全 文 ：北方园艺 2008(11):109 ～ 112 ·园林花卉 ·
第一作者简介:佟海英(1969-),女 ,硕士, 主要从事植物引种栽培
工作。
通讯作者:黄苏珍。 E-mail:yuanhaiy an416@163.com。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30270940);江苏省农业高
新技术资助项目(BG2003308)。
收稿日期:2008-06-11
两种鸢尾幼苗对 Cd 胁迫的生理耐性探讨
佟 海英 , 原海 燕 , 黄 苏珍
(江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园),南京 210014)
　　摘　要:以马蔺(Iris lactea var.chinensis)和鸢尾(I.tectorum)2种耐性不同的鸢尾属植物为
材料 ,采用溶液培养试验 ,研究了10、120 mg/ L Cd胁迫下 2种鸢尾幼苗膜透性 、可溶性糖和蛋白
以及根系生长等的生理耐性差异。结果表明:10 mg/L 低Cd胁迫和120 mg/ L高Cd胁迫均导致
2种鸢尾幼苗叶片膜透性(CMP)增加;马蔺根系活力 、可溶性糖和蛋白含量在低浓度Cd胁迫下增
加 ,高浓度Cd胁迫下根系活力和可溶性糖含量出现下降趋势 ,而可溶性蛋白含量持续增加;鸢尾
根系活力在低浓度和高浓度 Cd胁迫下均呈下降趋势 ,可溶性糖和蛋白含量随Cd浓度增加表现
为先增后降的趋势。
关键词:马蔺;鸢尾;Cd胁迫;生理耐性
中图分类号:S 682.3　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2008)11-0109-04
　　近年来 ,我国农田水域等重金属污染日趋严重 ,镉
(Cd)因其在土壤中的高度移动性和对作物的高度毒害
性 ,被视为重金属中最具有毒害性的一种污染元素。据
报道 ,极微量水平的Cd就会对植物造成毒害[ 1] ,如降低
植物光合作用 ,干扰植物矿质营养和碳水化合物代谢 ,
对植物细胞膜系统 、脂类 、蛋白质 、核酸等造成氧化胁迫
破坏 ,最终影响植物正常的生理代谢[ 2] 。因此 ,环境 Cd
污染问题颇为严峻 ,有关 Cd污染对植物造成毒害的问
题越来越受到人们的重视 ,这一领域的研究也日趋活
跃。Cd对不同植物生理生化方面的研究已有许多报道 ,
但植物对 Cd的耐受机理存在着种内和种间差异 ,一些
植物对 Cd非常敏感 ,而一些植物对 Cd 有很强的耐
性[ 3-6] 。鸢尾属(Iris L.)植物为多年生宿根花卉 ,普遍具
有适应性广 、抗性强等特性[ 7] ,在盐碱地改良、园林绿化 、
水土保持等方面已得到广泛应用[ 8] 。最近研究发现 ,鸢
尾属中的一些植物还对重金属 Cd表现出一定的富集和
耐受能力 ,耐性较强的马蔺(Iris lactea var.chinensis)在
10 mg/L Cd水培条件下地上部Cd含量达170.97μg/g ,
而耐性相对较弱的鸢尾(I.tectorum)在同样条件下地上
部Cd含量为 120.65μg/g ,对 Cd表现出不同的积累和
耐受程度[ 9-10] 。研究以耐性不同的马蔺和鸢尾为材料 ,
研究 Cd胁迫下植物体内可溶性糖 、蛋白含量及根系活
力等生理抗性差异 ,为不同耐性鸢尾属植物的耐 Cd生
理机理研究提供依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料
试验材料为马蔺(Iris lactea var.chinensis)、鸢尾
(I.tectorum)。植物材料栽培于江苏省中国科学院植物
研究所鸢尾种质圃 ,种子为无性繁殖群体自然结实的当
年种子。
1.2　试验设计
种子用 0.5%NaClO消毒20 min ,自来水冲洗干净
后浸种催芽 ,待种子萌发后选择整齐一致的种子播于干
净的石英砂中培养 , 4 周后选生长一致的幼苗置于
500 mL 的培养瓶中以1/2 hoagland营养液培养 ,预培养
1周后Cd以CdCl2 ·2.5 H2O形式加入 ,处理浓度为 0
(CK)、10 、120 mg/L ,每处理 3个重复 ,每 4 d换 1次营
养液。培养室平均温度约为 15℃,自然光照。Cd处理2
周后收获。
1.3　分析方法
膜透性的测定选用 DDS-IIA型电导仪 ,并用其比值
表示质膜相对透性[ 11] ;根系活力的测定采用 TTC
法[ 12] ;可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的测定采用蒽酮
比色法和考马斯亮蓝法[ 13] 。数据处理用 SAS 和 Excel
软件。
2　结果与分析
2.1　Cd胁迫对2种鸢尾幼苗叶片膜透性的影响
细胞膜是选择透过性膜 ,其主要功能为调节和控制
细胞内外物质的运输和交换。据报道 ,Cd胁迫对细胞的
影响往往首先作用于主要由类脂和蛋白质所构成的细
胞膜 ,破坏膜结构和功能 ,导致细胞内电解质外渗。因
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此认为叶片膜透性(CMP)一定程度上可以反映 Cd对植
物的伤害程度[ 14] 。
由图 1可知 ,10 mg/ L相对低 Cd胁迫和120 mg/ L
高Cd胁迫均使马蔺和鸢尾 CMP 显著增加(P<0.05)。
低Cd胁迫下 ,马蔺和鸢尾 CMP 与对照相比分别增加
111.5%、160.8%;高 Cd胁迫下 ,马蔺和鸢尾CMP 急剧
上升 ,比对照增加 258.3%、362.2%,说明 Cd胁迫程度
越高 ,马蔺和鸢尾受到的伤害越严重 ,其中鸢尾受到的
伤害相对更重 ,与孔祥生等[ 15] 对玉米和陈平等[ 16] 对弯
叶画眉草的研究结果相似。可能是由于Cd与细胞膜上
的蛋白质巯基结合或与磷酸酰乙醇胺和单分子层的磷
酸丝氨酸反应 ,造成膜结构的改变 ,导致细胞内可溶性
物质外渗 ,从而使电导率增大[ 17] 。
图 1　不同Cd处理对 2种鸢尾膜透性的影响
2.2　Cd胁迫对2种鸢尾幼苗根系活力的影响
图2　不同 Cd 处理对 2种鸢尾根系活力的影响
　　根系是植物吸收养分的主要器官 ,根的活力水平与
根系生命活动的强弱有直接的关系 ,是反映植物根系吸
收能力和合成代谢强弱的重要生理指标。Cd胁迫下植
物根系与重金属直接接触 ,因此很容易首先受到伤害。
由图 2可知 ,Cd胁迫下 2种鸢尾根系活力受到的影响存
在着差异。10 mg/ L低 Cd胁迫下 ,马蔺根系活力与对
照相比增加 2.3%,差异不显著(P>0.05),说明低浓度
Cd对马蔺根系有一定刺激生长的作用;而鸢尾在低Cd
胁迫下根系活力就明显下降 ,仅为对照的 73.7%,这可
能与不同植物根系的抗逆性不同有关。120 mg/L高 Cd
胁迫下马蔺和鸢尾根系活力均显著下降 ,分别比对照降
低 39.9%、49.9%,说明高浓度的Cd对马蔺和鸢尾根系
均造成了不同程度的伤害 ,王林等在镉 、铅胁迫对辣椒
的根系影响中也得到类似的结果[ 18] 。
2.3　Cd胁迫对2种鸢尾幼苗叶片可溶性糖含量的影响
可溶性糖是植物体内存在的一种主要的渗透调节
物质 ,当植物受到外界环境胁迫后 ,可溶性糖含量增加
可以提高细胞液浓度 ,降低渗透势 ,是对外界胁迫的适
应调节[ 19] 。由图3可知 ,马蔺和鸢尾叶片内可溶性糖含
量均随Cd处理浓度的增大呈先升后降的趋势。低浓度
Cd处理下可溶性糖含量增加可能是 Cd加速了植物体
内高分子碳水化合物如淀粉的分解而使其合成受抑 ,使
光合产物形成过程中直接转向形成低分子量物质如蔗
糖等而导致可溶性糖增加;而高浓度 Cd使可溶性糖下
降 ,可能是高浓度 Cd抑制了植物的合成代谢和生长 ,光
合作用等能力减弱 ,从而导致可溶性糖含量降低[ 20] 。
图 3　不同Cd处理对 2种鸢尾可溶性糖含量的影响
2.4　Cd胁迫对2种鸢尾幼苗叶片可溶性蛋白含量影响
重金属污染对植物造成的伤害之一是干扰体内氮
代谢 ,如降低氮素的吸收和硝酸还原酶活性 ,改变氨基
酸组成 ,阻碍蛋白质合成及加速蛋白质分解等[ 21] 。由图
4可知 ,溶液中加入10 mg/ L Cd后马蔺叶片内可溶性蛋
白含量与对照无明显差异;而此浓度下 ,鸢尾幼苗体内
可溶性蛋白含量明显提高 63.1%,增幅大于马蔺。120
mg/L 高Cd胁迫下 ,马蔺幼苗叶内可溶性蛋白含量显著
增加 ,比对照增加 139.2%;而鸢尾体内可溶性蛋白含量
在继低 Cd胁迫下急剧上升后又出现急剧下降 ,仅比对
照增加 3.7%。可见 ,不同浓度Cd胁迫对 2种鸢尾蛋白
质代谢的影响不同。虽然 Cd在植物体内能迅速启动一
种新的蛋白质合成基因 ,合成一类称为金属硫蛋白的蛋
白质[ 22] ,但鸢尾叶片内可溶性蛋白含量在高 Cd胁迫下
的下降说明低浓度的Cd能促进蛋白质合成的速度 ,而
高浓度的Cd对蛋白质的合成起破坏作用。一般来讲 ,
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植物在逆境条件下 ,体内蛋白质含量降低是由于蛋白质
分解加快而合成受到抑制的结果[ 23] 。从试验结果来看 ,
马蔺和鸢尾体内蛋白含量变化均表现为合成速度大于
分解速度 ,而马蔺体内蛋白合成能力相对较强。
图 4　不同Cd处理对 2种鸢尾可溶性蛋白含量的影响
3　讨论
已有的研究表明 ,重金属 Cd是一种主要的环境污
染物 ,对植物生长发育具有明显的毒害作用。Cd胁迫
下 ,会造成植物体内一系列生理生化代谢紊乱 ,导致植
物抗逆性降低 ,严重时造成植株死亡。根系是环境污染
物进入植物体内的主要门户 ,因此 ,对土壤环境更为敏
感 ,更易对土壤环境作出反应 ,一定程度上根系活力的
强弱可以反映植物对环境胁迫的耐受程度。该研究中 ,
低Cd胁迫下耐 Cd能力较强的马蔺根系活力与对照相
比有轻微增加 ,而对 Cd相对较敏感的鸢尾根系活力下
降 ,表明二者在低浓度 Cd胁迫下对 Cd耐受性存在一定
差异。而高 Cd胁迫下马蔺和鸢尾根系活力均出现下
降 ,说明高浓度Cd均使马蔺和鸢尾抵御Cd毒害的能力
降低。Cd胁迫对根系生长的不良影响同样也会影响植
物地上部的生长代谢。研究表明 ,Cd胁迫程度越高 ,马
蔺和鸢尾叶片叶绿素含量下降程度越大 ,同时高浓度 Cd
促进膜脂过氧化产物MDA积累 ,加剧细胞膜脂过氧化 ,
耐性相对较弱的鸢尾受影响较大 ,膜脂过氧化程度越严
重[ 10] 。研究发现无论低Cd胁迫还是高 Cd胁迫均导致
马蔺和鸢尾幼苗叶片相对电导率增大 ,鸢尾受害相对较
重。而 Cd胁迫下 2种鸢尾体内可溶性蛋白含量的上升
可能是对逆境伤害的适应性反应 ,一定程度上缓解 Cd
对植物的毒害。而Cd胁迫下不同植物体内可溶性糖含
量变化没有一定的规律[ 24-26] ,李荣春[ 27] 以水培法研究了
不同浓度 Cd处理对烤烟叶片的生理影响 ,发现 Cd2+浓
度在100 mg/L以下时 ,能破坏细胞膜结构 ,降低可溶性
糖含量;张杰等[ 28] 在研究 Cd胁迫对水稻的可溶性糖含
量的影响中发现 ,水稻幼苗叶内可溶性糖含量随 Cd浓
度的增加而增加。而该研究中不同浓度 Cd胁迫下马蔺
和鸢尾体内可溶性糖含量随 Cd处理浓度的增加呈现先
升后降的变化趋势 ,表明不同植物对 Cd胁迫的耐受机
制不同。
结合已有研究结果综合分析认为 ,一定浓度 Cd胁
迫下马蔺较鸢尾表现出较强的生理耐性。马蔺耐Cd性
较强 ,主要是由于Cd胁迫与其它氧化胁迫相似产生大
量活性氧导致细胞膜脂过氧化 、膜透性增加 ,而马蔺体
内具有相对较强的抗氧化机制 ,可通过超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的增加来降低氧化胁迫
对植物造成的毒害[ 10] 。同时 ,可溶性蛋白含量的提高可
增加细胞渗透浓度和功能蛋白的数量 ,某些特殊功能蛋
白能与 Cd结合成一种特异的含 Cd蛋白质或多肽 ,有助
于维持细胞代谢的正常进行 ,从而减轻 Cd毒害[ 29] 。试
验中 ,Cd胁迫下马蔺可溶性蛋白含量高于鸢尾 ,这也可
能是马蔺耐Cd能力强于鸢尾的原因之一。
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Physiological Tolerance Studies of Two Different Species of Iris L.
Seedlings under CadmiumStress
TONG Hai-ying , YUAN Hai-yan , HUANG Su-zhen
(Institute of Botany , Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences (Nanjing Botanical Garden Mem.Sun Yat-san), Nanjing 210014 ,
China)
Abstract:Tw o Iris(Iris L.)species:Iris lactea var.chinensis and I.tectorum were g rown hydroponically in this study to
examine physiological endurance difference of cellular membrane penetration , soluble sugar , protein , and root activity of
them.The results indicated that both lower Cd stress(10 mg ·L-1)and high Cd stress(120 mg ·L-1)made CMP of
two species of Iris L .improved.Under lower Cd stress , the root activity and soluble sugar and protein content of Iris.
lactea var.chinensis increased.Under high Cd stress , the root activity and soluble sugar decreased but soluble protein
constantly growed.While root activity of Iris.tectorum alway s showed decreasing trend under Cd stress , and its soluble
sugar and protein rised firstly and dropped afterwords with the increase of Cd concentration.
Keywords:Iris lactea var.chinensis;I.tectorum;Cadmium stress;Physiological endurance
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