全 文 ：Pb2+·Cd2+及其复合污染对云和雪梨树苗生理生化指标的影响
李志豪1 ,王东明1 ,陈兵红1 ,林 伟2　
(1.丽水职业技术学院环境工程分院 ,浙江丽水 323000;2.浙江省金华市婺城区安地镇政府 ,浙江金华 321052)
摘要　[目的]研究 Pb2+、Cd2+及其复合处理对云和雪梨树苗生理生化指标的影响 ,为种苗生产提供参考。[方法]采用因子分析法 ,研究
Pb
2+、Cd2+及其复合污染对云和雪梨苗生理机能的影响。[结果] Pb2+、Cd2+污染抑制树苗的生长 ,影响梨苗叶绿素的含量 ,抑制超氧化
物歧化酶(SOD)活性 ,提高梨苗丙二醛(MDA)和可溶性蛋白质含量 ,刺激谷胱甘肽(GSH)合成 , Pb2+、Cd2+之间的相互作用复杂。[ 结论]
Pb2+、Cd2+污染云和雪梨苗 ,抑制叶绿素的合成 ,增强超养阴离子自由基(O2-·)对植株的毒害性 ,使膜脂过氧化损伤程度高 ,受重金属污
染植株启动保护酶系统 ,以增强植株的抗氧化性。Pb2+、Cd2+相互作用机制复杂。
关键词　云和雪梨;树苗;铅;镉;影响
中图分类号　S 661.2　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)22-09386-03
Effects of Pb2+ , Cd2+ and Their Combined Pollution on the Physiological and Biochemical Indices of Yunhe Snow Pear Seedling trees
LI Zhi-hao et al 　(School of Environmental Engineering , Lishui Vocational &Technical College , Lishui , Zhejiang 323000)
Abstract 　[Objective] The research aimed to study the effects of calcium ions(Pb2+)and plumbum ions(Cd2+)on the physiological and biochemical in-
dices of seedling trees of Yunhe Snow Pear to provide references for produce of Yunhe Snow Pear.[Method] By using factor analysis method , the effects
of Pb2+, Cd2+ on physiology of seedling trees of Yunhe Snow Pearwere studied.[ Result] The results showed that Pb2+ , Cd2+ restrained the growth of
seedling trees , influenced the content of chlorophyll , restrained the activities of superoxide dismutase(SOD), enhanced the content of malondialdehyde
(MDA)and the soluble protein , stimulated the chemosynthesis of glutathione.The interaction of Pb2+ , Cd2+were complex.[ Conclusion] After seedling
trees of Yunhe Snow Pearwere polluted by Pb2+ , Cd2+ , synthesis of chlorophyll was restrained , toxic effect of Pb2+ , Cd2+on seedling trees was intensi-
fied , membrane lipid peroxidation damagewas increased.And the protective enzymes system start-up of polluted seedling trees enhanced antioxidative en-
zymes activities of seedling trees.The interaction mechanism of Pb2+, Cd2+were complex.
Key words　Yunhe Snow Pear;Seedling trees;Pb2+;Cd2+;Effects
基金项目　丽水职业技术学院校级资助课题(lszj200503)。
作者简介　李志豪(1971-),男 ,浙江松阳人 ,讲师 ,从事生物方面的
研究。
收稿日期　2008-05-26
　　云和雪梨是云和县的历史名果 ,具有 500年的栽培历
史 ,是浙江省 3大传统名梨之一。近年来 ,随着农业产业结
构的调整 ,云和雪梨作为云和县主要经济增长点得到了大力
的发展 ,全县已有基地 800余 hm2 ,并且对周边的县市起到了
很好的辐射作用 ,为当地农民的增收和社会的和谐安定发展
提供了强大的支撑。随着经济的发展 ,各地在招商引资方面
均下了很大的力气 ,云和县作为一个欠发达的县同样也走了
这条路 ,在引进的企业中 ,很多是温州 、台州 、永康 、义乌等地
被淘汰或即将淘汰的企业 ,这些企业所面临的一个最大的问
题就是环境污染 ,而重金属污染又是首当其冲的。为此 ,笔
者研究了 Pb2+ 、Cd2+及其复合污染对云和雪梨树苗的影响 。
1　材料与方法
1.1　植物材料的采集与培养　选取生长良好 ,长势一致的
云和雪梨树苗 ,用含有重金属离子的水灌溉 ,处理方式有 3
个系列 ,以纯 Pb2+、Cd2+计。单一Pb2+ 、Cd2+系列均为 1、5、
10 、15、20 mg/L;Pb2++Cd2+系列为:(1 +1)、(5+5)、(10+
10)、(15+15)、(20+20)mg/L。另用去离子水灌溉作为对照。
培养 20 d后 ,取梨树苗叶片进行生理指标的测定。
1.2　叶绿素含量测定　参照Arnon[ 1]的方法 ,以丙酮作为提
取介质 , 4 000 r/min离心 ,得叶绿素提取液。采用 754型分光
光度计 ,在波长 663、645 nm下测定光吸收值 ,根据下面的公
式计算叶绿素含量(mg/g)及叶绿素 a/b:
Chla=12.7OD663-2.69OD645
Chlb=22.90OD645-4.68OD 663
Chl=Chla+Chlb
叶绿素 a/b=Chla/Chlb
1.3　SOD酶液的制备及活性测定　叶片取材后 ,用蒸馏水
冲洗干净 ,再用吸水纸擦干后称重。以 3 ～ 4 ml/g的比例加
入 50 mmol/LH3PO4缓冲液(pH值 7.8),冰浴中研磨成匀浆 ,
冷冻离心机(0～ 4 ℃)16 000 r/min离心 20 min 。收集上清液
即为粗酶液 ,及时测定各酶活性。以上述过程提取的酶液 ,
按从南京建成生物工程研究所购买的试剂盒的顺序测定 。
1.4　还原型谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白含
量的测定　采用南京建成生物工程研究所提供的试剂盒进
行测定。
2　结果与分析
2.1　不同处理下植株外部形态变化情况　低浓度单一
Pb2+、Cd2+系列处理后 ,植株的外部形态变化不大 ,生长正
常。Pb2++Cd2+复合及高浓度单一 Pb2+、Cd2+处理后 ,芽的
萌发率降低 ,新抽生的枝条生长速度慢 ,并有部分枯枝 、死苗
现象 ,叶片小于对照株叶片 ,表现为叶小 ,中部色泽浓 ,但叶
片边缘发黄。这说明重金属复合污染及高浓度单一重金属
污染对梨树苗生长的破坏性大。
2.2　不同处理下叶绿素含量及叶绿素 a/b比值变化情况　
从图 1可以看出 ,单一Pb2+ 、Cd2+系列处理后 ,梨树苗叶绿素
含量均呈先下降后上升的趋势。相同浓度下 ,单一Cd2+处理
后 ,叶绿素含量低于单一Pb2+处理 ,说明 Cd2+对叶绿素的破
坏作用明显 ,比Pb2+严重。Pb2++Cd2 复合处理 ,叶绿素含量
呈下降趋势。单一Pb2+、Cd2+处理后叶绿素含量变化趋势与
复合处理不同 ,说明 2种重金属对叶绿素含量的影响没有协
同性。单一Pb2+、Cd2+处理及复合处理后 ,叶绿素 a/b比值
的变化趋势分别是先上升后下降 、一直上升 、先下降后上升 ,
说明 2种重金属对叶绿素 a/b比值的影响也没有协同性。
当Pb2+浓度达20mg/L或复合处理浓度小于 15mg/L Pb2+
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2008 ,36(22):9386-9388　　　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　姜丽　责任校对　马君叶
+15mg/L Cd2+时 ,叶绿素含量比对照高 ,这与重金属严重抑制
叶片生长有关。当复合处理浓度大于 15mg/L Pb2++15mg/L
Cd2+时 ,叶绿素含量低于对照 ,说明高浓度复合处理对梨树苗
叶绿素合成的破坏性比对叶片生长的抑制作用更大。
图 1　Pb2+、Cd2+及其复合污染对云和雪梨树苗叶片叶绿素含量及叶绿素 a/ b比值的影响
Fig.1　Effects of Pb2+ , Cd2+ and their compound pollution on the chlorophyll content and the ratio of chlorophyll a to chlorophyll b in the leaves of
Yunhe snowpear seedlings
2.3　不同处理下 SOD活性变化情况　SOD为氧自由基的主
要清除剂 ,能够防御氧自由基对细胞膜的伤害[ 2] 。从图 2可
以看出 ,单一Pb2+系列处理 , SOD的活性表现为两端高 、中间
低;而单一Cd2+及其与 Pb2+复合污染处理 , SOD的活性表现
为降升降的趋势。单一 Pb2+ 、Cd2+及复合处理浓度分别为
10 、10mg/L 、20 mg/L Pb2++20 mg/L Cd2+时 , SOD的活性较
低 ,分别为对照的 39.5%、36.5%、31.9%。重金属离子处理
后 ,SOD最大酶活性为对照的 89.0%,说明重金属离子对梨
树苗叶片 SOD活性有一定的抑制作用 ,处理株对O2-·的歧
化能力降低 。与单一处理相比 , 2种重金属对 SOD酶活的影
响没有协同效应。
图2　Pb2+、Cd2+及其复合污染对云和雪梨叶片 SOD活性的影响
Fig.2　Effects of Pb2+ , Cd2+ and their compound pollution on SOD
activity in the leaves of Yunhe snowpear
2.4　不同处理下 GSH含量变化情况　GSH 具有清除活性
氧自由基的能力 ,减轻其对膜系统的攻击和破坏。从图 3可
以看出 ,单一Pb2+ 、Cd2+及复合处理后 ,梨树叶片中 GSH的
含量较对照高 ,说明重金属离子刺激了 GSH 的合成。单一
Pb2+ 、Cd2+及复合处理浓度分别为 1、1mg/L 、1mg/L Pb2++1
mg/L Cd2+时 ,GSH的含量分别为对照的 2.6、2.8、4.2倍 ,说
明低浓度Pb2+ 、Cd2+具有协同刺激 GSH 合成的作用。单一
Pb
2+ 、Cd2+及复合处理浓度达 10、5 mg/L 、5 mg/L Pb2+ +5
mg/L Cd2+时 ,GSH的含量下降 ,可能是与重金属对植株的毒
害作用 ,影响了相应的酶或底物的合成有关。从整体变化趋
势看 ,2种重金属对GSH含量的影响没有协同效应。
2.5　不同处理下MDA含量变化情况　MDA是脂质过氧化
的终产物 ,其含量变化可以定量地反映生物膜 、细胞膜等的
受损程度[ 4] 。从图 4可以看出 ,单一Pb2+ 、Cd2+处理下 ,梨树
苗叶片中MDA含量呈持续上升趋势 ,Pb2+、Cd2+浓度与MDA
含量是线性相关的。单一 Pb2+、Cd2+处理的MDA含量最小
值分别为 57、51 nmol/g ,与对照 34 nmol/g相比 ,MDA含量变
化显著。复合处理的MDA含量大于单离子处理 ,说明Pb2+ 、
Cd2+具有协同刺激MDA合成的作用 ,植株的生物膜系统受
损严重。
图3　Pb2+、Cd2+及其复合污染对云和雪梨叶片 GSH含量的影响
Fig.3　Effects of Pb2+, Cd2+ and their compound pollution on GSH
content in the leaves of Yunhe snow pear
图4　Pb2+、Cd2+及其复合污染对云和雪梨叶片MDA含量的
影响
Fig.4　Effects of Pb2+, Cd2+ and their compound pollution on MDA
content in the leaves of Yunhe snowpear
2.6　不同处理下可溶性蛋白含量变化情况　植物体内的可
溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶类 ,测定其含量是了
解植物体总代谢的一个重要指标[ 4] 。从图 5可以看出 ,单一
938736卷 22期　　　　　　　　　李志豪等　Pb2+·Cd2+及其复合污染对云和雪梨树苗生理生化指标的影响
Pb2+ 、Cd2+及其复合污染处理 20 d , Pb2+浓度小于 15 mg/L
时 ,处理株叶片可溶性蛋白含量与对照相比 ,变化不明显 ,
Pb
2+浓度为 15mg/L时 ,处理株叶片可溶性蛋白含量与对照
相比 ,增加了 25.8%,说明低浓度Pb2+对可溶性蛋白含量影
响不大 ,而高浓度 Pb2+能够增加可溶性蛋白含量 ,这可能与
高浓度Pb2+抑制叶片生长有关。单一 Cd2+处理 ,随着浓度
的升高处理株叶片可溶性蛋白含量表现为两端高 、中间低;
Cd2+、Pb2+复合污染处理 ,随着浓度的升高处理株叶片可溶
性蛋白含量表现为中间高 、两端低。从以上分析可知 ,2种重
金属对可溶性蛋白含量影响没有协同效应 。
图5　Pb2+、Cd2+及其复合污染对云和雪梨叶片可溶性蛋白含量
的影响
Fig.5　Effects of Pb2+ , Cd2+ and their compound pollution on the
content of soluble protein in the leaves of Yunhe snow pear
3　结论与讨论
Pb2+、Cd2+对云和雪梨树苗的影响是多方面的 , Pb2+ 、
Cd
2+的污染抑制了苗木的生长。叶绿素含量是衡量叶片衰
老的重要的生理指标。重金属离子能够抑制叶绿素的合成 ,
由于叶绿素含量与叶绿素合成和叶片生长速度有关 ,当叶片
生长严重受阻时 ,叶绿素含量反而上升。SOD作为O2 -·的
清除剂 ,其活性高低与植物抗性大小有一定的相关性 ,重金
属离子能够抑制 SOD活性 ,使O2 -·对植株的毒害性增强 。
MDA是硫代巴比妥酸的反应产物 ,是对细胞生命活动有害的
基团 ,重金属处理后的植株MDA的含量较对照高 ,说明膜脂
过氧化损伤程度高。以上结果进一步证实 , Pb2+、Cd2+污染
对植物伤害的重要机制之一是活性氧自由基的过量积累导
致膜脂过氧化 。GSH具有抗氧化作用 ,能够消除体内过氧化
物及自由基 ,受重金属污染时 ,植株GSH含量上升 ,以增强植
株的抗氧化性。重金属处理引起叶片可溶解性蛋白质含量
上升 ,这可能与叶片细胞分裂受到抑制有关。Pb2+ 、Cd2+对
MDA合成具有协同作用 ,而对其他所测指标的影响则没有协
同性 ,说明相互作用机制复杂 ,有待于进一步研究 。
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(上接第 9383页)
　　(2)在自然条件下 ,植物生长不可避免地会受到多种逆
境胁迫 ,如重金属 、干旱 、盐 、高温 、低温 、高辐射 、紫外线 、养
分缺乏和大气胁迫 。这些非生物胁迫均会产生次级胁迫 ,
使植物直接或间接地形成过量的活性氧自由基(ROS),而
ROS对细胞膜系统 、脂类 、蛋白质和核酸等大分子具有强烈
的破坏作用[ 17-19] 。植物体内有一套复杂的活性氧清除系
统 ,其中 SOD 、POD是植物体内酶促防御系统的 2个重要保
护酶 ,它们协同起来可以保护植物细胞免受活性氧的损伤 。
该研究结果表明 ,随着Cr6+胁迫浓度的增加 ,辣椒幼苗的细
胞膜透性及MDA含量逐渐增大 , SOD活性下降 ,而 POD活
性先升高后降低。SOD活性下降可能是铬胁迫下产生过量
的 ROS 对酶蛋白的破坏所致。POD活性升高表明其对铬胁
迫的适应性较强。但综合来看 ,在低浓度Cr6+胁迫时 ,铬对
辣椒幼苗的 SOD活性无明显的抑制作用 ,POD活性则明显
增加 ,说明辣椒对低浓度的 Cr6+具有一定的抵抗作用。但
在高浓度Cr6+胁迫下保护酶的活性很低 ,保护酶系统对活
性氧的清除能力大大削弱 ,已不能阻止自由基在细胞内积
累 ,使膜发生膜脂过氧化 ,MDA积累 ,膜透性增加 ,导致膜功
能受损 ,从而引起细胞的衰老和死亡 ,对植物产生抑制效应
甚至毒害作用。
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