全 文 ：表面活性剂是一类能使液相表面张力降低的有
机化合物，具有分散、增溶、乳化、杀菌等功能，有“工
业味精”之美称[1]。但其过多地排入水体，将会影响水
中氧含量，还会产生气味、泡沫，同时还将改变一些疏
水性污染物在水体的理化行为[2]，影响其生物毒性。此
外含氮、磷表面活性剂能使水中氮、磷增多，造成水体
富营养化等。近年来，表面活性剂的大量使用导致污
染水域逐年扩大，致使生态环境恶化、沿海生物资源
衰竭、生物多样性锐减，并引发了多种环境灾害[3]。一
般阳离子表面活性剂常用来杀菌消毒，毒性较大[4]。本
试验用的阳离子表面活性剂 CTAC和 STAB 广泛应
用于医药、皮革、水处理絮凝以及杀菌剂等行业，化学
稳定性好，耐热、耐光、耐压、耐强酸强碱[5]。
藻类是水生环境中重要的初级生产者，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，而蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）是水环境
生态毒理学研究的标准试验生物[6]。本文考察了不同
质量浓度的 CATC和 STAB对蛋白核小球藻的生长、
蛋白质含量、叶绿素含量、MDA含量以及 SOD活性
农业环境科学学报 2010,29(8):1460-1465
Journal of Agro-Environment Science
摘 要：采用室内培养法考察了十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）和十八烷基三甲基溴化铵（STAB）对蛋白核小球藻（Chlorella
pyrenoidosa）的生长状况、蛋白质含量、叶绿素含量、脂质过氧化丙二醛（MDA）含量以及超氧化岐化酶（SOD）活性的影响，进而分析
了 CTAC和 STAB对小球藻的毒作用机理。结果表明，CTAC和 STAB对蛋白核小球藻的生长抑制效应受浓度和时间的影响显著，
STAB对蛋白核小球藻的毒性大于 CTAC，且 CTAC和 STAB作用 4 d内，藻细胞蛋白质、叶绿素含量以及 SOD活性均先上升后下
降，MDA含量逐渐下降。根据 5种指标变化与 CTAC（或 STAB）之间呈现的浓度-效应关系和时间-效应关系推测，表面活性剂对藻
细胞的最初攻击点是通过改变其细胞膜膜脂分子的水溶性破坏小球藻的细胞膜，表面活性剂通过刺激细胞产生活性氧自由基引起
脂质及其他生物大分子的氧化损伤可能是其对小球藻产生毒害效应的主要机制。
关键词：CTAC；STAB；蛋白核小球藻；毒性效应
中图分类号：X503.225 文献标志码：A 文章编号：1672- 2043(2010)08- 1460- 06
表面活性剂 CTAC和 STAB对蛋白核小球藻的毒作用
卓 静，荆国华，李小林，周作明
（华侨大学化工学院，福建 厦门 361021）
The Toxic Effects of the Surfactant CTAC and STAB on Chlorella pyrenoidosa
ZHUO Jing, JING Guo-hua, LI Xiao-lin, ZHOU Zuo-ming
（College of Chemical Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China）
Abstract：The acute toxicity of cetanecyl trimethyl ammonium chloride（CTAC）and stearyl trimethyl ammonium bromide（STAB）to Chlorel－
la pyrenoidosa were investigated. The growth rate, superoxide dismutase（SOD）activities and the contents of protein, chlorophyll and malon－
dialdehyde（MDA）in algae were monitored to determine toxicity from surfactant exposure. Although a decrease in growth of algae was ob－
served in both treatments, STAB caused more sever stress to Chlorella pyrenoidosa than CATC. The contents of proteins and chlorophyll and
SOD activities in algae gradually increased during the first 4-days exposure, while the contents of MDA in algae showed a completely dissimi－
lar response. According to the five kinds of indicators changes,the time-response and dose-response suggested that the surfactant first hurt in
Chlorella pyrenoidosa was damaging membrane by changing membrane lipid molecules soluble. And primary mechanism on Chlorella
pyrenoidosa cells might be related to the oxidation damage of lipid and other biological large molecules caused by CTAC and STAB.
Keywords：CTAC; STAB; Chlorella pyrenoidosa; toxic effects
收稿日期：2010－03－11
基金项目：福建省自然科学基金项目（D0710019）
作者简介：卓 静（1988—），女，福建福州人，在读硕士生，主要从事污
染物对水生生物的毒性研究。
E-mail：zhuojing2007@126.com
通讯作者：荆国华
第 29卷第 8期 农 业 环 境 科 学 学 报
的影响，并对致毒方式和机理进行了分析。
1 材料与方法
1.1 试验材料
蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）购自中科院
淡水藻种库，于实验室内扩大培养，培养基配制参照
OECD201藻类生长抑制实验标准方法[7]。CTAC[C16H33
（CH3）3NCl]和 STAB[C18H37（CH3）3NBr]均属季铵盐，纯
度>99%，购自厦门市先端科技有限公司，其余试剂均
为分析纯，用前未经预处理。
1.2 试验仪器
离心机（H-2050R，长沙湘仪）、紫外可见分光光
度计（723，上海光谱）、显微镜（CX41RF，奥林巴斯）、
智能人工气候箱（RXZ260B，宁波东南）、蒸汽灭菌锅
（ZD35B1，上海中安）、超声波细胞破碎仪（JY92-2，宁
波新芝）、叶绿素荧光仪（Phyto-PAM，德国WALZ）。
1.3 试验方法
1.3.1 蛋白核小球藻培养
将试验藻种接种于水生 4号无菌藻类培养基[8]中
至藻细胞初始密度为 1×106个·mL-1，容器采用 4层无
菌纱布封口后置于智能人工气候箱内 [（25±1）℃、光
强 3 000 lx、光暗比 L∶D=12 h∶12 h]，静置培养，6 h摇
动 1次，并随机更换容器位置。96 h移种 1次，重复 3
次以上，使之达到同步生长。移种前显微观察试验藻
液是否被污染。
1.3.2 藻体细胞密度测定
用血球计数板显微计数法[9]测定藻细胞密度，并
于 686 nm波长处测其吸光度，得到藻体密度 Y（蛋白
核小球藻×106个·mL-1）与吸光度 X的关系为
Y=42.191X-0.156 8
1.3.3 藻类生长抑制试验
根据 OECD201藻类生长抑制试验标准方法[7]，藻
种接种后，在容器中加入受试物，放入人工气候箱中
培养。接种后开始计时每隔 24 h取样分析 1次，测定
藻体细胞密度，绘制各浓度组藻体生长曲线，再根据
式（1）计算细胞生长抑制百分率（IA），确定抑制百分
率与表面活性剂浓度间的关系，进而计算受试物对蛋
白核小球藻生长抑制的 96 h EC50值。
IA=
AC-AT
AC
×100% （1）
式中：AC为对照组生长曲线下所包围的面积；AT为各
受试物浓度生长曲线下所包围的面积。
为减少 96 h EC50值的测定误差，正式试验前先
进行预试验分析，结果表明 CTAC和 STAB对蛋白核
小球藻生长的 EC50分别约为 0.4、0.6 mg·L-1。正式试
验中向藻液加入表面活性剂使其浓度分别为 0、0.05、
0.1、0.3、0.5、0.7、1.0 mg·L-1，使其 EC50值大约落在浓
度梯度的中间位置，平行样数量为 3。分别于 24、48、
72、96 h对藻细胞进行计数，测定蛋白质含量、叶绿素
含量，并测定 96 h后的 SOD值与 MDA含量。
1.3.4 蛋白质含量的测定
于试验进行 24、48、72、96 h 4个时刻从培养瓶中
分别取一定量藻液，离心 10 min（1 000 r·min-1）后去
掉上清液，在藻泥中加 10 mL磷酸缓冲液（0.1 mol·L-1、
pH 7.8），混匀后超声破碎（400 W，5 s/5 s，15 min）至
镜检无完整细胞，再离心 10 min（6 000 r·min-1），此时
上清液为粗酶液。采用考马斯亮蓝法测定上清液蛋白
质含量，以牛血清蛋白作标准曲线[10]。
1.3.5 叶绿素含量的测定
叶绿素荧光仪直接测定叶绿素含量。
1.3.6 SOD酶活性和 MDA含量的测定
采用南京建成生物公司的 SOD 试剂盒和 MDA
试剂盒测定 SOD活性和 MDA含量。
1.3.7 试验数据的统计与分析
对所得试验数据用 SPSS14.0软件进行 t检验，检
测不同浓度处理组与阴性对照组的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 CTAC和 STAB对藻种生长的影响
CTAC、STAB对蛋白核小球藻生长的影响分别见
图 1、图 2，可见二者随着浓度的上升，对小球藻的抑
制作用增强。CTAC 浓度≥0.3 mg·L-1，或 STAB 浓
度≥0.1 mg·L-1时，小球藻的生长受到明显抑制，并且
随时间的增长抑制作用增强，最高浓度组在第 4 d时
生长抑制率达到 80%以上。两种表面活性剂低浓度时
均对小球藻的生长起到刺激作用，但随着时间的增
长，其刺激作用慢慢减弱，转变为抑制作用。处理 4 d
后，0.3、0.5、0.7、1 mg·L-1 CTAC或 STAB 质量浓度的
藻细胞数浓度与各自对照组对比，均呈现显著（n=3，
P<0.05）和极显著的（n=3，P<0.01）统计学差异，呈明
显的剂量效应关系，而低浓度组没有统计学差异。
由试验数据可计算得到 CTAC对蛋白核小球藻
的 96 h EC50值为 0.245 mg·L-1，STAB 对蛋白核小球
藻的 96 h EC50值为 0.304 mg·L-1。两种表面活性剂对
小球藻的毒性作用大小不同：CTAC
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2010年 8月
图 4 STAB对蛋白核小球藻蛋白质含量的影响
Figure 4 Effects of STAB on the content of protein of
Chlorella pyrenoidosa图 2 STAB对蛋白核小球藻生长的影响
Figure 2 Effects of STAB on the growth of Chlorella pyrenoidosa
卓 静等：表面活性剂 CTAC和 STAB对蛋白核小球藻的毒作用
评价标准[11]可知 CTAC、STAB均属极高毒性物质。
2.2 CTAC和 STAB对藻种蛋白质含量的影响
由图 3、图 4可见，投加一定浓度的 CTAC、或
STAB后，小球藻蛋白质含量均受到一定程度的影响。
STAB各低浓度组小球藻在 1~2 d内蛋白质含量有所
上升，表现出超补偿作用[12]，在第 1 d其蛋白质含量与
对照组相比，高出 10%~25%，随着时间的增长，刺激
生长作用减弱，其变化趋势与藻生物量变化相对应。
CTAC各低浓度组前 3 d蛋白质含量均低于对照组，
在第 4 d 略高对照组 15%。高浓度组的 CTAC（或
STAB）对藻类生长均存在很大的限制作用，在第 2 d
藻细胞中蛋白质含量几乎不变甚至开始下降。各
CTAC和 STAB质量浓度的藻细胞蛋白质含量与对照
组对比，均呈现显著（n=3，P<0.05）的统计学差异。
2.3 CTAC和 STAB对藻种叶绿素含量的影响
CTAC和 STAB对小球藻叶绿素含量的影响分别
见图 5、图 6，可见低浓度组蛋白核小球藻叶绿素含量
随时间呈增长趋势，高浓度组则呈下降趋势。说明表
面活性剂对小球藻叶绿素含量的影响也呈低浓度诱
导、高浓度抑制，变化趋势与细胞浓度的变化趋势基
本吻合，并且叶绿素含量对高浓度表面活性剂的毒性
反应更灵敏，在 1~2 d叶绿素含量就降为 0。浓度大于
0.05 mg·L-1的 CTAC 和 STAB 处理的蛋白核小球藻
叶绿素含量与各自对照组对比，均呈现显著（n=3，P<
0.05）和极显著的（n=3，P<0.01）统计学差异，且表现
出更好的剂量-效应关系。
2.4 CTAC和 STAB对藻种 SOD含量和 MDA含量的
影响
SOD是生物体内清除活性氧自由基的关键酶，对
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第 29卷第 8期 农 业 环 境 科 学 学 报
氧化胁迫反应十分灵敏，在保护细胞免受氧化损伤过
程中具有十分重要的作用[13]。图 7表明，低浓度 STAB
和 CTAC 作用于蛋白核小球藻能促进其 SOD 的活
性，但随着浓度的增大 SOD活性迅速下降，各浓度组
均呈现极显著的（n=3，P<0.01）的统计学差异。MDA
是细胞膜脂质过氧化的产物，同时也是膜损伤的重要
指标，其变化与 SOD活性变化相关[14]。随着 SOD活性
的下降，细胞抗氧化能力降低，引起藻体内 H2O2的积
累，导致脂质过氧化造成细胞膜通透性增大，藻细胞
内 MDA含量上升。图 8表明，MDA含量随CTAC或
STAB浓度的增加而上升，间接证实二种表面活性剂
是通过对小球藻 SOD活性的抑制，引起其膜脂质过
氧化而产生毒害作用。
3 讨论
根据 CTAC 和 STAB 对蛋白核小球藻的毒性试
验可知，较低浓度下 CTAC和 STAB对小球藻均表现
出一定的刺激效应。藻细胞密度、叶绿素和蛋白含量
以及 SOD活性均有上升，MDA含量下降。随着浓度
增加，抑制作用趋于显著。尤其是叶绿素含量下降最
为明显，5种指标变化与 CTAC/STAB 处理之间呈现
一定的浓度-效应关系和时间-效应关系。
在各高浓度毒物作用于蛋白核小球藻 72 h时，
能明显地发现在培养三角瓶的底部有无色或稍泛白
色的不能悬浮的藻细胞出现，这是藻细胞白化（脱镁）
的结果。脱镁叶绿素是细胞中正常叶绿素的失活产
物，它的大量产生说明了藻类有活性的叶绿素含量降
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2010年 8月
低，这在一定程度上与叶绿素测量数据相对应。
藻类物质的蛋白质、叶绿素的含量可表征其存活
情况和生物量的多少[15]，并都能表示藻类生长的损伤
情况。由数据分析可看出 CTAC和 STAB对小球藻细
胞内蛋白质和叶绿素含量的影响呈现出一定的相关
性，这是因为叶绿素含量的改变影响了藻细胞的光合
作用，导致藻细胞蛋白质的损伤。而蛋白质作为藻细
胞体（包括叶绿体）的有机成分，对酶活起决定性作
用，是藻细胞正常生理功能的物质保障，其含量的降
低反过来会影响叶绿素功能的正常发挥，进而影响
SOD活性以及 MDA含量。
众多文献表明[16-18]，污染物的制毒机理主要通过
大量活性氧的产生对机体诱发损害，污染物在生物体
内转化时，产生大量活性氧，这些活性氧可使脂质过
氧化及蛋白质失活等，引起机体氧化应激。活性氧产
生及转化过程中，SOD等活性酶组成防御过氧化系统
起重要作用，是水生植物对毒物响应的重要标志[19]。
低浓度 CTAC和 STAB对小球藻 SOD活性未有明显
促进，且细胞膜脂质过氧化的产物 MDA含量变动不
大，随着暴露组浓度增加，MDA呈上升趋势，可能是
藻细胞未能及时调动抗氧化机制，脂质过氧化带来的
损伤远大于细胞自身的修复能力，SOD 酶活受到抑
制，自由基产生和消除间的平衡被破坏，细胞受到毒
害，导致小球藻生长受到抑制。
试验中对小球藻细胞形态变化进行观察可发现
其细胞壁受损严重、胞内物溶出、颜色变浅、藻体部分
分解。考虑到细胞膜主要结构单位为膜脂分子，膜脂
分子包括磷脂、糖脂和胆固醇，而这三种物质均不溶
于水，但表面活性剂的存在改变了其水溶性，引起细
胞膜崩解。从细胞膜损伤指标 MDA 含量变化可发
现，表面活性剂对藻类细胞膜的破坏程度随毒物浓度
升高趋于严重。故可推论表面活性剂引起小球藻细胞
膜水溶性的改变是其对小球藻破坏的攻击点，从而进
一步影响细胞内的叶绿素、蛋白质含量。
4 结论
尽管低浓度 CTAC、STAB 对蛋白核小球藻的生
长表现出一定的刺激效应，但在高浓度时二者对蛋白
核小球藻均表现出较高的毒性作用。STAB对小球藻
的毒性大于 CTAC，各生测指标变化有良好的相关
性，与 CTAC/STAB处理之间呈现一定的浓度-效应关
系和时间-效应关系。根据试验结果可推测其毒性作
用的机理：（1）表面活性剂对藻细胞的最初攻击点是
通过改变其细胞膜膜脂分子的水溶性，破坏小球藻的
细胞膜；（2）表面活性剂通过刺激细胞产生活性氧自
由基引起脂质及其他生物大分子的氧化损伤可能是
其对蛋白核小球藻产生毒害效应的主要机制。
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