全 文 ：作者简介:王兵(1986 －)，女，在读研究生。 收稿日期:2010 － 01 － 05
铅镉铜锌复合污染对鹅毛竹生理生化特性的影响
王 兵1 曹帮华1 蔡春菊2 张秀秀1 张玉娟1 张晓文1
(1 山东农业大学，山东泰安 271018;2 国际竹藤中心，北京 100025)
摘 要:采用盆栽试验的方法研究重金属 Cd、Pb、Cu、Zn 复合污染对鹅毛竹生理生化特性的影响，结果表明:在一定
的重金属浓度范围内，随着各种重金属浓度的增加，鹅毛竹的叶绿素合成受到抑制，细胞膜的透性增加，MDA 含量增
加;2 种保护酶对不同处理水平的重金属响应不同，其中 APX表现出强的自我调节能力，随着重金属浓度的升高，APX
的活性不断升高，但是 GR活性呈现下降趋势且总体低于对照。
关键词:重金属 ;生理指标;鹅毛竹
中图分类号 S713 文献标识码 A 文章编号 1007 － 7731(2010)03 － 34 － 03
Effect of Combined Cd，Pb，Cu and Zn Pollution on Physiological and Biochemical Characteristics
of Shibataea chinensis
Wang Bing1 et al.
(1 Shandong Agricultaral university，Taian 271018，China)
Abstract:The effect of combined Pb ，Cd ，Cu ，Zn stress on the physiological and biochemical characteristic of Shibataea
chinensis was studied by pot experiment. The result showed that in heavy metals concentration range，When the treatment
concentration of different heavy metals increased ，the synthesis of cholorophyll in Shibataea chinensis was inhibited greatly ，
permeance of cell membrane was increased，and the content of MDA was also increased. The response of two defensive en-
zymes in Shibataea chinensis was different to the treatment of heavy metals concentrations. The enzymes of APX had stronger
ability of self － adjustable activity. With the increasing concenteation of heavy metals. The activity of APX was increased
gradually，but the GR were decreased and lower than CK on generally.
Key words:Heavy metal;Physical signs;Shibataes chinensis
进入 21 世纪以来，随着我国经济的迅猛发展以及城
市化进程的加快，城市园林植物的生境不可避免地遭到了
破坏，尤其受重金属污染比较严重［1］。过量的重金属对植
物的生长发育危害极大，可以通过植物的各种生理指标得
到反映.进入植物体的重金属通常会改变细胞膜透性，也
可使叶绿体结构发生明显的变化，以致叶绿素含量下降，
破环光合系统的完整性，打破细胞内自由基的产生和清除
之间的平衡，另外，还会影响植物的呼吸作用［3］，从而引起
植物一系列生理代谢紊乱［3］。目前，铅镉毒害对植物的影
响已经有初步的研究，但是土壤环境极其复杂，模拟土壤
环境，研究多种重金属条件下的植物生理生化反应，对于
揭示植物的耐重金属性具有重要的意义。本文以鹅毛竹
为试验材料，采用室内盆栽试验的方法，研究不同浓度
Cd、Pb、Cu、Zn复合污染对鹅毛竹叶片的膜透性、叶绿素含
量、氧化酶活性、及脂质过氧化的影响。
1 材料与方法
1. 1 供试土样 供试土壤地选择山东农业大学林学试验
站，土样为棕壤，采样深度 0 ～ 20cm。土样自然风干后，剔
除植物残体和石块，磨碎过 2 mm 塑料筛备用。供试土样
的基本理化性质:土壤的基本理化性质为:pH值 5. 79，有
机质 11. 6 g·kg －1，全氮 0. 65 g·kg －1，全磷 0. 188 g·
kg －1，全钾 0. 1163 g·kg －1，碱解氮 69. 72mg·kg －1，速效
磷 20. 45 mg·kg －1，速效钾 33. 10。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 重金属浓度的确定 根据国家铅镉铜锌的二三级
污染标准，将铅镉与铜锌重金属按不同的浓度混合，其中
Cd以 CdCl2·2. 5H2O盐溶液的形式加入，Pb以 Pb(NO3)
2盐溶液的形式加入，Cu 以 CuCl2·2H2O 盐溶液的形式
加入，Zn以 ZnSO4·7H2O 盐溶液的形式加入。以不加重
金属溶液为对照设为 L0，其他水平因素如表 1所示。
表 1 不同处理下的浓度水平(mg /kg)
重金属 L1 L2 L3 L4
Cd
Pb
Cu
Zn
0. 3
50
50
50
1
100
100
125
10
300
200
250
20
500
400
500
1. 2. 2 试验设计 将各种重金属以其溶液的形式分别配
成 100 倍液，然后根据需要的处理浓度均匀加入，对照组
用清水加入。自处理后，植物生长期间每天以称量法浇
水，使土壤的田间持水量保持在 80%左右。待生长 45d
43 安徽农学通报，Anhui Agri. Sci. Bull. 2010，16(3)
DOI:10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2010.03.003
后，收获其叶片，进行各指标的分析。
1. 2. 3 测定项目与方法 膜透性采用电导率仪法，叶绿
素含量及抗氧化酶活性采用 TU － 1810 分光光度计，APX
活性测定，参照 Mishra［20］和沈文飚［4］的方法，GR 活性测
定参照蒋明义［5］的方法。
2 结果与分析
2. 1 复合重金属对鹅毛竹膜透性的影响 由于外界环境
的不良刺激，重金属离子可透过细胞壁作用于细胞膜，
导致植物细胞膜透性的严重破坏，使细胞膜透性增加。
随着重金属浓度的增大，胁迫时间的延长，细胞膜的组
成以及选择透性会受到严重伤害，使得细胞内溶物大量
外渗［6］。同时外界有毒物质涌入细胞，结果导致植物体
内一系列生理生化反应发生紊乱，正常的新陈代谢活动
被破坏，生长、生殖活动受到抑制，甚至死亡。
图 1 重金属胁迫下鹅毛竹相对电导率的变化
图 2 重金属胁迫对鹅毛竹叶绿素 a的影响
图 3 重金属胁迫对鹅毛竹叶绿素 b的影响
由图 1可知，鹅毛竹在不同复合重金属胁迫下，其
生物膜均受到了不同程度的伤害，随着重金属浓度的不
断增大，鹅毛竹的叶片的受伤害程度不断增强，在 L3 水
平时受伤害程度达到顶峰，在 L4 水平时，受伤害程度反
而有所下降。其中，在 3 次测定中，同一水平下的受伤
害程度，随着时间的延长不断加强，但是 45d时的 L4 水
平表现受伤害度却是 3次中最小的，在 L3 时的膜最大伤
害度分别为 14. 13%、17. 07%、18. 7%，L4 水平时的复
合重金属浓度均最大，但是其膜的伤害度相对较小，这
可能与几种重金属之间的交互作用有关。
2. 2 复合重金属对鹅毛竹叶绿素含量的影响 重金属对
植物光合作用的影响是通过影响光合过程中的电子传递、
破坏叶绿体和叶绿素等光合系统的完整性而实现的［7］。
过量的重金属离子进入植物体内，破坏生物膜的结构，
导致叶绿体、线粒体及细胞核等重要器官损伤，影响光
合作用，且抑制效应与处理时间的延长和浓度的加大成
正相关［8］。有报道表明，高浓度的重金属离子可以破坏
叶绿素合成过程中叶绿素酸酯还原酶 (protochlorophyllide
reductase)的活性和影响氨基 － r － 酮戊酸 (aminolaevu-
linic acid)的合成，而这两样都是叶绿素合成所必需的，
从而导致植物的叶绿素含量减少，影响光合作用［17，18］。
图 4 重金属胁迫对鹅毛竹总叶绿素含量的影响
由图 4可以看出，4 种重金属的复合胁迫对鹅毛竹
叶绿素总的含量均表现出不同程度的抑制作用，随着处
理浓度的增高叶绿素总含量呈现总体下降的趋势 . 最低
值出现在处理水平 L3 时，在 L4 时总含量又有升高的趋
势 . 分别比对照下降了，随着时间的延长，重金属对植
物的胁迫越强，叶绿素含量越低 . 各水平分别为对照的
60%、55. 18 %、50%、55. 09%，但是叶绿素 a，b却表
现出不同于总含量的变化趋势。由图 2 和图 3 可以看出，
叶绿素 a . b的含量分别在 L2，L4两个水平时有所升高 .
但是在时间的表现上有所差异，对于叶绿素 a 来说，其
含量总体上表现为 15d > 30d > 45d，其中 45d时分别为对
照的 51. 98%、43. 48%、43. 6%、35. 2% 对于叶绿素 b
来说，表现为 30d > 45d > 10d，其中 10d时分别为对照的
75. 63%、68. 05%、57. 76%、75. 45%，由以上数据可以
看出，重金属胁迫对叶绿素 b的抑制作用小于叶绿素 a.
2. 3 复合重金属对鹅毛竹 APX及 GR的影响 抗坏血酸
过氧化物酶 (APX)通过 Halliwell － Asada 途径移去叶绿
体中 H2O2，是植物叶绿体中专一清除 H2O2 的关键
5316 卷 03 期 王兵等 铅镉铜锌复合污染对鹅毛竹生理生化特性的影响
酶［13 － 14］。谷胱甘肽还原酶 (GR)是一种黄素蛋白氧化
还原酶，对植物来说，GR在氧化胁迫反应中对清除活性
氧也起到了很重要的作用［19］。不少研究表明，重金属胁
迫下，GR、抗坏血酸氧化酶等抗氧化酶活性均受到抑制
. 这可能是由于进入细胞内的重金属离子，如 Cd与硫醇
结合，导致含有硫醇的 GR，活性降低，APX也是对硫醇
敏感的酶，活性也被抑制［22］，但随着胁迫时间的延长，
这些抗氧化酶活性又逐渐恢复甚至升高。
图 5 重金属胁迫对鹅毛竹 APX的影响
图 6 重金属胁迫对鹅毛竹 GR活性的影响
如图 5所示，在重金属胁迫下，APX 的大体变化趋
势为，先降低后升高再降低 . 其中在处理水平 L3 时显著
高于对照，而且 15d > 30d > 45d，分别为对照的
233. 5%、200. 1%、193. 3%，虽然在 L4 时，APX 活性
有所下降，但是其活性仍别对照高 . 在 L1时其活性出现
的降低可能是由于重金属离子的突然渗入，打破了抗氧
化酶系统的平衡，使酶活性表现一定的不稳定性，但是
随着时间的延长，L1 水平时的 APX 活性逐渐趋于稳定，
呈现上升的趋势。在处理水平 L2 和 L3 时，APX 活性明
显上升，而且 15d 时的酶活性上升最快。如图 6 所示的
GR活性的变化，可以看出，在水平 L1 和 L2 时的酶活性
均高于对照，而在 L3 和 L4 时低于对照，在重金属胁迫
下，GR酶活性的总体变化趋势是下降的，且在 L1 时的
酶活性水平保持最高，分别为对照的 140%、120%、
108%，其中以 45d 时为最高，15d 时最低。GR 酶活性
的整体水平较低说明在重金属胁迫的过程中，这种酶受
到的影响较大，对于鹅毛竹的耐重金属抗性虽然发挥一
定的作用，但是在清除活性氧自由基方面的作用远小于
APX酶。
2. 4 复合重金属对鹅毛竹膜脂质过氧化的影响 膜系统
是 ROS伤害的主要部位，膜脂很容易被细胞内积累的
H2O2氧化。膜脂过氧化会导致膜结构和功能的破坏
［15］。
膜脂过氧化的最终产物丙二醛 (malondialdehyde，MDA)
，因此通常以细胞内 MDA含量的高低来表示膜脂过氧化
水平。图 7 所示，与对照相比，在复合重金属胁迫下，
MDA的含量均超过了对照，在 L2 时达到最大值。分别
为对照的 114. 7%、120. 1%、112. 1%，其中以 45d时最
高，30d时最低。在 L3 时，MDA含量水平急剧下降。这
与前面 APX酶的变化是相对应的，并呈现一定的负相关
性。随着时间的不断延长，MDA 的含量不断积累，对膜
造成的伤害也越大，因此，抗氧化酶系统在维持正常的
生理活动中起到重要的作用。
图 7 重金属胁迫对鹅毛竹 MDA含量的影响
3 结论与讨论
通过研究 4种重金属对鹅毛竹的部分生理指标的影
响，结果表明:低浓度的复合重金属胁迫会增强细胞膜
的透性，表明，膜受到的伤害程度增大 . 抗氧化酶的活
性在一定的浓度范围里能有效的清除过多的活性氧，以
防止植物体内膜系统受到活性氧的伤害。［11，16，21］本研究表
明，不同的保护酶对不同的浓度重金属胁迫的响应是不
同 的 . APX酶在抵御重金属造成的膜伤害时，表现出较
强的自我调节能力，但是 GR 酶表现出下降的趋势［12］。
这可能是由于酶本身与重金属离子之间的关系所造成的。
在 L4即高浓度的重金属胁迫时，从各种表现指标来分
析，对鹅毛竹的胁迫作用反而降低，说明高浓度的重金
属离子之间存在着一定的抑制作用。从而减小了对膜的
伤害程度。综合研究指标的变化情况来看，复合重金属
对鹅毛竹的逆境生理的影响是比较复杂的，虽然在一定
的范围内呈现一定的趋势变化，但在多个水平上表现出
一定的差异性，这可能与二者之间的交互作用有关，但
是其中的微观机理有待进一步研究。
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63 安徽农学通报，Anhui Agri. Sci. Bull. 2010，16(3)
亚硝酸盐作为重要的食品添加剂，在肉制品加工中
发挥着多方面的作用。由于其安全性问题，如何降低亚
硝酸盐在食品中的残留量一直备受人们的关注，随着经济
的发展和人们对健康意识的增强，对低硝肉制品或无硝肉
制品的关注会越来越多，降低亚硝酸盐的使用量迫在眉
睫，预期这种态势在未来会持续下去的。因此，寻找亚硝
酸盐的替代品，尤其是既能够降低亚硝酸盐在肉制品中的
残留量，又能够强化肉制品营养的添加剂将成为肉品工业
研究的重要领域，也是功能性肉制品开发的又一途径，是
未来肉制品加工的发展趋势。比如说在确保降低亚硝酸
盐含量的前提下，在肉制品中，提高人类易缺而肉制品中
含量相对较少的微量元素(如铁、锌、钙等)的浓度，尤其
是这些微量元素的复配研究，它是功能性肉制品开发的一
条道路，也将会是未来肉制品加工的发展趋势。
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(责编:张琪琪)
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