全 文 ：　　收稿日期:2001-03-15
基金项目:国家自然科学基金(39770046)和江苏省自然科学基金(BK97107)资助项目.
作者简介:谷巍 , 1969 — ,女 ,南京师范大学生命科学学院硕士研究生 ,从事植物学的学习与研究.
汞 、镉复合污染对轮叶狐尾藻的毒害影响
谷巍 ,施国新 ,杜开和 ,徐楠
(南京师范大学生命科学学院 ,南京 , 210097)
[ 摘要] 　研究了 Hg2+、Cd2+及其复合污染对轮叶狐尾藻的毒害影响.实验结果表明:Hg2+、Cd2+复合污染使轮
叶狐尾藻叶片叶绿素含量 、呼吸速率、光合速率 、过氧化物酶活性 、可溶性蛋白含量降低得更快.超微结构的变
化也证明了这一结论 ,复合污染对细胞结构的破坏程度明显比单离子高.两种离子的相互作用表现为协同作
用.
[ 关键词] 　轮叶狐尾藻;Hg2+;Cd2+;复合污染;生理指标;超微结构
[ 中图分类号] Q945;Q949.210.5;　[ 文献标识码] A;　[ 文章编号] 1001-4616(2001)03-0075-05
重金属污染已引起人们的日益关注 ,前人有关重金属污染对植物影响的研究多集中在单
一离子 ,复合污染研究不多.在自然界中常常是多种金属离子的复合污染.复合污染目前越来
越受重视 ,相关报道多集中在植物生理生化方面[ 1 ,2] ,植物细胞超微结构变化稀有报导.沉水
植物轮叶狐尾藻(Myriophyllum verticillatum Linn)与水体直接接触 ,对污染非常敏感 ,而 Hg2+ 、
Cd
2+是水污染的重要影响因子.为此 ,我们选择轮叶狐尾藻作为研究对象 ,研究 Hg2+ 、Cd2+复
合污染对其生理指标及超微结构变化的影响 ,以进一步探讨重金属污染机制.
1　材料和方法
轮叶狐尾藻于 2000年6月采自南京江心州 ,采集后 ,将其水培 ,1周后 ,于上午8∶00分别移至
已加入污染物的玻璃缸中 ,处理方式和浓度按表 1进行(经单离子试验 ,Hg2+ 、Cd2+对轮叶狐尾藻
的致死浓度分别为1 ～ 2mg/L 、3 ～ 5mg/L),另取两缸作对照(去离子水).从第二天开始每天上午
8:00定时采样.选取植株倒数第三至第五轮叶片进行以下测定.(叶片重量均为鲜重.)
表 1　Hg2+、Cd2+及其复合污染对轮叶狐尾藻的处理方式及浓度
污染物 处理浓度(mg/ L)
Hg2+ 0.5 1.0 3.0 5.0 7.0 10.0
Cd2+ 0.5 1.0 3.0 5.0 7.0 10.0
Hg2++Cd2+ 0.5+0.5 1.0+1.0 3.0+3.0 5.0+5.0 7.0+7.0 10.0+10.0
1.1　生理指标(实验重复 5次)
(1)叶绿素含量测定:参照刘学明等[ 3]的方法 ,用754型分光光度计测定.
(2)光合速率 、呼吸速率的测定:参照秦京东等[ 4]的方法 ,用氧电极法测定.
(3)POD活性的测定:参照陈雄等[ 5]的方法 ,用 754型分光光度计测定.
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南京师大学报(自然科学版)
JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY(Natural Science)
Vol.24 No.3
2001
(4)可溶性蛋白含量的测定:参照陈武等[ 6]的方法 ,采用考玛斯蓝染料结合法.以 BSA为
标准蛋白 ,用 754型分光光度计测定.
1.2　超微结构
用2.5%戊二醛和 2%锇酸双重固定 ,丙酮系列脱水 , Epon 812包埋 , LKB 超薄切片机切
片 ,切片经醋酸双氧铀-柠檬酸铅双重染色后 ,于 Hitachi 600-A-2型透射电镜下观察并拍照.
2　实验结果与讨论
2.1　叶绿素含量
复合污染使轮叶狐尾藻叶片叶绿素含量下降程度加大(图 1),对叶绿素含量的影响比
Hg2+ 、Cd2+单离子严重 ,经检验复合污染与两种单离子的差异均显著.处理至第 5天 ,与对照
比 ,以 3mg/L计 ,Cd2+处理的下降 27%,Hg2+处理的下降 50%,Hg2++Cd2+处理的下降 57%.
叶绿素含量下降与重金属抑制原叶绿素酸酯还原酶和影响氨基—酮戊酸的合成有关[ 7] ,
Hg2+ 、Cd2+二者协同 ,加速破坏了叶绿素合成系统.
2.2　光合速率
Hg
2+、Cd2+复合污染对轮叶狐尾藻叶片光合速率抑制作用比单离子强.处理第 2天 ,以 3
mg/L计 ,Cd2+处理的下降 18%,Hg2+处理的下降 79%,Hg2++Cd2+处理的下降 89%.Cd2+可
引起光系统 II捕光叶绿素蛋白质复合物部分解聚和总量减少[ 8] ,这可能是由于Hg2+与Cd2+的协
同作用加速了复合物解聚和总量减少的过程.这一结果在结构方面也得到证实(图版Ⅰ:5 ～ 6).叶
绿体膜结构破坏程度加大 ,必然导致复合污染对轮叶狐尾藻叶片光合速率的抑制作用增强.
图 1　Hg2+、Cd2+复合污染对轮叶狐尾藻叶片
叶绿素含量的影响(第 4天)
图 2　Hg2+、Cd2+复合污染对轮叶狐尾藻
叶片呼吸速率的影响(第 4天)
2.3　呼吸速率
在一定浓度范围内重金属可增强植物的呼吸作用 ,这是植物对逆境的一种适应机制.污染
较重时 ,重金属则抑制植物的呼吸作用[ 9] .在我们的研究中发现 ,Hg2+、Cd2+两种离子共存时 ,
这种抑制作用的程度加大(图 2).可能是Hg2+ 、Cd2+两种离子均可引起相关呼吸酶的失活 ,其
共同作用使这一过程加速.也与线粒体膜结构破坏加重有关(图版Ⅰ :3 、7 ～ 9).
2.4　过氧化物酶(POD)活性
Hg2+、Cd2+复合污染使轮叶狐尾藻叶片POD活性降低得更快.处理第 4天(图 3),Hg2++
Cd2+处理的均低于对照值.POD是植物适应多种逆境胁迫的重要保护酶之一 ,在一定的污染
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浓度范围内 ,酶的活性得以维持或提高 ,超过这个范围 ,活性下降[ 10] .Hg2+ 、Cd2+复合污染在低
浓度时达到了单一离子较高浓度的效应 ,表明两者发生了协同作用.
2.5　可溶性蛋白含量
可溶性蛋白与细胞内多种代谢过程有关.张玉秀等[ 11]认为重金属胁迫能诱导相关胁迫蛋
白基因的表达 ,从而降低重金属的毒性 ,是植物对环境胁迫的一种防卫机制.这种防卫机制的
保护作用是有一定限度的 ,这与可溶性蛋白含量有关.Hg2+ 、Cd2+复合污染加重了污染的程
度 ,使蛋白含量下降更快(图 4).说明Hg2+与Cd2+协同作用 ,加速了植物对环境胁迫的防卫机
制的解体.
图 3　Hg2+、Cd2+复合污染对轮叶狐尾藻
叶片 POD活性的影响(第 4天) 图 4　Hg
2+、Cd2+复合污染对轮叶狐尾藻
叶片可溶性蛋白含量的影响(第 4天)
2.6　超微结构变化
电镜结果显示:对照叶细胞 ,结构完整 ,细胞核核仁 、双层核膜清晰 ,核质均匀 ,叶绿体呈长
椭圆形 ,类囊体垛叠整齐 ,线粒体数量较多 ,内质网大多为粗糙型 ,核糖体丰富 ,质膜紧贴细胞
壁(图版Ⅰ :1 、4).受 3mg/L Hg2++Cd2+处理 2 d的 ,细胞质凝聚 ,核中染色质凝集(图版 Ⅰ:2);
叶绿体中的类囊体膨胀(图版 Ⅰ:5);线粒体中的脊突也出现膨胀(图版 Ⅰ:3 、7);受 3mg/L以
下Hg2+及 5mg/L以下Cd2+处理 3d的叶细胞 ,与对照比 ,没有明显的差异.随着污染的加重 ,
受3mg/L以上Hg2++Cd2+处理 4 d的 ,叶绿体双层外被膜破裂(图版Ⅰ :6),线粒体空泡 、解体
(图版 Ⅰ:8 、9),细胞核核仁消失 ,核膜破裂 ,核糖体消失.受 3mg/L 以下 Hg2+及 7mg/L 以下
Cd2+处理 4d的 ,没有观察到细胞器解体现象.
3　结论
综合实验结果 ,生理方面 ,与Hg2+、Cd2+单离子污染相比 ,Hg2+ 、Cd2+复合污染使轮叶狐尾
藻所受的毒害影响加重 ,叶绿素含量 、呼吸速率 、光合速率 、POD活性 、可溶性蛋白含量降低得
更快.超微结构的变化也证明了这一结论 ,相同处理浓度的 Hg2+、Cd2+复合污染对细胞结构的
破坏程度明显比单离子高.两种离子的相互作用表现为协同作用.
元素之间的相互作用是十分复杂的 ,不仅与浓度 、植物吸收与运输以及测试指标的敏感性
有关 ,而且与体内核酸 、蛋白质 、脂类 ,特别是酶等生物大分子的结合位点的竞争有关[ 1] .余国
营等[ 2]认为重金属复合污染受到共存元素的影响.Hg2+、Cd2+二者协同作用 ,加重了污染的程
度 ,有关重金属之间相互作用机制有待进一步探讨.
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谷巍 , 等:汞 、镉复合污染对轮叶狐尾藻的毒害影响
图版Ⅰ
4　图版 Ⅰ说明
N:细胞核;Nu:核仁;Nm:核膜;Chl:叶绿体;T:类囊体;Er:内质网;Cw:细胞壁;Mi:线粒体.
图版 Ⅰ(1 ～ 9)　1:　对照叶细胞中的细胞核 , ×12000;　2:　3mg/L Hg2++Cd2+处理 2d的叶
细胞 ,细胞核中染色质凝集 , ×8000;　3:　3mg/L Hg2++Cd2+处理 2 d的 ,线粒体中的脊突出
现膨胀 , ×30 000;　4:　对照叶细胞中的叶绿体 , ×15 000;　5:　3mg/L Hg2++Cd2+处理 2 d
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的 ,示叶绿体中的类囊体膨胀(↑), ×17 000;　6:　3mg/L Hg2++Cd2+处理 4 d的 ,示叶绿体
外膜破裂 、解体 , ×17 000;　7:　3mg/L Hg2++Cd2+处理 2 d的 ,线粒体中的脊突出现膨胀 , ×
35 000;　8:　3mg/L Hg2++Cd2+处理 4d的 ,线粒体出现空泡 , ×20000;　9:　7mg/L Hg2++
Cd2+处理 4d的 ,线粒体解体 , ×25000.
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The Toxic Effect of Hg2+ and Cd2+ Combined Pollution
on Myriophyllum Verticillatum Linn
Gu Wei ,Shi Guoxin , Du Kaihe , Xu Nan
(School of Life Science , Nanjing Normal University , Nanjing , 210097 ,PRC)
Abstract:In this paper , we studied the effect of Hg2+ , Cd2+ and their combined pollution on Myriophyllum verticillatum
Linn.The experimental results showed that the chlorophyll content , photosynthesis rate , respiration rate , the activity of POD
and protein content of leaves were more quickly decreased in the combined pollution than in the pollution of a single species
of ions.The changs of ultrastructure demonstrated this , the cell structures were more heavily destroyed in combined pollution.
The type of their interaction is synergy.
Key words:Myriophyllum verticillatum Linn;Hg2+;Cd2+;combined pollution;physiological index;ultrastructure
[ 责任编辑:孙德泉]
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