初步研究了不同浓度硝基苯对莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)生长和光合作用的影响.结果表明:不同浓度的硝基苯对莱茵衣藻的生长和光合生理有明显抑制作用,主要表现在其明显降低光合色素的含量、光能转换效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)、净光合速率(Pn)等方面;硝基苯对莱茵衣藻的影响主要是通过影响光合色素合成,降低光合作用电子传递,从而降低藻类的光合作用,引起生长的抑制

刘永定

张德禄

杜庆才

王高鸿

胡春香

Institute of Hydrobiology, Chinese Academy Of Sciences

第 43卷 2007年第 3期 
Vo1．43 2007 No．3 
西 北 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 
Journal of Northwest Normal University(Natural Science) 71 
莱茵衣藻生长和光合作用对硝基苯的响应 
杜庆才1,2，张德禄 ，王高鸿 ，刘永定 ，胡春香 
(西北师范大学 生命科学学院，甘肃 兰州 730070；2．中国科学院 水生生物研究所 ，湖北 武汉 430072； 
3．武汉理工大学 生物科学与技术系，湖北 武汉 430070) 
摘 要：初步研究了不同浓度硝基苯对莱茵衣藻(C z口m 0m0，2口s reinhardtii)生长和光合作用的影响．结果表明：不 
同浓度的硝基苯对莱茵表藻的生长和光合生理有明显抑制作用，主要表现在其明显降低光合色素的含量、光能转换效 
率(F ／Fm)、电子传递速率(ETR)、净光合速率(P )等方面；硝基苯对莱茵衣藻的影响主要是通过影响光合 色素合 
成，降低光合作用电子传递，从而降低藻类的光合作用，引起生长的抑制． 
关键词：硝基苯；莱茵表藻；荧光参数；净光合速率 
中图分类号 ：X 592 文献标识码：A 文章编号：1001—988 X(2007)03—0071—04 
T’ ponse of g ,th andhe res O Ot row  ph’otosynt n’esm’ 上 
in Chlamydomonas reinhardtii to nitrobenzene 
DU Qing—cai - ，ZHANG De—lu '。，W ANG Gao—hong ，LIU Yong—ding ，HU Chun—xiang 
(1．Colege of Life Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，Gansu，China； 
2．Institute of Hydrobiology，Chinese Academy of Sciences，W uhan 430072，Hubei，China； 
3．Department of Biological Science and Biotechnology．W uhan University of Technology，W uhan 430070，Hubei，China) 
Abstract： This paper studied the effect of nitrobenzene to the growth and photosynthesis of 
Chlamydomonas reinhardtii． The results demonstrate that the growth and photosynthetic activity of 
C．reinhardtii are markedly restrained．Chlorophyll content，photochemical efficiency of PSII(F ／F )， 
electron transport rate(ETR)and net photosynthetic rate(P )are mostly reduced by nitrobenzene． The 
further analysis showes that the inhibition of algal growth is ascribed to the decrease of photosynthesis 
xate，whereas the latter is due to reduce of chlorophyll synthesis and electron transport rate． 
Key words： nitrobenzene； Chlamydomonas reinhardtii； fluorescence parameter； net photosynthetic rate 
硝基苯是医药、染料、炸药、杀虫剂等产品的 
重要生产原料，随着精细化学工业的飞速发展，每 
年进人环境的量在逐年增加，被美国 EPA列为优 
先检测的环境污染 物之一，国际癌症研究机构 
(IARC)列为 2B组致癌物[1]．该类污染物进人水 
体后，不但引起水质感官性状的严重恶化，给地面 
水 自净过程造成困难，更重要的是对水生生物和水 
生态系统 均表现 出致毒效应，又都难以 自然降 
解[2]，给人类环境和身体健康造成直接和间接的 
危害．藻类既是水生态系统中的初级生产物，又是 
水环境的指示物，因此，研究污染物对藻类的影 
响，不仅可以揭示其致毒的机制，还可评价其对环 
境的影响程度．关于硝基苯对月牙藻、蛋白小球藻 
和纤细裸藻等藻类的毒性实验已有报道[3 ]，但主 
要集中在致死剂量或吸附降解的研究方面，而对光 
合作用影响的机理研究目前还未见有报道．笔者从 
收稿 日期：2006-09-01；修改稿收到日期 ：2006—10-24 
基金项 目：国家自然科学基金资助项目(30370112)；国家科技部财政部专项基金资助项 目(200509)；中国科学院知识创新 
工程领域前沿项 目(220418) ． 
作者简：}r：杜庆才 (1976-)，男，安徽阜南人，在读硕士研究生．主要研究方向为环境生物学． 
*通讯 联系人 ，E-mail；cxhu@ihb．ac．ca 
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西 北 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 
Journal of Northwest Normal University(Natural Science) 
第 43卷 
Vo1．43 
硝基苯对莱茵衣藻的生长、光合性能等的影响方面 
初步探讨了其致毒机理． ． 
1 材料与方法 
1．1 材料 
莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardti)由中 
国科学院水生生物研究所典型培养物保藏委员会淡 
水藻类藻种库(FACHB)提供． 
1．2 方法 ． 
1．2．1 试验藻种培养 将莱茵衣藻接种于 200 mL 
的 SE培养基中，培养条件为：温度 25℃-4-1℃， 
连续 24 h光 照，光 照强度 2 000 lx(40／~mol 
photons m ·S )左右，静置培养，每天定时人工 
摇动 3次．在藻进入指数生长期时加入硝基苯，使 
SE培养基含有硝基苯系列浓度(10，25，50，75，100 
mg·L矗1)和对照，每个浓度设 3个平行．加入硝基 
苯 24 h后取样测定各项指标． 
1．2．2 菜茵衣藻的生长 采用浊度法[6]，利用 
Ultrospec 3000型分光光度计测定． 
1．2．3 叶绿素荧光、电子传递速率测定 叶绿素 
荧光的初始值 F。、最大值 F 和荧光的可变部分 
F (F 一F 一F。)用便携式植物效率分析仪(PEA， 
Hansatech，U．K．)参照文献[7]操作测定．测定 
在室温下进行，暗适应时间 15 min，激发光强 
3 000 lx(60 tmol photons m ·s )，所有数据重 
复次数不少于 3次．用可变荧光(F )与最大荧光 
(F )之比表示光合效能大小．电子传递速率参照 
Korner等 的方 法[8]，利 用 Phyto—PAM (Walz， 
Germany)测定． 
1．2．4 光合色素测定 参照李合生等的方法[。 并 
加以改进，取一定的藻液离心(日立高速冷冻离心 
机 ，Hitachi centrifuge type CR21G I／R20A2)后 ， 
加入体积分数为 95 的乙醇，在 4℃下黑暗中提取 
24 h，8 000 r·rain 离心 ，用 Ultrospec 3000型分 
光光度计测定，上清液分别在 665，649，470 nm处 
测其吸光值A．根据公式 
Ca一 13．95A665 一6．88A649 ； 
Cb一 24．96A649 一 7．32A665 ； 
+ 一 (1 oooA47o 一2．05C 一114．8Cb)／245 
计算叶绿素的含量． 
1．2．5 净光合速 率测 定 用红外气体分析仪 
(CGT-7000，Shimadzu)测定封闭系统 C0 浓度的 
变化，藻液对 CO 的同化速率表示净光合速率． 
取培养物 3 mL，光照强度为 5 000 Ix(100 t~mol 
photons m ·s矗1)，温度为 25℃，封闭系统中 
CO 浓度稳定后记录时间为 10 min．用 SPSS 13．0 
软件进行统计分析，所有实验至少重复 3次． 
2 结果 
2．1 对生长的影响 
在不同的硝基苯浓度下，莱茵衣藻的生长动力 
学曲线如图 l所示，可见随着浓度的升高抑制作用 
明显加重．实验表明，1～6 d内影响效果显著， 
尤其在 50 mg·L矗1以上的浓度下；浓度为 100 mg· 
L矗1时，6 d后生长藻 细胞 几乎全部死亡 ，藻液逐 
渐转黄直至透 明(图 2)． 
0 1 2 3 4 5 6 
t|d 
图 1 硝基苯对莱茵衣藻生长的影响 
Fig 1 Effect of nitrobenzene on the growth 
of C．reinhardtii 
图 2 硝基苯处理后 第 5天生长情况 
Fig 2 The fifth day growth of C．reinhardtii 
under nitrobenzene 
2．2 对叶绿素荧光、电子传递速率的影响 
硝基苯对莱 茵 衣藻 叶绿 素荧光 参数 (F0、F 、 
F )抑制作用与对照比较，只有 75 mg·L 以上的 
硝基苯处理时 F 、Fm才呈现显著性差异(表 1)． 
各浓度与对照比较，光合作用效率(F ／Fm)如图 3 
所示．可见低浓度硝基苯无明显变化，而高浓度 
0  0  O  0  0  0  0  
O  O  O  O  O  O  O  
6  5  4  3  2  1  O  
O  O  O  O  O  O  O  
(_gI∞ 一uuI≈ J0∞ ≈一日u—ld0 
暑^I 一 船 
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2007年第 3期 
2007 No．3 
杜庆才等 ：莱茵衣藻生长和光合作用对硝基苯的响应 
The response of growth and photosynthesis in Chlamydomonas reinhardtii to nitrobenzene 73 
(5O mg·L )以上有显著影响．硝基苯在24 h能降 
低 PS I1光化学转化效率而影响光合作用． 
硝基苯对莱茵衣藻的表观光合电子传递速率 
(apparent photosynthetic electron transport rate’ 
ETR)的影响如图4所示．显示不同硝基苯浓度处 
理的莱茵衣藻在 24 h ETR随着硝基苯浓度的上升 
而总体上是下降的．各浓度组与对照比较有显著差 
异，抑制随浓度增大呈加重趋势． 
表 1 不 同浓度硝 基苯处理对 Fo、F 和 F 的影响 
Tab 1 Fo，F and F in C．reinhardtii under different 
nitrobenzene concentration 
注：表中值为 3次测定平均值；*P<O．05． 
0．80 
0．75 
0．70 
0．65 
0．60 
0．55 
0．50 
0．45 
硝基苯浓度 ，(mg·L_1) 
Nitrobenze concentrations，(mg·L ) 
图 3 不同浓度硝基苯处理对 F ／F 的影响 
Fig 3 The effects of different nitrobenzene concentration 
on F ／F in C reinhardtii． 
100 
0 90 
硝基苯浓度 ，(mg·L ) 
Nitrobenze concentrations，(mg·L ) 
图4 不同浓度硝基苯对表观光合电子传递速率的影响 
Fig 4 The effects of different nitrobenzene concentration 
on apparent photosynthetic electron transport rate 
in C reinhard ． 
2．3 对叶绿素含量的影响 
叶绿素 a含量随硝基苯浓度的升高呈下降趋 
势，与 对 照相 比分 别 是 对 照 含 量 的 93．4 9／6， 
91．8 9／5，83．8 9／5，53．5 9／6，43．2 ；叶绿素 b与对照 
相比分别是对照含量的 93．6 9／6，92．8 9／6，83．6 9／6， 
5O．1 9／6，39．3 9／6；类胡萝 卜素与对照相比分别是对 
照 组 含 量 的 91．3 9／6，9O．2 9／6，84．2 9／6，5O．8 9／6， 
43．9 9／6．总叶绿素含量与对照相比成下降趋势(表 
2)． 
表 2 不同浓度硝基苯处理的莱茵衣藻叶绿素含量 
Tab 2 The chlorophyl content in C．reinhardtii under 
different nitrobenzene concentration 
Chlorophyll content／(／zg·10— cells) 
叶绿素 a 叶绿素 b 总叶绿素 类胡萝 素 
时 照 2、072土0．018 1．497± 0．009 3．57土0．014 0．477土0．008 
1O 1．951土0．028 1．413土 0．021 3．363土0．025 0．439土 0．010 
25 lJ 966土0．012 1．436土 0．059 3．402土0．036 0．444土 0．013 
5O 1．848土0．037" lJ 332土0．013" 3．180土0．025 0．427土 0．017 
mg‘L 75 l_2544
- 0．015*0．8494-O．032- 2．1034-0．024*0．2744- O．026* 
100 1．092土 0．035*0．718土0．022-1．811土0．029 0．255土0．034 
注：表中为 3次测定平均值； P<O．05． 
2、4 对净光合速率的影响 
不同处理对净光合速率的影响与对照相比均有 
极显著性差异(P<O．01)．随着硝基苯浓度的增加 
莱茵衣藻净光合速率逐渐显著降低，硝基苯处理 
24 h测定，分别为对照的 63．1 9／6，5O．3 9／6，27．8 ， 
一 6．3 9／5，一36．1 9／6，在硝基苯浓度为 75 mg·L一1以 
上时，净光合速率呈负值(图5)． 
2 
矗 ’ 
300 
200 
l00 
0 
一 l00 
— 200 
口对照 目50mg·L 
囝 10 mg·L- 圈 75 mg·L一 
圈 25mg·L ● 100mg·L。 
_  
‘  
硝基苯浓度 ／(mg·L-1) 
Nitrobenze concentrations，(mg·L ) 
图 5 不同浓度硝基苯处理对净光合速率的影响 
Fig 5 The effects of different nitrobenzene concentrations 
on net photosynthetic rate in C．reinhardtii． 
3 讨论 
低浓度的硝基苯对莱茵衣藻的生长没有明显影 
响，而高浓度时有明显影响，这与沈洛夫等的结果 
相似Elo-12]．其原因可能与藻体的裂解死亡有关，死 
一迂＼ 一瓣较旺 
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0一 0II ll ∞0 0II4 0Z 
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西 北 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 
Journal of Northwest Normal University (Natural Science) 
第 43卷 
Vo1．43 
亡机理还有待进一步研究． 
叶绿素荧光的可变部分(F )与最大荧光(F ) 
的比值F ／F 可以反映藻类细胞光系统 Ⅱ原初的 
光化学效率，是表明光合作用的重要参数．硝基苯 
对莱茵衣藻光合作用有着明显的降低作用，主要表 
现在高浓度硝基苯明显降低了藻类的碳同化能力和 
光合作用效率(F ／F )． 
本研究显示，硝基苯对光合色素含量有着明显 
的降低作用，同时光合色素 中的电子传递速率 
(ETR)也随着硝基苯的加入而降低．这就意味着 
硝基苯影响藻类光合作用的机理有可能是通过破坏 
光合色素的合成和引起光合作用电子传递速率的降 
低．徐应明等[1 实验显示 ，硝基苯为 25 mg·L 
植物膜系统受伤程度达到最高，对细胞膜起破坏作 
用．逆境胁迫下叶绿素含量降低的主要原因是叶绿 
体片层 中捕光 Chla／b—Pro复合体 合成受 到抑 
制[1。3．或者硝基苯结合在光系统中电子传递链的 
蛋白酶上，从而影响光合作用正常进行． 
光合色素是植物进行光合作用的物质基础 ，也 
是间接反映光合作用生物生物量的指标，其含量变 
化能较好地反映生物各阶段的生长发育状况．本实 
验显示，莱茵衣藻光合色素变化与藻吸光度(表示 
藻浓度)变化相吻合，低浓度范围内对莱茵衣藻的 
光合色素合成、藻细胞生长没有明显的抑制，可能 
是在较短时间进入藻细胞体内达到平衡有关[1 ， 
也与随时间硝基苯挥发有关 3．高浓度(50 mg· 
L 以上)硝基苯胁迫下莱茵衣藻的叶绿素合成及 
含量受到更显著的影响，这与影响纤细裸藻和小麦 
幼苗的情况一致[1 ．进而推断，硝基苯对藻类的 
毒性可能主要是通过降低叶绿素合成、影响其光合 
作用达到抑制细胞增殖的． 
另外，电子传递速率是反应 PSI和 PS I之间 
相互作用的纽带，是表观光合量子传递效率．研究 
显示，高浓度的硝基苯明显降低了电子传递速率， 
原因可能是硝基苯影响了光合作用膜系统的稳定性 
或降低了光合作用膜上的蛋白质活性，使得电子传 
递速率降低，引起光合作用活性下降． 
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莱茵衣藻生长和光合作用对硝基苯的响应

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