全 文 ：第２７卷第４期
２０１３年８月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２０１３
　
　　收稿日期：２０１３－０３－２３
　　基金项目：国家自然科学基金项目（３０９７０１８８）；２０１２年浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目（２０１２Ｒ４０４０４５）
　　作者简介：陈林林（１９９２－），女，浙江台州人，在读本科生，主要从事逆境植物生理研究。Ｅ－ｍａｉｌ：２１４１９６７６８＠ｑｑ．ｃｏｍ
　　通讯作者：刘鹏（１９６５－），男，湖南冷水江人，博士，教授，主要从事植物逆境生理、环境污染与保护、植物生理生态的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｌｉｕ９９＠
ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ
Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ复合胁迫对匍灯藓生理特性的影响
陈林林１，吴玉环２，王月平１，徐根娣１，何彬彬１，邓子奇１，张芬元１，刘 鹏１
（１．浙江师范大学 植物学实验室，浙江 金华３２１００４；２．杭州师范大学 生命与环境科学学院，浙江 杭州３１００３６）
摘要：以匍灯藓（Ｐｌａｇｉｏｍｎｉｕｍ　ｃｕｓｐｉｄａｔｕｍ （Ｈｅｄｗ．）Ｔ．Ｋｏｐ．）为材料，通过土培法探究Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ胁迫对
苔藓光合系统、抗氧化系统的影响。结果表明：（１）随着处理重金属浓度的增加，匍灯藓叶绿素含量显著性
下降（ｐ＜０．０５），并且苔藓对Ｎｉ＋Ｐｂ和Ｐｂ＋Ｃｄ处理更为敏感。（２）在不同重金属处理下，ＡｓＡ含量的增
加趋势是Ｎｉ＋Ｐｂ＞Ｎｉ＞Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ＞Ｃｄ＋Ｎｉ＞Ｐｂ＞Ｐｂ＋Ｃｄ＞Ｃｄ。（３）Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理和 Ｎｉ＋
Ｐｂ处理的苔藓ＳＯＤ活性，在低浓度下升高，在高浓度下降低；其余处理方式下ＳＯＤ活性呈下降趋势，下降
速率较快的是Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ和Ｃｄ＋Ｎｉ处理。ＰＯＤ和ＣＡＴ活性均随着胁迫浓度的增加而下降；当处理方
式为Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ且浓度为１６０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＰＯＤ活性最低，比对照组下降了９８．３９％；ＣＡＴ活性在 Ｎｉ＋
Ｐｂ处理时下降速率最快。ＰＰＯ活性仅在Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ处理时出现高浓度抑制现象；其余相对于对照组都
增加，而且２种元素处理的增加量明显大于单种元素处理。匍灯藓的抗氧化体系中对Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ复合处理
的抵抗起关键作用的是ＡｓＡ和ＰＰＯ，可作为藓类植物受Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ复合胁迫的敏感生理指标。
关键词：匍灯藓；Ｐｂ、Ｃｄ、Ｎｉ复合胁迫；生理特性；抗氧化系统
中图分类号：Ｑ９４５．７８　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１３）０４－０２２８－０６
Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｎｉ，Ｐｂ，Ｃｄ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ
Ｐｌａｇｉｏｍｎｉｕｍ　ｃｕｓｐｉｄａｔｕｍ （Ｈｅｄｗ．）Ｔ．Ｋｏｐ．
ＣＨＥＮ　Ｌｉｎ－ｌｉｎ１，ＷＵ　Ｙｕ－ｈｕａｎ２，ＷＡＮＧ　Ｙｕｅ－Ｐｉｎｇ１，ＸＵ　Ｇｅｎ－ｄｉ　１，
ＨＥ　Ｂｉｎ－ｂｉｎ１，ＤＥＮＧ　Ｚｉ－ｑｉ　１，ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｎ－ｙｕａｎ１，ＬＩＵ　Ｐｅｎｇ１
（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｂｏｔａｎｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｈｕａ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３２１００４；
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００３６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　Ｎｉ，Ｐｂ，Ｃｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ
ｍｏｓｓ　Ｐｌａｇｉｏｍｎｉｕｍ　ｃｕｓｐｉｄａｔｕｍ （Ｈｅｄｗ．）Ｔ．Ｋｏｐ．ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｓｏｉｌ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ
ｗｅｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｏｗｓ：Ａｓ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　Ｃｈｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ（ｐ＜
０．０５），ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｓｓ　ｗａｓ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｎｉ＋Ｐｂ　ａｎｄ　Ｐｂ＋Ｃｄ．Ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ
ａｓｃｏｒｂａｔｅ（ＡｓＡ）ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｏ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ｗａｓ　Ｎｉ＋Ｐｂ＞Ｎｉ＞Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ＞Ｃｄ＋Ｎｉ＞Ｐｂ
＞Ｐｂ＋Ｃｄ＞Ｃｄ．Ｕｎｄｅｒ　ｓｉｎｇｌｅ　Ｎｉ，Ｐｂ　ｏｒ　Ｃｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎｉ＋Ｐｂ，ｔｈｅ　ＳＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｔ　ｌｏｗｅｒ　ｍｅｔａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｂｕｔ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ａｔ　ｈｉｇｈｅｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ＳＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｗａｓ　ｍｕｃｈ
ｈｉｇｈｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｏｔｈｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＳＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｎ　Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ　ａｎｄ　Ｃｄ＋Ｎｉ　ｓｔｒｅｓｓ
ｗｅｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｈａｎｄ，ｔｈｅ　ＰＯＤ　ａｎｄ　ＣＡＴ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｈｅａｖｙ
ｍｅｔａｌｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｏｆ　ＰＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｎ　Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　１６０ｍｍｏｌ／Ｌ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ
ｂｙ　９８．３９％ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｇｒｏｕｐ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｃｅｎｔ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ＳＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｎ　Ｎｉ＋Ｐｂ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｍｏｓｔ
ｑｕｉｃｋｌｙ．ＰＰＯ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｗｈｅｎ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ
ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ＰＰＯ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｗａｓ　ｍｕｃｈ　ｈｉｇｈｅｒ　ｉｎ　ｔｗｏ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ
ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｕｓ　ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｅｅｎ　ｔｈａｔ　ＰＰＯ　ｐｌａｙｅｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓ．
Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＡｓＡ　ａｎｄ　ＰＰＯ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ａｓ　ａ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｏｘｉｃ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｎｉ，
Ｐｂ　ａｎｄ　Ｃｄ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｌａｇｉｏｍｎｉｕｍ　ｃｕｓｐｉｄａｔｕｍ （Ｈｅｄｗ．）Ｔ．Ｋｏｐ．；Ｎｉ，Ｐｂ，ａｎｄ　Ｃｄ　ｓｔｒｅｓｓ；ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；
ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ
近年来，环境污染日益严重，尤其是重金属的污染和危害已成为日益突出的世界性问题。随着工农业的快
速发展，大量重金属被释放到大气、水体和土壤中，伴随而来的是植物的金属毒害问题。据统计，目前由于人类
活动引起的Ｐｂ、Ｃｄ、Ｎｉ等重金属的人为释放量超过自然释放量或与自然释放量持平，这些重金属的污染不仅
降低土壤肥力和作物的产量与品质，还恶化环境［１］。也有研究［２］表明，重金属能对植物的生长和代谢产生不良
影响，不仅会抑制植物的光合作用、影响植物对养分的吸收、抑制种子的萌发和幼苗的生长，还会干扰植物体水
分代谢平衡、改变膜透性。此外，不同的重金属在环境中的行为表现可能是协同作用、拮抗作用或者没有相互
作用，其中重金属复合污染的协同作用对环境安全有重大威胁［３］。苔藓植物具有独特的生理特征和代谢特点，
是世界各国公认的环境指示植物，其不仅可以减缓或清除环境中的重金属污染，而且在监测重金属污染时具有
灵敏、精确、直接、采样容易等优点［４］。提灯藓科的匍灯藓（Ｐｌａｇｉｏｍｎｉｕｍ　ｃｕｓｐｉｄａｔｕｍ （Ｈｅｄｗ．）Ｔ．Ｋｏｐ．）为
阴湿或较干燥环境的藓类，土生或湿石生，有时生于腐木或老树干基部，生物量较大。目前，有关重金属胁迫对
苔藓伤害的机理，主要是对单一重金属的研究，且集中在Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ等元素，关于多种元素复合胁迫对苔藓
的影响研究不多，如衣艳君等［５］研究了尖叶走灯藓叶绿素荧光对复合重金属胁迫的响应；孙天国等［６］研究了复
合重金属胁迫对东亚砂藓和拟垂枝藓的生理特征影响，而Ｐｂ、Ｃｄ、Ｎｉ复合胁迫苔藓的研究还未见报道。本文
通过研究匍灯藓Ｐｂ、Ｃｄ、Ｎｉ复合胁迫下的光系统、抗氧化系统的相关指标变化，以期为匍灯藓在清除环境中重
金属污染的应用提供理论依据和基础资料。
１　材料与方法
１．１　材料与重金属处理方法
供试苔藓为匍灯藓（提灯藓科），采于浙江师范大学老校区。采集的新鲜匍灯藓去除杂物后采用土培法，先
用蒸馏水培养５ｄ，待其生长正常且生长状况基本相同时，分别采用单种元素：Ｎｉ（２０，４０，８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ），Ｐｂ
（２０，４０，８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ）和Ｃｄ（２０，４０，８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ）；２种元素：Ｎｉ＋Ｐｂ（２０＋２０，４０＋４０，８０＋８０，１６０＋１６０
ｍｍｏｌ／Ｌ），Ｐｂ＋Ｃｄ（２０＋２０，４０＋４０，８０＋８０，１６０＋１６０ｍｍｏｌ／Ｌ）和Ｃｄ＋Ｎｉ（２０＋２０，４０＋４０，８０＋８０，１６０＋１６０
ｍｍｏｌ／Ｌ）；３种元素：Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ（２０＋２０＋２０，４０＋４０＋４０，８０＋８０＋８０，１６０＋１６０＋１６０ｍｍｏｌ／Ｌ）处理苔藓，
每天每盆喷洒溶液２０ｍｌ，在２５℃光照培养箱中培养，光周期为１２ｈ。与此同时，设立对照组（喷施等量的蒸
馏水）。处理的苔藓均培养１０ｄ后，测定数据。每个处理重复３次。试验时间为２０１２年１０月－２０１３年２月。
１．２　测定方法
叶绿素含量测定为乙醇丙酮混合液法［７］；抗坏血酸（ＡｓＡ）含量参照张宗申等［８］的方法测定；超氧化物歧化
酶（ＳＯＤ）活性参照文献［９］的方法；过氧化物酶（ＰＯＤ）活性参照文献［９］的方法测定；过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性
参考 Ｍｏｎｎｅｔ等［１０］的方法；多酚氧化酶（ＰＰＯ）活性按照赵亚华［１１］的方法测定。
１．３　数据处理
匍灯藓各种生理指标的含量或变化均以鲜重表示，所有测定均做３次重复，计算平均值和标准误差，所有
数据采用ＳＰＳＳ　１５．０软件中的Ｄｕｎｃａｎ法进行差异显著性分析，用Ｏｒｉｇｉｎ　８软件制图。
２　结果与分析
２．１　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理对匍灯藓体内叶绿素含量的影响
叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素，其含量的高低直接反映植物光合作用能力的强弱。叶绿素含
量的降低是植物遭受重金属毒害的重要特征之一［１２］。由图１可知，Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理时匍灯藓体内叶
绿素含量相对于对照组显著降低。Ｎｉ、Ｐｂ处理下，在浓度为１６０ｍｍｏｌ／Ｌ时，匍灯藓体内叶绿素含量出现最小
值，分别为８．３７，５．７６ｍｇ／Ｌ。Ｃｄ处理下，叶绿素含量先减少后趋于平稳，最小值出现在浓度为８０ｍｍｏｌ／Ｌ。
２种元素处理时，匍灯藓体内叶绿素含量相对于对照组明显降低。Ｎｉ＋Ｐｂ，Ｃｄ＋Ｎｉ处理时，叶绿素含量表
现为先下降后升高，最终仍下降，当浓度分别为４０，８０ｍｍｏｌ／Ｌ时出现了较大值。Ｐｂ＋Ｃｄ处理时，叶绿素含量
随着处理浓度的增加而明显降低，最小值为３．０６ｍｇ／Ｌ，比对照组下降了７９．１０％。
３种重金属元素处理时匍灯藓体内叶绿素含量随着重金属浓度的增加不断地下降，最后趋于平稳，在浓度
９２２第４期 　　　 　　陈林林等：Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ复合胁迫对匍灯藓生理特性的影响
为１６０ｍｍｏｌ／Ｌ时，达到最小含量，比对照组下降了７０．４２％，说明随着重金属胁迫浓度增加，匍灯藓的光合作
用不断降低，可能最终导致光合能力的丧失。
　　注：Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４分别表示处理时重金属浓度为０，２０，４０，８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ；柱状图上小写字母不同表示在ｐ＜０．０５水平差异显著。
下同。
图１　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ多种处理方式对匍灯藓体内叶绿素含量的影响
２．２　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理对匍灯藓体内ＡｓＡ含量的影响
抗坏血酸（ＡｓＡ）是抗坏血酸－谷胱甘肽（ＡｓＡ－ＧＳＨ）循环代谢中的非酶类抗氧化剂，ＡｓＡ在抗坏血酸过
氧化物酶（ＡＰＸ）作用下与 Ｈ２Ｏ２ 反应是清除 Ｈ２Ｏ２ 的重要途径。从图２可以看出，Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理导
致匍灯藓体内ＡｓＡ的累积。匍灯藓ＡｓＡ含量随Ｐｂ、Ｃｄ浓度的增加逐渐增大，在４０，８０ｍｍｏｌ／Ｌ时出现略微
下降；当Ｐｂ、Ｃｄ浓度达到１６０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＡｓＡ含量达到最大值，分别高于对照８９５．９４％和５０５．４１％。Ｎｉ处
理下，匍灯藓ＡｓＡ含量逐渐增加，最大值为３１．７１μｍｏｌ／Ｌ。
当Ｎｉ＋Ｐｂ浓度小于８０ｍｍｏｌ／Ｌ时，匍灯藓ＡｓＡ含量随重金属浓度增加而增加，ＡｓＡ含量的最大值出现
在８０ｍｍｏｌ／Ｌ处，此时其含量为对照的１３．３倍，这可能与抗坏血酸－谷胱甘肽（ＡｓＡ－ＧＳＨ）循环代谢加
强［１３］有关。当Ｎｉ＋Ｐｂ浓度大于８０ｍｍｏｌ／Ｌ，ＡｓＡ含量略微下降。Ｐｂ＋Ｃｄ处理下，匍灯藓ＡｓＡ含量的最大
值出现在４０ｍｍｏｌ／Ｌ处；Ｃｄ＋Ｎｉ处理下，匍灯藓ＡｓＡ含量逐渐增大。Ｎｉ＋Ｐｂ和Ｃｄ＋Ｎｉ的增加速率明显高
于Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理的速率，说明可能存在重金属之间的协同作用使得 Ｈ２Ｏ２ 的清除途径受到更严重
的抑制。
Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ处理匍灯藓时，ＡｓＡ含量随处理浓度的增加而逐渐升高，最大值出现在１６０ｍｍｏｌ／Ｌ处，为
对照组的１３倍。ＡｓＡ含量增加速率呈直线，可能是３种重金属不同的相互作用行为导致。
图２　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ多种处理方式对匍灯藓体内ＡｓＡ含量的影响
２．３　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理对匍灯藓体内ＳＯＤ活性的影响
作为植物抗氧化系统的第一道防线［１４］，ＳＯＤ能清除细胞内多余的·Ｏ２－。由图３可知，Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元
素处理时，匍灯藓ＳＯＤ活性随着处理浓度的增加表现为先增后减，最大值出现在２０ｍｍｏｌ／Ｌ，分别比对照组增
加了４．３４％，３９．０２％和３１．２４％；最小值出现在１６０ｍｍｏｌ／Ｌ，分别比对照组降低了４７．８３％，４６．８６％和４５．１５％。
说明匍灯藓ＳＯＤ活性对重金属的敏感度为Ｐｂ＞Ｃｄ＞Ｎｉ。
Ｐｂ＋Ｃｄ和Ｃｄ＋Ｎｉ处理下，匍灯藓体内的ＳＯＤ活性先呈明显下降，后趋于平稳。匍灯藓体内的ＳＯＤ活
性随着Ｎｉ＋Ｐｂ处理浓度的增加表现为先增加后减少，最大值为４１０．９８Ｕ／ｇ，比对照组增加了９．６７％。Ｐｂ＋
Ｃｄ＋Ｎｉ处理时，匍灯藓ＳＯＤ活性先显著下降再趋于平稳，最终仍下降。在４０，８０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＳＯＤ活性变化
不大，说明重金属浓度为４０～８０ｍｍｏｌ／Ｌ范围内，ＳＯＤ活性可能不受影响。
０３２ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
图３　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ多种处理方式对匍灯藓体内ＳＯＤ活性的影响
２．４　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理对匍灯藓体内ＰＯＤ活性的影响
在重金属胁迫下，ＰＯＤ活性的维持和提高对于植物提高耐胁迫能力有重要影响。图４表明，ＰＯＤ活性随
着Ｐｂ、Ｃｄ、Ｎｉ　３种重金属处理浓度的增加而显著下降，说明当３种重金属浓度高于２０ｍｍｏｌ／Ｌ时，已经超过
ＰＯＤ的分解能力。Ｎｉ＋Ｐｂ、Ｐｂ＋Ｃｄ、Ｃｄ＋Ｎｉ处理下，ＰＯＤ活性随着处理浓度增加显著性下降，分别比对照组
下降了９３．０３％，９２．４７％和９１．７２％，说明２种元素处理的效果基本相似，但２种元素处理的下降速率明显低
于单种元素处理，说明可能存在着重金属相互作用，从而缓解浓度过高的抑制作用。由图４可知，当浓度大于
８０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＰＯＤ的分解能力已经基本受到抑制，不发挥作用。Ｐｂ＋Ｃｄ＋Ｎｉ　３种元素同时处理时，ＰＯＤ活
性明显下降，但相对于单种元素处理和２种元素处理而言，下降速率较为缓慢，说明３种重金属元素之间存在
某种关系，从而缓解ＰＯＤ的分解能力。
图４　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ多种处理方式对匍灯藓体内ＰＯＤ活性的影响
２．５　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理对匍灯藓体内ＣＡＴ活性的影响
过氧化氢酶（ＣＡＴ）主要存在于植物过氧化物酶体与乙醛酸循环体中，它是清除Ｈ２Ｏ２ 的主要酶类，其主要
作用是清除光呼吸中产生的 Ｈ２Ｏ２。ＣＡＴ活性的下降将会造成 Ｈ２Ｏ２ 的积累，从而导致细胞膜结构的损
伤［１５］。图５表明，Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｄ单种元素处理对匍灯藓ＣＡＴ活性表现为持续抑制，而且这种抑制作用随重金属
浓度的增加逐渐增强。当Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｄ浓度为１６０ｍｍｏｌ／Ｌ时，匍灯藓ＣＡＴ活性分别降低到对照的９９．５９％，
９９．０４％和９９．６９％，说明Ｐｂ、Ｎｉ和Ｃｄ对匍灯藓ＣＡＴ活性表现出相似的抑制作用。Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｄ　２种元素处理
下，匍灯藓ＣＡＴ活性随着处理浓度增加而降低。由图５可知，单种元素处理和２种元素处理的效果基本相似，
说明２种重金属相结合时其缓解抑制效果并不是非常明显。与ＰＯＤ活性在Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ　３种处理时变化相
似，匍灯藓ＣＡＴ活性随着处理浓度增加，下降趋势明显；浓度在２０～４０ｍｍｏｌ／Ｌ范围内，ＣＡＴ活性迅速下降，
说明在低浓度时，３种重金属同时处理对匍灯藓有较严重的影响。
图５　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ多种处理方式对匍灯藓体内ＣＡＴ活性的影响
１３２第４期 　　　 　　陈林林等：Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ复合胁迫对匍灯藓生理特性的影响
２．６　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理对匍灯藓体内ＰＰＯ活性的影响
作为植物体内的一种内源呼吸酶，ＰＰＯ活性大小与植物的代谢强度及环境胁迫程度密切相关。图６表
明，Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｄ单种元素处理下，匍灯藓ＰＰＯ活性均随重金属浓度的增加逐渐增大，说明Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｄ对匍灯藓
ＰＰＯ活性具有激活作用。匍灯藓ＰＰＯ活性在 Ｎｉ＋Ｐｂ、Ｃｄ＋Ｎｉ处理下出现波动，其中当 Ｎｉ＋Ｐｂ浓度为４０
ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＰＰＯ活性出现最大值，为对照组的４．０７倍；Ｃｄ＋Ｎｉ浓度小于８０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＰＰＯ活性逐渐递增，
然后略微下降，但总体高于对照组。Ｐｂ＋Ｃｄ处理下，匍灯藓ＰＰＯ活性随浓度增加而增大。
匍灯藓ＰＰＯ活性随Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ　３种元素处理下浓度变化出现较大波动，当Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ浓度为２０，４０
ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＰＰＯ活性高于对照；而Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ浓度为８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＰＰＯ活性低于对照，分别下降到
对照的９６．２９％和３５．６７％。这说明较低浓度（２０，４０ｍｍｏｌ／Ｌ）的Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ对苔藓ＰＰＯ活性无显著影响，
而较高浓度（８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ）的Ｎｉ＋Ｐｂ＋Ｃｄ对苔藓ＰＰＯ活性有强烈的抑制作用。
图６　Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ多种处理方式对匍灯藓体内ＰＰＯ活性的影响
３　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，也可用以表示逆境胁迫下植物组织、器官的衰
老状况［５］。Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３种元素处理匍灯藓的研究表明，在２０，４０，８０，１６０ｍｍｏｌ／Ｌ浓度
处理下，匍灯藓叶绿素含量与对照组相比呈显著下降。叶绿素含量降低，一方面与合成叶绿素所需的酶受到重
金属的破坏有关；另一方面，重金属直接破坏叶绿体结构，从而降低叶绿素含量；第三，在成熟叶片中，重金属引
起细胞膜的结构发生变化，从而破坏叶绿体的完整结构，导致叶绿素含量减少［１６］。在Ｎｉ＋Ｐｂ、Ｃｄ＋Ｎｉ　２种元
素处理时，浓度分别为４０，８０ｍｍｏｌ／Ｌ时，匍灯藓叶绿素含量出现了较大值，这可能与Ｎｉ的作用相关。有研究
表明，适量的Ｎｉ（１．００～５．００μｍｏｌ／Ｌ）能有效促进水稻幼苗的营养生长，提高水稻幼苗叶绿素含量
［１７］。
植物受到胁迫时，会造成体内自由基（主要为·Ｏ２－、Ｈ２Ｏ２、·ＯＨ、·Ｏ）的过量累积，从而损伤细胞的膜结
构，并造成细胞生理生化代谢紊乱。而植物在长期进化过程中，形成了非酶抗氧化系统（如ＡｓＡ等）和抗氧化
酶系统（如ＳＯＤ、ＣＡＴ、ＰＯＤ、ＡＰＸ、ＰＰＯ等）２种主要的抗氧化系统，这２个系统在一定范围内能及时清除机体
内过多的活性氧，维持自由基代谢的动态平衡［１４］。ＡｓＡ、ＣＡＴ、ＳＯＤ和ＰＯＤ均是植物防御膜脂过氧化反应的
重要保护酶，植物通过加强抗氧化作用提高对重金属胁迫的抗性，从而防止自由基毒害。
一般认为，抗坏血酸在过氧化过程中承担自由基的清除剂和生产者的职能。后者的机制是Ｆｅ３＋在被还原
为Ｆｅ２＋的过程中与 Ｈ２Ｏ２ 反应产生·ＯＨ自由基，导致脂质过氧化损伤，但当抗坏血酸足以使所有的Ｆｅ３＋还
原为Ｆｅ２＋时，又能抑制脂质过氧化，保护机体免受过氧化损伤［１８］。试验中，Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素、２种元素和３
种元素处理下，匍灯藓ＡｓＡ含量都显著增加，可能是重金属处理直接导致了ＡｓＡ的合成增加；或由于Ｎｉ、Ｐｂ、
Ｃｄ复合胁迫引起匍灯藓体内ＡｓＡ－ＧＳＨ循环相关酶类活性下降，减少了ＡｓＡ的消耗，从而导致ＡｓＡ累积。
非酶抗氧化系统的ＡｓＡ含量明显高于对照组，而且单种元素处理的上升速率为Ｎｉ＞Ｐｂ＞Ｃｄ；２种元素处理的
上升速率为Ｎｉ＋Ｐｂ＞Ｃｄ＋Ｎｉ＞Ｐｂ＋Ｃｄ；３种元素处理的上升速率呈直线形。植物抗坏血酸含量与其抗逆性
呈正相关［６］，匍灯藓ＡｓＡ含量增加说明其耐重金属胁迫的能力增强。
在匍灯藓的抗氧化酶系统中，匍灯藓体内ＰＯＤ和ＣＡＴ活性在Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理下都显著降低；仅
ＳＯＤ活性在Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理下随着处理浓度的增加表现为先增加后减少。Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ　２种元素处理
时，匍灯藓体内ＰＯＤ活性和ＣＡＴ活性都显著下降；ＳＯＤ活性仅在Ｎｉ＋Ｐｂ处理时表现为先增后减，其余２种
处理都呈下降趋势。Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ　３种元素处理时，ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＣＡＴ活性都随着处理浓度的增加而显著下降。
ＳＯＤ活性相对于ＰＯＤ和ＣＡＴ出现了较明显的变化趋势，说明在这３种酶中，ＳＯＤ对重金属的处理比较敏感。
多酚氧化酶（ＰＰＯ）是一类广泛存在于植物体内的应激反应酶系，在植物的呼吸作用中，ＰＰＯ作为一种呼吸链
２３２ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
的末端氧化酶，直接把呼吸底物的中间产物氧化时脱出的电子传递给Ｏ２。Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ单种元素处理和２种元
素处理下，匍灯藓ＰＰＯ活性均比对照组高，但是活性变化趋势有所不同。Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ　３种元素处理下，匍灯藓
ＰＰＯ活性随处理浓度增加表现为先增后减，存在高浓度抑制现象。在抗氧化酶系统中，只有ＰＰＯ的活性在重
金属胁迫下有明显的增加，其余没有明显增加趋势，甚至表现为显著下降，说明ＰＰＯ在清除自由基的毒害中具
有重要作用。
通过上述讨论可以看出，匍灯藓对环境中的复合重金属具有较强的耐受能力，可以用ＡｓＡ和ＰＰＯ说明匍
灯藓对环境中的复合重金属的忍耐机制，也可以作为鉴定和判断苔藓植物抗污染的快速方法。但是试验仅仅
研究了３种不同重金属胁迫下匍灯藓１０ｄ后光合系统和抗氧化系统的变化情况，若要深入探讨苔藓对重金属
胁迫的反应敏感性机制，还需进一步研究匍灯藓的光合系统和抗氧化系统在 Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｄ复合胁迫下随时间变
化的关系，从而为探讨环境重金属污染治理的生物学措施，改善生态环境提供理论基础。
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