全 文 ：第 26卷第 7期
2007年 7月
水 产 科 学
F ISHERIES SC IENCE V o.l 26 No. 7Ju .l 2007
镉污染对肠浒苔毒性作用研究
郑 霞 1, 2 , 邵世光 1, 2 , 阎斌伦2
( 1.连云港师范高等专科学校 自然科学系 ,江苏 连云港 222006;2. 淮海工学院江苏
省海洋生物技术重点建设实验室 , 江苏 连云港 222005 )
摘 要:以肠浒苔中 Chl_ a含量 、SOD活性 、POD活性 、CAT活性及可溶性蛋白含量等为指标 , 研究分
析了不同浓度 Cd2+对肠浒苔的胁迫作用。结果表明 , 较低浓度 Cd2+对肠浒苔 5项指标参数值均较对
照组有一定的提高 , 随着 Cd2+浓度的增加 , 5项指标参数值均下降 , 其中 , 浓度 >10 μmo l /L时 , CAT、
POD活性逐渐下降;>15 μmo l /L时 , Ch l_ a含量 、SOD活性 、可溶性蛋白含量下降。高浓度的 Cd2+对肠
浒苔具有明显的胁迫作用。
关键词:肠浒苔;Cd2+;胁迫
中图分类号:Q949. 293. 2 文献标识码:A 文章编号:1003-1111(2007)07-0411-03
收稿日期: 2006 - 10 - 16; 修回日期:2006 - 11 - 13.
基金项目:江苏省海洋生物技术重点建设实验室资助项目(2005H S008).
作者简介:郑霞(1976 -),女 ,实验员 ,研究方向:实验生物学;E -m ail:zhengxia_393438164@ qq. com.通讯作者:阎斌伦(1962 - ),
男 ,教授 ,研究方向:海洋生物技术;E -m ail:yanb in lun@ yahoo. com. cn.
Cd2 +是环境中主要的重金属污染物之一 ,它蓄
积性强 ,容易进入食物链危害人类健康[ 1-2] 。近年
来 ,国内外有关 Cd2+对维管植物的影响已有较多研
究 [ 3] ,而重金属离子 (如 Cu2+等 )对海洋绿藻生理
特征影响的研究较少 [ 4-5] 。本研究以分布较广的海
洋底栖绿藻 —肠浒苔 (Enteromopha intestinalis)为
试验材料 ,通过不同浓度 Cd2 +对肠浒苔光合作用叶
绿素含量及几种重要保护酶的影响 ,分析其生理生
化变化 ,以期揭示 Cd2+对藻类植物的毒害机理。
1 材料与方法
1. 1 材料
肠浒苔:2004年 、2005年 4 — 5月 ,采自连云
港高公岛的潮间带岩石上 ,用过滤好的海水培养 7
d备用。
海水:取自连云港市高公岛养殖区以外海域 ,
25
#筛绢过滤 。
培养条件:室内自然光照下培养 。
培养方法:设 6个试验组。在海水中分别添加
CdC l2使各组 Cd2+浓度分别达到 5、10、15、20、50、100
μmol /L。以自然海水为对照 (CK),每组放生理年
龄及生长状况基本一致的肠浒苔 5 g,培养 5 d后取
样分析。
1. 2 方法
叶绿素含量 、过氧化物酶 (POD)活性的测定参
照张志良 [ 6]的方法 。
超氧化物歧化酶 (SOD)活性 、过氧化氢酶
(CAT)活性 、可溶性蛋白质含量的测定:采用南京
建成生物工程公司 SOD测试盒 。
2 结果
2. 1 Cd2+对肠浒苔叶绿素含量的影响
通过逐天对不同培养浓度下材料的颜色变化
进行观察 ,发现自第 2 d起第 2 ～ 6组肠浒苔的绿色
开始局部褪去 (见表 1),褪绿的部分呈现白色。随
着培养时间的延长 ,褪绿程度增加(按面积计 ,目测
情况如下表),且从管状植物体的局部向两端延伸
(少量由端部开始)。各试验组 (浓度由低到高 )营
养体的半数褪绿 ,分别出现在第 5、4 ～ 5、4、2 ～ 3 d。
表 1 不同浓度 Cd2+、培养天数肠浒苔的受害情况
组别 Cd
2+浓度
μm ol L- 1
培养天数
1 d 2 d 3 d 4 d 5 d
对照 0 +++++ +++++ +++++ +++++ +++++
1 5 +++++ +++++ ++++ ++++ +++
2 10 +++++ ++++ ++++ +++ ++
3 15 +++++ ++++ +++ +++ +
4 20 +++++ +++ ++ ++ +
5 50 +++++ ++ + + +
6 100 +++++ ++ + + +
注:+为绿色部分所占面积比。
DOI牶牨牥牣牨牰牫牱牳牤j牣cnki牣牨牥牥牫牠牨牨牨牨牣牪牥牥牱牣牥牱牣牥牨牨
图 1表明 ,在培养 5 d后 ,肠浒苔 Ch l_a含量随
着 Cd2+浓度的增加而降低 ,且从 CK到 10 μmo l /L
时有一个骤降的过程 , 10 μmo l /L时的含量只有 CK
的 42%。之后 ,随着处理浓度的增加 , Ch l_ a含量
的下降速度变缓 。
图 1 C d2+对 Ch l_ a含量的影响
2. 2 对 SOD活性的影响
图 2显示 , Cd2 +浓度从 CK到 15 μmol /L时 ,
SOD的活性有一个上升的趋势 ,其后开始下降 ,到
100μmo l /L时 , SOD的活性仅为 CK的 1 /2。
图 2 C d2+对 SOD活性的影响
2. 3 对 CAT、POD活性的影响
图 3、图 4表明 , Cd2+处理浓度从 CK增加到
10 μmol /L时 ,肠浒苔植物体内的 CAT、POD的活性
逐渐升高 , Cd2 +处理浓度 >10 μmo l /L时 , CAT、
POD的活性开始下降 。
图 3 C d2+对 CAT活性的影响
2. 4 对可溶性蛋白质含量的影响
图 5表明 , Cd2+浓度由 CK增加到 10 μmo l /L
时 ,可溶性蛋白质的含量增加了近一倍。当 Cd2 +浓
度继续提高时 ,蛋白质含量开始下降 。
图 4 C d2+对 POD活性的影响
图 5 C d2+对可溶性蛋白含量的影响
3 讨论
3. 1 镉对肠浒苔叶绿素含量的影响
Chl_a是植物重要的光合作用色素 ,随着 Cd2+
处理浓度的提高 ,捕光色素破坏加剧 ,使得 Ch l_ a
失去了光能的来源 ,加上 Ch l_ a本身被破坏 ,最终
使光合作用强度迅速下降 。 S tobart[ 7]认为 ,细胞中
叶绿素含量下降的原因是重金属抑制了叶绿素酯
酶并影响氨基 -γ—酮戊酸的合成 ,而这两种物质
都是叶绿素合成所必须的酶和原料;但随处理浓度
的增加 ,叶绿素含量的下降速度变缓 ,表明重金属
对水生植物生化毒害的影响存在着典型的剂量 /效
应关系 [ 8] ,即植物的反应随 Cd2+浓度增加而增加 ,
但二者并不成正比关系 ,低浓度时 ,处于起始区 ,反
应变化不明显 ,随浓度的增加 ,植物的反应急剧增
强 ,而浓度继续增大时 ,反应的变化又不太明显 。
3. 2 镉对肠浒苔 SOD、CAT、POD的影响
CAT、POD、SOD组成了植物体内有效的清除活
性氧的酶系统[ 9] , 正常情况下 , CAT、POD活性稳
定 ,植物体内产生和清除 O2 -的能力处于动态平衡
状态[ 10] ,在 Cd2+浓度 <10μmo l /L时 ,其 CAT、POD
活性有所提高 , Cd2+浓度 <15 μmo l /L时 , SOD活
性同时也成上升趋势。原因在于低浓度 Cd2+能够
引起植物细胞内 O2 -的显著增加[ 11] ,并进而诱导
CAT、SOD、POD活性的增大 ,使得总抗氧化能力暂
时增加 ,以清除因 Cd2 +存在而产生的过多 O 2 - 。这
种诱导反应可能是以活性氧信号作为第二信使 ,启
动细胞防御反应的结果[ 12] 。但当 Cd2+浓度 >10
μmol /L时 ,所有酶的合成均受到阻碍 ,所以 CAT、
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POD及总抗氧化能力都呈现急剧下降的趋势 ,同时
在浓度 >15 μmo l /L时 ,肠浒苔 SOD的活性也成下
降的趋势。说明肠浒苔通常在逆境条件下 ,通过提
高 POD和 CAT、SOD的活性来清除体内过多的活
性氧。当胁迫超过了机体可以调节的能力时 ,肠浒
苔无法通过体内自身的调节来清除体内积累的相
关自由基 ,此时肠浒苔细胞的 POD和 CAT的活性
通常降低 ,显示膜开始解体 ,细胞出现死亡 。
3. 3 镉对肠浒苔体内的可溶性蛋白含量的影响
试验中 Cd2 +在低浓度时能诱导可溶性蛋白含
量的增加 ,当 Cd2+浓度 <15μmol /L时 ,可溶性蛋白
含量的提高 ,很可能是植物抵抗毒害的一种解毒机
制 ,能诱导产生重金属结合蛋白 ,如镉结合蛋白 [ 13]
等 ,从而降低重金属的毒性。蛋白质含量的提高 ,
还会增加细胞渗透浓度和功能蛋白的数量 ,有利于
维持细胞的正常代谢[ 14] ,本试验也证实了这一点。
随着污染的加重 , 细胞核结构被破坏 , DNA翻译
RNA转录受阻 ,阻碍了蛋白质的合成 ,并加速了蛋
白质的分解 [ 15] ,也可能是 Cd2+直接与膜蛋白中的
- SH基结合 ,最终导致膜结构改变 [ 16] ,所以致使
肠浒苔蛋白含量降低 。
本试验结果表明 ,重金属镉对肠浒苔生化毒性
的影响存在着典型剂量 /效应关系 ,在低浓度时 ,肠
浒苔的 SOD、CAT、POD活性都有一定的提高 ,但存
在着一个阈值 ,超过这个阈值 ,保护酶被破坏 ,导致
肠浒苔的细胞活性氧代谢的失调 ,可溶性蛋白和叶
绿素的含量都降低 ,合成能力受到抑制;在短期的
胁迫下 ,其细胞就可以发生严重的过氧化损伤 ,说
明肠浒苔具有一定的抗重金属污染能力 ,但当重金
属污染达到一定程度后 ,其细胞内的酶系统被摧
毁 ,防御功能随着丧失 。
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E ffects of Cd
2+
Stress on A lgaEnteromorpha intestinalis
ZHENG X ia
1, 2 , SHAO Sh i-guang1, 2 , YAN B in-lun2
( 1. Departm ent o f Bio logy, L ianyungang Norm a lCo llege, L ianyungang 222006, China;2. Jiang su Key Labo ra to ry ofM arine
B io techno logy, H ua iha i Institu te o f Techno logy, L ianyungang 222005, China )
Abstract:The effects of Cd2+ on 5 parameters o f chlorophy ll a (Chl_a) and so luble pro tein conten ts, and super-
ox ide dismu tase (SOD), pe roxidase (POD) and cata lase (CAT) activ itiesw ere dete rm ined in a lgaEn teromorpha
intestinalis. The results show ed tha t the 5 parameters increased in low Cd
2+
concen tration treatment, but decreased
w ith the increase in Cd
2 +
concentrations. The ac tiv ities o fPOD and CAT gradually declined when Cd
2+
concentra-
tion w as more than 10 μmo l /L;when Cd2+ concen tration w as over 15μmo l /L, the con tent of Chl_a, the activity
of SOD and the con tent of solubility protein dec lined. It can be infe rred that the a lga is stre ssed in the high con-
centra tion of Cd
2+
.
Key words:Enteromorpha intestinalis;cadm ium ion;stress
(责任编辑:小 舟)
413第 7期 郑霞等:镉污染对肠浒苔毒性作用研究