全 文 ：·研究简报· 北方园艺 2010(16):56～ 58
第一作者简介:袁红艳(1983-),女 ,山东济宁人 ,在读硕士 ,研究方
向为园林植物与观赏园艺。
通讯作者:陆小平(1958-),男 ,博士 ,教授 ,现主要从事园艺(园林)
植物遗传育种的教学和研究工作。 E-mail:szlxp@yahoo.com.cn。
收稿日期:2010-04-21
铜胁迫对费菜生理特性的影响
袁红 艳 , 刘晓红 , 李 叶峰 , 王永亮 , 赵 　歌 , 陆小 平
(苏州大学 ,江苏苏州 215123)
　　摘　要:采用水培的方法 ,研究不同浓度的Cu2+(80 、160 、240、320 、400μmol/L)在不同时期对
费菜生理生化特性的影响。结果表明:SOD的活性随胁迫时间的延长虽有一定程度的波折 ,但整
体呈下降趋势;低浓度 Cu2+(Cu2+ <240μmol/L)处理下 ,CAT 的活性随处理时间延长呈升高趋
势 ,高浓度Cu2+(Cu2+≥240 μmol/L)处理下 ,CAT 酶的活性持续下降;Cu2+浓度为 160 μmol/ L
时 ,SOD和CAT 的活性最低 ,3个时期 SOD 、CAT 酶的活性之间均达到极显著差异;电导率大小
随Cu2+浓度的增加而大体升高;随 Cu2+浓度增加 MDA含量有一定程度的波折 ,但MDA含量均
高于对照;可溶性糖和脯氨酸的含量随Cu2+浓度增加总体呈增加趋势。
关键词:费菜;铜胁迫;生理特性
中图分类号:S 567.23+7　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2010)16-0056-03
　　费菜(Sedum aizoon L.),又名养心草 、土三七 ,是景
天科多年生草本植物。具有良好的药用 、食用和观赏价
值 ,是一种很有发展前景的养生蔬菜。Cu是高等植物
生长发育过程中的一种重要微量营养元素 ,作为细胞色
素氧化酶 、酚氧化酶 、抗坏血酸氧化酶 、多胺氧化酶 、超
氧化物歧化酶等的辅基而参与呼吸代谢中的氧化还原
反应[ 1-2] 。叶绿体质体蓝素(Palstocyanin)中的铜参与光
合作用的电子传递过程 ,缺铜可使植物体内相关物质合
成受阻 ,但是过量的铜又对植物产生毒害作用 ,降低植
物叶片中叶绿素含量 ,破坏类囊体上的色素蛋白复合体
的结构 ,影响植物光合作用的光合电子传递[ 2] ,通过
Haber-Weiss和 Fenton 型反应诱导活性氧(ROS)产
生[ 3] ,累积的活性氧可以引发脂质和蛋白质的过氧化作
用 ,从而严重干扰植物正常的生理代谢[ 4] 。过量的铜引
发植物生理生化代谢过程紊乱 ,并最终抑制植物生长发
育。还可能通过拮抗作用 ,造成植物体内其它元素的平
衡失调。蔬菜受重金属 Cu污染后 ,不仅严重影响其产
量和品质 ,而且会进一步通过食物链进入人体 ,危及人
类健康[ 5] 。现以费菜为材料 ,研究不同浓度的Cu2+对费
菜生理生化特性的影响 ,旨在为费菜的无公害生产提供
科学依据。
1　材料与方法
1.1　试验材料
费菜于实验室室内扦插繁殖繁育而成。
1.2　试验方法
剪取生长良好 、长势基本一致的费菜 ,进行完全营
养液水培 ,完全营养液基本组成为:Ca(NO3)2 ·4H2O 、
KH2PO 4 、MgSO4 · 7H2O 、KCl 、K2SO4 分别为 2.00、
0.10 、0.50 、0.10 、0.70 mmol/L;H3BO3 、MnSO4 ·H2O 、
ZnSO4 · 7H2O 、 CuSO4 · 5H2O 、 (NH4 )6Mo7O24 、
Fe-EDTA 分别为10.00、0.50、1.0、0.20、0.01、100μmol/ L;营
养液预培养 15 d(长出比较旺盛的根系),开始进行 Cu
处理并采用全营养液培养。共设 6个浓度处理组 ,以
CuSO4 ·5H2O浓度计 ,分别为 0(对照组)、80、160、240、
320、400μmol/L ,每处理 3次重复 ,每个重复 3棵苗 ,用
0.1 mol/L NaOH或 0.1 mol/ L HCl调节营养液 pH 值
至 5.5左右 ,每4 d更换1次营养液 ,生长期间观察植物
的长势和症状表现。
1.3　测定指标及方法
处理10 、16 、22 d后分别测定植株叶片的SOD、CAT
等相关生理指标。质膜透性测定用电导仪法[ 6] ;超氧化
物歧化酶(SOD)活性 ,参照高俊凤方法[ 7] ;过氧化氢酶
(CAT)活性测定采用紫外分光光度计法[ 8] ;丙二醛
(MDA)含量和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸(TBA)
比色法测定[ 9] ;脯氨酸测定采用磺基水杨酸法[ 8] 。
1.4　数据分析
采用Excel 2007 、SPSS 11.5统计软件进行数据处理
及统计分析。
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北方园艺 2010(16):56 ～ 58 ·研究简报 ·
2　结果与分析
2.1　铜胁迫对费菜保护酶活性的影响
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)是细胞
抵御活性氧伤害的重要保护酶类 ,在清除超氧自由基 、
过氧化氢和过氧化物以及阻止或减少羟基自由基形成
等方面起着重要作用。由表 1可知 ,随着胁迫时间的延
长 ,SOD的活性整体呈下降趋势。处理前期(10 d),随着
Cu
2+浓度的增加 ,SOD的活性呈上升趋势 ,酶的活性基
本上都高于对照。在处理的第 16天 ,各处理组SOD的
活性稍高于对照。处理后期(22 d),SOD的活性都降至
对照水平以下 ,酶的活性有一定程度的波折 ,但存在下
降的趋势。Cu2+浓度为80μmol/L时 ,SOD的活性先升
高后降低。Cu2+浓度≤240 μmol/ L 时 ,CAT 的活性随
处理时间延长持续升高。而当Cu2+浓度>240μmol/ L时 ,
CAT 的活性先升高后下降。T-检验显示 ,SOD、CAT 在
3个不同时期之间均达到极显著差异(P<0.01),为低浓
度胁迫下的刺激和高浓度下的抑制作用。
表1　不同Cu2+浓度对费菜叶片 SOD和 CAT 活性影响
浓度
/μmol·L-1
SOD活性/U·g-1 ·h-1 FW
10 d 16 d 22 d
CAT 活性/U· g-1·min-1FW
10 d 16 d 22 d
0
80
160
240
320
400
929.0b 931.7ABb 910.7a
977.1ab 960.6Bb 844.9a
919.4b 868.2Aa 874.2a
988.9ab 942.2ABb 861.6a
1 027.1a 937.2ABb 894.8a
1 043.0a 964.6Bb 867.9a
82.3B 82.6Cc 85.8C
75.2C 82.1Cc 93.2B
74.2C 81.2Cc 92.3B
75.6C 90.8Bb 98.8A
88.9A 95.6ABb 84.6C
91.4A 96.5Aa 62.5D
　　注:LSD法进行显著性检验 , 大写字母表示具有极显著性差异(P<0.01),小写
字母表示具有显著性差异(P<0.05),下同。
2.2　铜胁迫对费菜质膜透性和 MDA含量的影响
植物组织受到逆境伤害时 ,由于质膜功能受损或结
构破坏 ,使其透性增大 ,细胞内各种水溶性物质包括电
解质向外渗漏 ,电导将因电解质的外渗而增大 ,伤害越
重 ,外渗越多 ,相对电导率的增加也越大。
由表 2可知 ,Cu2+处理对相对电导率和 MDA含量
影响显著 ,电导率大小随 Cu2+浓度的增加而大体升高 ,
Cu
2+浓度为 160 μmol/L 时最小。随 Cu2+浓度增加
MDA含量有一定程度的波折 ,但 MDA 含量均高于对
照。经方差分析 ,Cu2+浓度为 400μmol/L ,相对电导率
的大小与对照间差异显著 ,而各处理间差异不显著;
MDA含量在对照和各处理间(除 Cu2+浓度为320μmol/L
差异显著外)差异极显著 ,各处理间差异不显著。经相
关性分析 ,相对电导率大小和 MDA含量呈极显著正相
关性(P=0.001 ,相关系数 r=0.722＊＊)。Cu2+浓度与
相对电导率大小呈极显著正相关性(P=0.000 ,相关系
数 r=0.797＊＊)。Cu2+浓度与 MDA含量呈显著相关性
(P=0.048 ,相关系数 r=0.472＊)。
2.3　铜胁迫对费菜叶片渗透调节物质的影响
由表 3可知 ,可溶性糖的含量随 Cu2+浓度增加总
体呈增加趋势 ,Cu2+浓度为 400 μmol/L 时 ,与对照及
80μmol/L 之间差异显著 ,其余处理之间差异皆不显著。
脯氨酸的含量随着处理浓度的增加而整体呈上升趋势 ,
各处理间脯氨酸的含量和对照差异显著。
表 2　不同 Cu2+浓度费菜质膜透性和MDA含量影响
浓度
/μmol·L-1
相对电导率
/ %
MDA 含量
/μmol· g-1FW
0
80
160
240
320
400
11.80b
15.91ab
14.05ab
16.89ab
16.04ab
17.28a
2.61Bb
4.01Aab
3.85Aab
4.23Aab
3.74ABa
4.13Aab
　　可溶性糖和脯氨酸是参与细胞渗透调节的主要物
质。Cu2+胁迫下可溶性糖和脯氨酸含量的增加有利于
细胞或组织持水 ,防止脱水。可溶性糖增加 ,可能是细
胞内大分子糖类的分解加强 ,而合成受抑 ,蔗糖的合成
加快 ,光合产物形成过程中 ,直接转变成低分子量可溶
的蔗糖 、葡萄糖 、果糖和半乳糖等 , 最终导致可溶性糖含
量上升[ 14] 。
　　表 3　　不同Cu2+浓度对费菜叶片可溶性糖含量
　　　　和脯氨酸含量的影响
浓度
/μmol·L-1
可溶性糖含量
/mmol· g-1 FW 脯氨酸含量 /μg·g-1
0
80
160
240
320
400
13.43b
14.07b
14.63ab
16.74ab
16.49ab
17.35a
9.48Cc
11.70BCb
13.45Bb
11.86BCb
12.97Bb
17.90Aa
3　讨论
正常情况下植物体内各项代谢的生理生化过程都
是比较稳定而协调的 ,当植物受到逆境胁迫时 ,其内部
生理机制会发生一系列的变化 ,主要表现为:根系活力
下降 ,叶绿素降解 ,细胞膜透性增大 ,渗透调节物质增
加 ,活性氧含量增加 ,启动抗氧化酶和非酶抗氧化物质
发生应答性变化。
试验中在胁迫的初期 ,SOD活性随Cu2+浓度增加
而升高 ,是由于逆境胁迫下 O-·2 .的产生会增多 ,从而诱
导了酶活性的增强[ 10] 。但随胁迫时间的延长 ,Cu2+在植
株体内累积 ,使植物体内活性氧的产生和清除系统失去
平衡 ,造成植物细胞内的保护酶 SOD活性下降。在处
理的最后阶段(16 ～ 22 d),当 Cu2+浓度≤240 μmol/ L
时 ,CAT 活性随着胁迫时间的延长持续升高与 SOD协
同作用清除体内活性氧。随着胁迫时间的延长和 Cu2+
浓度的增加 ,CAT 活性持续下降。可能是过量的 Cu2+
使酶分子发生沉淀 、络合等反应 ,使蛋白质变性 ,而使酶
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·研究简报· 北方园艺 2010(16):56～ 58
失活 ,或者植物体中O-·2 的增加超过了正常歧化能力 ,而
对组织细胞多种功能膜及酶系统破坏 ,以至抑制酶的活
性。Cu2+浓度为160μmol/ L时 ,SOD 、CAT 这 2种酶的
活性在每个时期都最低。对此作出 2点推测 ,一是 Cu2+
浓度升至 160 μmol/ L时植物受到 Cu2+毒害 ,开始启动
其它的抗性机制 ,比如诱导 NPT 合成以络合过量重金
属 ,减小铜的毒害 ,这可能是酶活性没升高的原因。当
Cu
2+浓度大于160μmol/L ,其它抗性机制不能充分降低
重金属的毒害作用 ,使活性氧的量增加 ,刺激抗氧化物
酶活性增高。二是Cu2+浓度在0 ～ 160μmol/L 时 ,随着
胁迫浓度的升高 ,铜积累速率逐渐加快 ,当 Cu2+浓度大
于160 μmol/L 时 ,积累速率开始下降。在160μmol/ L
处铜积累速率达到最大 ,导致活性氧的急剧上升 ,使活
性氧大量积累 ,导致酶的活性急剧下降。何冰[ 11]报道 ,
铅积累速率随着重金属浓度的增加先上升后下降 ,在
160 mg/L处理下积累速率急剧上升达到最大 ,后下降
至逐渐平稳。
试验中随 Cu2+浓度增加 MDA含量有一定程度的
波折 ,但MDA含量均高于对照。MDA含量可能与酶的
活性有关系 ,经相关性分析 ,SOD活性和 MDA含量呈
显著负相关性(P=0.042 , r=-0.828＊)。内源性 SOD
活性增加 ,清除了部分自由基 ,使得过氧化程度降低 ,引
起MDA含量下降[ 10] 。所以 ,在胁迫过程中 MDA含量
可能会有一定程度的波折。这说明植物虽然受到胁迫 ,
但是抗氧化酶系统的平衡未被打破 ,内源性 SOD活性 ,
清除了部分自由基 ,使得过氧化程度降低 ,引起 MDA含
量下降。脯氨酸和可溶性糖是植物体内存在的重要渗
透调节物质 ,使细胞和组织保持水平衡[ 12] ,在逆境下这
些物质的积累可有助于提高植物抗氧化能力及逆境适
应性。
植物细胞有多种抗重金属机制 ,受保护酶活性 、渗
透调节物质 ,金属硫蛋白(MT)及植物络合素(PC)等共
同调节。费菜体内SOD 、CAT 活性 、脯氨酸 、MDA 、可溶
性糖和脯氨酸含量随重金属胁迫的动态变化 ,有效防止
(减轻)了细胞的膜脂过氧化程度 ,维持了细胞膜的完整
性 ,避免(减轻)了重金属胁迫的伤害 ,是费菜对重金属
胁迫的适应性反应和重金属胁迫下费菜得以生存的重
要调节机制。
参考文献
[ 1] 　颜昌宙 ,曾阿妍.沉水植物对重金属Cu2+的生物吸附及其生理反应
[ J] .农业环境科学学报, 2009, 28(2):366-370.
[ 2] 　张启翔.中国观赏园艺研究进展[M] .北京:中国林业出版社, 2008:
439-442.
[ 3] 　王松华,杨志敏 ,吕波,等.印度芥菜对Cu诱导的氧化胁迫响应[ J] .
南京农业大学学报 ,2004 ,27(1):24-27.
[ 4] 　胡筑兵,陈亚华 ,王桂萍 ,等.铜胁迫对玉米幼苗生长 、叶绿素荧光参
数和抗氧化酶活性的影响[ J] .植物学通报 , 2006 , 23(2):129-137.
[ 5] 　周泽义.中国蔬菜重金属污染控制[ J] .资源生态环境网络研究动
态 ,1999 ,10(3):21-27.
[ 6] 　张治安,陈展宇.植物生理学实验技术[M] .长春:吉林大学出版社,
2008:178-179.
[ 7] 　高俊凤.植物生理学实验技术[M] .广州:世界图书出版公司, 2000:
137-202.
[ 8] 　邹琦.植物生理学实验指导[M] .北京:中国农业出版社, 2000:161-
162 , 168-169.
[ 9] 　郝再彬,苍晶 ,徐仲.植物生理实验[M] .哈尔滨:哈尔滨工业大学出
版社, 2004:106-108.
[ 10] 冯琛 ,路新枝 ,于文功.逆境胁迫对条斑紫菜生理生化指标的影响
[ J] .海洋湖沼通报, 2004:22-26.
[ 11] 何冰 ,杨肖娥.东南景天对铅的耐性和富集特性及其对铅污染土壤
修复效应的研究[ D] .杭州:浙江大学 , 2003.
[ 12] 徐勤松,施国新 ,计汪栋 ,等.Zn对荇菜叶片保护酶活性、渗透调节物
质含量和Ca2+定位分布的影响[ J] .水生生物学报, 2009, 33(4):613-618.
The Effect on the Physiological Characteristic of Sedum aizoon L.Under Copper Stress
YUAN Hong-yan , LIU Xiao-hong , LI Ye-feng ,WANG Yong-liang , ZHAO Ge , LU Xiao-ping
(Suzhou University , Suzhou , Jiangsu 215123)
Abstract:In water culture experiment , the effects of heavy metal Cu2+at different concentration and different periods
Cu
2+(80 ,160 ,240 ,320 ,400μmol/L)on the physiological and biochemical characteristics of Sedum aizoon L.were stud-
ied.The study with w ater culture showed that the activity of superoxide dismutase(SOD)was on the downside generally ,
in spite of twisting and turning to a certain extent.When treated with low concentration Cu2+(Cu2+<240μmol/L), the
activity of catalase(CAT)tended to increase , but decrease sustainably with high Cu2+ concentration(Cu2+≥240μmol/L).The
activities of SOD , CAT got to their minimum values on the 160 μmol/ L concentration.The activities of SOD , CAT
among those three periods come up to remarkable difference.Relative electric conductivity increase generally with the in-
creasing of Cu
2+
concentration.The content of MDA twists and turns to a certain extent , but all higher than the compari-
son level.Content of soluble sugar and proline increase generally with the increasing of the Cu2+concentration.
Keywords:Sedum aizoon L.;Cu2+stresses;physiological and biochemical characteristics.
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