1，4-二氯苯對四尾柵藻生長和光合色素的毒性效應(yīng)

張錦華，馮佳，呂俊平，劉琪，謝樹蓮

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030006）

1，4-二氯苯對四尾柵藻生長和光合色素的毒性效應(yīng)

張錦華，馮佳，呂俊平，劉琪，謝樹蓮

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030006）

1，4-二氯苯（1，4-DCB）是水體中一種常見的有機(jī)污染物，為了解其對水生植物的毒性效應(yīng)，研究了四尾柵藻（Scenedesmus quadricauda）暴露于不同質(zhì)量濃度的1，4-二氯苯后，其生長和光合作用的響應(yīng)。結(jié)果表明，低質(zhì)量濃度的1，4-DCB（≤5 mg/L）暴露下，藻細(xì)胞密度、葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量及類胡蘿卜素含量均與對照變化一致，且無顯著差異；而當(dāng)1，4-DCB質(zhì)量濃度≥10 mg/L時，各指標(biāo)均顯著下降。高質(zhì)量濃度的1，4-DCB對四尾柵藻的生長和光合作用會產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性影響，而且表現(xiàn)出明顯的時間-濃度效應(yīng)。

1，4-二氯苯；四尾柵藻；生長；光合作用；毒性影響

1，4-二氯苯（1，4-DCB）是一種氯代芳香烴類化合物，一直被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥、塑料等各領(lǐng)域，是重要的生產(chǎn)原料和化學(xué)中間體，同時也是優(yōu)良的防蛀劑、消毒劑及脫臭劑[1-2]，但它也是被優(yōu)先監(jiān)測的有機(jī)污染物之一[3]。有研究表明，高濃度的1，4-DCB對中樞神經(jīng)系統(tǒng)及內(nèi)臟器官肝和腎有嚴(yán)重的毒害作用[4]。目前，隨著人類生活和生產(chǎn)的發(fā)展，1，4-DCB的應(yīng)用日益廣泛，其在環(huán)境中的殘留量也逐年升高，加之其具有生物難降解性，已對生態(tài)環(huán)境及人類健康構(gòu)成了日益嚴(yán)重的威脅。

藻類是水生生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，關(guān)系到水體生產(chǎn)力和水體生態(tài)平衡[5]。在水生生態(tài)毒理學(xué)研究中，藻類能對環(huán)境變化快速做出響應(yīng)，并通過食物鏈傳遞，對更高營養(yǎng)級的生物產(chǎn)生影響[6]。藻類對水體污染物不同的響應(yīng)結(jié)果會通過食物網(wǎng)影響整個水域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，通過測定和評價外源污染物對藻類生長的影響，可反映整個水生態(tài)可能的綜合效應(yīng)[7]。四尾柵藻（Scenedesmus quadricauda）是淡水中常見的一種浮游藻類，細(xì)胞呈紡錘形或長筒形，藻體通常由2，4，8個細(xì)胞組成單列群體，易于培養(yǎng)，繁殖快，適應(yīng)性強(qiáng)，且對外界刺激敏感，是探討外界環(huán)境脅迫影響的理想試驗材料[8-9]，也是水環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)試驗生物物種[10]。

本研究以四尾柵藻為材料，進(jìn)行了1，4-DCB對藻類的毒性影響試驗，考察了不同質(zhì)量濃度的1，4-DCB對四尾柵藻細(xì)胞密度及光合色素含量的影響，以期為完善該類有機(jī)污染物的環(huán)境影響評估提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1，4-DCB（30 nm，球形，純度＞99.5%）購自上海晶純實業(yè)有限公司。四尾柵藻（Scenedesmus quadricauda）購于中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫。

1.2 試驗方法

無菌條件下，取長勢良好的四尾柵藻分別接種到盛有200 mLBG-11培養(yǎng)基的錐形瓶中，隨機(jī)擺放于光照培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為（25± 1）℃，光照強(qiáng)度為（3 000±300）lx，光暗比為12 h∶12 h。每天定時搖晃錐形瓶數(shù)次。最后將處于對數(shù)生長期且達(dá)同步生長的藻液作為試驗用藻液（細(xì)胞密度約106個/mL）。

以無水乙醇為助溶劑，配制不同質(zhì)量濃度的1，4-DCB溶液。在250 mL的錐形瓶中加入75 mL試驗藻液，再分別加入75 mL不同質(zhì)量濃度的1，4-DCB溶液，混勻。1，4-DCB的終質(zhì)量濃度分別為0，1，5，10，20，40 mg/L。對照組加入蒸餾水，每組設(shè)置3個平行，培養(yǎng)周期為9 d。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 藻細(xì)胞密度的測定采用血球計數(shù)法[11]測定藻細(xì)胞密度，重復(fù)3次并取平均值。

1.3.2 光合色素含量的測定每日定時取2 mL藻液，離心（4 500 r/min，15 min，10℃），棄去上清液，收集藻細(xì)胞，加入95%的乙醇溶液充分混勻，黑暗低溫處靜置抽提24 h，然后再離心10 min，取上清液置于直徑為1 cm的玻璃比色皿中，以95%的乙醇溶液作參比，用紫外可見分光光度計分別測定提取液在649，665，470 nm波長處的吸光值。根據(jù)文獻(xiàn)[12]分別計算葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素的含量（mg/L）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

每組試驗重復(fù)3次，試驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。試驗所得的各項數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析（One-Way ANOVA），應(yīng)用Duncan’s法對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 1，4-DCB對四尾柵藻細(xì)胞密度的影響

從圖1可以看出，在較低質(zhì)量濃度1，4-DCB（≤5 mg/L）脅迫下，四尾柵藻的細(xì)胞密度變化與對照一致；而在較高質(zhì)量濃度1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，與對照相比，藻細(xì)胞密度則顯著下降，且抑制效應(yīng)具有明顯的時間-濃度效應(yīng)。

2.2 1，4-DCB對四尾柵藻光合色素含量的影響

2.2.1 對葉綠素a含量的影響從圖2可以看出，在較低質(zhì)量濃度的1，4-DCB（≤5 mg/L）脅迫下，四尾柵藻的葉綠素a含量變化與對照一致，到脅迫的第9天與對照組仍無顯著性差異；在較高質(zhì)量濃度的1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，葉綠素a含量明顯下降，與對照組相比，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

2.2.2 對葉綠素b含量的影響從圖3可以看出，在1，4-DCB脅迫下，四尾柵藻的葉綠素b含量與葉綠素a含量變化趨勢一致。在較低質(zhì)量濃度1，4-DCB（≤5 mg/L）脅迫下，葉綠素b含量變化與對照一致，到脅迫的第9天與對照組間仍無顯著性差異；較高質(zhì)量濃度1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，葉綠素b含量明顯下降，與對照組相比，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

2.2.3 對葉綠素總量的影響從圖4可以看出，在1，4-DCB脅迫下，四尾柵藻的葉綠素總量與葉綠素a、葉綠素b含量的變化趨勢一致，表現(xiàn)出明顯的時間-濃度效應(yīng)。在較低質(zhì)量濃度1，4-DCB（≤5 mg/L）脅迫下，葉綠素總量變化與對照一致；在較高質(zhì)量濃度的1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，其含量明顯下降，與對照組相比，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

2.2.4 類胡蘿卜素從圖5可以看出，在1，4-DCB脅迫下，四尾柵藻的類胡蘿卜素含量與葉綠素含量的變化趨勢一致，表現(xiàn)出明顯的時間-濃度效應(yīng)。在較低質(zhì)量濃度1，4-DCB（≤5 mg/L）脅迫下，類胡蘿卜素含量的變化與對照一致；在較高質(zhì)量濃度的的1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，其含量明顯下降，與對照組相比，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

3 討論與結(jié)論

3.1 1，4-DCB脅迫對四尾柵藻生長的影響

藻類的生長試驗結(jié)果可用于評價污染物對藻類的短期脅迫效應(yīng)，反映污染物對水體初級生產(chǎn)者的影響。Shubert[13]研究認(rèn)為，低濃度有機(jī)污染物可能會刺激藻類生長，而高濃度有機(jī)污染物會抑制藻類生長，這是藻類應(yīng)對有機(jī)污染物脅迫的可能反應(yīng)之一。本研究結(jié)果表明，較低質(zhì)量濃度1，4-DCB（≤5 mg/L）脅迫下，藻細(xì)胞密度升高，與對照變化一致。可能的原因是由于低質(zhì)量濃度1，4-DCB的脅迫使細(xì)胞內(nèi)某些酶活性增強(qiáng)，促進(jìn)了藻細(xì)胞的增殖。而高質(zhì)量濃度1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，藻細(xì)胞密度顯著下降。Prashar等[14]研究表明，污染物抑制藻細(xì)胞的生長，主要原因是由于細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性的降低，細(xì)胞膜系統(tǒng)因發(fā)生強(qiáng)烈的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)而遭到破壞，多種細(xì)胞器形態(tài)改變或解體，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。可見，較高質(zhì)量濃度1，4-DCB脅迫下，藻細(xì)胞遭到了嚴(yán)重破壞，細(xì)胞的死亡速度大于增殖速度，表現(xiàn)為負(fù)增長。

3.2 1，4-DCB脅迫對四尾柵藻光合作用的影響

光合色素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是判斷植物光合生理能力、反映環(huán)境脅迫狀況的重要指標(biāo)。其中，葉綠素是光合作用的主要色素，葉綠素含量的變化既可直接反映植物的光合能力，也可用以表征逆境脅迫下植物的受損害程度[15]。葉綠素含量的下降會直接導(dǎo)致植物光合作用效率降低，從而對植物的生理生化代謝產(chǎn)生毒害作用[16-17]。類胡蘿卜素是光系統(tǒng)中的輔助捕光色素，又是內(nèi)源抗氧化劑，在細(xì)胞內(nèi)可吸收剩余光能、淬滅活性氧，從而保護(hù)葉綠素和光合機(jī)能[18-19]。由于藻類的光合色素會因環(huán)境或生長發(fā)育階段的不同而改變[20]，故其含量的高低還可以表征藻類生物量的大小及存活情況。已有研究表明，藻類植物在遭受環(huán)境脅迫時，反映其光合強(qiáng)度的葉綠素、類胡蘿卜素等光合色素的含量會發(fā)生變化[21-22]。唐學(xué)璽等[23]研究表明，扁藻（Platymonas sp.）在久效磷脅迫下，葉綠素a的降解與活性氧損傷有關(guān)。另外，葉綠素為鎂卟啉化合物，很不穩(wěn)定，酸、堿、氧化劑等都能使其分解[24]。而葉綠素在光合作用的光吸收中心占據(jù)核心地位，葉綠素的破壞或降解會直接導(dǎo)致光合作用受阻或光合效率降低[25]。本試驗結(jié)果顯示，較高質(zhì)量濃度的1，4-DCB（≥10 mg/L）脅迫下，四尾柵藻的葉綠素含量顯著下降。可見，較高質(zhì)量濃度的1，4-DCB對藻細(xì)胞造成了嚴(yán)重的氧化脅迫，從而導(dǎo)致葉綠素的合成代謝受阻或降解，藻細(xì)胞的捕光能力下降，光合活性降低，最終使光合作用被抑制。

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Toxic Effects of 1，4-Dichlorobenzene on the Growth and Photosynthetic Pigment ofScenedesmus quadricauda

ZHANGJin-hua，F(xiàn)ENGJia，LYUJun-ping，LIUQi，XIE Shu-lian
（College ofLife Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

1,4-dichlorobenzene（1,4-DCB）is a common organic contaminant in water.Toinvestigate its toxic effects on growth and photosynthesis of aquatic plants,the paper evaluated the responses of Scenedesmus quadricauda treated with 1,4-DCB.The results showed that after treatment with low concentrations of 1，4-DCB（≤5 mg/L）,the cell density and the contents of chlorophyll a, chlorophyll b,total chlorophyll and carotenoid all were consistent with the control and there was no significant difference between them. However,theyall decreased significantlywhen 1,4-DCBconcentration was high（≥10 mg/L）.It can be concluded that 1,4-DCBexerts toxic effects on growth and photosynthesis of S.quadricauda,especially at concentrations exceeding 10 mg/L and the effects all showed a time-concentration effect.

1，4-dichlorobenzene;Scenedesmus quadricauda;growth;photosynthesis;toxic effects

X171.5

A

1002-2481（2016）03-0333-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.03.15

2015-11-16

山西省社會發(fā)展攻關(guān)項目（20130313010-4）；山西省科技平臺建設(shè)項目（2015091004-0102）

張錦華（1990-），女，山西呂梁人，在讀碩士，研究方向：水生植物資源與環(huán)境保護(hù)。謝樹蓮為通信作者。