全 文 ：0 引言
铬广泛存在于自然环境中，是环境污染中的五毒
之一[1]，重金属铬是一种毒性较大的致畸、致突变剂[2]。
近些年，随着印染、电镀、化工等行业的发展，大量含铬
的废水、废渣排出，致使土壤、水体和生物遭到不同程
度的污染，从而对植物和动物产生了严重的危害，并进
一步通过生物链危及人类健康。铬的化合价主要有二
价、三价和六价，其中六价铬是引起环境污染最为严重
基金项目：中国科学院”百人计划”基金。
第一作者简介：于天昊，男，1992年出生，河北石家庄人，石家庄外语学校在读高中生，通信地址：050000 河北石家庄外语学校。E-mail：
393571168@qq.com。洪宇，男，1992年出生，河北石家庄人，石家庄外语学校在读高中生，通信地址：050000 河北石家庄外语学校。Tel：
0311-85806271，E-mail：hongyushishen@163.com。
通讯作者：李霞，博士，博士生导师，主要从事植物抗逆分子遗传学的研究。E-mail：xli@genetics.ac.cn。
收稿日期：2009-10-23，修回日期：2009-11-20。
外源蔗糖、Vc对铬诱导的拟南芥主根生长抑制和
过氧化物积累的缓解作用
于天昊 1，洪 宇 1，谢庆恩 2，赵旭华 2，李 霞 2
（1石家庄市外语学校，石家庄 050000；
2农业资源研究中心，中国科学院遗传与发育生物学研究所，石家庄 050021）
摘 要：通过水培实验研究重金属铬胁迫下拟南芥主根生长和过氧化物积累情况，以及外源施加蔗糖和
维生素C对毒害的缓解作用。结果发现随着铬浓度的升高，植物主根生长受到了明显的抑制，胎盘兰染
色表明高剂量的铬造成了主根的根尖细胞的死亡。进一步DAB染色发现铬胁迫诱导植物根尖大量积
累过氧化氢，而在胁迫培养基中加入蔗糖和维生素C都可显著改善植物根的生长、减低过氧化氢的积
累，并减少铬诱导的根尖细胞的死亡。上述结果表明铬胁迫诱导的拟南芥主根生长的抑制很可能是由
于根尖细胞过氧化物积累所致。
关键词：拟南芥；铬；过氧化氢；维生素C；蔗糖
中图分类号：X503 文献标志码：A 论文编号：2009-2211
Exogenous Sucrose, Vitamin C Protects Arabidopsis from Chromic-induced Root Growth Inhibition
which is Likely Mediated by Hydrogen Peroxide Production
Yu Tianhao1, Hong Yu1, Xie Qing’en2, Zhao Xuhua2, Li Xia2
(1Shjiazhuang Foreign Language School, Shijiazhuang 050000;
2Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology,
Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050021)
Abstract: The effect of sucrose and Vc on H2O2 accumulation and root growth inhibition of Arabidopsis were
investigated in hydroponics. We found that Cr inhibits root elongation with increasing concentrations of Cr.
Meristematic regions and the elongation zones were greatly shortened, suggesting cell division and cell
elongation are all affected. Plant roots died of Cr overdose. DAB staining analysis showed that hydrogen
peroxide (H2O2) accumulated in root tips when the seedlings were treated with Cr. Furthermore, we found that
inclusion of sucrose (Su) and vitamin C (Vc) can dramatically increase the tolerance of the seedlings to Cr
treatment. Taken together, the results suggest that inhibition of root growth induced by Cr is likely mediated by
ROS production.
Key words: Arabidopsis thaliana; chromic; hydrogen peroxide; vitamin; sucrose
中国农学通报 2010,26(6):289-292
Chinese Agricultural Science Bulletin
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的。国内外关于重金属铬的报道主要集中在农作物和
蔬菜的种子萌发和生理生化变化方面，但有关铬对拟
南芥生长发育的影响尚无报道。拟南芥作为生物学试
验的模式植物，具有基因组小（125 Mbp）、生长周期短
等特点，而且基因组测序已经完成。笔者以拟南芥为
材料，研究不同浓度的Cr6+下拟南芥的细胞学响应，以
及外源蔗糖和Vc对铬毒害的缓解效应。为探讨重金
属铬对植物的毒害机制奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 植物材料与处理
供试材料为拟南芥(Arabidopsis thaliana)哥伦比亚
生态型。将种子在蒸馏水中浸泡 20 min，经 50%
Bleach消毒 5 min，无菌水冲洗 4次后，无菌移液器枪
头点播在MS培养基上，23 ℃温室生长 8天。光周期
16 h（光）/8 h（暗）培养。选取萌发均一的180株8天大
的Col-0幼苗进行分组实验：（1）Hoagland营养液（正
常对照，Cr1）；（2）Hoagland营养液+10 mg/L硫酸铬
（Cr2）；（3）Hoagland营养液+ 20 mg/L铬（Cr3）；（4）
Hoagland营养液+1000 mg/L铬（Cr4）；（5）Hoagland营
养液+ 20 mg/L铬+ 50 mg/L维生素 C（Cr + Vc）；6）
Hoagland营养液+20 mg/L铬+3%Su（Cr+Su）。每个培
养皿中植入30株，在处理的第1天，第2天，第3天和第
6天在每个处理中随机取出 8株，放入EP管中进行胎
盘兰染色或过氧化氢染色，并用于根长的测定和表型
的观察。上述各处理分别重复3次。
1.2 根生长测量
将已经染色的各处理的拟南芥幼苗摆放在一薄层
培养基上，用EPSON扫描仪进行扫描，拟南芥幼苗根
长用Photoshop软件进行测量。计算平均根长。
1.3 二氨基联苯胺（DAB）染色检测过氧化氢
将拟南芥完全浸泡在DAB染色液中，然后放于光
下 25 ℃处理 2 h；将DAB完全吸出，用蒸馏水清洗 4
次，去除拟南芥上吸附的染液；然后加入70%的乙醇，
水浴锅煮沸处理 10 min进行脱色。在显微镜下观察
染色情况。黄色越明显，则过氧化物积累越多，反之则
越少。
1.4 胎盘兰染色检测细胞死亡
按照Pasqualini等[3]方法，略有改动。将拟南芥浸
入胎盘兰溶液中，5 min后吸去染色，用蒸馏水清洗 4
次，最后在蒸馏水中浸泡1 h之后观察染色情况。根部
细胞死亡数目越多，蓝色越明显，当根部细胞完全死
亡，则变成深蓝色，反之则颜色越浅。
2 结果与分析
2.1 Cr6+胁迫对拟南芥根的抑制作用
由表1可知，根系生长受抑制的程度随着Cr6+处理
浓度的增加而增大，随着外源铬浓度的增大。在
10 mg/L和20 mg/L铬胁迫条件下，幼苗主根的生长和
对照相比受到了非常显著的抑制。而在重度铬（1000
mg/L）胁迫处理时，幼苗主根根尖部分明显萎缩，根生
长完全被抑制，此外，幼苗的地上部分也明显的发育迟
滞，呈现水样化，在第 3天时，幼苗已完全死亡。不同
浓度Cr胁迫下，根尖受到不同程度的抑制：伸长区缩
短，根毛区根肿胀（如图1）。
铬处理/(mg/L)
Cr1（0）
Cr2（10）
Cr3（20）
Cr4（1000）
Cr+VC（20+50）
Cr+SU（20+3%）
时间/d
1
2.39
2.38
2.36
2.34
2.39
2.39
2
2.49
2.42
2.37
2.34
2.44
2.45
3
2.56
2.45
2.38
2.32
2.46
2.50
6
3.15
2.62
2.52
/
2.85
2.82
表1 不同浓度对拟南芥根的抑制 cm
a、b、c、d、e、f分别是8天拟南芥幼苗在0，10，20，1000 mg/L的Cr和20mg/L Cr+50mg/L Vc, 20mg/LCr+3%蔗糖处理3天后的扫描图。
图1 拟南芥主根对不同浓度铬处理的响应
a b c d e f
·· 290
2.2 Cr6+胁迫下根尖细胞死亡的检测
当细胞损伤或死亡时，胎盘兰可穿透变性的细胞
膜与其解体的DNA结合，使其着色，故可用此方法辨
别细胞的死活，在显微镜下可清楚观察[3]。活性氧在
植物体内的过度积累可以导致细胞伤害甚至死亡。胎
盘蓝染色显示对照和10 mg/L铬处理条件下未检测到
细胞死亡，但20 mg/L铬胁迫在第6天开始检测到部分
幼苗根尖细胞的死亡现象。而重度铬处理第一天就检
测到细胞死亡，胁迫 3天的幼苗的主根根尖已经完全
死亡，尤其是分生区呈深蓝色（图2）。
2.3 Cr6+胁迫下过氧化氢的积累
二氨基联苯胺（DAB）染色法是常用监测过氧化
氢的方法。细胞中的过氧化物酶，能将过氧化氢中
的氧释放出来，氧化二氨基联苯胺，形成金黄色沉淀
而定位于过氧化酶活性部位 [4]。DAB染色表明铬胁
迫的拟南芥幼苗根尖中过氧化氢的量发生了明显的
变化，过氧化氢的积累随着Cr6+浓度和胁迫时间的增
加而增减（如图 3）。上述结果说明铬诱导根尖过氧
化氢的大量积累很可能参与了铬诱导的主根生长
抑制。
a、b、c分别是8天拟南芥幼苗在0，10，20 mg/L的铬处理3天，3天，6天；d、e分别是在1000 mg/L铬处理1天和3天。
图2 高浓度铬胁迫诱导根尖细胞死亡
a、b、c、d、e、f分别是8天拟南芥幼苗在0，10，20，1000 mg/L的Cr和20 mg/L Cr+50 mg/L Vc, 20 mg/LCr+3%蔗糖处理3天。
图3 铬胁迫诱导拟南芥主根过氧化氢积累
a b c d e
a b c d e f
2.4 外源施加蔗糖和Vc对Cr6+胁迫毒害的缓解作用
蔗糖和Vc都具有抗氧化性，为了进一步证明铬诱
导根尖过氧化氢的大量积累很可能参与了铬诱导的主
根生长抑制，在20 mg/L铬处理的培养基中加入了3%
蔗糖或者 50 mg/L的抗氧化剂Vc，并在处理后对植物
的根长也进行了测定，发现蔗糖或者Vc都明显缓解了
拟南芥幼苗在铬处理条件下的根的抑制（表 1，图 1）。
DAB染色表明蔗糖或者Vc都明显减少了过氧化氢的
于天昊等：外源蔗糖、Vc对铬诱导的拟南芥主根生长抑制和过氧化物积累的缓解作用·· 291
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积累（图3）。结果表明Cr胁迫引起的根生长抑制是由
过氧化物积累造成，过氧化物的过度积累会导致根尖
细胞死亡，外源施加蔗糖或者Vc能提高拟南芥的抗
Cr胁迫能力。
3 讨论
笔者发现，随Cr6+溶液处理浓度的增大拟南芥生
长逐渐受到抑制，这种抑制是由于活性氧的积累造成
的，活性的过度积累可导致细胞死亡。而外源施加抗
氧化物蔗糖或Vc能在一定程度上缓解Cr的毒害。
铬胁迫能使植物抗氧化保护酶失去了原有的平
衡[5-6]，导致MDA的过度积累[5]。蔗糖是调控植物生长
发育进程的信号分子[7]。外源蔗糖和其他碳水化合物
缓解盐对植物诸多生命活动的胁迫已有报道[8-12]。植
物体内拥有两大类型的抗氧化体系。一类称作酶性保
护体系，主要有超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化
氢酶、谷胱甘肽还原酶以及谷胱甘肽-S-转移酶等；另
一类为一些小分子的抗氧化物质，如还原型谷胱甘肽，
α-生育酚(VE)、类胡萝卜素、维生素C(Vc)等。Vc是一
种抗氧化营养素，它在一定生理范围内,可以有效地清
除活性氧自由基,从而防止活性氧自由基对细胞的伤
害[13]。谭新中等[13]报道外源施加Vc能减轻因PEG渗
透胁迫诱导造成的秧苗膜脂过氧化作用。笔者加入外
源蔗糖和Vc减轻了Cr对根尖伸长的抑制作用，过氧
化氢的积累也有所降低。这些都说明氧化伤害有所减
轻，缓解了Cr胁迫对拟南芥产生的伤害作用。
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