全 文 ：2011 年第 4 期 923
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(责任编辑:张才德)
收稿日期:2011-04-09
作者简介:李亚敏 (1978 －) ，女，陕西西安人，讲师，硕士，主要从事植物生理生态研究工作。E-mail:lily810@ 126． com。
文献著录格式:李亚敏，刘建中，肖红利 ． 密叶绢藓抗氧化酶活性对模拟酸雨与镉复合胁迫的响应 ［J］． 浙江农业科学，2011 (4) :
923-926.
密叶绢藓抗氧化酶活性对模拟酸雨与
镉复合胁迫的响应
李亚敏1，刘建中1，肖红利2
(1. 陕西广播电视大学 理工部，陕西 西安 710069;2. 西北农林科技大学 生命科学学院，陕西 杨凌 712100)
摘 要:通过实验室模拟试验，研究重金属镉 (Cd)和模拟酸雨复合污染对密叶绢藓抗氧化酶活性的影响。
结果表明，随着酸雨强度的增强和 Cd 浓度的增加，密叶绢藓叶绿素含量持续降低，在 Cd 浓度为 50 mg·L － 1，
pH 值 3. 5 时达到最小值，比对照低了 47. 93%;丙二醛 (MDA)含量逐渐升高，在 Cd 浓度为 20 mg·L － 1，2 种
强度酸雨 (pH 值 4. 5，3. 5)处理下的 MDA 含量达到高峰，与对照组相比，分别高出了 103. 26% 和 124. 37%;
超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)和过氧化氢酶 (CAT)活性则是先升后降的趋势。说明酸性条件
下重金属离子对植物细胞产生氧化胁迫作用，且复合胁迫毒性效应大于单一胁迫。
关键词:密叶绢藓;抗氧化酶;酸雨;镉
中图分类号:X 517 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2011)04-0923-04
酸雨为 pH 值小于 5. 6 的酸性降水，是一种严
重的大气污染现象。东亚地区在 20 世纪 80 年代已
成为世界第 3 大酸雨区，其范围包括我国秦岭与淮
河以南及朝鲜半岛和日本列岛［1］，西安市位于秦
岭北麓，大气受酸性废气污染严重，随着城市建设
规模的扩大和市内机动车辆的增加，SO2、NO x、
HCl 等酸性废气的排放，使降水的 pH 值和酸雨有
增强趋势［2］。酸雨已成为目前世界生态环境主要
问题之一，也是我国的重大环境问题。
酸雨不仅使土壤酸化而影响植物生长发育，还
能使环境中镉 (Cd)、铅 (Pb)等重金属以活性形
式存在［3］，近年的研究表明，重金属离子 Cd2 + 和
Pb2 +、汞 (Hg2 + )、镍 (Ni2 + )一类环境毒性因
子，对植物有明显的毒害与诱变作用。重金属离子
进入植物体内后可诱导产生大量的活性氧自由基，
使活性氧代谢失调，造成膜脂过氧化损伤，酶系统
遭到不同程度的破坏，引起蛋白质和核酸等生物大
分子变性，最终导致细胞凋亡。植物体内的超氧化
物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)和过氧化
物酶 (POD)是一类重要的抗氧化酶，在清除重
金属等诱导产生的氧自由基和过氧化物、抑制膜脂
过氧化、保护细胞免遭伤害等方面起着重要作
用［4 － 5］。抗氧化酶不仅可以作为监测环境污染物胁
迫的生物标记物，同时也能从一个侧面揭示污染物
对植物的毒害。苔藓植物由于结构简单，具有超强
的生理适应机制以及对环境因子的高反应敏感度，
而成为一类良好的生物指示植物，被世界各国广泛
应用为环境变化的指示物［6］，因此作者以陕西常
见苔藓植物密叶绢藓为材料，研究酸雨和重金属
Cd 复合污染对其抗氧化酶系统的影响，探讨密叶
DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.2011.04.008
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绢藓作为环境监测植物的可行性。
1 材料与方法
1. 1 材料
密叶绢藓 (Entodon compressus (Hedw．) C．
Muell．)采于陕西省西安市翠华山保护区，位于秦
岭北脉，海拔2 132 m 处，该地植物资源丰富，空
气洁净，大气未受到污染。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 试验处理
野外采回的活体密叶绢藓去除杂物并用去离子
水洗净，在培养箱中培养 2 d，使其适应环境，然
后挑选长势一致的材料处理，先用滤纸吸干表面水
分，放入培养皿中，以 CdCl2·2. 5H2 O 形式分别
添加 200 mL 不同浓度镉溶液，使 Cd 浓度分别为 0
(对照) ，5，10，20，50 mg·L － 1 (以纯 Cd 计) ，
然后把培养皿移入到25 ℃光照培养箱中进行培养，
光周期为 12 h ∶ 12 h。在培养 2 d 后，进行酸雨处
理，酸雨喷洒每隔 2 d 进行 1 次，每次喷至叶片滴
水为度，15 d 后取一部分样品进行各项指标的测
定，每个处理重复 3 次。
1. 2. 2 模拟酸雨的配制
根据西安地区历年酸雨的成分，参照文献 ［2］
配制模拟酸雨，采用 98% 浓硫酸和 65% 浓硝酸，
按体积 8 ∶ 1 的比例，然后加去离子水稀释而成。
试验采用 3 个处理:pH 值分别为 5. 6，4. 5，3. 5，
分别用 AR0、AR1、AR2 表示。蒸馏水与大气平衡
后形成的溶液，其 pH 值 5. 6 作为对照组，pH 值
3. 5 酸雨的化学组成与目前西安地区酸雨组成相
近，pH 值 4. 5 酸雨的离子浓度为 pH 值 3. 5 酸雨的
1 /2，模拟未来酸雨的情况。
1. 3 测试指标
叶绿素含量采用乙醇丙酮混合液法［7］测定，
丙二醛 (MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定［8］，
超氧化物歧化酶 (SOD)活性采用氯化硝基四氮唑
蓝 (NBT)法测定［9］;过氧化物酶 (POD)活性
按愈创木酚法［7］测定;过氧化氢酶 (CAT)活性
参照过氧化氢分解量法测定［10］。
1. 4 统计分析
所有数据分析由 SPSS V16. 0 统计软件完成。
2 结果与分析
2. 1 叶绿素含量
叶绿素含量高低可以反映植物利用光能制造有
机物的能力，密叶绢藓的叶绿素含量随着酸雨强度
和 Cd 浓度的增加而下降。如图 1 所示，未加 Cd
处理时，在 pH 值 4. 5，3. 5 的酸雨胁迫下，叶绿素
含量与 pH 值 5. 6 时相比略有下降，但没有显著差
异，说明单一酸雨污染对密叶绢藓叶绿素含量的影
响较小。当酸雨和 Cd 进行复合污染时，pH 值 3. 5
的酸雨强度对密叶绢藓的伤害程度随着 Cd 浓度的
增加而增加，当 Cd 浓度为 50 mg·L － 1，pH 值 3. 5
时，密叶绢藓叶绿素含量达到最低值，与对照相
比，下降 47. 93%，可见 Cd 使酸雨对密叶绢藓的
伤害效应表现得更加显著，Cd 和酸雨胁迫具有协
同作用。
图 1 模拟酸雨和镉复合胁迫对密叶绢藓
叶绿素含量的影响
2. 2 MDA 含量
MDA 是细胞膜脂过氧化反应的产物，其含量
的变化可作为检测逆境条件下膜系统受损程度的指
标［11］。如图 2 所示，pH 值 5. 5 时，密叶绢藓的
MDA 含量在 Cd 共同胁迫下变化没有 pH4. 5 和
pH3. 5 大。在高强度的酸雨胁迫下 (pH 值 4. 5，
3. 5)密叶绢藓 MDA 含量随着 Cd 浓度的升高，出
现先升高再降低的趋势，在 Cd 浓度为 20 mg·L － 1
时，2 种强度酸雨 (pH 值 4. 5，3. 5)处理下的
MDA 含量达到高峰，与对照组相比，分别高出了
103. 26%和 124. 37%。之后由于解除胁迫，MDA
含量开始下降，说明在 Cd≤20 mg·L － 1时，酸雨
对植物没有造成伤害，大于这一临界值，就对植物
造成了损伤。
2. 3 SOD 活性
SOD 是一种重要的清除活性氧的防御酶，活
性的升高反映了逆境胁迫下植物体内活性氧自由基
增多，膜脂过氧化加剧。图 3 显示，未加 Cd 处理
李亚敏，等:密叶绢藓抗氧化酶活性对模拟酸雨与镉复合胁迫的响应 925
图 2 模拟酸雨和镉复合胁迫对密叶绢藓
MDA 含量的影响
图 3 镉和模拟酸雨复合污染对密
叶绢藓 SOD 活性的影响
时，密叶绢藓的 SOD 活性随着酸雨强度的增加而
上升，说明酸雨对密叶绢藓造成了胁迫，促进了活
性氧产生，植物需要依靠提高 SOD 活性来清除活
性氧。在 pH 相同的酸雨条件下，随着 Cd 处理浓
度的升高，密叶绢藓的 SOD 活性均表现为先升高
后下降的趋势，在 Cd 浓度为 10 mg·L － 1时，达到
活性的最大值，比对照组高出了 15. 82%，但过高
浓度的 Cd 胁迫会导致 SOD 活性下降，植物体内的
活性氧自由基不能被有效清除，使植物受到伤害。
2. 4 POD 活性
密叶绢藓叶中 POD 活性随着酸雨强度和 Cd 含
量的增加也呈现先逐渐升高趋势，在 Cd 浓度为 10
mg·L － 1 (图 4) ，pH 3. 5 和 pH 4. 5 酸雨胁迫下的
POD 活性达到最大值，比对照组分别增加了
7. 24%和 6. 53%，后随着 Cd 浓度的进一步升高，
POD 活性开始下降。这一结果说明在一定强度酸
雨和一定含量 Cd 的胁迫下，密叶绢藓叶中产生了
图 4 镉和模拟酸雨复合污染对密
叶绢藓 POD 活性的影响
大量的自由基，使得 POD 活性增强，但在高强度
酸雨和高含量 Cd 复合污染下，密叶绢藓叶开始出
现部分衰亡现象如叶片卷曲等，使 POD 活性表现
为下降趋势。
2. 5 CAT 活性
植物体内 CAT 的作用，是把植物体 SOD 歧化
产生的 H2O2 进一步还原为 H2O 和 O2，以解除活
性氧对植物的危害。图 5 显示，在酸雨胁迫下，随
着 Cd 浓度增加，密叶绢藓 CAT 活性均随之提高，
在 20 mg·L － 1时达到最大。pH 值 3. 5 时，CAT 活
性比对照组高 2. 87%，这与 POD 的变化趋势一致，
原因可能在于 pH 值 3. 5 时，溶液中 Cd 的生物毒
性较大，从而诱导 CAT 的活性。
图 5 镉和模拟酸雨复合污染对
密叶绢藓 CAT 活性的影响
3 小结与讨论
叶绿素含量的变化，既可反映植物叶片光合作
用功能的强弱，也可用以表征逆境胁迫下植物组
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织、器官的衰老状况［13］。本研究中，在酸雨和 Cd
复合胁迫下，密叶绢藓的叶绿素含量呈下降趋势。
这一结果说明，复合污染对密叶绢藓的生长产生了
一定的毒害作用，这种毒害作用主要表现在破坏叶
绿素结构，降低植物叶绿素含量，使植物的代谢发
生紊乱，从而抑制植物生长。而植株生长与植物的
光合作用有密切关系，重金属胁迫对植物的光合作
用起抑制作用，且其效应与胁迫程度成正相关［14］。
植物细胞内膜系统中，各细胞器都有一定的膜
结构。膜脂过氧化是膜上不饱和脂肪酸中发生的一
系列活性氧反应，膜脂过氧化的产物为 MDA。有
研究表明，MDA 可作为膜脂过氧化作用指标之
一［15］。植物在正常生长中，体内活性氧产生和清
除处于平衡中，当植物处于各种逆境胁迫或衰老
时，这种平衡受到破坏，体内活性氧累积，引发膜
脂过氧化，使植物生长异常。本研究中 MDA 的积
累是密叶绢藓对逆境做出的一种适应性反应。
SOD、POD 和 CAT 等是植物体内清除活性氧
的重要酶类，其活性高低可以反应植物的抗 Cd 毒
能力［16］。细胞内抗氧化酶的活性水平直接影响细
胞内的自由基组成和水平，只有在各种酶的协同作
用下，才能有效清除细胞内的活性氧，使细胞免于
氧化损伤［17］。本研究中，密叶绢藓 SOD 活性在酸
雨和低浓度 Cd 诱导下升高，以清除胁迫时植物体
内过量的 O －2 ，这是植物的一种应激反应。POD 和
CAT 具有同工酶的特点，它们分别以不同的途径
清除植物体内有毒的过氧化物。POD 活性的增加
是由于酸雨和 Cd 对密叶绢藓产生一系列的生理生
化反应而产生了对自身有害的过氧化物，随着这种
物质的增加，POD 利用 H2O2 来催化这些对自身有
害的过氧化物的氧化分解，因此随着植物体内这些
POD 酶底物浓度的增加，致使 POD 活性逐渐增加。
有研究表明，在低浓度条件下，Hg2 +、 Cd2 +、
Cu2 +均诱导菹草 CAT 活性上升，随着污染浓度增
加，CAT 活性下降［18］，本研究中也出现了同样的
结果，复合胁迫前一阶段 CAT 活性在一定程度上
有所增加，这是由于低浓度的 Cd 和酸雨刺激了植
物的生长，使自身的抗性增加所致，但随着 Cd 浓
度的增加，植物体内大量的过氧化物超出 CAT 消
除的能力，CAT 活性下降。
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