全 文 ：农业环境科学学报 2011,30(6):1070-1075
Journal of Agro-Environment Science
摘 要：采用实验室摇瓶实验法研究了除草剂丁草胺和苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的毒性效应。结果表明，丁草胺浓度与藻生长（以
OD560计）存在明显的剂量-效应关系，64 mg·L-1丁草胺严重抑制藻生长，比生长速率为 0.111 d-1，仅为对照的 24%。在 7 d实验时间
内 EC50值随染毒时间延长呈指数下降，96 h的 EC50值为 45.4 mg·L-1，到第 7 d降为 15.2 mg·L-1。与丁草胺相似，在实验浓度范围内
随浓度增加，苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的生长抑制作用逐渐增强，最高浓度 44.8 mg·L-1处理的比生长速率为 0.458 d-1，约为对照的
82%。在 8 d实验时间内 EC50值随染毒时间延长呈指数增长，96 h的 EC50值为 51.3 mg·L-1，到第 8 d达到 215 mg·L-1。两种除草剂在
较高浓度条件下均使钝顶螺旋藻藻丝变短，部分藻丝由螺旋型变为直线型，随浓度增加直线型藻丝逐渐增加，到最高浓度几乎全部
变为直线型，且藻细胞颜色变浅。依据 96 h-EC50值判断丁草胺对钝顶螺旋藻的毒性大于苄嘧磺隆，二者毒性强度均为中等，但随着
染毒时间延长丁草胺的毒性作用增强而苄嘧磺隆的毒性逐渐降低。同时，高浓度的两种除草剂使部分藻丝断裂变短，且诱导藻丝形
态由螺旋型向直线型转变。
关键词：丁草胺；苄嘧磺隆；钝顶螺旋藻；毒性
中图分类号：X592 文献标志码：A 文章编号：1672- 2043(2011)06- 1070- 06
丁草胺和苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的毒性效应研究
贺鸿志 1，2，3，余 景 2，骆世明 1，3，李拥军 4，邱晓辉 1，3，罗琼珠 1，3，黎华寿 1，3*
（1.华南农业大学农业部生态农业重点开放实验室，广州 510642；2.广东省渔业生态环境重点实验室，广州 510300；3.广东省高
等学校农业生态与农村环境重点实验室，广州 510642；4.中山市农产品质量监督检验所，广东 中山 528403）
Toxic Effects of Butachlor and Bensulfuron Methyl on Cyanobacterium Spirulina platensis
HE Hong-zhi1,2,3, YU Jing2, LUO Shi-ming1,3, LI Yong-jun4, QIU Xiao-hui1,3, LUO Qiong-zhu1,3, LI Hua-shou1,3*
（1.Key Laboratory of Ecological Agriculture of Ministry of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China；2.
Key Laboratory of Fishery Ecology and Environment, Guangdong Province, Guangzhou 510300, China；3.Key Laboratory of Agroecology and
Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions, Guangzhou 510642, China; 4.Zhongshan Quality Supervision &
Inspection Institute of Agricultural Products, Zhongshan 528403, China）
Abstract：The toxic effects of butachlor and bensulfuron methyl on S. platensis were studied using shaking flash method. It showed that sig－
nificant dosage effect of butachlor on algal growth（expressed in OD560）existed. The growth of S. platensis exposed under 64 mg·L-1 butachlor
was severely inhibited. Specific growth rate was 0.111 d-1. It was only 24% of the control. During the 7 d experimental period, EC50 decreased
exponentially. The EC50 in 96 h was 45.4 mg·L-1, and it dropped to 15.2 mg·L-1 in day 7. Like butachlor, dosage effect of bensulfuron methyl
on growth inhabitation on S. platensis was also significant. Specific growth rate under 44.8 mg·L-1 treatment was 0.458 d-1. It was 82% of the
control. During the 8 d experimental period, EC50 value increased exponentially. EC50 in 96 h was 51.3 mg·L-1, and EC50 in day 8 was 215 mg·
L-1. When treated with these two herbicides, algal filaments of S. platensis became shorter, and some of the spiraled filaments changed into a
linear form. Percentage of linear algal filaments increased while herbicides concentration increased. Nearly all algal filaments changed into
linear form with much lighter color in the algal culture with the highest concentration of herbicides. Although toxicity of the two herbicides to
S. platensis was moderate, butachlor exhibited higher toxicity than bensulfuron methyl to the alga according to 96 h-EC50. With longer expo－
sure time, toxicity of butachlor increased while that of bensulfuron methyl decreased gradually. Lots of spiraled filaments of S. platensis
switched to linear ones under high concentration treatments, and some filaments even disconnected and became much shorter.
Keywords：butachlor; bensulfuron methyl; Spirulina platensis; toxicity
收稿日期：2010－11－29
基金项目：国家自然科学基金（31000246，30870413）；广东省渔业生态环境重点实验室开放基金（LFE-2009-07）；广东省自然科学基金
（9451064201003803）；华南农业大学校长科学基金（2008K022）
作者简介：贺鸿志（1977—），男，湖南娄底人，博士，讲师，主要从事污染生态学研究。E-mail：scauhhz@scau.edu.cn
*通讯作者：黎华寿 E-mail：lihuashou@scau.edu.cn
第 30卷第 6期 农 业 环 境 科 学 学 报
我国除草剂的使用面积和施用量正不断增加，但
除草剂只有部分真正发挥药效，剩余部分通过挥发作
用、吸附作用以及地表径流和雨水冲刷等方式进入环
境，其潜在的生态风险日益受到人们的关注[1-13]。丁草
胺是我国生产和使用量最大的除草剂品种[15]，已有研
究表明丁草胺对鱼类、蜘蛛和某些藻类等非靶标生物
具有显著的毒害作用[1-5]。苄嘧磺隆具有活性高、杀草
谱广等特性，应用广泛，但由于具弱酸性，土壤对其吸
附能力弱，易通过排灌水污染水体。如 Okamoto等检
测到日本河水和湖水中的苄嘧磺隆浓度在 0.1~2.3
mg·L-1范围[16]。研究表明苄嘧磺隆对土壤微生物、蕨
类和许多藻类等非靶标生物具有显著的毒害作用[7-10]。
微藻是水生生态系统中主要的初级生产者，对生
态系统的平衡和稳定起着至关重要的作用。微藻生存
状况直接反应水生生态系统的健康状况，使其成为评
价水环境质量的重要指标。研究表明除草剂可以通过
抑制生长、大分子合成、光合作用、氮酶活性、氨基酸
合成路径，致突变作用，甚至竞争消除等方式影响藻
类生存[17]。本文选取两种量大面广的除草剂丁草胺和
苄嘧磺隆，研究其对钝顶螺旋藻的生长和形态的影
响，以评价两种除草剂对该藻的毒性。
1 材料与方法
1.1 钝顶螺旋藻的培养
钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）购自暨南大学水
生生物研究所。培养基配方采用 Zarrouk配方，人工
气候箱中培养，光照强度（3 000±60）lx，光∶暗=12 h∶12
h，温度 25℃，湿度 80%。实验所用玻璃器皿均经过稀
盐酸浸泡过夜后用蒸馏水冲洗干净。250 mL锥形瓶
加入 100 mL培养基，接种对数生长期的藻后，静置培
养，每日摇瓶 4～6次。
1.2 主要试剂
丁草胺（92.2%）和苄嘧磺隆（96.8%）购于上海
市农药研究所。其他试剂包括丙酮、盐酸、Na2SO4、
NaCl、MgSO4、K2SO4、NaHCO3、EDTA、CaCl2·2H2O、
FeSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O，均为分析纯试剂，培养
配制用水为电阻率达 16.22 MΩ·cm-1 的纯水（U－
nique-S30纯水系统）。
1.3 器材设备
三角瓶、容量瓶、移液枪、显微镜（Olympus
CX31）、RXZ型智能人工气候箱（宁波东南）、752可
见分光光度计（上海精密科学）、JB-Z型恒温磁力搅
拌器（上海雷磁新泾）、电子天平（美多利斯）。
1.4 除草剂的配制
准确称取 139 mg丁草胺标准品溶解于 1 mL分
析纯丙酮中，即得到浓度为 128 mg·mL-1丁草胺母
液。准确称取 21.7 mg苄嘧磺隆标准品溶解于 1 mL
分析纯二氯甲烷中，即得到浓度为 11.2 mg·mL-1苄嘧
磺隆母液。
1.5 急性毒性实验设计
取对数生长期的藻细胞接种，将母液稀释到
OD560＝0.05，分别取 100 mL装入 250 mL三角瓶中，添
加不同体积的除草剂母液于培养液中可得到不同浓
度。经过预实验，丁草胺浓度设为 0、2、4、8、16、32、64
mg·L-1。对于苄嘧磺隆，考虑到其溶解度较小，浓度设
为 0、1.4、2.8、5.6、11.2、22.4、44.8 mg·L-1。每个浓度均
设 3个重复。
1.6 生长曲线的绘制及比生长速率（μ）计算。
预实验表明 560 nm处的吸光度值 OD560和念珠
藻干重（W/μg·mL-1）具有很好的相关性，相关方程为：
W=22.2+639*OD560（r=0.999，P<0.001，n=7）
干重的测定采用 Zargar和 Dar[10]的方法。因此，可
以用 OD560值代表该藻的生物量，实验时每日在可见
光分光光度计上测定 OD560，各重复取样测定 5次，取
平均值，绘制生长曲线。比生长速率（μ）的计算方法如
下：
μ（d-1）＝（ln ODt-ln OD0）/（t-t0）
其中，ODt、OD0分别为 t时刻（t）和接种时（t0）的
OD560值。
1.7 藻形态观察
培养实验完成后，取样品在光学显微镜下观察钝
顶螺旋藻的形态，并拍照。
1.8 除草剂对钝顶螺旋藻 EC50的计算
取培养 96 h后的 OD560数据，将其作为钝顶螺旋
藻现存量的指标，计算不同浓度除草剂对钝顶螺旋藻
的抑制率：（对照吸光度-处理吸光度）/对照吸光度。
将抑制率与其浓度的对数值进行回归，通过反应百分
率与概率单位对照表查出相应的几率单位，进行回归
分析，得到各时间段的 EC50值。
1.9 数据分析
作图采用软件 Origin 6.0 进行，统计分析采用
SPSS13.0软件。
2 结果与分析
2.1 除草剂对钝顶螺旋藻生长的影响
不同丁草胺浓度处理的钝顶螺旋藻生长曲线见
1071
2011年 6月
图 1，比生长速率见表 1。从图 1和表 1可知，小于 4
mg·L-1丁草胺对钝顶螺旋藻生长的影响很小，甚至观
察到 2 mg·L-1丁草胺在实验的前段对藻生长有微弱
的促进作用。8 mg·L-1丁草胺开始显著抑制藻的生
长，且随着处理浓度的增加，抑制作用逐渐增强。到
64 mg·L-1即严重抑制钝顶螺旋藻生长，其比生长速
率也相应逐渐降低，64 mg·L-1丁草胺处理时比生长
速率为 0.111 d-1，仅为对照的 24%。
不同苄嘧磺隆浓度处理的钝顶螺旋藻生长曲线
见图 2，比生长速率见表 2。从图 2和表 2可知，小于
2.8 mg·L-1苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻生长的影响很小，
甚至观察到在实验的前段对藻生长有微弱的促进作
用。大于 5.6 mg·L-1的苄嘧磺隆在实验后期开始抑制
藻的生长，且随着处理浓度的增加，抑制作用逐渐增
强。到 44.8 mg·L-1即显著抑制钝顶螺旋藻生长，其比
生长速率也相应的逐渐降低，44.8 mg·L-1苄嘧磺隆处
理时比生长速率为 0.458 d-1，约为对照的 82%。
2.2 除草剂对钝顶螺旋藻 EC50值随时间的变化
不同时间两种除草剂对钝顶螺旋藻的 EC50值变
化情况见图 3和图 4。从图 3可知，在实验进行的 7 d
内，丁草胺对钝顶螺旋藻的 EC50值呈现急剧降低的
趋势，第 1 d EC50值为 82 mg·L-1，到第 7 d，EC50值降
至最低，仅为 15.2 mg·L-1左右。说明丁草胺对钝顶螺
旋藻的毒性随着染毒时间延长而增强。
方程 Y=104exp（-0.353T）可以较好地拟合 EC50
值（Y）随时间（T）的变化趋势（R2=0.831**），说明 EC50
值随时间延长呈指数式降低。
.
从图 4可知，在实验进行的 8 d内，苄嘧磺隆对
钝顶螺旋藻的 EC50值呈现逐渐升高的趋势，第 2 d
EC50值为 19.6 mg·L-1，到第 8 d，EC50值达到最高值
215 mg·L-1。说明丁草胺对钝顶螺旋藻的毒性随着染
毒时间延长显著降低。
方程 Y=24.3exp（0.265T）可以很好的拟合 EC50
值（Y）随时间（T）的变化趋势（R2= 0.925**），说明
EC50值随时间延长呈指数式升高。
2.3 除草剂对钝顶螺旋藻藻体的影响
不同浓度丁草胺处理的藻体显微照片见图 5，可
发现 CK正常情况下的藻体为螺旋型，藻丝较长，藻
细胞饱满，颜色较深，具有较好的运动能力。在4 mg·
表 1 不同浓度丁草胺条件下钝顶螺旋藻的比生长速率
Table 1 Specific growth rates of S. platensis treated with different
concentrations of butachlor
浓度/mg·L-1 0 2 4 8 16 32 64
μ/d-1 0.467 0.447 0.446 0.372 0.219 0.144 0.111
2.4
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
Time/d
OD
56
0n
m
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
CK
1.4 mg·L-1
2.8 mg·L-1
5.6 mg·L-1
11.2 mg·L-1
22.4 mg·L-1
44.8 mg·L-1
图 2 不同苄嘧磺隆浓度处理的钝顶螺旋藻生长曲线
Figure 2 Growth curves of S. platensis treated with different
concentrations of bensulfuron methyl
表 2 不同浓度苄密磺隆条件下钝顶螺旋藻的比生长速率
Table 2 Specific growth rates of S. platensis treated with different
concentrations of bensulfuron methyl
浓度/mg·L-1 0 1.4 2.8 5.6 11.2 22.4 44.8
μ/d-1 0.561 0.509 0.528 0.527 0.513 0.482 0.458
图 3 不同时段丁草胺对钝顶螺旋藻的 EC50值
Figure 3 EC50 value of butachlor on S. platensis during different
period of the experiment
80
60
40
20
0
Time/d
EC
50
/m
g ·
L-
1
2 3 4 5 6 7 8
Y=104 EXP（-0.353 T）
R2=0.831
P<0.01
2.8
2.4
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
Time/d
OD
56
0n
m
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 mg·L-1
2 mg·L-1
4 mg·L-1
8 mg·L-1
16 mg·L-1
32 mg·L-1
64 mg·L-1
图 1 不同丁草胺浓度处理的钝顶螺旋藻生长曲线
Figure 1 Growth curves of S. platensis treated with different
concentrations of butachlor
贺鸿志等：丁草胺和苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的毒性效应研究1072
第 30卷第 6期 农 业 环 境 科 学 学 报
250
200
150
100
50
0
Time/d
EC
50
/m
g ·
L-
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Y=24.3exp（0.265T）
R2=0.925
P<0.01
图 4 不同时段苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的 EC50值
Figure 4 EC50 value of bensulfuron methyl on S. platensis during
different period of the experiment
L-1丁草胺处理后，钝顶螺旋藻藻丝变短，可能是除草
剂使藻丝断裂所致，且出现了少量的直线型藻丝。随
丁草胺浓度增加直线型藻丝所占比例急剧增加，当浓
度达到 64 mg·L-1时，藻丝几乎全部都变为直线形（图
5-C1），运动能力丧失，藻细胞颜色变淡（图 5-C2）。这
说明高浓度丁草胺不但破坏钝顶螺旋藻的藻丝形态、
抑制其运动能力，而且对细胞内的色素合成造成了一
定的影响。
不同浓度苄嘧磺隆处理的藻体显微照片见图 6，
从图 6可知，相比于对照处理，较高浓度的苄嘧磺隆
处理使钝顶螺旋藻部分藻丝断裂变短，但并不如丁草
胺的影响明显。同时，与丁草胺处理相似也出现了直
线型藻丝，并随苄嘧磺隆浓度升高，直线型藻丝比例
急剧增加，到最高浓度 44.8 mg·L-1时藻丝几乎全部
变为直线型，丧失运动能力，但藻细胞颜色变化不明
显。这说明苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的藻丝形态造成破
坏，并抑制其运动能力。
3 讨论
3.1 除草剂对钝顶螺旋藻生长的影响
丁草胺对微藻生长的影响报道已有很多，实验结
果差异很大。如 Mishra和 Pandey[18]发现丁草胺对 4
种固氮蓝藻的致死剂量为 6~8 mg·L-1。陈林等[4]研究
则发现小于 5 mg·L-1丁草胺对葛仙米生长具有促进
作用，大于 5 mg·L-1即开始抑制葛仙米生长，达 50
mg·L-1则严重抑制葛仙米生长。Singh等[19]研究表明丁
草胺对 5种蓝藻的 96 h-EC50值在 9.7~15 mg·L-1范围
内，致死剂量则在 15~25 mg·L-1范围内。王秀红等[12]的
研究则发现 4~20 mg·L-1丁草胺促进 3种鱼腥藻的生
长，大于 20 mg·L-1则表现为抑制。Zargar和 Dar[5]则发
现 110 mg·L-1丁草胺对念珠藻的生长没有明显的影
响。我们的实验结果表明丁草胺对钝顶螺旋藻 96 h-
EC50值为 45.4 mg·L-1。
关于苄嘧磺隆对微藻生长的影响方面，岳霞丽
等[13]研究表明小于 1 mg·L-1的苄嘧磺隆促进蛋白核
小球藻的生长，大于 5 mg·L-1则显著抑制生长，96 h-
EC50值为 15.7 mg·L-1。对水华鱼腥藻的研究发现，0.5
mg·L-1苄嘧磺隆显著抑制该藻生长，达 10 mg·L-1几
图 5 不同浓度丁草胺处理后的钝顶螺旋藻照片
Figure 5 Photographs of S. platensis treated with different concentrations of butachlor
（A：Control，B：4 mg·L-1，C：64 mg·L-1，下标“1”为放大 100倍，下标“2”为放大 200倍，下同）
（A：Control, B：4 mg·L-1, C：64 mg·L-1, subscript“1”means that 100-fold magnification observation and subscript“2”means that 200-fold. The same below.）
1073
2011年 6月
图 6 不同浓度苄嘧磺隆处理后的钝顶螺旋藻照片
Figure 6 Photographs of S. platensis treated with different concentrations of bensulfuron methyl
乎完全抑制其生长[14]。谢晓梅等[7]则发现较大剂量的
苄嘧磺隆（375 g·hm-2和 750 g·hm-2）处理使土壤中异
养型细菌显著减少。Sabater等[10]研究发现苄嘧磺隆对
两种小球藻和两种栅藻具有很强的毒性，96 h-EC50
值在 0.015~6.2 mg·L-1范围内，其中对 Scenedesmus
acutus的毒性最强，其 96 h-EC50值仅为 0.015 mg·
L-1。然而 Chen等[11]则发现苄嘧磺隆对葛仙米的 96 h-
EC50值为 99 μmol·L-1（约为 40.6 mg·L-1），200 μmol·
L-1处理后其比生长率减少至对照的 27%。这与我们
的实验结果苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻 96 h-EC50值 51.3
mg·L-1相近。
综上可知，丁草胺和苄嘧磺隆两种除草剂对于不
同微藻的毒性存在很大差异。除草剂可能对微藻的很
多关键代谢活动产生不同的影响，藻类对除草剂的敏
感性差异可能与藻的种类、除草剂的类型及其化学式
不同有关[17]。丁草胺的一般推荐剂量约为 3~10 mg·L-1，
水体残留量应该低于 5 mg·L-1，而我们的实验结果表
明低于 4 mg·L-1丁草胺对螺旋藻的生长影响很小。但
由于苄嘧磺隆的高效性，在农业生产上的推荐用量很
低（小于 0.5 mg·L-1），其残留浓度也相对较小，而本实
验结果表明小于 1.4 mg·L-1苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻
生长的影响很小，甚至有促进作用。这都说明两种除
草剂在实际应用中对该藻的影响较小，相对安全。
关于除草剂对藻类 EC50值的变化，已有一些报
道，如 Shabana和 Abou-waly[20]研究发现特丁津和特
丁净对灰色念珠藻的 EC50值均随时间延长而急剧下
降（即毒性增强）。Phlips等[21]也发现杀草快对水华鱼
腥藻的生长抑制在第 7 d时比第 3 d弱。而本实验结
果表明随着染毒时间延长丁草胺 EC50值降低而苄嘧
磺隆的 EC50值迅速升高，表现为完全相反的变化趋
势。这可能与两种除草剂化学结构差异和作用方式不
同有关，苄嘧磺隆毒性的降低可能与螺旋藻对该除草
剂的降解有关，有待进一步研究。
3.2 除草剂对钝顶螺旋藻形态的影响
实验结果表明，在较高的浓度条件下两种除草
剂处理使钝顶螺旋藻藻丝体断裂变短，多数藻丝由
螺旋型转变为直线型，丧失该藻特有的运动能力。关
于钝顶螺旋藻藻丝体的形态变化已有一些研究报
道，研究表明用化学诱变剂（如亚硝基肌[22]和甲基磺
酸乙酯[23]）处理或进行 60Co-γ射线[24]、激光[25]照射等物
理诱变可导致其形态的转变。这正是螺旋藻诱变育
种的重要手段，虽然 Wang等[24]的研究发现在某些情
况下这种形态的转变是可逆的。本实验结果表明丁
草胺和苄嘧磺隆两种除草剂可以作为螺旋藻诱变育
种的化学诱变剂。
4 结论
依据 96 h-EC50值判断丁草胺对钝顶螺旋藻的毒
性大于苄嘧磺隆的，毒性强度均为中等，但是随着染
毒时间延长丁草胺的毒性作用增强而苄嘧磺隆的毒
性逐渐降低。同时，高浓度的两种除草剂使藻丝断裂
变短，且均诱导藻丝形态向直线型转变。
D1 E1 F1
D2 E2 F2
贺鸿志等：丁草胺和苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的毒性效应研究
（D：Control，E：22.4 mg·L-1，F：44.8 mg·L-1）
1074
第 30卷第 6期 农 业 环 境 科 学 学 报
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