全 文 ：第 27卷第 10期
2007年 10月
环　境　科　学　学　报
　Acta Scientiae C ircum stantiae
Vo.l 27, No. 10
O c.t , 2007
基金项目:国家自然基金项目(No. 40471118);国家自然科学基金委与广东省联合基金(N o. U0633006)
Supported by th e NationalNatural S cien ce Foundation P rogram ofC hina(No. 40471118) and Un ion Foundation ofNFSC and GDNSF
作者简介:聂湘平(1966— ),男 ,副研究员(博士);*通讯作者(责任作者), E-mai l: txpn ie@ jnu. edu. cn, Tel:020 -85225808
Biography:N IE Xiangp ing (1966— ), m ale, associate p rofessor(Ph. D. );*Corresponding author, E-m ail: txpn ie@ jnu. edu. cn, Te l:020
- 85225808
聂湘平 ,王翔 ,陈菊芳 ,等. 2007.三氯异氰尿酸与盐酸环丙沙星对蛋白核小球藻的毒性效应 [ J] .环境科学学报 , 27(10):1694 - 1701
N ie X P, W ang X , C hen J F, et a l. 2007. Toxic effects of trich loroisocyanu ric acid and cip rofloxacin hyd roch loride on a f reshw ater alga, ch lorella
pyreno idosa[ J] . A cta Scien tiae C ircum s tan tiae, 27(10):1694 - 1701
三氯异氰尿酸与盐酸环丙沙星对蛋白核小球藻的毒
性效应
聂湘平* ,王翔 ,陈菊芳 ,鹿金雁 ,李潇 ,杨永涛
暨南大学生命科学技术学院水生生物学国家重点学科 ,广州 510632
收稿日期:2006-09-12　　　修回日期:2007-03-16　　　录用日期:2007-06-21
摘要:测试了典型渔药三氯异氰尿酸(T rich loroisocyanu ric acid , TCCA)、盐酸环丙沙星 (C ip rofloxacin hydroch loride , CPFX)对蛋白核小球藻
(Ch lorella pyrenoidosa)的急性毒性及其Ⅰ相 、Ⅱ相代谢酶活性的影响. 结果表明 , TCCA和 CPFX作用小球藻 96h后 EC50分别为 0. 31m g L - 1和
20. 61m g L - 1. TCCA在低浓度下对小球藻Ⅰ 、Ⅱ相代谢酶 GSH 、GST、CAT和 EROD都存在诱导作用 ,当 TCCA浓度大于 0. 13 mg L- 1时 ,对
GSH、GST和 EROD的诱导减弱. GSH、GST、EROD三种酶对 CPFX作用的响应较弱 ,当 CPFX大于 70. 20 m g L- 1时 , GST受到显著抑制 , 而
EROD则明显升高 ,与对照组差异显著 , GSH没有明显变化. CAT对 CPFX作用的响应较敏感 ,表现为典型适应性诱导现象 “钟形曲线 ” ,适合作
为 CPFX暴露的生物标记物.
关键词:三氯异氰尿酸;盐酸环丙沙星;小球藻;酶活性
文章编号:0253-2468(2007)10-1694-08　　　中图分类号:X171. 5　　　文献标识码:A
Toxic effects of tr ich loroisocyanuric acid and ciprofloxacin hydroch lor ide on a
freshwater alga, ch lore lla pyrenoidosa
N IE X iangping
* ,WANG X iang, CHEN Ju fang, LU Jinyan, LIX iao, YANG Yongtao
Institute of th eH yd rob io logy, J inan Un iversity, Guangzhou 510632
R eceived 12 S ep tem ber 2006;　　　 rece ived in revised form 16M arch 2007;　　　 accep ted 21 June 2007
Ab stract:A dverse effects of trich loroisocyanu ric acid (TCCA) and cip rofloxacin hydroch loride (CPFX) to a f reshw ater alga, Ch lorella pyrenoidosa w ere
assessed through toxicity b ioassays b ased on cell survival and enzym atic activities in Phase I and Phase II(GSH , GST and EROD). The resu lts show ed
that 96h median effective con cen trations(EC50) of TCCA and CPFX w ere 0. 31m g L- 1 and 20. 61 m g L- 1 , respectively. En zym atic activities (GSH ,
GST and EROD) w ere found to be induced at low concen trations and decreased at h igher concen trations of TCCA (>0. 13 m g L- 1). N o signif icant
effectsw ere observed forGSH , GST and EROD activities ofCh lorella pyrenoidosa under low concentrat ion exposure to CPFX, bu tw hen CPFX w as above
70. 20 m g L -1 , GST enzym atic activi ty decreasedw h ile EROD activity in creased. CAT d isp layed a sensit ive respon se to exposure to CPFX and exh ib ited
a typica lb ell- shap ed curve. Thus, CAT m ay be usefu l as a sensitive b iomarker of exposu re to CPFX.
Keywords:trich loroisocyanu ras acid;ciprof loxacin;ch lorel la pyreno idosa;enzyme activity
1　引言 (Introduction)
现代水产养殖中施用各种抗菌药物以控制疾
病的发生和危害已成为一种必不可少的技术手段
之一. 但这些水产药物在杀灭病源生物的同时 ,也
会直接对水体环境中的非靶生物产生影响 (Eguch
et al. , 2004;Halling-S rensen et a l. , 1998);而且 ,
抗菌药物也会以原形化合物或代谢产物的方式从
饲料或养殖对象的粪 、尿等排泄物中进入环境 ,并
长时间保持活性 ,从而间接对水环境中的微生物 、
水生动植物等非靶生物产生不同程度的影响 (王
冉 , 2006;Nunes et al. , 2005;Heberer, 2002).
DOI牶牨牥牣牨牫牰牱牨牤j牣hjkxxb牣牪牥牥牱牣牨牥牣牥牪牫
10期 聂湘平等:三氯异氰尿酸与盐酸环丙沙星对蛋白核小球藻的毒性效应
Pom ati等 (2004)报道 ,水体中 1mg L -1红霉素或四
环素就会严重抑制淡水单细胞藻类的生长.
W ollenberge r(2000)发现 ,磺胺嘧啶 、土霉素等 9种
抗生素药物对大型蚤的生长 、繁殖存在影响. 抗菌
药物对非靶生物的影响最终可能导致生态系统中
种群数量的变化和群落结构的改变 ,破坏生态系统
的平衡.目前 ,国外研究者越来越关注各种药物施
用后对生态系统中非靶生物的影响 (Bound et a l. ,
2004;C leuvers, 2003).
藻类是水生态系统中的初级生产者 ,对整个水
生态系统的平衡和稳定起着重要的作用. 因此 ,通
过测定和评价外源污染物质对藻类生长的影响 ,可
反映外源污染物对整个水生生态系统可能的综合
效应.蛋白核小球藻 (Chlorella pyrenoidosa)属绿藻
门小球藻属 ,是水环境生态毒理学研究的标准试验
生物.
在藻类遗传学研究中 ,常用抗生素药物 (如氯
霉素 、青霉素等)作为细胞转化的选择因子 ,关于抗
生素对藻类影响的报道也有许多 ,但多局限于药物
的急性毒性影响 (黄小花等 , 2006). 而关于这些药
物对藻类生长特别是对藻类 Ⅰ 、Ⅱ相代谢酶影响的
研究 还 少 有 报 道 (Pfugm acher, et al. , 1999;
G eo ffroy et a l. , 2003). TCCA和 CPFX是水产养殖
中常用的比较有代表性的消毒剂和抗菌药物.本研
究以小球藻为试验生物 ,拟研究 TCCA和 CPFX对
小球藻的毒性效应以及生长代谢的影响 ,以评价这
些药物可能对水生态系统产生的潜在影响.
2　材料与方法(Mate ria ls andme thods)
2. 1　试验材料
蛋白核小球藻 (Ch lorella pyrenoidosa)取自暨南
大学水生所藻种室. 受试毒物 TCCA 、 CPFX均为分
析纯 ,购自 SIGMA公司.根据预备试验 ,分别设计以
下浓度:TCCA:0、 0. 05、 0. 13、 0. 32、 0. 79、 2. 0
mg L -1;CPFX:0、2. 34、5. 48、12. 82、 30. 00、 70. 20
mg L -1.试验当天用培养基将测试物配制成母液
(TCCA:10 mg L -1;CPFX:200 mg L -1),试验时取
一定体积加到分装好的无菌培养基中 ,摇匀 ,使之
稀释到所需浓度.
2. 2　实验仪器
Xu temp智能生物人工气候光照培养箱;Thermo
forma超低温冰箱;Sigma 2-16k冷冻高速离心机;
Thermo Heliosα紫外可见分光光度计;HITACH I F-
4500荧光分光光度计;JY92-Ⅱ超声波细胞粉碎机.
2. 3　藻类培养
将试验藻种在无菌操作台中移种至新鲜无菌
的水生 4号培养基中 ,藻类接种初始密度为 5×105
ind mL -1 , 在 (20 ±1)℃、 pH 为 7. 8、光暗比为
12h∶12h、4000 lx下培养 ,实验容器为 500mL三角瓶 ,
培养体积为 200mL,每个浓度设置 3个平行样.每天
人工摇动 3次以上 ,每次 10m in.隔 96h移种 1次 ,反
复 3次以上 ,使之达到同步生长阶段.每次移种前进
行显微镜观察 ,检查试验藻液是否污染.
2. 4　生物测定
2. 4. 1　生物量测定　藻类分别于培养 24、48、72、
96、120h后取样 ,通过显微镜下血球计数板进行藻
类计数 ,并在波长 650nm下测定藻类光密度 ,建立
不同藻类细胞浓度和光密度之间的线性关系 ,以计
数的藻细胞浓度和光密度表示藻生物量 ,通过二者
线性关系进行检验. 培养 96h时 EC50(用 EC50, 96h表
示)采用生长面积法计算 (国家环保总局 , 2002),安
全浓度(C s)计算如下:
C s =EC50, 96h ×0. 1 (1)
2. 4. 2　叶绿素测定　采用 90%丙酮提取 ,叶绿素
由紫外可见分光光度计测定(Jensen, 1978).按下列
公式计算:
Ch l-a =11. 64 ×(OD663 - OD 750 ) - 2. 16 ×
(OD645 -OD750)+0. 1×(OD630 -OD750) (2)
2. 5　样品处理与酶活性测定
正式试验开始后 24、48、72、96h分别从培养瓶
中取出 45mL藻液 ,在 4000r min– 1下离心 20m in,去
掉上清液 ,藻泥冷冻在 - 80℃冰箱待测试用. 将离心
所得藻泥重悬浮于 1. 5mL,浓度为 0. 1mo l L- 1 、pH
为 7. 8磷酸缓冲液中 ,超声波破碎 10m in,至镜检无
完整细胞为止;在 10000 r min- 1下离心 20m in,上清
液为粗酶液. 蛋白测定采用考马斯亮兰法 ,用小牛
血清蛋白作标准曲线.
2. 5. 1　谷胱甘肽硫转移酶 (GST)测定　参照 H abig
(1974)方法进行. 1mL反应液中包含 125mmo l L– 1
磷酸钾盐缓冲液 (pH =6. 5)、1mmo l L- 1 CDNB和
1mmo l L -1 GSH ,在 340nm进行测定. 一个 GST 活
力单位定义为:每 mg蛋白质 ,扣除非酶反应 ,每 m in
使 GSH浓度下降 1μmo l L- 1.
2. 5. 2　过氧化氢酶 (CAT)测定 　参考《植物生理
实验》的方法 (郝再彬 , 2004),采用紫外吸收法测
定.测定在 10mL试管中进行 ,管内先后加入粗酶液
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环　　境　　科　　学　　学　　报 27卷
0. 2mL、磷酸缓冲液 1. 5mL、蒸馏水 1. 0mL,同时设
对照管 (为煮沸的酶液 ). 25℃下预热 5m in ,逐管加
入 0. 3mL(0. 1mol L– 1)的 H2O2 ,每加完 1管立即计
时 ,并倒入比色皿中 , 240nm 下测定吸光值 , 每隔
1m in读数 1次 ,测 4m in. 一个 CAT 活力单位定义
为:每 mg蛋白质每 m in使吸光度降低 0. 10个单位
所需要的酶量.
2. 5. 3　7-乙氧基异吩恶唑酮-脱乙基酶 (EROD)测
定　参考黎雯等 (2000)快速终止荧光光度法 ,略有
改进. 反应系统为 1. 88mL浓度为 0. 1mo l L -1 、pH
为 7. 8的磷酸缓冲液 、10μL 0. 2mmol L– 1酶反应底
物 (ERF)、100μL制备的粗酶液. 混匀后放置 5m in ,
然后加入 10μL 6 mmol L– 1的还原辅酶 (NADPH),
反应立即开始 (空白不加 NADPH ). 反应准确进行
10m in后 ,用 0. 5mL甲醇终止反应 ,并放入荧光比色
池中 ,于 560nm激发波长和 580nm发射波长测定样
品的荧光强度.同时做产物 RF的标准曲线.
2. 5. 4　还原型谷胱甘肽 (GSH)测定　采用 DTNB
显色分光光度法.反应体系的体积为 5mL,其中粗酶
提取液 0. 40mL,磷酸钠缓冲液 (0. 10mo l L– 1 , pH =
8. 0)4. 55mL、0. 01mo l L– 1 DTNB 0. 05mL. 在波长
412nm处测定吸光度 ,由 GSH标准曲线计算样品中
GSH的含量.
2. 6　数据处理
数据采用 SPSS 12. 0统计软件处理 , 结果用平
均值 ±标准误差 (Mean ±SD)表示 ,处理组与对照
组数据用单尾检验法进行比较 , “与对照组差异显
著”(p<0. 05)用*表示.
3　结果(Results)
3. 1　TCCA和 CPFX对小球藻的急性毒性
3. 1. 1　对细胞生长的影响　由图 1可见 , TCCA在
较低浓度范围对藻类抑制没有明显的剂量-效应关
系 ,但随 TCCA浓度的升高 ,小球藻的生长开始受到
抑制;当 TCCA浓度超过 0. 32 mg L -1时 , 小球藻生
长受到显著抑制 ,细胞密度迅速下降;当 TCCA浓度
超过 0. 79mg L -1时 ,从 24h开始生长密度明显下
降 , 48h后出现负增长. 显微镜下观察到小球藻细
胞形态发生变化 ,其细胞壁受到严重破坏 、细胞内
含物溶出 、颜色变浅 ,藻体开始分解. 培养 96h时
TCCA的 50%生长抑制浓度 EC50为 0. 313 mg L -1 ,
按照水生生物毒性分级 (国家环境保护总局 , 1993)
TCCA属于极高毒.
图 1　TCCA和 CPFX对小球藻细胞浓度生长的影响
F ig. 1　E ffects of TCCA and CPFX on the ce ll grow th ofCh lorella pyrenoidosa
　　在 CPFX试验中 , CPFX对小球藻生长抑制呈现
良好的剂量-效应关系.但各浓度处理组间的差异并
不明显 ,低浓度的 CPFX对小球藻细胞形态未观察
到影响 ,在高浓度处理组中 ,部分藻体出现细胞涨
大 、破裂的现象. 但在高浓度处理组没有零增长的
现象;培养 96h时 CPFX对小球藻的 EC50为 20. 61
mg L -1 , 按照水生生物毒性分级属于中毒.
3. 1. 2　对叶绿素 a的影响　在 TCCA不同浓度处
理下 ,小球藻叶绿素 a含量的变化与其细胞生长变
化基本相似 (图 2a). 随 TCCA浓度的增大 ,培养液
中叶绿素 a含量下降. 当 TCCA 浓度达到 0. 79
mg L -1时 , 其叶绿素 a含量只有对照组的 13. 6%,
且不再随培养时间的延长而增加 , 48h后出现负
增长.
CPFX对小球藻叶绿素 a含量的影响见图 2b,
CPFX与叶绿素 a之间也呈现良好的剂量-效应关
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10期 聂湘平等:三氯异氰尿酸与盐酸环丙沙星对蛋白核小球藻的毒性效应
系.随 CPFX浓度的增大 ,培养液中叶绿素 a增长速
度减慢 ,当 CPFX浓度为 70. 2 mg L - 1时 ,小球藻叶
绿素含量只有对照的 44. 8%. 与细胞密度一样 ,叶
绿素在高浓度组也没有出现零增长和负增长现象.
图 2　TCCA和 CPFX对小球藻叶绿素的影响
F ig. 2　E ffects of TCCA and CPFX on the ch lorophy ll a ofCh lorella pyrenoidosa
3. 2　TCCA和 CPFX对小球藻 Ⅰ相 、Ⅱ相代谢酶的
影响
3. 2. 1　TCCA对 Ⅰ相 、Ⅱ相代谢酶的影响　TCCA
对小球藻 GSH的作用见图 3a.在低浓度 TCCA作用
下 , TCCA 对 GSH 总体上存在诱导作用. 在 0. 05
mg L -1 TCCA作用下 , GSH 含量是对照组的 2. 1
倍 ,在 0. 13 mg L- 1 TCCA作用下 , GSH含量达到峰
值 ,是对照组的 3. 3倍;但在 0. 32mg L- 1浓度组 ,
GSH则有所下降;在更高浓度组 0. 79 mg L -1和 2.
00mg L -1处理中 ,藻的生长由于受到很大的抑制 ,
藻细胞数量很少 ,故离心处理得不到藻细胞 , 已无
法测定其酶活力.
图 3　TCCA对小球藻酶活性的影响
F ig. 3　E ffects of TCCA on the enzym e activity ofCh lorella pyreno idosa(* p<0. 05;** p<0. 01)
　　由图 3b可见 ,随 TCCA浓度的升高 , GST活力
也有升高的趋势 , 0. 13mg L -1 、0. 32mg L - 1处理组
GST活力分别是对照组的 1. 7和 1. 5倍 ,变化趋势
与 GSH相似 , 但不象 GSH 变化的那样明显. 0. 32
mg L -1浓度组的 GST活力有所下降.
在 TCCA作用下小球藻 CAT受到诱导 , 0. 05
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环　　境　　科　　学　　学　　报 27卷
mg L -1浓度组的 CAT有所下降 ,但没有显著差别
(p>0. 05);在高浓度 TCCA作用下 ,其活性受到强
烈诱导. 0. 13 mg L– 1 TCCA作用下 ,小球藻 CAT是
对照的 2. 9倍.浓度为 0. 32mg L -1时 , CAT活性是
对照的 38. 7倍 ,差异显著(p<0. 01).
小球藻 EROD变化与 GST相似 (图 3d), 0. 05
mg L -1处理组 EROD含量是对照组的 1. 3倍;在
0.13mg L -1TCCA作用下 , EROD含量达到峰值 ,为
对照组的 1. 8倍 , 有显著差异 (p <0. 05);0. 32
mg L -1浓度组 EROD比 0. 13 mg L -1处理组略有
降低.
3. 2. 2　CPFX对 Ⅰ相 、Ⅱ相代谢酶的影响　CPFX
对小球藻 GSH的作用见图 4a. 总体上看 , CPFX对
GSH的影响不大 ,前 3个较低浓度处理组的 GSH略
低于对照组的 GSH 含量 ,但随着 CPFX浓度的增
大 , GSH含量有增加的趋势 ,但差异不显著 (p >
0.05).
图 4　CPFX对小球藻酶活性的影响
Fig. 4　E f fects ofCPFX on th e enzym e act ivity ofCh lorella pyrenoidosa(* p<0. 05;** p<0. 01)
　　CPFX对 GST的影响见图 4b. 在前 3个处理组 ,
GST活性变化不大 ,浓度为 30. 00 mg L -1的 CPFX
引起了 GST活性的增加 ,略高于对照组 ,但无显著
差异(p>0. 05).但在 70. 20 mg L -1 CPFX处理组 ,
其 GST活性受到显著抑制 (p<0. 05),比对照组下
降 65%.
CPFX处理后小球藻 CAT受到显著诱导 (见图
4c). 2. 34、5. 48、12. 82 mg L -1处理的 CAT活性分
别是对照组的 3. 1倍 、6. 7倍和 8. 2倍 ,但当 CPFX
浓度超过 12. 82 mg L -1 , CAT活性随 CPFX浓度的
继续增大受到抑制而下降.
在 CPFX作用下 , 2. 34 mg L -1处理组小球藻
EROD略低于对照组 , 但差异不显著 (p >0. 05);
5.48mg L- 1处理组其 EROD活性受到抑制 ,与对照
组有显著差异 (p<0. 05).但随着 CPFX浓度的继续
增加 , EROD活性反而受到诱导 ,其活性不断增强 ,
70. 20 mg L -1处理组 EROD活性受到显著诱导 (p
<0. 05),达到了对照组的 1. 5倍.
4　讨论(D iscussion)
4. 1　TCCA和 CPFX对小球藻的急性毒性
TCCA对小球藻毒性较高 ,根据本试验计算出
的安全浓度为 0. 03mg L -1.在较低浓度范围内(<
0. 32 mg L - 1)其对藻类生长影响较弱 ,这可能与培
养液中藻类分泌的一些还原性物质 (如糖醛类 )有
关.这些还原性物质可能降低或中和了 TCCA的氧
化性伤害.但随着 TCCA浓度的增高 ,藻液中的还原
性物质不足以中和 TCCA的氧化时 ,藻类生长就受
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10期 聂湘平等:三氯异氰尿酸与盐酸环丙沙星对蛋白核小球藻的毒性效应
到显著抑制. TCCA对小球藻叶绿素 a含量的影响
和对小球藻的细胞生长的影响非常相似 , 说明
TCCA对藻类的生长的抑制作用可能是通过 TCCA
产生的氧自由基对藻类叶绿素合成的抑制或叶绿
体类囊体膜结构的破坏从而抑制藻类细胞的生长.
有文献报道 , TCCA产生的次氯酸分子或离子会导
致光合作用电子传递链中依赖细胞色素 b和 c的一
些重要酶的失活 , 从而影响藻类的生长 (Noguchi
et a l. , 2002;S tauber, 1998);另外 , TCCA还可能直
接抑制了硝酸还原酶活性 ,从而导致细胞因氮源饥
饿而引起生长减缓或死亡 (Stauber, 1998).
CPFX对小球藻的毒性相对较低 ,计算出其安
全浓度为 2. 06 mg L- 1. 由小球藻生长曲线可见 ,在
48h内低浓度的 CPFX就对藻类的生长存在影响;
而随着培养时间的增加 , CPFX对其生长的影响程
度逐渐减弱 ,这可能是小球藻逐渐适应了环境 ,也
可能是 CPFX药效降低. 有研究报道 ,较高浓度的有
机污染物对藻类的生长起初表现为抑制作用 ,而后
毒性逐渐降低;原因可能是:①有机污染物自身分
解或生物降解;②藻类对有机污染物的适应性增
强;③藻细胞的生长而使进入细胞内的有机污染物
的量减少(沈宏等 , 2002).
4. 2　TCCA和 CPFX对小球藻 Ⅰ相 、Ⅱ相代谢酶的
影响
在低浓度 TCCA作用下 , GSH含量随 TCCA浓
度增加而增高;但在高浓度 TCCA作用下 , GSH含量
有所下降. 这与许多文献报道的 “生物在低浓度毒
物作用下 GSH出现的应激性升高 ,但超过一定浓度
GSH受到抑制”的现象相吻合 (彭金良等 , 2001;张
景飞 , 2003).因为 GSH 是生物体内普遍存在的还
原物质 ,能还原 S - S键 ,稳定蛋白质中的 - SH 基
团 ,故在维持膜结构的完整性和防御膜脂质过氧
化 、清除体内活性氧过程中起重要作用. TCCA是种
氧化性消毒剂 ,其遇水后水解生成次氯酸分子比次
氯酸根具有更强的氧化性 (Emmanuel et al, 2004).
在低浓度 TCCA的刺激诱导作用下 ,小球藻体内
GSH的这种应激性增高有助于减缓和抵御 TCCA这
种氧化性很强的消毒剂的氧化性伤害作用 ,此时 ,
低浓度作用下引起的脂质过氧化程度的升高也还
不足以引发对细胞的伤害;但随着浓度的增高 ,
TCCA产生的活性氧就会和生物细胞壁作用 ,破坏
细胞结构 ,引起细胞内容物的溶出 ,同时 ,也会对细
胞膜产生较强脂质过氧化作用 , 从而大量地消耗
GSH ,导致 GSH含量下降. 另外 ,有文献报道 ,低 pH
值对藻细胞中 GSH含量有显著诱导作用 (孔繁翔 ,
1998).由于 TCCA水解生成次氯酸 ,使溶液 pH 略
有降低 ,本研究中 “GSH含量随 TCCA浓度的升高
而升高 ”的现象也可能与溶液 pH 变化有关. 在
CPFX试验中 , GSH变化程度较小 ,其中 GSH 在各
浓度处理组中略有升高的趋势 ,但和对照组比较差
异不显著.
GST是生物体内广泛存在的一类催化 GSH与
多种疏水性化合物的亲电子基团相连接的重要的
Ⅱ相代谢酶 ,这种连接作用是生物体进行解毒和排
毒的重要方式 ,对机体的氧化与抗氧化平衡起着至
关重要的作用 (Geoffroy et al. , 2003). 本研究中 ,在
低 TCCA浓度处理下小球藻 GST表现了 “先升高后
降低 ”的现象. 低浓度 TCCA作用产生的氧自由基可
诱导 GSH硫转移酶活性提高并消耗 GSH;但在较高
浓度的 TCCA作用下 ,大量 TCCA水解生成的次氯
酸分子小 、不带电荷 ,易于穿过生物膜进入细胞内 ,
会对细胞内一些重要的代谢酶 , 特别是富含巯基的
蛋白产生氧化性损伤 ,这可能是 GST活性在高浓度
TCCA下受到抑制的原因 (vanW ijk et al. , 1998;
Emmanue l et al. , 2004). 低浓度 CPFX对 GST没有
明显影响 ,在 30. 00mg L -1 CPFX处理后 , GST表现
出有所升高的现象 ,而 70. 20mg L- 1处理组出现明
显抑制的现象 ,吴晓霞等 (2004)在除草剂对金鱼藻
GST影响的研究中发现 ,低浓度的除草剂处理可使
金鱼藻 GST升高 ,但随着除草剂浓度的增大 , GST
随之下降 ,与本研究的结果有相似之处.
过氧化氢酶 (CAT)也是细胞内 Ⅱ相代谢中一
种重要的抗氧化酶.它能把细胞代谢产生的 H 2O 2分
解 , 避免 H 2O 2在体内积累 ,从而阻断细胞成分的过
氧化反应 , 保护细胞免受损伤. 在 TCCA试验中 ,
TCCA浓度的增大显著诱导了 CAT的活性 ,其原因
可能与 TCCA水解释放出活性氧 ,对 CAT有强烈的
诱导作用有关.在 CPFX试验中 , CAT活性也表现出
了非常明显的低浓度诱导 、高浓度抑制的现象 ,表
现为所谓的 “钟形曲线 ”,其变化幅度大 、出现响应
的浓度也相对较低.这种先诱导后抑制的现象是生
物对外界环境变化的一种适应性反应.生物体在正
常代谢过程中 ,可通过酶促和非酶促保护系统使体
内自由基的产生和消除维持一种动态的平衡. 许多
研究结果表明 (黄周英等 , 2005;Bane rjee et al. ,
1998;唐学玺 , 1998),抗氧化酶的一个重要特征是
1699
环　　境　　科　　学　　学　　报 27卷
其活性或含量可因为污染物的胁迫而发生相应酶
的生物合成能力的升高 ,从而提高生物对污染物的
解毒能力. 在低毒胁迫下 ,小球藻细胞内一些抗氧
化酶被诱导 (GSH含量增加 , GST、CAT活性增强),
可保持细胞的氧化还原势 、有抵抗毒物的作用 ,从
而使细胞结构和生长不受影响;但浓度过高则会导
致如 GST、CAT等相应的抗氧化酶渐渐失活或酶合
成受阻 ,自由基产生和消除之间的平衡被破坏 ,使
得藻体内可能积累过多的自由基 ,从而对藻细胞造
成伤害 、生长受到抑制. 这种抗氧化酶活性的变化
反映了生物对抵御或减弱外源污染物的影响的一
种适应性机制.
EROD是生物体内Ⅰ相代谢细胞色素 P-450酶
系中一种对污染物特别是有机污染物比较敏感的
酶学响应指标. 有研究结果表明 ,环境中的许多外
源污染物 ,如 PCB s、Cd和一些农药等环境污染物对
鱼类体内的 EROD酶活性具有很强的诱导能力
(Emblidge et a l. , 2006;Vaccaro et al. , 2003). 在
TCCA试验中 ,随 TCCA浓度的升高 , EROD活性呈
现出被诱导的趋势 ,但没有抗氧化酶 CAT和 GST变
化那么显著;而在 CPFX处理中 , 前 4个浓度组
EROD低于对照 ,在 CPFX浓度达到 70. 20 mg L -1
时 , EROD受到了明显诱导. 目前 ,有许多研究结果
表明 ,植物体内 P450酶系参与多种农药 、除草剂等
物质的代谢和解毒过程(刘宛等 , 2001;郑明奇等 ,
2003),但有关藻类细胞中 P450酶系的研究还很少
(Leitaǒ et a l, 2003;Pfugmacher et al. , 1999),还需
进一步探究.
5　结论 (Conclusions)
TCCA对小球藻具有较强的毒性 , 96h EC50为
0. 313mg L- 1 , TCCA对小球藻细胞的结构 、生长 、
叶绿素 a的生长均有很强的影响 ,故生产中需要慎
用 ,其安全浓度为 0. 0313mg L -1;CPFX对小球藻培
养 96h时 EC50为 20. 614mg L- 1 ,毒性属于中毒 ,其
安全浓度为 2. 061mg L -1.
TCCA对小球藻 GSH、GST、CAT、EROD总体都
存在先诱导后抑制的适应性诱导现象 ,其中 CAT受
诱导最强烈. CPFX对 CAT的作用最显著 ,表现为
“钟形曲线 ”;而 EROD呈现先抑制后诱导的现象;
GSH、GST的所受影响相对较小.
CAT对 CPFX作用的响应较敏感 , 适合作为
CPFX暴露的生物标记物.
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