长和叶
绿素含量具有明显的促进作用;20 g·L －1水芹浸出液处理组藻细胞数量和叶绿素含量增加持续至第 7 天，但增幅
低于对照组，7 d后抑制作用增强;高浓度(30 ～ 50 g·L －1)水芹浸出液对小球藻细胞数量和叶绿素含量的抑制作
用在第 5 天开始变得显著，并随时间延长而加剧，具有浓度效应;经 40 g·L －1水芹浸出液处理后，小球藻细胞壁断
裂甚至消失，细胞中叶绿体片层肿胀甚至解体，核膜破裂，核质外渗。结果表明水芹浸出液对小球藻具有化感效
应，总体呈现低浓度促进、高浓度抑制的规律。
关键词:水芹;浸出液;小球藻;化感作用;叶绿素;超微结构
中图分类号:Q178. 1 文献标志码:A 文章编号:1673 － 4831(2012)03 － 0266 － 05
Effects of Oenanthe javaica Extracts on Growth and Ultrastructure of Chlorella vulgaris． YUAN Ya-guang1，LI Si-
yu1，ZAI Xue-ming2，QIN Pei1(1． Halophyte Research Laboratory，Nanjing University，Nanjing 210093，China;2． De-
partment of Horticulture，Jinling Institute of Technology，Nanjing 210038，China)
Abstract:Pure culture of chlorella was done in solutions different in concentration of Oenanthe javaica extracts added，to
explore effects of O． javaica extracts on growth，chlorophyll content and ultrastructure of chlorella． Results show that in
the treatment of 10 g·L －1 O． javaica extract growth of chlorella was significantly promoted，and in the treatment of 20
g·L －1 O． javaica extract the number of cells and chlorophyll content of chlorella increased with a margin narrower than
that in the control in the first 7 days，and afterwards，the growth was inhibited． In the treatments of 30 － 50 g·L －1 O．
javaica extract，phenomenon of the inhibition became obvious on the fifth day and more obvious with the time going on and
with the increasing concentration of the extract added as well． In the treatment of 40 g·L －1 O． javaica extract，cell walls
of the algae broke up and even vanished，chloroplast lamellas in the cells swelled and even disintegrated，and karyolem-
mas ripped with karyoplasm extravasating． The findings indicate that O． javaica extract had an allelopathic effect on chlo-
rella，and when low in concentration，it promotes growth of the algae，but when high，it acts reversely．
Key words:Oenanthe javaica;extract;Chlorella vulgaris;allelopathy;chlorophyll;ultrastructure
收稿日期:2011 － 12 － 12
基金项目:国家林业公益性行业科研专项(200904001)
① 共同通信作者 E-mail:zaixueming680825@ yahoo． com． cn;② 通
信作者 E-mail:qinpei@ nju． edu． cn
富营养化导致浮游植物，尤其是微型藻类过度
繁殖而爆发水华，引起一系列的环境问题，造成巨
大的经济损失，甚至危及人类健康［1 － 3］。而传统的
物理、化学抑制藻类生长的方法会不可避免地破坏
生态平衡并造成环境污染［4］，因此寻求一种高效安
全的抑藻方法具有重要意义。1949 年 HASLER 等
首次发现了水生植物对藻类的化感抑制作用［5］，此
后研究者开始对植物化感作用展开广泛研究，包括
化感抑制作用、化感抑制机理、化感物质的分离纯
化和开发利用等。利用植物的化感作用控制水体
藻类的繁殖，因具有安全、不易造成二次污染的优
点而备受关注［6 － 8］。
植物浸出液抑藻试验是研究植物化感作用的
重要方法［7］，有关浸出液抑藻的研究［9 － 15］较多。但
是，关于水芹在富营养化水体中对藻类的抑制作用
的研究较少，其克藻效应及机理仍有待研究。水芹
(Oenanthe javaica)为水生宿根草本植物，喜水耐寒，
生长适宜温度为 12 ～ 24 ℃，温度超过 25 ℃时，植株
逐渐进入休眠状态。由于水芹具有较高的生物量，
可多次收割，耐低温，因此可作为低温季节修复污
第 3 期 袁亚光等:水芹(Oenanthe javaica)浸出液对小球藻(Chlorella vulgaris)生长及超微结构的影响 ·267·
染水体的优势种和抑制藻类生长的工具种［16］。因
此，笔者在室内研究水芹浸出液对小球藻的克藻效
应及其机制，旨在进一步了解水芹的生态功能，为
丰富富营养化水体生态修复的工具种库提供基础
材料。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
水芹(Oenanthe javaica)购于南京市六合区种植
基地。小球藻(Chlorella vulgaris)藻种由南京师范
大学生命科学学院生物工程实验室提供。小球藻
在无菌条件下转移至 1 /10 Hoagland营养液中，于光
照培养箱中培养 1 周，至对数生长期进一步扩大培
养。培养条件为:温度(25 ± 1)℃，t(光)∶ t(暗)=
12 h ∶ 12 h，［光］照度为 4 500 lx，静置培养，每天定
时摇动 3 次。
1. 2 水芹浸出液的制备
用自来水和蒸馏水将水芹植株反复冲洗干净，
在 80 ℃烘箱中放置 48 h后取出，粉碎、研磨、过 150
μm孔径筛，取 50 g加入 500 mL锥形瓶中，再加 250
mL 蒸馏水，置于恒温(25 ℃)振荡器中提取 48 h，减
压抽滤，滤液即为浸出母液(200 g·L －1)。试验前
用 0. 45 μm 孔径滤膜过滤以消除其他微生物的
影响。
1. 3 化感作用试验
在无菌条件下分别将 0、10、20、30、40、50 mL浸
出母液加入 500 mL 透气玻璃瓶内，再加入灭菌
1 /10 Hoagland营养液和处于对数生长期的小球藻，
使培养液总体积为 200 mL。用植物材料的质量与
培养液体积比表示化感物质含量(g·L －1) ，则其浓
度梯度为 0、10、20、30、40、50 g·L －1，以化感物质含
量为 0 g·L －1的处理组作为对照，3 次重复，初始小
球藻密度均值为 2. 45 × 106 mL －1。培养条件为:温
度(28 ± 0. 5)℃，t(光)∶ t(暗)= 12 h∶ 12 h，［光］照
度 4 000 lx，静置培养，每天定时摇动 3 次，培养 9 d。
每隔 24 h取样测定相关指标。
1. 4 测定项目与测定方法
1. 4. 1 小球藻藻细胞计数
每天取定量藻液，用血球计数板在显微镜
(16 × 40 倍)下对藻细胞进行计数。
1. 4. 2 叶绿素含量的测定
取一定量藻液进行抽滤，抽干后将藻及滤膜一
起放入具塞离心管中，加入 φ为 95%的丙酮溶液至
混合物总体积为 10 mL，振荡提取叶绿素，放置暗处
过夜。在相对离心力 Fr，c为 1 006 条件下离心 15
min，去上清液测定吸光度［17］。
1. 4. 3 藻细胞超微结构的观察
在试验第 1、5、7 和 9 天和试验结束时，收集高
浓度(40 g·L －1)水芹浸出液处理组和对照组藻细
胞，用 φ为 4%的戊二醛及 φ为 1%的锇酸溶液双重
固定，采用 φ 为 30%、50%、70%、80%、90%、95%
和 100%的丙酮由低到高梯度脱水，用双氧铀和柠
檬酸铅双重染色，切片后于 Hitachi600A-2 透射电镜
下观察。
1. 5 数据分析
水芹浸出液对藻类的相对抑制率公式为 R i =
(1 － N /N0)× 100%
［9］，其中，R i 为相对抑制率，N
为加入浸出液的处理组藻密度，N0 为未加入浸出液
的对照组藻密度。若 R i ＞ 0，表示水芹浸出液对藻
类具有抑制作用;若 R i ＜ 0，表示具有促进作用。
采用 Excel 2010 软件对数据进行统计处理，采
用 SPSS 18. 0 软件进行差异显著性检验，采用 Origin
7. 5 软件作图。
2 结果与分析
2. 1 水芹浸出液对小球藻生长量的影响
如图 1 所示，当处于对数生长期的小球藻受到
不同浓度水芹浸出液的影响时，其生长曲线会发生
改变。
图 1 不同浓度水芹浸出液对小球藻生长量的影响
Fig． 1 Effect of Oenanthe javaica
extracts on growth of chlorella
培养 5 d后，对照组小球藻数量基本达到稳定
状态，即标准 logistic 模型“S”型曲线的稳定期。10
g·L －1水芹浸出液对小球藻的生长具有显著促进作
用(P = 0. 000 92 ＜ 0. 01) ，培养第 9 天小球藻数量已
达对照组的 1. 17 倍;20 g·L －1水芹浸出液对小球
藻的生长有抑制作用，小球藻数量持续增加到培养
第 7 天，但增幅低于对照组(P = 0. 004 2 ＜ 0. 01) ，7
·268· 生 态 与 农 村 环 境 学 报 第 28 卷
d后藻细胞数量大幅下降，抑制效应明显加强，第 9
天相对抑制率达 17. 54%(P = 0. 007 8 ＜ 0. 01) ;高
浓度(30 ～ 50 g·L －1)处理组水芹浸出液对藻类的
抑制作用从培养第 3 天开始出现，藻细胞脱绿黄化
沉底现象明显，培养第 9 天，相对抑制率分别达
29. 15%、34. 04%和 37. 20%。综上所述，不同浓度
水芹浸出液对小球藻生长呈现不同作用，对小球藻
生长的相对抑制率随水芹浸出液浓度的增加而明
显增加。
2. 2 水芹浸出液对小球藻叶绿素含量的影响
藻体中叶绿素含量与小球藻细胞的生长状态
密切相关。图 2 显示，对照组藻细胞中叶绿素含量
在整个试验过程中稳定增加，培养第 5 天，各处理组
叶绿素含量与对照组相比差异明显。10 g·L －1水
芹浸出液处理组叶绿素含量持续增加，培养第 9 天
叶绿素含量为对照组的 1. 39 倍;20 g·L －1处理组
叶绿素含量的增加趋势持续到第 7 天，但增幅低于
对照组，7 d 后叶绿素含量迅速下降;高浓度(30 ～
50 g·L －1)水芹浸出液处理组叶绿素含量随培养时
间的增加而明显下降，培养第 9 天，叶绿素含量分别
比对照组低 54. 10%、68. 85%和 73. 77%，叶绿素含
量降幅随水芹浸出液浓度的升高而增加。同时，藻
体叶绿素含量的变幅大于小球藻生长量的变幅。
叶绿素含量的变化情况与小球藻细胞的生长在不
同浓度浸提液条件下受到促进或抑制的现象相互
印证(图 1 ～ 2)。
藻体质量以鲜质量计。
图 2 不同浓度水芹浸出液对小球藻叶绿素含量的影响
Fig． 2 Effect of Oenanthe javaica extracts on
chlorophyll content of chlorella
2. 3 水芹浸出液对小球藻超微结构的影响
高浓度水芹浸出液对小球藻细胞超微结构的
损伤明显，且随处理时间的延长而加剧。由图 3
(a)～(b)可知，未受伤害的小球藻细胞具有完整的
细胞壁;叶绿体片层清晰，排列整齐有序;细胞膜贴
壁无皱褶，核质均匀。而 40 g·L －1水芹浸出液处理
组小球藻细胞培养至第 5 天时〔图 3(c)～(d)〕，其
内部结构已表现出受伤害症状，细胞壁内陷皱褶，
核膜破裂，核质外渗。第 7 天时小球藻细胞受伤害
症状加重〔图 3(e)〕，叶绿体片层膨胀，排列有序性
明显减弱。培养第 9 天，小球藻细胞的原生质体收
缩，叶绿体片层以及外包膜都发生解体，细胞中心
几乎变成一个空腔〔图 3(f)〕。
3 讨论
试验结果显示，低浓度(10 g·L －1)水芹浸出液
对小球藻的生长具有显著促进作用，培养第 9 天小
球藻叶绿素含量为对照组的 1. 39 倍，小球藻数量为
对照组的 1. 17 倍，叶绿素含量增幅比小球藻数量增
幅大，笔者认为 10 g·L －1水芹浸出液能促进小球藻
叶绿素的合成。20 g·L －1水芹浸出液条件下培养
3、5、7 d时的小球藻生长量高于培养第 1 天，但与同
一时间的对照组相比，呈显著受抑制状态，培养第 9
天藻细胞数量和叶绿素含量与第 7 天相比均显著下
降，低于培养初期，抑制作用加强。高浓度(30 ～ 50
g·L －1)水芹浸出液处理组小球藻生长受抑制作用
明显，随着水芹浸出液浓度的升高，相对抑制率增
加，分别达 29. 15%、34. 04%和 37. 20%，3 个处理
组藻体叶绿素含量分别比对照组低 54. 10%、
68. 85%和 73. 77%，叶绿素含量降幅大于藻细胞数
量降幅，结合超微结构观察认为，高浓度水芹浸出
液能抑制小球藻叶绿素的合成。
化感物质对细胞超微结构的影响主要是破坏
细胞膜，使膜系统受到损伤，从而进一步作用于膜
内的叶绿体、拟核、线粒体及内含物和细胞核等细
胞超微结构，达到杀死藻细胞、抑制藻类生长的目
的［5］。李锋民等［9］在考察芦苇抑藻化感物质对蛋
白核小球藻的影响时，发现供试细胞壁脱落，细胞
膜破裂，细胞内含物渗出，细胞内片层结构解体，细
胞核和线粒体结构损坏;王立新等［18］发现黑藻分泌
物可使铜绿微囊藻细胞质壁脱离、类囊体片层结构
松散杂乱，且损伤作用随时间延长而加剧;唐萍
等［19］研究表明，栅藻在受到凤眼莲根系分泌物的抑
制作用时，其藻细胞结构产生显著损伤，细胞膜、叶
绿体、线粒体、核膜等膜系统受到损伤。
笔者试验中，40 g·L －1水芹浸出液培养小球藻
仅几天，藻体就出现黄化，细胞壁、叶绿体、细胞核
等发生进行性损伤，培养第 9 天，叶绿体片层以及外
包膜都发生解体，藻细胞基本成为空腔。这一系列
细胞水平的超微结构变化显示藻细胞生长受到抑
第 3 期 袁亚光等:水芹(Oenanthe javaica)浸出液对小球藻(Chlorella vulgaris)生长及超微结构的影响 ·269·
制，甚至被杀死。试验数据和电镜图片表明，高浓
度水芹浸出液对叶绿素的破坏非常明显。
叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，其含
量变化能较好地反映生物各阶段生长发育正常与
否［20］。大多数植物化感物质会对光合系统Ⅱ(PS
Ⅱ)产生影响，低浓度化感物质可能有利于藻类叶
绿素生化合成而促进光合作用，从而促进藻类生
长;而高浓度化感物质通过破坏藻类的叶绿素，减
少其同化产物来抑制藻类生长［21］。笔者试验中不
同水芹浸出液处理组藻细胞生长与叶绿素变化的
趋势也能佐证该结论。
一般来说，植物化感物质主要是植物次生代谢
物质［6］，笔者所采用的植物浸出液抑藻试验研究有
利于消除光和营养的差异对化感作用测定的影响，
便于化感作用的确定、模型的建立及其机理的探
究［22］，可信度较高，可为后续化感物质的分离提纯
及应用提供参考［7］。其他一些包括抗氧化酶活性、
蛋白质合成、核酸代谢等涉及到化感抑藻机理方面
的研究还有待进一步深入，水芹抑制小球藻的化感
物质的分离、提纯和鉴定工作还需要进一步开展。
Ch—叶绿体;SG—淀粉粒;CW—细胞壁;CL—叶绿体片层;N—细胞核。
图 3 40 g·L －1水芹浸出液对小球藻超微结构的影响
Fig． 3 Effects of 40 g·L －1 Oenanthe javaica extract on ultrastructure of chlorella
·270· 生 态 与 农 村 环 境 学 报 第 28 卷
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作者简介:袁亚光(1987—) ，男，江苏泰兴人，硕士生，主要
从事湿地生态方面的研究。E-mail:yuanyaguang0@ 126． com