全 文 ：第３３卷第２期
２０１５年４月
上 海 交 通 大 学 学 报 （农 业 科 学 版）
ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ）
Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２
　 Ａｐｒ．２０１５
文章编号：１６７１－９９６４（２０１５）０２－００３９－０８　 ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１６７１－９９６４．２０１５．０２．００６
收稿日期：２０１４－０７－０４
基金项目：国家自然科学基金项目（２１４０７０６９；２１３６７０１３；４１００１３７６）；江西财经大学优秀青年学术人才支持计划项目（Ｋ００２９２０２５）
作者简介：袁菊红（１９７５－），女，博士，讲师，研究方向：园林植物资源分类及其在环境中应用，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎｊｕｈｏｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ；
胡绵好（１９７６－）为本文通讯作者，男，博士，副教授，研究方向：环境污染绿色修复及评价研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｋｅｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
硒胁迫下彩叶草主要化学组分的ＦＴＩＲ
和ＰＸＲＤ分析
袁菊红１，胡绵好２
（１．江西财经大学 艺术学院，２．江西财经大学 鄱阳湖生态经济研究院，南昌３３００３２）
摘　要：为了阐明彩叶草（Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　Ｂｅｎｔｈ．）对硒（Ｓｅ）胁迫的耐性机理，采用傅里叶变换红外
光谱法（ＦＴＩＲ）和粉末Ｘ射线衍射法（ＰＸＲＤ）研究在不同Ｓｅ浓度（０、０．１、０．５、１．０、２．５、５．０ｍｇ／Ｌ）
处理下彩叶草根、茎、叶化学组分及其结构的变化。结果表明，不同浓度Ｓｅ处理下彩叶草各器官中
化学组分的ＦＴＩＲ峰形基本不变，只有某些参与重金属吸收、转运及其积累的官能团如羟基（３　３６０
～３　９０６ｃｍ－１）、羧基（１　３２１～１　３３３ｃｍ－１）、酰胺基（１　６１１～１　６４６ｃｍ－１）、芳烃的Ｃ－Ｈ基（８００～８４０
ｃｍ－１）及其Ｃ－Ｃｌ（６１８～７０６ｃｍ－１）等的透射峰发生了不同程度的位移。彩叶草各器官中与植物生
理有关的化学成分的特征峰大多数随Ｓｅ浓度变化而变化。说明这些基团与Ｓｅ的结合密切相关，
进一步解释了彩叶草的耐Ｓｅ及其在各器官积累Ｓｅ的机理。不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草各器官物
相结构主要组分以非晶体物质组分为主且均含有晶体成分，但处理浓度高低影响了其晶体物质组
分含量的多少。
关键词：彩叶草；硒胁迫；傅里叶变换红外光谱法（ＦＴＩＲ）；粉末Ｘ射线衍射分析（ＰＸＲＤ）
中图分类号：Ｘ５３　　　　文献标识码：Ａ
ＦＴＩＲ　ａｎｄ　ＰＸＲＤ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ
Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｔｏ　ＳｅｌｅｎｉｕｍＳｔｒｅｓｓ
ＹＵＡＮ　Ｊｕ－ｈｏｎｇ１，ＨＵ　Ｍｉａｎ－ｈａｏ２
（１．Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｒｔ，２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｏｙａｎｇ　Ｌａｋｅ　Ｅｃｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｉｎａｎｃｅ
ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ａｉｍｅｄ　ｔｏ　ｅｌｕｃｉｄａｔｅ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　Ｂｅｎｔｈ　ｔｏ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ（Ｓｅ）ｔｏｌｅｒａｎｃｅ．
Ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏｏｔｓ，ｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　Ｃ．ｂｌｕｍｅｉ　ｔｒｅａｔｅｄ
ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＦＴＩＲ）
ａｎｄ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＰＸＲＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｓｈａｐｅ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｉｎ　ｅａｃｈ　ｏｒｇａｎ　ｏｆ
Ｃ．ｂｌｕｍｅｉ　ｒｅｍａｉｎｅｄ　ｉｎｖａｒｉａｂｌｅ　ｂａｓｉｃａｌｙ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ，ｅｘｃｅｐｔ　ｃｅｒｔａｉｎ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｐｅａｋ　ｓｈｉｆｔｓ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｇｒｏｕｐｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｙｄｒｏｘｙ　ｇｒｏｕｐｓ（３　３６０～３　９０６ｃｍ－１），ｃａｒｂｏｘｙｌ
ｇｒｏｕｐｓ（１　３２１～１　３３３ｃｍ－１），ａｃｉｄａｍｉｄｅ　ｇｒｏｕｐｓ（１　６１１～１　６４６ｃｍ－１），Ｃ－Ｈ　ｏｆ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（８００
～８４０ｃｍ－１），ａｎｄ　Ｃ－Ｃｌ　ｏｆ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（６１８～７０６ｃｍ－１），ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ
ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅ．Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐｅａｋ　ｏｎ　ｅａｃｈ　ｏｒｇａｎ　ｏｆ　Ｃ．ｂｌｕｍｅｉ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ
上 海 交 通 大 学 学 报 （农 业 科 学 版） 第３３卷
ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｏｆ　ｐｌａｎｔ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｓｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｓｅ
ｇｒｏｕｐｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｆｅｒｒｅｄ　ｉｎ　ｂｉｎｄｉｎｇ　Ｓｅ，ａｎｄ　ｍａｙ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｅｘｐｌａｉｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｃ．ｂｌｕｍｅｉ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　Ｓｅ
ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｒｇａｎｓ．Ｔｈｅ　ｐｈａｓｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｅａｃｈ　ｏｒｇａｎ　ｏｆ　Ｃ．ｂｌｕｍｅｉ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｅ　ｗｅｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｐｒｉｏｒｉｔｙ　ｔｏ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔａｉｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　Ｓｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　Ｂｅｎｔｈ；ｓｅｌｅｎｉｕｍ　ｓｔｒｅｓｓ；Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ （ＦＴＩＲ）；
ｐｏｗｄｅｒ　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＰＸＲＤ）
　　硒（Ｓｅ）是人、动物和微生物的必需营养元素，也
是植物生长发育的有益元素［１］。环境中硒过量不仅
导致机体产生疾病，动物胚胎畸形发育甚至死亡［２］，
还会影响植物的生长发育、产量和品质降低［３］。环
境Ｓｅ污染严重威胁人类健康和环境安全，已成为全
球性的环境问题［４］，因此研究Ｓｅ污染土壤和水体修
复技术具有重要的意义。目前，在控制和清除环境
Ｓｅ污染的众多措施中，以植物忍耐和超富集Ｓｅ污
染物为理论基础的植物修复技术因其投资和维护成
本低、操作简便、不造成二次污染等优点，已成为土
壤、水体Ｓｅ污染研究领域的一项新兴技术。大多数
超积累植物生长在重金属富集的土壤上，不仅具有
超积累重金属的特性，还具有重金属耐性的特征［５］，
其超积累和耐性机制包括重金属的控制吸收、体内
螯合固定、细胞内分隔及生化忍耐策略等，其中以蛋
白质、有机酸等物质与重金属形成螯合物的螯合作
用是植物固定重金属离子或降低其生物毒性的主要
方式［６］。
植物在受到重金属胁迫时，除体内重金属积累
特征以及生长发育产生相应的变化外，其微观响应
机制也产生了相应的变化［７］。傅里叶红外光谱
（ＦＴＩＲ）和粉末 Ｘ 射线衍射分析（ＰＸＲＤ）是研究样
品化学成分与结构的一种有效分析技术［８］。任立民
等［９］利用ＦＴＩＲ 技术研究了美洲商陆（Ｐｈｙｔｏｌａｃｃａ
ａｍｅｒｉｃａｎａ　Ｌ．）对锰毒的生理响应，认为植物化学组
分的变化有助于揭示超富集植物的锰耐性机理。豆
长明［１０］用ＰＸＲＤ分析证实了美洲商陆中可溶性组
分中锰以草酸盐形式存在，并认为锰的液泡区室化
作用及草酸的络合作用很可能是美洲商陆锰超积累
与耐受最重要的生物机制。但国内能适用于工程化
修复的超积累植物数量十分有限，且多为野生品种
（有的还是入侵植物），虽然它们能超富集重金属或
对重金属具有较强的耐性，但应其植株矮小、生物量
低、生长缓慢、周期长等原因，使修复效率降低，因此
大大限制了其实际运用和推广价值。近年来，花卉
植物由于生物量大、抗逆性强、生长迅速、分布广等
特点，已在重金属污染土壤的修复方面显现出一定
的优势［１１］。彩叶草（Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　Ｂｅｎｔｈ．）也称五
彩苏、五色草、锦紫苏，是唇形科（Ｌａｍｉａｃｅａｅ）鞘蕊花
属（Ｃｏｌｅｕｓ）多年生草本花卉植物，原产于爪哇岛，广
泛分布于非洲和亚洲，其耐热、耐寒、对光照的适应
性较强，是一种喜湿的旱生植物。彩叶草不仅能去
除富营养化水体中氮、磷等营养盐［１２］和抑制水体中
藻类的繁殖［１３］，还对重金属镉、铝污染等具有良好
的耐受性、吸收性和累积性［１４，１５］。目前，国内外对
Ｓｅ耐性植物不同组织器官化学组分进行 ＦＴＩＲ和
ＰＸＲＤ的研究较少，对彩叶草的相关研究也报道不
多，因此本实验用不同浓度Ｓｅ处理，利用 ＦＴＩＲ和
ＰＸＲＤ技术对彩叶草根、茎、叶的化学组分及物相组
成变化进行研究，以期为花卉植物应用于Ｓｅ污染的
环境修复提供科学依据。
１　材料和方法
１．１　实验材料及其设计
本试验所用的彩叶草是从南昌花鸟市场购买的
扦插幼苗。把购买的彩叶草幼苗从土壤中拔出，用
自来水把根系上的土壤洗干净（尽量少伤根系），后
用自来水培养１０ｄ左右，最后再用１／４～１／２稀释
的营养液培养１４ｄ，使其长出更多新根，以便更好地
适应水生长环境。
试验于２０１１年１０月２０日在江西财经大学生
态环境实验中心进行。选取粗度和高度基本一致，
生长健壮，无病虫害，叶片颜色一致的幼苗，将其定
植于有７个孔（直径３２ｍｍ）的ＰＶＣ板上，每孔定植
４株（约２５±２ｇ），将其放在盛有５Ｌ营养液的塑
料桶中培养。基础完全营养液按赵兰枝等［１６］配方，
其组成成分（ｍｍｏｌ／Ｌ）：Ｃａ（ＮＯ３）２３．０，ＫＮＯ３４．０，
ＫＨ２ＰＯ４ １．０，ＭｇＳＯ４ １．０，ＭｎＣｌ２ ３．６×１０－３，
Ｈ２ＢＯ３４．５×１０－２，ＣｕＣｌ２８×１０－４，ＺｎＣｌ２１．５×
０４
第２期 袁菊红，等：硒胁迫下彩叶草主要化学组分的ＦＴＩＲ和ＰＸＲＤ分析
１０－３，（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４１．４×１０－５，Ｆｅ－ＥＤＴＡＮａ２９．０
×１０－２。１０月２７日进行处理，硒浓度设０（对照）、
０．１、０．５、１．０、２．５、５．０ｍｇ／Ｌ　６个处理，以Ｎａ２ＳｅＯ３
形式加入。每个处理重复４次，随机排列，在自然温
度、光照等条件下进行试验。每隔７ｄ换１次营养
液，同时处理期间进行连续曝气。１１月１７日一次
性收获彩叶草并用不锈钢剪刀将根、茎、叶分离，称
其鲜质量，再装入信封中后放在７０～７５℃烘箱中烘
干，磨细后备用。
１．２　测定方法
将粉末样品分置于美国Ｎｉｃｏｌｅｔ　５７００型傅里叶
变换红外扫描光谱仪采样器（ＯＭＮＩ）直接测定红外
光谱，光谱范围４　０００～５００ｃｍ－１，分辨率０．１
ｃｍ－１，扫描累加次数３２次。采用 ＯＭＮＩＣ　Ｅ．Ｓ．Ｐ．
５．１智能操作软件进行谱图数据处理。每个样品测
定前均对背景进行扫描，得到的红外光谱进行基线
校正，确定峰值和吸光度。
植物粉末状样品ＰＸＲＤ分析在江西财经大学
新能源技术与应用研究分析测试中心进行。ＰＸＲＤ
分析用德国Ｂｒｕｋｅｒ－ＡＸＳ公司生产的Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ
Ｘ射线衍射仪，参数设置为：Ｃｕ靶，测试电压４０
ｋＶ，测试电流４０ｍＡ，发射狭缝１．０ｍｍ，防散射狭
缝１．０ｍｍ，索拉狭缝２°，采用Ｎｉ片滤掉Ｋβ峰，接
收狭缝０．２ｍｍ，闪烁计数器计数，连续扫描方式。
为了尽量提高扫描分辨率，扫描速度为１°／ｍｉｎ，步
长０．０２°，角度测试范围５°～８５°。
１．３　数据分析
原始数据采用ＯＲＩＧＩＮ　８．５软件进行作图，对
不同样品的 ＦＴＩＲ 图谱进行分析，采用 Ｘ’Ｐｅｒｔ
ＨｉｇｈＳｃｏｒｅ　Ｐｌｕｓ　ｖ３．０对不同样品的ＰＸＲＤ图谱进
行分析。
２　结果与讨论
２．１　硒胁迫下彩叶草根系ＦＴＩＲ、ＰＸＲＤ分析
红外光谱不仅可以判断分子中含有何种官能
团，也可以确定基本骨架，还能反映不同样品在植化
组成上的差异程度［１７］。硒胁迫下彩叶草的根、茎、
叶的红外光谱特征分别见图１、图３和图５。３　６１９
～３　７２６ｃｍ－１处为羟基伸缩振动区，其中３　６９６
ｃｍ－１附近的羟基伸缩振动带［１８］。３　１４０～３　４２５
ｃｍ－１处为典型的－ＯＨ 伸缩振动吸收峰以及蛋白
质、氨基酸、核酸、维生素等物质中Ｎ－Ｈ键的伸缩
振动吸收叠加峰，其中３　４０５ｃｍ－１附近的吸收峰为
－ＯＨ 和 － ＮＨ２ 吸 收 的 叠 加 峰［１９］。２　９１７～
２　９２７ｃｍ－１处 为 －ＣＨ２ 的 不 对 称 伸 缩 振 动 峰，
２　８５１ｃｍ－１附近的吸收峰为－ＣＨ２的对称伸缩振动
峰［２０］，其主要来自于蛋白质、核酸、碳水化合物和各
种膜及细胞壁的组织等成分。２　７００～２　２５０ｃｍ－１
处为含－ＮＨ＋ 的特征吸收峰［２１］。１　６６９～１　７３３
ｃｍ－１附近的吸收峰为脂肪酸－ＣＯＯＨ 中的Ｃ＝Ｏ
的伸缩振动［１９］。１　６１０～１　６５４ｃｍ－１处是缔合态伯
酰胺面内弯曲振动（δＮ－Ｈ）的吸收带，其中１　６４５
ｃｍ－１附近的峰为酰胺化合物的吸收Ⅰ带［２２］，是蛋白
质的特征吸收峰。１　５１６ｃｍ－１附近为蛋白质上Ｎ－
Ｈ特征吸收峰（酰胺Ⅱ带），它通常作为半定量分析
的标准谱带［２３］。１　３００～１　４２０ｃｍ－１处为羧酸根离
子（ＣＯＯ－）的吸收带，是由于羧酸中Ｃ－Ｏ伸缩振
动引起的，主要来自果胶质等成分［２４］。１　３７０～
１　３９０ｃｍ－１处为蛋白质、纤维素和木质素等受氧、氮
原子影响的－ＣＨ３和－ＣＨ２对称弯曲振动峰［２５］。
１　３２１～１　３３３ｃｍ－１处的吸收峰是由于酸的Ｃ－Ｏ伸
缩振动产生［２６］。１　２００～１　２７５ｃｍ－１处为酯类化合
物和木质素中苯羟基吸收峰，其中１　２４５ｃｍ－１附近
的吸收峰为酯类化合物中Ｃ－Ｏ键的伸缩振动［２７］。
１　１３８～１　１５４ｃｍ－１处为糖类物质中Ｃ－Ｏ－Ｃ吸收
带，其中１　１５３ｃｍ－１附近为纤维素中糖苷的Ｃ－Ｏ
－Ｃ对称伸缩振动［２８］。１　０３２～１　０５８ｃｍ－１处为多
糖骨架振动吸收带，其中１　０３３ｃｍ－１附近是酯类Ｃ
－Ｏ单键的伸缩振动吸收带［２９］。９１４ｃｍ－１附近的
吸收峰是羟基弯曲振动［１８］。８６９～９００ｃｍ－１处为独
立芳烃的Ｃ－Ｈ面外弯曲振动峰，８００～８４０ｃｍ－１处
为２位相邻芳烃的Ｃ－Ｈ 面外弯曲振动峰，７７０～
８００ｃｍ－１处为３位相邻芳烃的Ｃ－Ｈ面外弯曲振动
峰［３０］。６１８～７０６ｃｍ－１处为芳环上烷基Ｃ－Ｃｌ的吸
收峰。
核酸、碳水化合物等有机物特征峰的变化可反
映植物在重金属污染下的生理情况，耐重金属毒害
的植物与重金属敏感型植物在重金属耐性上的差异
主要是由于其体内生理生化代谢存在着差异所
致［３１］。对不同浓度Ｓｅ处理后的彩叶草根进行红外
光谱分析（图１和表１），结果显示各组分在Ｓｅ处理
后的峰形基本保持不变，只有某些参与Ｓｅ吸收的官
能团的吸收峰发生了不同程度的位移或被激发或有
的甚至消失，没有参与Ｓｅ吸收的官能团的吸收峰位
移均较小，如２　９２２～２　９２４ｃｍ－１、１　３８３～１　３８４
ｃｍ－１、７７７～７８２ｃｍ－１、１　０３３ｃｍ－１等的吸收带。变
化较明显的有羟基（３　６１９～３　７２６ｃｍ－１、３　３６０～
１４
上 海 交 通 大 学 学 报 （农 业 科 学 版） 第３３卷
３　４１６ｃｍ－１、１　２４５～１　２７０ｃｍ－１、９１４ｃｍ－１）和酰胺
基（２　７００～２　２５０ｃｍ－１、１　６３７～１　６５４ｃｍ－１、１　５１６
ｃｍ－１）、羧基（１　４１６ｃｍ－１、１　３２１～１　３３３ｃｍ－１）、芳烃
的Ｃ－Ｈ基（８６９～９００ｃｍ－１）和芳烃的烷基Ｃ－Ｃｌ
（６１８～７０６ｃｍ－１）等吸收峰。原因可能是植物根系
吸收Ｓｅ后，羟基、羧基与Ｓｅ发生了离子交换或络
合，致使相关峰波数略有降低或被激发；酰胺峰是蛋
白质的特征谱带，其峰位置和强度发生的变化，表明
在吸收过程中蛋白质作为运输Ｓｅ离子的载体或与
其螯合的大分子物质起到了重要作用［３２］。同时，芳
烃Ｃ－Ｈ键和烷基Ｃ－Ｃｌ键的伸缩振动，说明了根
系对Ｓｅ的吸收过程中也发生了烷基化反应，该结果
与范忠雷等［３３］用ＰＡＡ／ＳｉＯ２材料对含铜废水的研
究结果相似。
图１　不同浓度硒处理下彩叶草根系的ＦＴＩＲ图谱
Ｆｉｇ．１　ＦＴＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｒｏｏｔｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
ａ：０．０ｍｇ·Ｌ－１；ｂ：０．１ｍｇ·Ｌ－１；ｃ：０．５ｍｇ·Ｌ－１；ｄ：１．０
ｍｇ·Ｌ－１；ｅ：２．５ｍｇ·Ｌ－１；ｆ：５．０ｍｇ·Ｌ－１．Ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｉｓ　ｂｅｌｏｗ．
表１　不同浓度硒处理的彩叶草各器官ＦＴＩＲ特征峰变化
Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ＦＴＩＲ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐｅａｋｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｏｒｇａｎ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
峰数量
Ｐｅａｋ
Ｎｕｍｂｅｒ
根 Ｒｏｏｔｓ 茎Ｓｔｅｍｓ 叶ｌｅａｖｅｓ
０．０
ｍｇ·
Ｌ－１
０．１
ｍｇ·
Ｌ－１
０．５
ｍｇ·
Ｌ－１
１．０
ｍｇ·
Ｌ－１
２．５
ｍｇ·
Ｌ－１
５．０
ｍｇ·
Ｌ－１
０．０
ｍｇ·
Ｌ－１
０．１
ｍｇ·
Ｌ－１
０．５
ｍｇ·
Ｌ－１
１．０
ｍｇ·
Ｌ－１
２．５
ｍｇ·
Ｌ－１
５．０
ｍｇ·
Ｌ－１
０．０
ｍｇ·
Ｌ－１
０．１
ｍｇ·
Ｌ－１
０．５
ｍｇ·
Ｌ－１
１．０
ｍｇ·
Ｌ－１
２．５
ｍｇ·
Ｌ－１
５．０
ｍｇ·
Ｌ－１
１　 ３　９０６
２　 ３　８５５　 ３　８５６　 ３　８５６
３　 ３　８４２
４　 ３　８２３
５　 ３　６９８　３　６９８　３　６９９　 ３　６９８　 ３　７２６　 ３　７２６　３　７２４
６　 ３　４１６　３　４１３　３　４１０　３　４１６　３　４１４　３　３６０　３　４２５　３　４１０　３　４２０　３　４１２　３　４１８　３　４２３　３　４０６　３　３８７　３　３８９　 ３　４１５　３　４１２
７　 ３　１９６　 ３　１４０
８　 ２　９２２　２　９２２　２　９２３　２　９２２　２　９２２　２　９２４　２　９２７　２　９２６　２　９２５　２　９２４　２　９２５　２　９２４　２　９２０　２　９２０　２　９１９　 ２　９１９　２　９２０
９　 ２　８５２　２　８５２　２　８５３　 ２　８５１　２　８５１　２　８５１　 ２　８５１　２　８５１
１０　 ２　３５２　２　３５１　２　３５１　 ２　３５２　２　３５１　２　３５１　２　３４９　２　３５３
１１　 １　６６９　 １　７３３　 １　７３３　１　７３５
１２　 １　６４５　１　６４４　１　６４６　１　６３７　１　６５４　 １　６２５　１　６１８　１　６２７　１　６１７　１　６２６　１　６３０　１　６１６　１　６１１　１　６１６　１　６２８　１　６２６　１　６１８
１３　 １　５１６
１４　 １　４１６　 １　４０１　１　４０３　１　４０２　１　４２３　１　４０４　１　４０３　１　４０３　１　４１５　 １　４００　 １　４０３
１５　 １　３８４　１　３８４　１　３８４　１　３８４　１　３８３　１　３８３　 １　３７６　 １　３７６
１６　 １　３３３　１　３２１　１　３２１　 １　３２２　 １　３２２　１　３２２　１　３２１
１７　 １　２７０　１　２４６　１　２５０　１　２４５　１　２４６　１２　４８　１　２４９　１　２４８　１　２４７　１　２４９　１　２４７　１　２４７　１　２４８　１　２５０　１　２４７　１　２５７　１　２４７　１　２４９
１８　 １　１５４　１　１３８　１　１５６　１　１５４
１９　 １　０３３　１　０３３　１　０３３　１　０３３　１　０３３　１　０３３　１　０５７　１　０５６　１　０５８　１　０５６　１　０３７　１　０５７　１　０５７　１　０５４　１　０５７　１　０３９　１　０３５　１　０５７
２０　 ８６９　 ９１４　 ９１３
２１　 ８３４　 ８４２　 ８２７　 ８３４　 ８２５　 ８２５　 ８３５　 ８３５　 ８２７　 ８３６
２２　 ７８２　 ７７９　 ７７９　 ７７８　 ７７８　 ７７７　 ７７９　 ７７９　 ７７８　 ７７９　 ７７８　 ７７９　 ７７７　 ７７７　 ７７６　 ７７９　 ７７６
２３　 ６９５　 ６９５　 ６９５　 ７０６　 ６６９　 ６６９　 ６６９　 ６６９　 ７０５　 ６６９
２４　 ６３２　 ６１８　 ６１８　 ６１８　 ６１８　 ６１８　 ６１８　 ６４３
２４
第２期 袁菊红，等：硒胁迫下彩叶草主要化学组分的ＦＴＩＲ和ＰＸＲＤ分析
　　不同Ｓｅ浓度处理的彩叶草根系衍射谱也存在
明显的差异（图２），其中５．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理的根系呈
现出由非晶体物质贡献的弥散峰叠加了较多的锐衍
射峰，而其他Ｓｅ浓度处理的却呈现出较少的小锐
峰，这表明Ｓｅ处理的彩叶草根系主要组分以非晶体
物质组分为主，但处理浓度高低影响了其晶体物质
组分含量的多少。通过不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草
根系的锐峰与粉末衍射标准卡片（ＰＤＦ２００４标准数
据库）物相对比分析，可得出不同浓度Ｓｅ处理的彩
叶草根系含有不同晶体的成分，如对照处理中含有
Ｃ４Ｈ８Ｎ２Ｏ２晶体成分，０．１ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ１２
Ｈ６Ｃ１２Ｏ２晶体成分，０．５ｍｇ／Ｌ－１　Ｓｅ处理中含有 Ｃ２
Ｈ１２Ｎ６ＮｉＯ８Ｓ２·６Ｈ２Ｏ晶体成分，１．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理
中含有Ｃ１３Ｈ１２Ｎ２Ｏ３晶体成分，２．５ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中
含有部分Ｃ１２Ｈ６Ｃ１２Ｏ２和Ｃ２Ｈ２Ｃ１２Ｎ２Ｏ２晶体成分，
５．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有部分Ｃ１０Ｈ６Ｏ３和Ｃ２Ｈ４Ｎ２
Ｏ２晶体成分。一般认为晶体是细胞代谢产生的草
酸和细胞中钙的结合产物，不仅具有调节细胞中钙
和酸碱平衡的功能，也具有植物保护和重金属解毒
功能［３４］。Ｓａａｔｈｏｆｆ等［３５］研究还表明，Ｃｄ不仅优先
与巯基基团结合，也与 Ｎ和Ｏ配体结合，这些基团
和含Ｎ、Ｏ配体对Ｃｄ向地上部的转运起到重要的
作用。然而，Ｓｅ胁迫下彩叶草根系中这些有机晶体
成分含量的变化是否有利于彩叶草根系对Ｓｅ的吸
收、运输及其耐性作用还有待进一步研究。
图２　不同浓度硒处理下彩叶草根系的ＰＸＲＤ图谱
Ｆｉｇ．２　ＰＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ｒｏｏｔ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
２．２　硒胁迫下彩叶草茎ＦＴＩＲ、ＰＸＲＤ分析
对不同浓度Ｓｅ处理后的彩叶草茎进行红外光
谱分析（图３和表１），结果显示各组分在Ｓｅ处理后
的峰形基本保持不变，只有某些参与Ｓｅ吸收的官能
团的吸收峰发生了不同程度的位移或被激发或有的
甚至消失，没有参与Ｓｅ吸收的官能团的吸收峰位移
均较小，如３　４１０～３　４２５ｃｍ－１、２　９２２～２　９２７ｃｍ－１、
１　６１７～１　６３０ｃｍ－１、１　４０１～１　４２３ｃｍ－１、１　２４７～
１　２４９ｃｍ－１、１　０３７～１　０５７ｃｍ－１、７７７～７７９ｃｍ－１和
６６９～７０５ｃｍ－１等的吸收带。变化较明显的有羟基
（３　７２４～３　８５５ｃｍ－１）和酰胺基（２　３４９～２　３５３
ｃｍ－１）、羧基（１　７３３ｃｍ－１、１　３２２ｃｍ－１）、２位相邻芳
烃的Ｃ－Ｈ面外弯曲振动（８２５～８３４ｃｍ－１）和芳烃
的烷基Ｃ－Ｃｌ（６１８ｃｍ－１）等吸收峰，其中变化更大
是羟基（３　７２４～３　８５５ｃｍ－１）和羧基（１　７３３ｃｍ－１、
１　３２２ｃｍ－１），这可能说明了Ｓｅ在茎中的运输，主要
是与羟基、羧基发生离子交换或络合，同时也有部分
运输Ｓｅ离子的蛋白质载体或与其螯合的大分子物
质发挥了一定的作用。
图３　不同浓度硒处理下彩叶草茎的ＦＴＩＲ图谱
Ｆｉｇ．３　ＦＴＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｓｔｅｍｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
　　由图４可见，不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草茎衍射
谱差异不明显，其呈现出非晶体物质贡献的弥散峰
之上叠加少量强度较低的小锐峰，这表明Ｓｅ处理的
彩叶草茎主要含非晶体物质组分，但仅含有微量的
晶体物质组分。通过不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草茎
的锐峰与粉末衍射标准卡片（ＰＤＦ２００４标准数据
库）物相对比分析，可得出不同浓度Ｓｅ处理的彩叶
草茎含有不同的晶体成分，如对照处理中含有Ｃ８Ｈ６
Ｏ４晶体成分，０．１和５．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ２Ｈ４
ＣｌＮＯ晶体成分，０．５ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ１３Ｈ１２
Ｎ２Ｏ３晶体成分，１．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ４Ｈ４Ｎ８
Ｏ３晶体成分，２．５ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有部分Ｃ６Ｈ３
ＣｌＮ２Ｏ２晶体成分。研究表明，巯基基团和含 Ｎ、Ｏ
配体对 Ｃｄ向地上部的转运起到重要的作用［３５］。
Ｗｅｉ等［３６］研究也指出，油菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ　ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓ）
基因型木质部中主要无机、有机阴离子（氯离子、硝
酸盐、苹果酸、硫酸盐、磷酸盐和柠檬酸盐）也参与了
Ｃｄ的长距离运输，其中阴离子浓度与木质部Ｃｄ的
高效转运密切相关。本研究中所用的营养液中所含
３４
上 海 交 通 大 学 学 报 （农 业 科 学 版） 第３３卷
的Ｃｌ－离子浓度较高，且茎中晶体大多数与Ｃｌ结合
形成，因此，本实验溶液中Ｃｌ－是否参与了Ｓｅ的长
距离运输及其形成的晶体对Ｓｅ的转运作用还亟待
深入研究。
图４　不同浓度硒处理下彩叶草茎的ＰＸＲＤ图谱
Ｆｉｇ．４　ＰＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ｓｔｅｍｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
２．３　硒胁迫下彩叶草叶片ＦＴＩＲ、ＰＸＲＤ分析
对不同浓度Ｓｅ处理后的彩叶草叶片进行红外
光谱分析（图５和表１），结果显示各组分在Ｓｅ处理
后的峰形基本保持不变，只有某些参与Ｓｅ吸收的官
能团的吸收峰发生了不同程度的位移或被激发或有
的甚至消失，没有参与Ｓｅ吸收的官能团的吸收峰位
移较小，如１　２４７～１　２５０ｃｍ－１吸收带。变化较明显
的有羟基（３　３８７～３　９０６ｃｍ－１）和酰胺基（１　６３７～
１　６５４ｃｍ－１）、羧基（１　４００～１　４１５ｃｍ－１、１　３２１～
１　３３３ｃｍ－１、１　０３５～１　０５７ｃｍ－１）、２位相邻芳烃的Ｃ
－Ｈ基（８２７～８３６ｃｍ－１）、３位相邻芳烃的Ｃ－Ｈ基
（７７６～７７９ｃｍ－１）和芳烃的烷基Ｃ－Ｃｌ（６１８～７０６
ｃｍ－１）等吸收峰，由此可能说明不同浓度Ｓｅ处理的
彩叶草叶片中大多数的有机官能团（羟基、羧基、氨
基等）均参与Ｓｅ在叶片中的一系列反应如离子交
换、络合、沉析及结晶，最终改变Ｓｅ在植物体内的蓄
积行为［３７］。
不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草叶片衍射谱差异明
显（图６），其呈现出非晶体物质贡献的弥散峰之上
叠加少量强度较低的小锐峰，这表明Ｓｅ处理的彩叶
草叶片主要含非晶体物质组分，含有微量的晶体物
质组分。通过不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草叶片的锐
峰与粉末衍射标准卡片（ＰＤＦ２００４标准数据库）物
相对比分析，可得出不同浓度Ｓｅ处理的彩叶草叶片
含有不同的晶体成分，如对照处理中含有 Ｃ１０Ｈ７
ＮＯ２晶体成分，０．１ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ１２Ｈ６Ｃ１２
ＣｕＮ２Ｏ４晶体成分，０．５ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ４Ｈ４
Ｎ８Ｏ３晶体成分，１．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有Ｃ２Ｈ７Ｎ３
Ｏ２晶体成分，２．５ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有部分Ｃ１３Ｈ１２
Ｎ２Ｏ３晶体成分，５．０ｍｇ／Ｌ　Ｓｅ处理中含有部分Ｃ１０
Ｈ８Ｏ３晶体成分。研究表明，草酸钙晶体在植物重金
属解毒过程中起到作用［３８］，但 Ｊáｕｒｅｇｕｉ－Ｚùｉｇａ
等［３９］研究发现，菜豆（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ　ｖｕｌｇａｒｉｓ）叶片中草
酸钙晶体对铅和锌无解毒作用，由此可见，本研究中
发现的这些晶体是不是彩叶草对Ｓｅ胁迫的一种耐
性响应，还有待进一步证实。
图５　不同浓度硒处理下彩叶草叶片的ＦＴＩＲ图谱
Ｆｉｇ．５　ＦＴＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
图６　不同浓度硒处理下彩叶草叶片的ＰＸＲＤ图谱
Ｆｉｇ．６　ＰＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｅｕｓ　ｂｌｕｍｅｉ　ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｎｉｕｍ
３　结论
３．１　从Ｓｅ胁迫下彩叶草根、茎、叶的ＦＴＩＲ谱图可
以看出，Ｓｅ胁迫并不改变彩叶草各器官的化学成分
组成，但对化学成分的含量有所影响，如一些参与重
金属吸收的官能团的吸收峰（３　３６０～３　９０６ｃｍ－１、
４４
第２期 袁菊红，等：硒胁迫下彩叶草主要化学组分的ＦＴＩＲ和ＰＸＲＤ分析
１　６１１～１　６４６ｃｍ－１、１　３２１～１　３３３ｃｍ－１等）发生了
较大的位移，表明这些基团与重金属发生了离子交
换、络合或作为运输重金属离子的载体及与其螯合
的大分子物质。
３．２　从Ｓｅ胁迫下彩叶草根、茎、叶的ＰＸＲＤ谱图
及其物相分析可以得出，Ｓｅ处理的彩叶草各器官主
要组分以非晶体物质组分为主，但处理浓度高低影
响了其晶体物质组分含量的多少。Ｓｅ胁迫下，彩叶
草各器官含均有不同的均含有晶体成分，但这些晶
体的生物学特征与功能还有待深入研究，本研究结
果将为利用生物技术方法研究植物的耐Ｓｅ机制提
供一条很有价值的研究线索。
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上 海 交 通 大 学 学 报 （农 业 科 学 版） 第３３卷
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