全 文 ：Cd胁迫对灰木莲幼苗生长及某些生理特性的影响
*
朱贤良1 秦武明2 马利菠1 覃 静2
(1． 广西高峰林场 广西南宁 530001;2． 广西大学林学院)
摘要 通过对灰木莲幼苗在重金属镉(Cd)胁迫下生长与生理特征的分析，研究在镉胁迫下生长和生理
特征的变化情况。结果表明，灰木莲幼苗的苗高和地径的增长率随着 Cd2 +浓度的增加而减少，Cd2 +对苗高
增长的影响较为显著;叶片的保护酶活性在低浓度下升高，在高浓度下保护酶的活性受到抑制;丙二醛浓度、
游离脯氨酸含量随着镉胁迫的增加而缓慢上升;叶片中蛋白质的含量却随着 Cd2 +浓度的增加而缓慢减少。
灰木莲苗木具有一定抵抗重金属镉的能力，在低浓度的镉环境里可以保持植株的正常生长。
关键词 灰木莲 Cd胁迫 生长特征 生理特征
中图分类号:S718． 43 文献标识码:A 文章编号:1006 － 4427(2011)06 － 0037 － 05
Effects of Cd Stress on Growth and Some Physiological
Index of Manglietia glauce
Zhu Xianliang1 Qin Wuming2 Ma Libo1 Qin Jing2
(1． Guangxi Gaofeng Forest Farm，Nanning Guangxi，530001;2． Forestry College，Guangxi University)
Abstract The Cd stress on Manglietia glauce，was studied by analyzing growth and physiological charac-
teristics of the seedlings． The results showed that，the height and diameter growth rates of the seedlings decreased
with the Cd2 + concentration increasing． The activity of leaf protective enzymes were enhanced in low Cd2 + concen-
tration，but inhibited in high concentration． When Cd2 + concentration increased，MDA and free proline content in-
creased slowly，but the protein content in leaves decreased slowly． The seedlings of M． glauce had the resistance a-
bility to Cd2 + and could maintain normal growth in the environment of low Cd2 + concentration．
Key words Manglietia glauce，Cd stress，growth，physiological characteristics
目前，随着我国工农业发展进程速度加快，“三废”的排放、矿物开采和冶炼、电镀冶金行业的发展以及
农业生产中化肥和农药的施用，使得重金属污染成了我国最重要的环境问题之一。重金属可以通过大气、土
壤和水体在不同的生态系统中循环流动，还可能通过在食物链的迁移和转化使重金属富集在生物体内，造成
极大的危害。因此，重金属污染已越来越受到人们的广泛关注。在重金属污染中，以镉、铅等污染最为常见，
镉并不是生物体所必须的生长元素，极小浓度即可产生较大危害。有研究表明，镉在一定程度上降低植物光
合作用［1］，阻碍植物的养分积累和细胞代谢［2］，破坏植物体内的保护系统等［3］，所以掌握不同程度的镉胁迫
对植物生长及生理生化特征的影响，可为镉污染地区植物栽培提供重要的理论依据。
灰木莲(Manglietia glauce)为木兰科(Magnoliaceae)木莲属(Manglietia)的常绿阔叶乔木，其树形优美，
干形通直，花大而芳香，有较强的抗污染和滞尘作用［4］，为优良的城乡园林绿化树种。灰木莲原产于越南，
自 20 世纪 60 年代以来我国的广东、广西、香港、海南等地均有引种［5-6］，且生长表现良好，而这些省市是我国
73广 东 林 业 科 技 2011 年第 27 卷第 6 期
* 基金 /项目:广西高峰林场珍贵及乡土树种研究项目。
第一作者简介:朱贤良(1961-) ，男，广西博白县人，工程师，从事林业技术和营林管理工作。
镉污染较为严重的地区之一，为此，本文采用不同浓度的 CdCl2 溶液对灰木莲苗木进行胁迫试验，测定其苗
木生长指标和生理指标，探讨其对重金属镉的反应及适应机制，为今后灰木莲的引种栽培和推广提供参考依
据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
选用 1 a生灰木莲实生苗作为试材，采用盆栽土培法对苗木进行试验。在装盆前用 5 g /L的高锰酸钾溶
液对基质土(黄心土与细沙，质量比为 3∶ 1)进行消毒，在试验前对基质土进行测定，得出重金属含量在正常
范围内，对试验处理无影响。
1． 2 处理方法
试验地位于广西大学林学院苗圃，用氯化镉(CdCl2·2． 5H2O)配置成 4 种浓度(其中浓度以纯 Cd
2 +计)
镉溶液，分别为 10，50，100，150 mg /L，另用蒸馏水作为对照，共 5 种处理。试验采用完全随机设计，每个处
理 10 个重复，总共 50 盆。上盆培养 20 d后进行重金属胁迫处理，每隔 7 d浇灌 1 次，每次每盆 150 mL，共进
行 4 次处理。开始处理的第 0，10，20，34 d测定生长指标，34 d时带回叶片进行生理指标测定，每个指标重
复测定 3 次。
1． 3 测定方法
1． 3． 1 生长指标测定 采用钢卷尺和游标卡尺分别测定植株高度和地径，精度分别为 0． 1 cm和 0． 02 mm。
相对生长率(%)=(最后的苗木生长量 －初始的苗木生长量)× 100 /初始的苗木生长量
1． 3． 2 生理指标测定 过氧化氢酶(CAT)用紫外分光光度法测定;超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用
氮蓝四唑光还原法［7］;丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸法［8］;游离脯氨酸质量分数测定采用酸
性茚三酮比色法［9］;可溶性蛋白测定用考马斯亮蓝法测定;可溶性糖的含量用硫代巴比妥法测定［10］。
1． 4 数据处理
数据处理采用 SPSS、DPS等软件进行完全随机试验设计，对不同 Cd胁迫浓度间生理指标的差异进行单
因素方差分析。
2 结果与分析
2． 1 镉胁迫对灰木莲苗木生长的影响
随着处理的 CdCl2 浓度的增加，灰木莲苗木株高和地径的相对增长率呈现出递减趋势(表 1)。随着镉
浓度的增加，灰木莲苗木的株高相对增长率从 13． 29%下降到 7． 71%，地径相对增长率从 31． 16%下降到
22． 88%。之后对不同浓度胁迫下株高和地径的相对增长率进行方差分析，结果表明，在镉胁迫下株高的相
对增长率呈现显著性减少(P ＜ 0． 05) ，而地径相对增长率减少的趋势不明显。由此可知，当 CdCl2 溶液浓度
提高时，胁迫对株高的影响比对地径的影响要显著。
表 1 Cd胁迫对灰木莲苗木的影响
CdCl2 浓度 (mg /L) 株高相对增长率 (%) 地径相对增长率 (%)
0 13． 29 a 31． 16 a
10 11． 34 ab 30． 23 a
50 10． 48 bc 27． 09 a
100 8． 13 cd 24． 54 a
150 7． 71 d 22． 88 a
注:不同字母表示同一列数据在 α = 0． 05 水平下差异显著。
2． 2 Cd胁迫对灰木莲叶片 SOD活性的影响
SOD是生物体内清除过氧化自由基的一种保护酶，它能将体内新陈代谢过程中产生的 O2
－ 转化为
H2O2，从而减少 O2
－自由基对植物生长的阻碍［11］。在一般情况下，生物遇到外界不良环境条件时，体内细胞
的 SOD酶活性会增强，从而抑制细胞的过氧化作用，维持植物正常代谢。从图 1a 可看出，在镉溶液浓度为
83 朱贤良等: Cd胁迫对灰木莲幼苗生长及某些生理特性的影响
10 ～ 50 mg /L时，SOD的活性与对照(CK)相比有所增加，但之后 SOD的活性随着 Cd 浓度的增长而减少，当
浓度达到 150 mg /L时，该处理与 10 mg /L的处理之间 SOD活性的差异显著(P ＜ 0． 05)。
图 1 Cd胁迫对灰木莲叶片中 SOD和 CAT活性的影响
2． 3 Cd胁迫对灰木莲叶片 CAT活性的影响
CAT是植物体内普遍存在的一种抗氧化酶，它能够有效的清除植物体内多余的 H2O2，是生物抗氧化过
程中一系列抗氧化酶的终端。由图 1b可知，灰木莲幼苗叶片在遭受镉胁迫时，叶片细胞内的 CAT活性随着
Cd浓度的增加而呈下降趋势，但不同浓度处理间的差异并不显著。
2． 4 Cd胁迫对灰木莲叶片 MDA含量的影响
植物在逆境条件下，细胞内的氧化自由基大量产生，过量的自由基会引发或加剧细胞膜质过氧化作用，
损害细胞膜系统。MDA是细胞膜脂过氧化作用的主要产物之一，其积累是细胞受到活性氧毒害作用的表
现［12］。从图 2 a中 MDA质量摩尔浓度的变化趋势可知，叶片中的 MDA 含量随着 Cd 浓度的升高而呈缓慢
增长的趋势，但在浓度为 50 mg /L时，MDA的含量却有所降低，Cd2 +浓度 100 和 150 mg /L处理的 MDA含量
与对照(CK)的差异显著(P ＜ 0． 05)。
图 2 Cd胁迫对灰木莲叶片中 MDA和脯氨酸含量的影响
2． 5 Cd胁迫对灰木莲叶片游离脯氨酸含量的影响
生物体内的脯氨酸是细胞主要的渗透调节物质之一，其作用在于当细胞透性受到一定程度破坏后，细胞
体内的脯氨酸含量会增加，从而进行渗透调节，以维持细胞一定的膨压，降低细胞受害程度［13］。从图 2b 可
看出，灰木莲叶片中游离脯氨酸含量随着镉溶液浓度的升高而缓慢上升，但不同浓度胁迫下脯氨酸含量的差
异不显著，这表明在镉胁迫下，灰木莲叶片通过脯氨酸的积累来维持渗透调节从而减轻镉胁迫的危害，脯氨
酸含量在不同胁迫浓度下变化不明显也说明灰木莲苗木在逆境条件下仍保持较好的渗透调节性。
2． 6 Cd胁迫对灰木莲叶片蛋白质含量的影响
蛋白质对细胞及生物体的生命活动过程起着重要作用，它关系着植物的养分循环、代谢作用以及生长发
93广 东 林 业 科 技 2011 年第 27 卷第 6 期
育等，蛋白质的含量变化可起到植物体受到逆境胁迫强弱的指示作用。由图 3 可知，灰木莲叶片蛋白质含量
随着镉浓度的增高而呈先上升后下降的趋势，当镉溶液浓度小于 10 mg /L时，蛋白质含量较对照有所上升，
但随着浓度的增加，蛋白质含量呈缓慢减少的趋势，由此可知，在低浓度的胁迫下，灰木莲叶片中的蛋白质含
量上升以维持植株体的正常生长活动，但当浓度升高到一定程度时，镉可以抑制幼苗蛋白质的生物合成，从
而可能影响其生长发育。
图 3 Cd胁迫对灰木莲叶片中可溶性蛋白含量的影响
3 结论与讨论
经过试验分析发现，不同 Cd胁迫下灰木莲幼苗的生长和生理生化指标都受到了不同程度的影响。灰
木莲株高和地径的相对增长率随着镉浓度的升高而递减，不同胁迫浓度间株高的相对增长率存在显著差异，
而地径间的差异不显著，由此可知镉对灰木莲苗木生长的胁迫主要是通过影响株高来完成的。
随着镉胁迫浓度的增加，灰木莲叶片内的一些生理物质也发生了相应的变化。细胞膜脂过氧化产物
MDA作为细胞膜受害程度的指标之一，它随着镉胁迫浓度的增加而呈缓慢增加的趋势，在低浓度(50 mg /
L)时，MDA含量与对照相比差异不明显，但随着镉胁迫浓度的上升，MDA含量明显增大。然而，在植物体内
同时存在清除氧化自由基的保护酶系统，其中超氧物歧化酶 SOD 和过氧化氢酶 CAT 就是细胞中重要的清
除自由基的两种保护酶，这些保护酶活性的强弱也是植物抵抗外界不良环境能力强弱的标志之一，SOD 将
体内新陈代谢过程中产生的 O2
－转化为 H2O2，CAT 能够有效的清除植物体内多余的 H2O2，SOD 和 CAT 的
协同作用可降低镉胁迫对植物的伤害程度。对镉胁迫下灰木莲叶片的保护酶测定可知，SOD活性随着镉胁
迫浓度的上升而先上升后下降，CAT活性随着镉胁迫的上升而下降，这可能是由于 Cd 胁迫抑制了植物体内
保护酶系统的活性，导致活性氧代谢失衡，引起植物细胞受害。
灰木莲叶片的游离脯氨酸含量作为重要的渗透调节物质，它的积累对植物体适应逆境有着重要意义。
实验结果表明，在不同处理水平下，灰木莲游离脯氨酸含量的变化趋势均是随着 Cd 浓度的增加而呈缓慢的
增加趋势，这与番茄幼苗在镉胁迫下脯氨酸含量的变化趋势相同［14］。
蛋白质在生物体生命活动过程中起重要作用，其含量的变化可指示逆境胁迫对植物生理功能的影响。
随着 Cd2 +浓度的增加，灰木莲叶片内可溶性蛋白含量表现出先增加后降低的趋势，灰木莲在低浓度下表现
出应激反应，产生更多的可溶性蛋白来维持植株体内正常的生命活动，但随着处理浓度的增加出现重金属中
毒反应，导致可溶性蛋白含量下降。
综上所述，在重金属镉胁迫下，灰木莲幼苗在生长和生理特征上，表现出一定的耐镉胁迫的反应，在低浓
度镉胁迫下依然能维持正常生命活动，适用于低浓度重金属污染的城区周边土壤和工矿地的生态修复。
04 朱贤良等: Cd胁迫对灰木莲幼苗生长及某些生理特性的影响
参考文献
［1］ 朱宇林，曹福亮，王贵斌． Cd、Pb胁迫对银杏光合特性的影响［J］． 西北林学院学报，2006，21(1) :47-50．
［2］ 吴福忠，杨万勤，张健，等． 镉胁迫对桂花生长和养分积累、分配与利用的影响［J］． 植物生态学报，2010，34(10) :1220-
1226．
［3］ 张凤琴，王友绍，董俊德，等． 重金属污水对木榄幼苗几种保护酶及膜脂质过氧化作用的影响［J］． 热带海洋学报，2006，
25(2) :66-70．
［4］ 李俊贞，秦武明，覃毓，等． 灰木莲人工林生物量和生产力的研究［J］． 福建林业科技，2011，38(1) :1-5．
［5］ 林捷，叶功富，沈德炎，等． 灰木莲和子京在闽南山地的引种表现［J］． 林业开发，2004，18(1) :18-20．
［6］ 潘志刚． 中国主要外来树种引种栽培［M］． 北京:北京科学技术出版社，1994:333-336．
［7］ 邹琦． 植物生理学试验指导［M］． 北京:中国农业出版社，2000．
［8］ 李合生． 植物生理生化试验原理和技术［M］． 北京:高等教育出版社，2000．
［9］ 高俊凤． 植物生理学实验指导［M］． 北京:高等教育出版社，2006．
［10］ 张志良． 植物生理学实验指导［M］． 北京:高等教育出版社，2003．
［11］ 杜秀敏，殷文璇，赵彦修，等． 植物中活性氧的产生及清除机制［J］． 生物工程学报，2001，17(2) :121-125．
［12］ 曲元刚，赵可夫． NaCl和 Na2CO3 对盐地碱蓬胁迫效应的比较［J］． 植物生理与分子生物学学报，2003，29(5) :387-394．
［13］ 赵军营，李绍华，代占武，等． 半根和全根干旱对嘎啦苹果组培苗渗透调节物质积累的影响［J］． 西北植物学报，2005，
25(12) :2484-2489．
［14］ 丁海东，齐乃敏，朱为民，等． 镉、锌胁迫对番茄幼苗生长及其脯氨酸与谷胱甘肽含量的影响［J］． 中国生态农业学报，
2006，14(2) :53-55．
14广 东 林 业 科 技 2011 年第 27 卷第 6 期