全 文 ：第 23卷 第 5 期
9 9 9 1年 1 0月
水 生 生 物 学 报
AC A T H YDO I R BO O G LIC A S I NIC A
N
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.
5
199 9
蔡及其衍生物对普通小球藻的毒性效应
决辛沈国兴 严国安 余新
(武汉大学环境科学与工程系 , 武汉 4 3 0 0 7 2)
刘永定 宋立荣 徐立红
(中国科学院水生生物研究所 , 武汉 4 3 0 0 7 2)
摘要 本文研究了蔡及其衍生物 (蔡 、 1一蔡酚 、 2 蔡酚和 1一蔡胺 )对普通小球藻的生长 、 叶绿素
含量 、 光合强度和呼吸强度的影响 . 禁 、 1 一蔡酚和 1 一蔡胺在低浓度下能促进普通小球藻的生长 ,
高浓度则抑制藻的生长 ; 2 一蔡酚在实验浓度下都抑制藻的生长 . 蔡 、 1 一蔡酚 、 2 一禁酚和 1一蔡胺的
96 hE q
。分别为 98 . 06 、 n . 87 、 13 . 39 和 6 . 95 m岁 L . 蔡及其衍生物对叶绿素含量和光合强度的
影响比对生长的影响强 , 而对叶绿素含量的影响又 比对光合强度的影响强 . 可以这样认为 : 禁
及其衍生物对普通小球藻生长的抑制是通过抑制藻叶绿素 a 的形成 , 进而降低光合强度实现
的 . 低浓度的蔡和 1 一蔡酚增强普通小球藻的呼吸强度 , 而高浓度则减弱 ;与此相反 , 低浓度的 2 -
蔡酚对藻的呼吸强度影响不大 , 高浓度能显著增强 ;在实验浓度下的 1 一禁胺使藻呼吸强度明显
减弱 , 但随着时间的推移 , 呼吸强度出现 回升 , 且高浓度回升较快 .
关键词 蔡及其衍生物 , 普通小球藻 , 毒性 , 叶绿素 , 光合强度 , 呼吸强度
蔡及其衍生物作为有机合成原料 , 常应用于塑料 、 石油和煤加工工业 、 制革 、 纺织和皮
毛生产 中 , 也用于染料和制药工业 , 其生产废水 中皆发现存在有禁及其衍 生物 . 全世界许
多水体都发现有茶及其衍生物的存在 [’ , 2 〕 . 蔡是石油的最大水溶性组分 , 大量的禁随着石
油泄漏 、 船舶废油排放而进入水体 . 禁及其衍生物不但是有毒有机物 , 而且有些为致癌物
或为可疑致癌物 s[J . 美国环保局 ( E P A )把蔡和 2 一氯蔡列入 56 种环境优先污染物 . 我国也
把蔡列入环境优先污染物 ,
目前对于包括蔡及其衍生物在内的多环芳烃 ( P A H s )对动物和细菌的毒性效应 , 国内
外 已进行了大量研究 , 而对于藻类的毒性效应研究较少 . 藻类作为水生生态系统的初级生
产者 , 能通过光合作用 , 为无脊椎动物 、 鱼类 、 水鸟等生物提供 q 、 食物等 . 其种类多样性
和初级生产量直接影响水生态系统的结构和功能 . 因此 , 研究蔡及其衍生物对藻类的毒性
效应不仅对于藻类而言是重要的 , 而且对于蔡及其衍生物在水生态系统中的迁移和转化 ,
并对其进行生态风险评价亦具有重要意义 . 藻类作为评价化学品毒性的重要指示生物类
群 , 许多国家和国际组织都规定化学品对藻类的毒性是测试化学品毒性的必需指标 , 还刹
, 国家 自然科学基金 (3 9 8 70巧 2) 和淡水生态及 生物技术国家重点实验室开放课题基金资助
, 余 通讯联系人
19 9 9
一
0 9
一
0 6 收到 ; 19 9 9 0 9一 17 修回
5 期 沈国兴等 :蔡及其衍生物对普通小球藻的毒性效应 4 61
定了一系列藻类毒性测试的标准方法{1 4 .本文研究了蔡 、 1 一蔡酚 、 2一蔡酚和 1 一蔡胺对普通
小球藻的生长 、叶绿素含量 、光合强度和呼吸强度的影响 , 以从生理特性方面揭示其毒性
机制并为其生态风险评价提供理论依据 .
1 材料和方法
1
.
1 藻种及其培养 普通小球藻 ( hC lo er l a vu 伽 r is eB ij )由中国科学院水生生物研究
所淡水藻种库提供 . 采用水生四号培养基 [,] .按照国家环保局 (化学品测试准则 》中的 “ 藻
类生长抑制实验 ” 4[] 进行培养 .培养温度 2 士 1℃ , p H 6 . 8 , 连续 24 h 光照 , 光照强度 3 00
士 20 l0 x ,静置培养 , 每天定期摇动三次 .
1
.
2 化合物及其配制 禁 , 1一蔡酚 , 2 一禁酚 , 1一禁胺 , 都为分析纯 . 由于 四种物质都难溶于
水 , 因此使用二甲基亚矾 ( D M S O )作为溶剂 . 为避免 D M SO 对藻类毒性实验的干扰 , 正式
实验前需确定 D M S O 作为溶剂的浓度 .
为确定化合物的实验浓度 , 首先以 l, l(j , 50 , 75 和 10 Om g / L 的浓度进行预实验 . 最后
确定实验浓度为 :
蔡 : 10 , 2 5 , 5 0 , 7 5 和 1 0 o m g / L ; l 一蔡酚 : z , z , s , 10 和 2 0 m g / L ; 2 一蔡酚 : 1 , 5 , 1 0 , 2 5 和
4 o m岁 L ; 1一蔡胺 : 0 . 5 , l , 2 , s 和 l o m g / L .
1
.
3 毒性的测定 在藻的指数生长期即浓度达 1护一 1护 个 / ml 时加入实验有机物 , 设五
个浓度梯度及对照 . 从接种时起计时 , 每隔 2h4 取样 , 用血球计数板进行细胞计数 , 同时
测定藻液在 6 50 n m 处的吸光值 , 建立细胞数与吸光度之间的关系 . 公式如下 :
y = 0
.
5 7 7 + 6 9
.
14 x
, 这里 y 为细胞数 ( 10 5 个 / m l ) ; x 为 6 s o n m 处 ( l e m )的吸光值 ;根
据细胞数量计算得生长速率 ( k) ,公式如下 ::
k = ( nI N I 一 In N 。 )/ ( T ; 一 0T )
, 其中 N 。 和 N ; 分别为起始和 T : 时间的细胞数 , 以概率
单位法计算得 E几。值 .
1
.
4 藻类叶绿素含 t 的测定 测定藻类叶绿素含量采用分光光度法 6[] , 并加以改进 . 具
体方法为 : 取 20 ml 藻液 , 4 O0 0 r/ m in , 离心 10 im n , 去上清 , 直接加入 sml 丙酮 , 摇匀 , 在黑
暗处抽提 24 h . 再分别于 6 6 3 n m 和 6 4 5 n m 波长处测定抽提液的吸光值 . 根据公式 :
CA = 12
.
7 6A
63 一 2 . 6 96A 4 5
计算得叶绿素 a 的含量 .
在测定叶绿素 a 含量的同时 , 测出藻液的吸光值及对应的细胞干重 . 干重的称量方法
如下 : 取一定量的藻液 , 离心得藻 , 在 95 ℃烘 24 h , 至恒重 . 吸光值与细胞干重的关系公式 :
y = 0
.
5 9 6 + 4 6
.
9 4 6 x ( 10
一 Zm g 干细胞 /m l 藻液 ) , y 为藻细胞的干重 ; x 为 6 5 0 n m
处 ( I c m )的吸光值 .
1
.
5 藻类光合强度和呼吸强度的测定 藻类光合强度和呼吸强度以测定溶解氧的方法
测得 , 测定溶解氧采用叠氮化钠改 良法 7[] . 具体方法如下 : 于 2 个 2 50 ml 的碘量瓶分别加
入藻液 2 0 m l , 而后加入培养液至满瓶 , 水封 , 一瓶置于黑暗处 , 一瓶置于光亮处 , 放置 24 h
后 , 测定溶解氧的量 . 光照条件下 , 溶解氧的增加即为藻类的净光合作用所释放 . 黑暗条件
下 , 藻类仅进行呼吸作用 , 溶解氧含量的减少即为呼吸所消耗 .
46 2水 生 生 物 学 报 2 3卷
2结果和分析
2
.
1蔡及其衍生物对普通小球藻的生长影响及毒性
2
.
1
.
1D M S O对普通小球藻生长的影响
农 1D M so对普通小球蕊生长速率的影响
介b . 1 Ef f ect f oD M son ot e hg拍 wt hf o〔轰白傀考么体止加山
D M0 3浓度 普通小球戮的生长速率 ( h一 二 )
( V /V )24 48 2 76 92 10 16 8 240
对照 0 . 4 20 0 . 2 3 50 . 248 0 . 280 0 . 24 0 . 20 70 . 19 1
0
.
0 6 70 %
.
4 40 0
.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
2 9 70
.
8 0 2 2 3 14 0
.
18 7
D M S O被认为是对藻类毒性较小的溶剂 . 在本实验中 , 三个浓度的 D M SO 对普通小
球藻的生长并无影响 (表 1 ) . 在实验中使用的 D M S O 浓度为 0 . 0 67 % .
2
.
1
.
2 茶及 其衍生物对普通小球藻生长的影响
蔡 (图 l) 和 1一禁酚 (图 2) 对普通小球藻生长的影响相似 . 低浓度促进普通小球藻的生
长 . 蔡即使在刺激生长的浓度 ( 10 和 2 5m创 L )下 , 对生长的影响也有差异 : 10 m g / L 组在较
短时间内 (4 s h) , 藻的生长就受到明显的促进 , 随后 ( 12 0h) 生长 又放慢 ;而在 25 m岁 L 组 ,
蔡首先表现出毒性 , 之后 ( 72 h) 才表现出促进作用 . 低浓度的 卜蔡酚 (1 和 Zm g / )L 则在整
个实验过程中 , 都促进普通小球藻的生长 . 高浓度的蔡和 1一蔡酚对藻的生长有明显 的抑
制 , 1 0 0m g / L 的禁在 2 4 h 使藻的生长速率下降 83 % ;藻在 20 m岁 L l 一禁酚中的生长速率更
低 , 甚至只有对照组藻生长速率的 5 % . 两种物质的毒性都随着时间的推移而减小 , 而蔡
毒性减小的幅度比 1一蔡酚大 (表 2 ) .
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时间 ( h )
图 1 禁对普通小球藻生长的影响
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图 2
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2
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时间 ( h )
一蔡酚对普通小球藻生长的影响
Ef fe e t o f l
一
an Ph t回 on th e g r o w t h
of C j 咬阳 irS
2
一蔡酚虽与 1一蔡酚仅有一个取代位置的差别 , 但对普通小球藻的毒性差异较大 (表
2)
,
2
一禁酚在各实验浓度下都表现 出对藻的生长的抑制 (图 3 ) , 即使在 l m g / L , 也呈现出
较好的剂量一效应关系 , 而且其毒性呈不断加深的趋势 (表 2 ) . 1一蔡胺在低浓度 ( 0 . 5 和
5 期 沈国兴等 :蔡及其衍生物对普通小球藻的毒性效应 4 63
l mg / ) L时 , 促进普通小球藻的生长 , % h 后则抑制生长 , 高浓度下都表现出明显的抑制作
用 (图 4 ) . 与 2一禁酚相似 , 1一蔡胺的毒性也随时间延长而不断加深 , 但幅度不大 , 其 % h 的
毒性仅比 24 h 毒性增大约 35 % .
7531
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时间 ( h )
图 3 2一蔡酚对普通小球藻生长的影响
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0 2 4 4 8 7 2
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图 4 1一蔡胺对普通小球藻生长的影响
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表 2 落及其衍生物对普通小球燕的 E与值
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2 E C , o f n a Ph th al en e a n d i t s d ier van
t s t o x I e i t y ot C
.
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不同时间普通小球藻的 EC S。值 ( h)
2 4 4 8 7 2 9 6 1 2 0 16 8 2 4 0
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【7 . 7 8 1 6 . 0 3
.38381611062..506:87
959813.6
:l335
80 841.6.278215964
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一蔡酚
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2 茶及其衍生物对普通小球藻叶绿紊含 t 的影响
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图 5
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蔡对普通小球藻叶绿素 a 含量的影响
5 Ef fce t o f n a ph t h al e n e o n e h lo m p h y l
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图 6 1一蔡酚对普通小球藻叶绿素 a 含量的影响
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6 Ef fce t of l
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of C
. 妙 “伽 ir s
4 6 4 水 生 生 物 学 报 2 3卷
蔡对普通小球藻叶绿素 a含量的影响在实验浓度范 围内 1 (一 2 0 mg /L )并 不明显 (图
5)
. 低浓度的蔡 (1、 2和 s m g /L )使叶绿素 a含量有较为明显的增加 (24 h , 分别增加 45 . 82 、
2 8
.
85 和 1 9 . 6 3% ) . 而高浓度 ( 10 和 Zo m g / L ) , 藻叶绿素 a 含量则有明显的下降 , 7 2 h 之后
有所缓解 . 各个浓度的 1一蔡酚都抑制普通小球藻的叶绿素 a 的产生 (图 6 ) , 抑制程度随浓
度加大而增高 , 尤以 48 h 为甚 , 抑制率分别为 1 7 . 4 、 40 . 0 、 35 . 1 、 42 . 9 和 62 . 0 % . % h , 抑制
有了较大的缓解 .
2
一禁酚 (图 7) 和 1一蔡胺 (图 8 )对藻叶绿素 a 的影响相似 , 对藻叶绿素 a 有较大的抑制 .
抑制程度与浓度呈较好的剂量一效应关系 , 而且抑制程度随时间变化不断加深 , 2 一蔡酚和
1
一蔡胺 9 6 h 抑制率分别达到 2 0 . 5 、 2 3 . 3 、 3 6 . 3 和 5 1 . 8 % 及 4 4 . 2 、 5 1 . 0 、 7 7 , 6 、 7 8 . 8 和
8 3
.
8 %
.
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图 7
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2
一禁酚对普通小球藻叶绿紊 a 含量的影响
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图 8 卜禁胺对普通小球藻叶绿紊 a 含量的影响
Fig
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. 勺“ lga ir s
2
.
3 蔡及其衍生物对普通小球藻光合强度的影响
低浓度的蔡 l( , 2 和 5m g / )L 增强普通小球藻的光合强度 , 96 h 的光合强度分别 比对
照组增强了 34 . 9 、 2 2 . 8 和 7 , 6 % ;高浓度 ( 10 和 20 m g I/ J )降低藻细胞的光合强度 , 但随着
时间的延长 , 光合强度的减弱作用逐渐消失 , 至 % h 与对照组相比 , 光合强度的差异 已不
明显 .
1
一禁酚除了 l m g I/ 矛 ( 24 , 48 和 % h) 及 s m g / (L 24 h) 对藻光合强度稍有增强外 , 其余各
实验浓度下 , 都减弱藻的光合强度 . 与蔡的作用相似 , 1一禁酚对藻光合强度的减小也随时
间延长而减弱 , 2 5 和 40 m创 L 组在 24 h 时的下降率为 12 . 5 % 和 13 . 6 % ;而 % h 的为 6 . 5
和 9 . 5 % .
2
一蔡酚在各实验浓度下 , 都降低藻的光合强度 (图 1 1 ) , 但随着时间的延长降低的程
度略有下降 . 唯有 40 m岁 L 组的抑制作用一直较强 , 且不断增强 .
1
一蔡胺在各个浓度下都减弱普通小球藻 的光合强度 , 且表现出 良好的剂量一效应关
系 , 9 6 h 抑制率分别为 : 17 . 0 、 38 . 7 、 5 1 . 7 、 60 . 6 和 82 . 5 % . 1一蔡胺对光合强度的减弱作用
不断增强 .
5期 沈国兴等 : 蔡及其衍生物对普通小球藻的毒性效应 4 6 5
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图 9 禁对普通小球藻光合强度的影响 图 加
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一蔡酚对普通小球藻光合强度的影响
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图 1 2一蔡酚对普通小球藻光合强度的影响
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图 12 1一蔡胺对普通小球藻光合强度的影响
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.
4 蔡及其衍生物对普通小球藻呼吸强度的影响
蔡在各实验浓度下 , 对普通小球藻的呼吸除了有很小的促进外 , 并没有什么太大影响
(图 1 3) . 1一禁酚除了在 10 m g / Ij 明显减弱普通小球藻的呼吸强度外 , 其余各浓度藻的呼吸
都加强 , 其中 Zm g / L 组增幅最大 , 4 8 h 的呼吸强度是对照组的 2 倍 . s m g / I J 组 96 h 后也出
现减弱的趋势 , 幅度为 10 . 0 % . 高浓度的 2 一蔡酚 ( 25 和 40 m g / L )促进藻的呼吸 , 低浓度对
藻的呼吸强度的影响并不大 , 1 , 5 和 10 m g / I , 组有 4 . 6 、 43 . 4 和 17 . 1% 的增加 .
1
一蔡胺对藻的呼吸强度 , 首先 ( 24 h) 表现为减弱 , 并且其程度与浓度呈较好的剂量一
效应关系 ;随后 ( 48 和 7 2 h) , 高浓度组抑制有所缓解 , 而低浓度组的抑制作用则持续加强 ;
最后 (% h) , 高浓度组的呼吸强度甚至超过了对照组 : s m岁 I J 增强了 5 . 2 % , 10 m g l/ J 增强
了 8 9 . 6 % , 低浓度组的抑制作用也有所缓解 .
4 6 62 3卷
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.
6 5
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5 5
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图 13 禁对普通小球藻呼吸强度的影响
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图 14 1一蔡酚对普通小球燕呼吸强度的影响
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图 15 2 一禁酚对普通小球藻呼吸强度的影响
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图 16 1一蔡胺对普通小球裁呼吸强度的影响
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3 讨论
在有机物毒性实验中常使用溶剂 , 一般认为溶剂与有机物可以表现出复合毒性 , 表现
为 : 加和 、 协同和拮抗效应 . ca ux 等 81[ 发现成 品农药常比其活性组分对藻的毒性更大 , 因
而认为是溶剂在起作用 , 并发现其原因可能在于溶剂增加了藻类生物膜的流动性 , 从而使
活性组分能更顺利穿过细胞膜 , 进入反应靶位 . 这与 IE j ay 9[] 研究的 DM so 对普通小球藻
和羊角月芽藻的毒性相似 . H esl lo] 的 D M s o 对衣藻 ( hc 勿加笋扣m o a : 召“ g往。 以。 : )的毒性
实验 , 也发现只有 D M so 浓度高于 1%时衣藻的生长才受到明显的抑制 .
有人 实验发 现蔡对 小球 藻 的 d6 E与 为 3 3m砂 L〔川 , 与本 实验 的结果 , s dE几。
1 06
.
38 m g / I才目差约 3 倍 . 这与实验条件和 实验方法不 同有关 . 而其 1一蔡胺的 6 dE几。为
4
.
6m g / L 〔’ `】, 与本实验的 s dE sC 05 . 16 m g / L 相差不大 . 蔡和 1一蔡酚在低浓度时促进藻的
生长 , 这是由于普通小球藻能以蔡和 1一蔡酚作为生长的碳源 , 而高浓度则由于对藻的毒
5期 沈国兴等 :茅及其衍生物对普通小球藻的毒性效应 4 6 7
害使生长下降 .茶和 1一蔡酚毒性都随着时间的推移而减小 , 可能是由于 ( 1) 普通小球藻的
生物降解 , ( 2) 蔡和 1一蔡酚的光化学降解 , ( 3) 生物的适应 , ( 4) 进入细胞的量的减少 f `2 〕 . 2 -
蔡酚和 1一蔡胺的毒性随时间延长而增大 , ;是由于 2一蔡酚和 1一蔡胺难于被藻利用 , 或虽能
利用但降解产物的毒性更大 , 同时有机污染物更多地被藻富集 .
此四种物质对普通小球藻的毒性差异很大 , 这是由物质本身的理化性质决定的 , 而藻
类富集有机物的能力及有机物穿过细胞膜进入活性部位的能力 , 是决定有机物毒性的主
要因素 蔡较低的生物富集系数 ( 12 60 )[ ` ’ ]可能是蔡毒性较低的一个 重要原 因 . s hub er t
等〔`3 〕认为藻类对有机物的毒害作用可能有七种不同反应 : ( l) 随着浓度增加藻类对有机
物的敏感性急剧增加 ; ( 2) 在低浓度时有抗性 , 高浓度时敏感 ; ( 3 ) 在有机物存在之初藻
类较敏感 , 随后产生抗性 , 藻类能继续生长. ; ( 4) 在高浓度时也有抗性 , 随后则藻细胞受毒
害 , 脱色 ; ( 5) 在有限的低浓度范围内促进藻类生长 ; ( 6) 在高浓度时藻类的生长 明显受
刺激 ; ( 7) 对有机物有完全抗性 .
比较蔡及其衍生物对普通小球藻生长. 、 叶绿素含量和光合强度的影响 , 可以发现 , 在
藻生长没有受到抑制 , 甚至有促进作用的浓度下 , 藻叶绿素 a 的含量明显下降 , 光合强度
显著减弱 , 而且藻叶绿素 a 的含量下降的程度大于光合强度减弱的程度 . 从而可以这样认
为 : 蔡及其衍生物对普通小球藻生长的抑制是通过抑制藻叶绿素 a 的形成 , 进而降低光合
强度实现的 . P an d e y f ’ 4〕在研究敌稗对藻的毒性时 , 发现敌稗抑制藻叶绿素 。 的合成 , 进而
抑制光合作用 .
本实验中 , 在蔡 ( 1一 Z o m g / xJ ) , 1一蔡酚 ( 0 . 5 , x 和 Zm g / I J ) , 2 一蔡酚 ( 2 5 和 4 o m g / x碑 )及 1-
蔡胺 ( 10 m g / L )的作用下 , 普通小球藻的呼吸强度增大 . 许多研究 〔` 5 · `6 · ` 7」也表明有机污染
物对藻类产生毒害时 , 藻的呼吸强度会增大 . 呼吸强度的增大可能在于启动一系列对有机
污染物的防御保护机制 [ ’ “ 〕 . 小球藻与衣藻 、纤维藻 、裸藻和栅藻通常被认为是对有机污染
物抗性较强的藻类 . 其原因可能也就在于 在有机污染物的作用下 , 刺激呼吸作用 , 增强呼
吸强度 , 从而为一系列防御保护机制的启动 、 作用提供能量基础 .
参 考 文 献
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