全 文 ：东南大学学报(医学版)
J Southeast Univ(Med Sci Edi) 2010，Aug;29(4) :382
-386
［收稿日期］2010-04-20 ［修回日期］2010-04-22
［基金项目］国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX08526-00)
［作者简介］赵娜(1985-) ，女，蒙古族，内蒙古乌兰察布人，在读硕士研究生。E-mail:xiaoxi780@ yahoo． com． cn
［通讯作者］朱琳 E-mail:zhulin@ nankai． edu． cn
·论 著·
不同 pH值条件下 Cr6 + 对小球藻
和斜生栅藻的毒性效应
赵娜，冯鸣凤，朱琳
(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)
［摘要］目的:研究不同 pH值条件下，重金属 Cr6 +对淡水绿藻小球藻和斜生栅藻生长的毒性效应，为我国水
质量基准和标准的科学制定提供参考资料。方法:依据 OECD-201 藻类生长抑制实验指南，以 72 h 藻生物
量为测试终点进行藻类抑制实验。结果:两种藻在不同初始 pH 值条件下的生长潜势不同，小球藻的最适
pH值为 7． 0，而斜生栅藻的最适 pH值为 9． 0。在不同初始 pH 值条件下，Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的作用
均为低浓度(＜ 0． 1 mg·L －1)刺激而高浓度(＞ 0． 5 mg·L －1)抑制，且浓度越大抑制率越高。对于小球藻 Cr6 +
在 pH值 = 7． 0 时毒性最小，在 pH值 = 8． 0 时毒性最大;对于斜生栅藻 Cr6 +在 pH 值 = 9． 0 时毒性最小，在
pH值 = 7． 0 时毒性最大。结论:Cr6 +在藻的最适 pH值条件下毒性最小。
［关键词］Cr6 +;小球藻;斜生栅藻;pH值;水质量基准
［中图分类号］X651 ［文献标识码］A ［文章编号］1671-6264(2010)04-0382-05
doi:10． 3969 / j． issn． 1671-6264． 2010． 04． 006
Toxic effects of chromium(Cr6 +)on Chlorella vulgaris
and Scenedesmus obliquus at different pH
ZHAO Na，FENG Ming-feng，ZHU Lin
(Ministry of Education Key Laboratory of Pollution Process and Environmental Criteria，College of Environmental Science
and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China)
［Abstract］Objective:The toxicological effects of hexavalent chromium(Cr6 +)on the growth of freshwater green
algae，Chlorella vulgaris(C． vulgaris)and Scenedesmus obliquus(S． obliquus)were investigated at different pH
levels in order to provide references to the scientific establishment of water quality criteria and standard in China．
Methods:According to the OECD guidelines for the testing of chemicals，freshwater alga and cyanobacteria growth
inhibition test(OECD-201) ，taking 72 h biomass as the endpoint，the algal inhibition tests were conducted．
Results:The alga grew differently at different initial pH levels，and the optimal growth pH of C． vulgaris was pH =
7． 0，while the optimal pH =9． 0 for S． obliquus． At different initial pH levels，Cr6 + had the stimulating effects on
both C． vulgaris and S． obliquus when the concentrations were lower than 0． 1 mg·L －1，and the inhibition effects
were observed when the concentrations of Cr6 + were higher than 0． 5 mg·L －1 ． The inhibition effects grew stronger
with the increasing of the Cr6 + concentrations． For C． vulgaris，the toxicity of Cr6 + was minimum at pH =7． 0，and
maximum at pH =8． 0． For S． obliquus，the toxicity of Cr6 + was minimum at pH = 9． 0，and maximum at pH =
7． 0． Conclusion:The toxicity of Cr6 + is minimum at the optimal pH of the algae．
·283·
［Key words］hexavalent chromium;Chlorella vulgaris;Scenedesmus obliquus;pH levels;water quality criteria
我国水生态基准的制定研究零星、分散，当前我国
《地表水环境质量标准》［1］的标准值主要是参考美国
各州、日本、前苏联、欧洲等国家及地区的水质基准值
和标准值来确定，没有考虑我国水生态系统的区域性
特征。水生态体系的区域性特征如水文条件、气候等
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，因而可能导致不同的生态效应，这就要考虑
到水生态系统的差异性对水生态基准的影响［2］。因
此，在制定水生态基准时，开展环境因子对污染物毒性
影响的研究十分必要。
铬(Cr)被广泛用于皮革制造业、纺织业、电气行
业等，是水体中主要的重金属污染物之一。Cr 的毒性
与其存在的状态有极大的关系，自然水体中 Cr 主要以
Cr3 +和 Cr6 +的形式存在，Cr6 +的毒性较强，约为 Cr3 +
的 100 倍，且具有强致癌、致畸、致突变作用［3－4］。有
调查显示，在我国的十大流域都不同程度地存在着
Cr6 +的污染［5］。在水生系统及水生食物链中，藻类作
为水生动物的食物及氧气来源占有重要位置。重金属
通过各种途径进入水体后，首当其冲的受害者就是藻
类生物，且藻类相对细菌或水生动物而言，对毒物更敏
感［6
－7］。目前已有很多关于重金属对藻类影响的研
究［6］，小球藻(Chlorella vulgaris)和斜生栅藻(Scenedes-
mus obliquus)是典型的绿藻代表藻种，广泛存在于我
国的水体中，对二者的研究已有很多报道［8
－10］。
OECD(Organization for Economic Cooperation and
Development，经济合作与发展组织)提出的淡水藻生
长抑制实验规范(OECD-201)［11］被广泛应用到污染物
对藻类的毒性实验研究当中，它已成为被国际公认的
进行重金属对藻类毒性风险评价的实验规范之一［12］。
本实验按照 OECD提出的淡水藻生长抑制实验规范，
选取 72 h藻生物量为指标，研究不同 pH 值条件下重
金属 Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的毒性效应，旨在为研
究重金属对水生生物及水生态系统的毒害作用以及我
国水体质量基准和标准的制定提供科学依据。
1 材料与方法
1． 1 材料
供试小球藻和斜生栅藻藻种均购自中国科学院武
汉水生生物研究所淡水藻种库。采用 BG11 培养基培
养［13］。由于 EDTA会与重金属形成螯合物，影响重金
属的毒性［14］，所以去掉培养液中 EDTA 成分［15］，培养
液初始 pH值为 8． 0。将适量处于对数生长期的藻接
入装有 100 ml培养液的 250 ml 三角瓶，在温度(25 ±
2)℃、光照 4 000 ～ 6 000 Lux、光暗比为 12 h ∶ 12 h 的
光照培养箱内培养。每天人工摇瓶 3 ～ 4 次，随机更换
瓶的位置，使其受光均匀。
供试重铬酸钾(K2Cr2O7)购自天津市北方天医化
学试剂厂，分析纯。
1． 2 实验方法
采用国际通用的“瓶法”，按照 OECD-201 淡水藻
生长抑制实验指南［11］，以 72 h 藻生物量为测试终点
进行藻类毒性实验。测定藻的光密度值(OD680) ，建立
藻细胞密度(y)与光密度值(x)间的线性关系(pH
值 = 8． 0)。回归方程:斜生栅藻，y = 2 749． 501x +
13． 246，R2 = 0． 993;小球藻，y = 2 923． 775x － 8． 480，
R2 = 0． 996。计算比生长率和抑制率。
μ =(lnXj － lnXi)/(tj － ti) (day
－1)
其中，μ表示比生长率，day －1;Xj 表示第 j天的初始
藻细胞数，ml －1，Xi 表示第 i天的藻细胞数，ml
－1;ti 表示
某时段初始时间，day;tj 表示某时段结束时间，day。
I =(μc － μt))/μc × 100(%)
其中，I 为抑制率;μc为对照组的比生长率，μt 为
处理组的比生长率［11］。
OECD曾推荐用无观察效应浓度(no observed
effect concentrations，NOEC)和 EC05或 EC10置信区间
的下限来作为安全暴露基准浓度，同时给出最小观察
效应值(lowest observed effect concentrations，LOEC)。
NOEC指的是毒性作用与对照组无显著差异的最大处
理浓度;LOEC指与对照组有显著差异的最小浓度;EC05
和 EC10分别指产生 5%和 10%毒性效应的浓度
［16 － 17］。
本研究采用 SPSS 13． 0进行数据处理，用单因素方差分
析比较显著性差异，采用 Dunnett-t 检验进行多重比较
以确定 Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的 NOEC和 LOEC，并
对结果进行回归分析，得出 EC05和 EC
［18 － 19］
10 。
1． 3 实验内容
1． 3． 1 pH值对藻生长的影响 自然水体的 pH 值范
围一般是中性偏碱，本实验设定初始 pH 值为 7． 0 ±
0． 2、8． 0 ± 0． 2 和 9． 0 ± 0． 2(以下简写为 pH 值 = 7． 0、
8． 0 和 9． 0) ，用 HCl 和 NaOH 调节培养液的 pH 值。
接种一定量处于对数生长期的藻，每个 pH 值设 3 个
平行，置于人工气候箱中，每隔 24 h 测定藻的光密
度值。
1． 3． 2 pH 值对 Cr6 +毒性的影响 在初始 pH 值为
7． 0、8． 0 和 9． 0 的培养液中加入不同体积的 Cr6 +贮备
液，充分摇匀后接入一定量处于对数生长期的藻。设
置 Cr6 +的 10 个处理浓度和 1 个空白，处理组 Cr6 +的
浓度分别为 0． 000 1、0． 001、0． 01、0． 05、0． 1、0． 25、
0． 5、0． 75、1． 0 和 1． 5 mg·L －1(离子浓度) ，每个处理
·383·赵娜，等．不同 pH值条件下 Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的毒性效应
组设 3 个平行。放入培养箱中，测定 72 h 时藻光密度
值(OD680) ，并计算 Cr
6 +对藻生长的抑制率以及毒性
效应值 EC05和 EC10。
2 结果与讨论
2． 1 pH值对藻生长的影响
由图 1 可见，在初始 pH 值 = 7． 0 时，小球藻在
48 h和 72 h时的生长显著高于 pH值 = 8． 0 和 9． 0 时
(P ＜ 0． 01) ;斜生栅藻在 pH值 = 9． 0 时在 48 h和 72 h
时的生长显著高于 pH 值 = 7． 0 时(P ＜ 0． 01) ，但与
pH值 = 8． 0 相比没有达到显著性差异。有资料表明，
小球藻的最适 pH值为 6． 0 ～ 7． 0［20］，而斜生栅藻的最
适 pH值为 9． 0 ～ 10． 0［21］，这与本实验结果一致。
* P ＜ 0． 05，＊＊ P ＜ 0． 01。以 pH值 = 7． 0 为基础作统计分析
图 1 pH值对小球藻和斜生栅藻生长的影响
Fig 1 The effects of pH on the growth of Chlorella vulgaris
and Scenedesmus obliquus
藻类生长与藻本身的生理特点以及温度、光照、营
养盐、其它生物、pH值等诸多环境因素有关，其中水体
pH值是一个重要的生态因子，与藻类生长关系密切。
不同藻类有一定的 pH 值适应范围，即使同一属的两
种藻，在不同 pH值下，其生长也可能有很大差别［22］。
水体 pH值主要从两方面对藻生长产生影响，一方面
改变环境酸碱度，酸性太强(H +浓度高)或碱性太强
(OH －浓度高)都会对藻细胞产生伤害，只有在适宜的
酸碱度范围内藻细胞才能正常生长繁殖;另一方面是
影响碳酸盐平衡系统以及不同形态无机碳分配关系，
从而对藻类生长产生影响［21］。在低 pH 值下大部分
的无机碳以 CO2 的形式存在，而在高 pH 值下(pH
值 ＞ 7) ，大部分的无机碳是以 HCO －3 的形式存在
［23］。
Shiraiwa 等［24］研究指出，空气中生长的小球藻利用
CO2，而几乎不利用 HCO
－
3 ;斜生栅藻除了可以利用
CO2，还可以利用 HCO
－
3 进行光合作用
［23］，这可能是
斜生栅藻在 pH值 = 9． 0 而小球藻在 pH值 = 7． 0 生长
较好的原因之一。
2． 2 不同 pH值下 Cr6 +对藻的毒性效应
水体中 Cr3 +和 Cr6 +可以发生相互转化。有研究
表明随着 pH 值的增大，Cr6 +的还原作用逐渐降低，当
pH值≥6 时，Cr6 +的光还原反应基本消失［25］。72 h培
养实验结束时测定试液中的 pH 值，各组都有上升的
趋势，即均在偏碱性的范围内。其主要原因可能是藻
类生长致使 pH 值升高［22］。同时，依据《水和废水监
测分析方法》［26］，采用二苯碳酰二肼法测定反应开始
和结束时水体中 Cr6 +的含量，结果显示 Cr6 +基本没有
被还原。因此，本实验的结果可以被认为都是 Cr6 +的
毒性效应。
在 72 h时测定藻的光密度值，计算各个浓度 Cr6 +
对藻生长的抑制率［11］，以剂量-效应关系作图(图 2) ，
并对结果进行分析，得出不同 pH 值条件下的 NOEC、
LOEC、EC05和 EC10，结果见表 1、2。
图 2中比较了不同初始 pH值条件下，Cr6 +对小球
藻和斜生栅藻的毒性效应。当 pH值不同时，相同浓度
的 Cr6 +对藻产生毒性作用不同，且有种类差异，表明 pH
值对 Cr6 +的毒性效应产生影响。Cr6 +对不同藻产生的
毒性强度不同，但都表现为低浓度(＜0． 1 mg·L －1)下有
刺激作用，促进藻的生长;在高浓度(＞ 0． 5 mg·L －1)时
产生抑制作用，抑制藻的生长，且浓度越大抑制效应越
强。这种低浓度促进、高浓度抑制作用在许多研究中都
被发现［27］，称为 Hormesis效应［28］。
由表 1 和表 2 结果得出，Cr6 +对小球藻和斜生栅
藻的毒性效应值分别在 pH值 = 7． 0 和 pH值 = 9． 0 时
最大，说明 Cr6 +对其的毒性分别最小。可见，在两种
藻的最适 pH值条件下 Cr6 +的毒性最小。Cr6 +对小球
藻毒性大小顺序是 pH 值 = 8． 0 ＞ pH 值 = 9． 0 ＞ pH
值 = 7． 0，Cr6 +对斜生栅藻的毒性大小顺序为 pH 值 =
7． 0 ＞ pH值 = 8． 0 ＞ pH 值 = 9． 0，随着 pH 值的增大，
Cr6 +对斜生栅藻的毒性逐渐减小。
重金属对藻类的毒性作用取决于金属元素的形
态、浓度、环境因素和重金属元素之间的相互作用，也
取决于实验藻种及藻类细胞的生理生化过程。其中影
响重金属毒性的环境因素主要有 pH 值、温度、光照、
溶氧及螯合剂等［29］。本实验结果表明，pH 值对 Cr6 +
的毒性效应产生影响，表现为在藻的最适生长 pH 值
条件下 Cr6 +的毒性最小，说明藻生长较好时对毒物的
抗性就大。
比较表 1 和表 2 的结果，同样在最适生长 pH 值
条件下，Cr6 +在 pH 值 = 9． 0 时对斜生栅藻的 EC05和
EC10值(0． 26 和 0． 47 mg·L
－1)明显低于小球藻在pH
·483· 东南大学学报(医学版) 2010 年 8 月，29(4)
* P ＜ 0． 05，＊＊ P ＜ 0． 01。以空白为基础作统计分析
图 2 不同 pH值下 Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的毒性效应
Fig 2 The toxicological effects of hexavalent chromium on Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus at different pH levels
表 1 不同 pH 值下小球藻的 NOEC、LOEC、EC05
和 EC10
Tab 1 The NOEC、LOEC、EC05和 EC10 of Chlorella
vulgaris at different pH levels
pH值
刺激作用 /mg·L －1 抑制作用 /mg·L －1
NOEC LOEC NOEC LOEC
EC05 /
mg·L －1
EC10 /
mg·L －1
7． 0 0． 1 0． 25 0． 5 0． 75 0． 67 0． 96
8． 0 0． 001 0． 01 0． 05 0． 1 0． 31 0． 64
9． 0 0． 01 0． 05 0． 5 0． 75 0． 55 0． 89
表 2 不同 pH 值下斜生栅藻的 NOEC、LOEC、EC05
和 EC10
Tab 2 The NOEC、LOEC、EC05和 EC10 of Scenedesmus
obliquus at different pH levels
pH值
刺激作用 /mg·L －1 抑制作用 /mg·L －1
NOEC LOEC NOEC LOEC
EC05 /
mg·L －1
EC10 /
mg·L －1
7． 0 0． 000 1 0． 001 0． 05 0． 1 0． 14 0． 31
8． 0 0． 05 0． 1 0． 25 0． 5 0． 25 0． 42
9． 0 0． 05 0． 1 0． 25 0． 5 0． 26 0． 47
值 = 7． 0 时的 EC05和 EC10(0． 67 和 0． 96 mg·L
－1) ;斜
生栅藻在 pH值 = 7． 0 时的 EC05和 EC10也要小于小球
藻在 pH值 = 8． 0 时的 EC05和 EC10，表明 Cr
6 +对斜生
栅藻的毒性要大于对小球藻的，即斜生栅藻要比小球
藻对 Cr6 +更加敏感。许多研究结果［30］表明，斜生栅藻
要比小球藻对污染物更敏感，这和本实验的结果一致。
一般在确定污染物的环境基准时，只考虑对所选
择典型代表生物的毒效应，很少一并考虑环境因素。
但从生态学角度，环境因素的影响不可忽视。我国幅
员辽阔，不同流域 /区域水环境生态特征、水环境承载
力等都有很大的差异［2］。由于水生态体系的局域性
特征如水文条件、气候、群落的生态结构等多种因素都
会影响污染物在水环境中的物理、化学和生物过程，因
而可能导致不同的生态效应。因此，在制定我国的水
质标准时，要充分考虑到环境因子对污染物毒性的
影响。
·583·赵娜，等．不同 pH值条件下 Cr6 +对小球藻和斜生栅藻的毒性效应
3 结 论
(1)不同藻种所适应的生长环境条件不同，本实
验条件下，小球藻的最适 pH 值为 7． 0，而斜生栅藻的
最适 pH值是 9． 0。
(2)Cr6 +对小球藻和斜生栅藻在不同 pH 值条件
下的毒性大小顺序分别为:pH 值 = 8． 0 ＞ pH 值 =
9． 0 ＞ pH 值 = 7． 0，pH 值 = 7． 0 ＞ pH 值 = 8． 0 ＞ pH
值 =9． 0，在藻最适生长 pH 值时 Cr6 +的毒性最小;随
着 pH值增大，Cr6 +对斜生栅藻的毒性逐渐减小。Cr6 +
对斜生栅藻的毒性比小球藻的大，即斜生栅藻比小球
藻对 Cr6 +更敏感。
(3)在不同 pH值条件下 Cr6 +对藻的毒性效应不
同，表现为在藻最适 pH 值时，其毒性效应最弱。因
此，在制定水质基准和标准时，考虑环境因子条件对污
染物毒性的影响是非常必要的。
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