全 文 ：Cd2+胁迫下不同浓度 N、P对江蓠体内谷胱甘肽的影响
张皓
(常州市环境监测中心站 , 江苏　常州　213001)
摘　要:以大型海藻细基江篱繁枝变型(GracilariatunuistipitataVar)为实验材料 , 研究了 Cd2+胁迫下 ,不同 N、P条件对
江蓠体内谷胱甘肽(GSH)及其衍生物含量的影响。结果表明 , Cd2+胁迫条件下 , 不加入 N、P时 ,藻体内的 GSH及其各类衍
生物含量均较低 , 易受金属离子侵入毒害藻体;加入适量的 N、P(560 μmol/L, 56 μmol/L)有利于提高藻体内 GSH及其各类
衍生物的含量 , 增强藻体重金属抗性;加入过量的 N、P(2 160μmol/L, 216 μmol/L)反而抑制了藻体内谷胱甘肽及其各类衍
生物的合成 , 降低了藻体重金属抗性;同时加入 N、P要比加入单一的营养盐更有利于提高藻体的 GSH及其各类衍生物的
含量 , 增强藻体重金属抗性。实验有利于进一步研究重金属与富营养化复合污染水体中藻类的生物修复。
关键词:江蓠;谷胱甘肽;Cd2+胁迫;营养盐;生物修复
中图分类号:X171　　　文献标识码:B　　　文章编号:1006-2009(2011)01-0028-03
EffectsofCd2+ StressatDiferentN, PConcentration
LevelsonGSHinGracilaria
ZHANGHao
(ChangzhouEnvironmentalMonitoringCenter, Changzhou, Jiangsu213001, China)
Abstract:Largealgae(GracilariatunuistipitataVara)wasusedasaexperimentalmaterialtostudythedif-
ferentN, PconcentrationlevelsactingonglutathioneanditsderivatescontentsinGracilariaunderstressof
Cd2 +.TheresultsshowedthatundertheconditionofCd2+stres, glutathionecontentswasatalowlevelwhen
therewasnoN, Pinthewater;thecontentsraisedatappropriateN, Pconcentrations(560μmol/L, 56 μmol/
L);oppositelythecontentsdepressedatexcesiveN, Pconcentrations(2 160 μmol/L, 216 μmol/L);thecon-
tentsincreasedwhenNandPtogatherhadaddedintowaterratherthanNorPseparatly.Theexperimentshould
helpforfurtherresearchworkonalgaebioremediationineutrophicwaterbodypolutedbyheavymeters.
Keywords:GracilariatunuistipitataVar;Glutathione;Cadmiumstress;Nutrientsalt;Bioremediation
收稿日期:2010-08-23;修订日期:2010-12-08
基金项目:江苏省环境保护科研课题———工业污水处理厂毒
性削减评估及管理机制研究基金资助项目(2009027)
作者简介:张皓(1984—),男 ,江苏镇江人 ,助理工程师 ,硕士 ,
从事环境生态监测工作。
　　陆源径流输入 、大气沉降输入 、海水养殖废水
排放和水流状态 ,如水交换能力弱 、水的滞留时间
长等原因 ,导致近海富营养化日益严重;同时 ,随着
现代工业的迅速发展 ,生产过程中排出的有害重金
属离子也日益增加 ,由于工农业污水的滥排滥放 ,
导致近海的重金属离子的含量增高 。重金属污染
物不仅直接破坏自然环境 ,危害我国近海养殖业的
发展 ,而且还会给人们的身体健康带来危害 ,甚至
给国民经济造成重大损失 [ 1-3] 。
关于营养盐与重金属的复合污染已经成为研
究海洋污染的一大热点 。许多学者都采用大型藻
类作为生物修复材料对受污染水体进行修复[ 4-6] 。
要了解其生物修复的功效 ,必须了解藻体在重金属
和富营养化复合污染水体中生理生化的变化机制 。
谷胱甘肽(glutathione,简称 GSH)作为生物体
内最主要的非蛋白疏基和含量最丰富的低分子量
多肽 ,不仅能直接参与植物的抗逆活动 ,而且能通
过在植物体内各种酶的作用产生各种衍生物(如
GST、GSH-PX等)参与到抗逆活动中 [ 7 -10] ,在植
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第 23卷　第 1期 环境监测管理与技术 2011年 2月
物体抗性中起着举足轻重的作用 ,因此了解藻体内
GSH及其衍生物含量的变化 ,对于了解不同营养
盐条件与重金属胁迫复合作用下江蓠藻体的重金
属抗性具有很重要的意义 。
GSH是一种三肽(L-γ谷氨酰 -L-半胱氨
酰 -甘氨酸),其分子式为 C10H17O6SN3 ,以较高浓
度(0.1 mmol/L～ 10 mmol/L)普遍存在于微生物 、
植物和所有哺乳动物细胞中[ 11] 。 GSH能参与植物
体的低温胁迫保护[ 12-13] ,且能起到一定的抗氧化
作用[ 14-15] ,并对重金属及其化合物有一定的解毒
功效[ 16] 。
江蓠为温带或热带 、亚热带大型藻类 ,具有适
应性强 、生长快 、产量高 、栽培方法简单 、容易推广
等特点 ,在海洋环境生物修复和监测中受到关注。
以大型海藻细基江篱繁枝变型(Gracilariatunuistip-
itataVar)为实验材料 ,研究 Cd2+胁迫下 ,不同 P、N
条件对江蓠体内 GSH及其衍生物含量的影响 ,为
进一步研究重金属与富营养化复合污染水体中藻
类的生物修复创造条件。
1　实验材料与方法
1.1　材料
实验用江蓠采自福建沿海 ,经空运带回实验室
后的鲜活藻体除去表面附着杂藻 ,用过滤海水冲洗
干净 ,移植到光照下盛有 15 L水的水族箱(容积为
20 L)中预培养 ,加入 f/2配方的微量元素并保持
N、P饥饿(不加 N、P),水体盐度为 28, pH值为
8.0,水温为(23±0.5)℃;光照周期为 12L∶12D,强
度为 80 μmol· photons· m-2· s-1。在此期间每
隔 2 d添加除 N、P以外的营养盐 1次 ,每天不定时
搅水或充气 4次 ～ 6次以保持藻体健康 。
1.2　方法
根据预先进行的 N、P和 Cd2+单因子实验结
果 ,将 3种因素均设定为零 、中 、高 3个水平(N、P、
Cd2 +浓度设定根据预实验结果而得), N按 c(NH+4
-N)∶c(NO-3 -N)=3∶1, P以 PO3-4 -P形式添加 ,
均为每 2 d补充营养盐一次 ,以保持浓度。
实验进行组合并分组 ,每组设 3个平行。在每
个 500 mL三角瓶内分别装入健康藻体 3 g±
0.2g,并按照实验设计的浓度梯度分别加入培养
液和 CdCl2。将各三角瓶放入光照培养箱中培养 ,
设定光照周期为 12L∶12D,温度为 25 ℃。实验结
果采用 F值方差分析法进行显著性差异分析 。取
α=0.05,此时 F>19时 ,有显著性差异;F≤19时 ,
无显著性差异。实验分组见表 1。
表 1　GSH及其衍生物含量影响的实验分组
Table1　Theexperimentgroupingfortheefectonglutathione
anditsderivatescontentsofGracilaria
组号 c(N)/(μmol· L-1)
c(P)
/(μmol· L-1)
ρ(Cd)
/(mg· L-1)
1 0 216 2.5
2 0 0 2.5
3 2 160 0 2.5
4 560 0 2.5
5 560 216 2.5
6 560 56 2.5
7 0 56 2.5
8 2 160 56 2.5
谷胱甘肽还原酶 (GR),还原型 GSH,谷胱甘
肽过氧化物酶 (GSH-PX), 谷氨酰胺合成酶
(GS),谷胱甘肽 -S转移酶(GST)等酶的活性测
定采用南京建成生物工程研究所的试剂盒 ,统一按
照说明书进行测定和计算 。
2　结果与讨论
培养 6 d后 ,测定 Cd2+胁迫环境下 , N、P浓度
变化对江蓠体内 GSH及其各类衍生物含量的
影响 。
数据的差异性分析结果表明 , GSH及其各类
衍生物含量在各组间均出现了不同程度上的差异 。
6(560, 56, 5)组的 GSH及其各类衍生物含量
均显著高于其他各组;4(560, 0, 5)组除 GSH-PX
以外的 GSH及其各类衍生物含量显著高于 2(0,
0, 5)组和 3(1 620, 0, 5)组(p<0.05);7(0, 56, 5)
组的 GSH及其各类衍生物含量显著高于 1(0,
216, 5)组和 2(0, 0, 5)组(p<0.05);4(560, 0, 5)
组 、5(560, 216, 5)组和 6(560, 56, 5)组的 GSH及
其各类衍生物含量分别显著高于对应的 2(0, 0, 5)
组 、1(0, 216, 5)组和 7(0, 56, 5)组 (p<0.05);6
(560, 56, 5)组 、7(0 , 56 , 5)组和 8(1 620, 56, 5)
组的 GS、GSH-PX含量分别显著高于对应的 4
(560, 0 , 5)组 、2(0 , 0, 5)组和 3(1 620, 0, 5)组(p
<0.05)。数据差异性分析结果见表 2。
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第 23卷　第 1期 张皓.Cd2+胁迫下不同浓度 N、P对江蓠体内谷胱甘肽的影响 2011年 2月
表 2　不同实验条件对江蓠体内谷胱甘肽及其各类衍生物含量的影响①
Table2　TheefectofGracilariaunderdifferentexperimentalconditionsonglutathioneanditsderivatescontents
组号 c(GSH)/(U· mgprot-1)
c(GS)
/(U· mgprot-1)
c(GSH-PX)
/(U· mgprot-1)
c(GST)
/(U· mgprot-1)
c(GR)
/(U· gprot-1)
1(0, 216, 5) 409.5±37.12 73.1±6.21 119.7±11.47 193.7±17.67 0.020±0.0015
2(0, 0, 5) 366.6±31.04 137.1±10.34 330.9±25.51 491.5±39.15 0.034±0.0017
3(2160, 0, 5) 394.2±30.19 134.7±10.78 340.6±27.62 369.2±27.34 0.031±0.001 5
4(560, 0, 5) 466.6±41.03 198.7±14.62 343.4±23.12 537.7±32.81 0.053±0.003 9
5(560, 216, 5) 419.9±37.56 86.8±5.39 137.1±11.94 245.8±19.83 0.023±0.001 1
6(560, 56, 5) 989.4±77.22 234.7±19.79 894.1±66.71 1 002.2±88.12 0.10±0.008 7
7(0, 56, 5) 694.9±54.18 207.9±15.66 393.9±33.24 643.8±44.54 0.050±0.003 3
8(2 160, 56, 5) 367.8±29.92 155.1±13.12 359.4±22.77 376.4±29.26 0.022±0.001 3
①表中所有测定数据在 95%显著水平 ,有显著性差异(p<0.05)。
　　由表 2可见 ,当不加 N、P时 ,藻体的 GSH及其
各类衍生物的含量均偏低 , 这可能因为还原型
GSH是一种由谷氨酸 、半胱氨酸及甘氨酸组成的
三肽[ 17] , Cd2+胁迫下江蓠无法从水中顺利吸收营
养元素 ,生长受到抑制 ,各类代谢不能顺利进行 ,蛋
白合成受阻 ,因此 GSH及其衍身物的合成量也较
少 ,含量偏低。加入适中浓度的 N(560μmol/L)或
P(56μmol/L)后 ,藻体获得了足够生理代谢所需
的营养盐 ,代谢恢复正常 ,蛋白合成顺利进行 , GSH
及其各类衍生物此时也被大量合成出来。
已知 GSH可以在植物螯合肽合成酶催化下在
细胞质中聚合形成植物螯合肽 (phytochelatin
PC)[ 18] ,植物螯合肽具有很强的重金属亲和力 ,可
与 Cd2+螯合后形成无毒化合物 (Cd-S4 -com-
plex),降低了细胞内游离的重金属离子浓度 ,防止
金属离子敏感酶变性失活。这些复合物随之转运
到液泡 ,并且在其他酶的作用下被排出细胞外 ,从
而能够减轻重金属对植物的毒害作用;GR是一种
黄素酶 ,作用主要是催化氧化型谷胱甘肽(GSSG),
还原成还原型 GSH,其普遍存在于植物体内 ,在机
体的氧化还原反应中起到举足轻重的作用;而 GST
是一组多功能解毒酶 ,广泛分布于植物体内 ,存在
于各组织细胞的细胞质内 ,是启动 GSH结合反应
的关键酶 [ 19] 。 GSH-PX(谷胱甘肽过氧化物酶)
则是机体内广泛存在的一种重要催化过氧化氢分
解酶。它特异地催化 GSH对机体内过氧化氢的还
原反应 ,可以起到保护细胞膜结构和功能完整的作
用 [ 20] 。藻体内 GSH及其各类衍生物含量高可以
说明此时江蓠的抗 Cd2+的能力强 ,同时说明加入
适当浓度的 N、P有利于江蓠抗 Cd2 +能力的增强。
当加入 N(2 160 μmol/L)或 P(216 μmol/L)浓度
过高时 ,易形成 Cd2+和营养盐的双重胁迫 ,此时藻
体生长再次受到抑制 , GSH及其各类衍生物的合
成又无法顺利进行 ,其活性和含量偏低。
同时加入 N、P要比加入单一的营养盐更有利
于提高藻体的 GSH及其各类衍生物的含量 。而 N
在提高藻体的 GSH及其各类衍生物的含量上所起
的作用要大于 P,这可能是 N作为合成蛋白的主要
来源 ,直接影响到蛋白合成的效率 ,而 GSH及其衍
生物本身作为肽 ,其合成过程必须摄入大量 N,所
以 N对该类物质含量的影响要大过 P。
3　结论
Cd2+胁迫条件下 ,不加入 N、P时 ,藻体内的
GSH及其各类衍生物含量均较低 ,易受金属离子
侵入毒害藻体;加入适量的 N、P(560 μmol/L,
56μmol/L)有利于提高藻体内 GSH及其各类衍生
物的含量 ,增强藻体重金属抗性;加入过量的 N、P
(2 160 μmol/L, 216 μmol/L)反而抑制了藻体内
GSH及其各类衍生物的合成 ,降低了藻体重金属
抗性;同时加入 N、P要比加入单一的营养盐更有
利于提高藻体的 GSH及其各类衍生物的含量 ,增
强藻体重金属抗性。
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(下转第 38页)
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第 23卷　第 1期 张皓.Cd2+胁迫下不同浓度 N、P对江蓠体内谷胱甘肽的影响 2011年 2月
5　结论与建议
稀土企业排放的放射性废水对环境影响明显 ,
238U、232Th、226Ra3种核素在环境中有累积。238U、
232Th、226Ra、40K的测量结果多次超过江苏省天然
环境上限。
应加强对稀土加工企业监管 ,严格执行法律法
规要求 。坚决杜绝排放放射性废渣造成的水域放
射性污染。开展含放射性污染物底泥综合利用研
究 ,对其进行集中处理 ,防止二次污染 。
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