全 文 ：　　收稿日期:2000-02-18
基金项目:国家自然科学基金(39770046)和江苏省自然科学基金(BK97107)共同资助
作者简介:徐勤松 , 1976— ,南京师范大学生命科学学院硕士研究生 ,主要从事重金属污染水对水生植物的毒害影响的
研究.
镉及镉 、锌共同作用对水芹菜部分生理特性的影响
徐勤松 , 施国新
(南京师范大学生命科学学院 , 南京 , 210097)
[ 摘要] 　主要研究了镉及镉 、锌共同作用时对水芹菜的毒害影响 , 测定了叶绿素含量 、可溶性蛋白含量 、超氧
阴离子含量 、硝酸还原酶活性 、过氧化物酶活性等生理指标的变化.结论是:超氧阴离子含量锌与镉表现为协同
效应 ,而其他指标在 wZn/ wCd大于 1/2时为拮抗效应 ,而小于 1/ 2时表现为协同效应.
[ 关键词] 　水芹菜;镉;锌;叶绿素;硝酸还原酶;过氧化物酶;超氧阴离子;可溶性蛋白
[ 中图分类号] Q949.710.5;　[ 文献标识码] A;　[ 文章编号] 1001-4616(2000)04-0097-04
镉(Cd)是对植物有明显毒害作用的金属元素 ,其对植物的毒害不仅表现在容易积累在可
食部位 ,使农产品质量下降 ,而且过量的Cd还会影响植物的正常发育[ 1] .锌(Zn)是植物生长所
必需的微量元素 ,关于Zn对植物的伤害未见报道.在自然界中 ,Cd 、Zn具有极高的发生相互作
用的可能性.因此 ,研究二者间的相互作用对于环境污染的防治和治理有重要意义.
水芹菜[ Oenanthe javanica (Blume)DC] ,属于伞形科水芹属 ,生长于浅水处 、水沟旁或栽培
于水田中 ,分布广泛 ,嫩叶可食用.新鲜茎叶榨汁内服 ,有降压效用[ 2] .目前 ,只有戴全裕研究了
它对黄金废水的净化和富集[ 3] .本实验旨在探讨其在环境污染防治中的作用.
1　材料和方法
1.1　材料
水芹菜[ Oenanthe javanica (Blume)DC]采于南京师范大学生命科学学院水生植物养育池.
1.2　方法
取材待生长状态良好时进行处理 ,单一镉处理浓度为 0.01 、0.08 、0.8 、4 、8mmol/L .复合处
理为在各单一处理中加入 0.08mmol/L 的锌(以纯镉 、锌计 ,分别用分析纯 CdCl2·2.5H2O和
ZnCl2 配制),另设对照浓度为 0.7 d后测其生理变化.
(1)鲜叶叶绿素含量的测定:丙酮乙醇混合液法[ 4] ,按丙酮法公式计算 ,单位:mg/g.
(2)鲜叶可溶性蛋白含量的测定:考玛斯亮蓝(G-250)染料结合法[ 5] ,以牛血清蛋白为标
准物 ,单位:mg/g.
(3)鲜叶超氧阴离子(O 2 )含量的测定:参考王爱国[ 6]的方法 ,单位:A530/g.
(4)鲜叶过氧化物酶(POD)活性的测定:愈创木酚法[ 5] ,单位:ΔA470/min·g.
(5)鲜叶硝酸还原酶(NR)活性的测定:磺胺比色法[ 5] ,单位:μg/h·g.
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第 23 卷第 4期
2000年
南京师大学报(自然科学版)
JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY(Natural Science)
Vol.23 No.4
2000
2　实验结果
2.1　Cd及 Cd、Zn共同作用对叶绿素含量的影响
Cd处理后 ,叶绿素 a含量从 0.01 ～ 0.8mmol/L均高于对照 ,在 Cd浓度为 0.01mmol/L处
理处最大 ,比对照高约 70%.叶绿素 b在 Cd浓度 0.01 ～ 0.08mmol/L处高于对照 , 0.01mmol/L
处理比对照高约 26%,8mmol/L处理比对照减少了 54%.
Cd 、Zn共同作用下 ,各处理的叶绿素 a 含量都比对应的 Cd 处理小 ,在 0.01 ～ 0.08mmol/L
处理高于对照.叶绿素 b含量低于对照 ,且比相应的Cd处理小(图 1).
2.2　Cd及 Cd、Zn共同作用对可溶性蛋白含量的影响
在0.01mmol/L Cd处理及加Zn后含量比对照高 ,其中 ,单一处理比对照高 32.2%,而复合
处理则仅增加了 2.69%.随浓度的增大 ,含量降低.复合比单一的降低趋势更明显(图 2).
图 1　Cd及Cd 、Zn共同作用对叶绿素含量的影响
图 2　Cd及Cd 、Zn共同作用对可溶性蛋白含量的影响
图 3　Cd及 Cd 、Zn共同作用对O 2 含量的影响
2.3　Cd及 Cd、Zn共同作用对 O 2 含量的影响
两种处理 O 2 含量均呈上升趋势 , 其中 Cd 在 8
mmol/L浓度处理含量为对照的 214%,而共同作用则达
到对照的 238.34%,比 Cd处理增加了 24%.并且共同作
用的含量都高于对应的 Cd处理(图 3).
2.4　Cd及 Cd、Zn共同作用对 POD活性的影响
Cd处理后 ,POD 活性在 0.1mmol/L 处理处达到最
大 ,而后呈下降趋势 ,但除 100mmol/L 处理外都比对照
高 ,100mmol/L处理处活性为对照的 89.15%.
Cd 、Zn共同作用下 , POD 活性也增大 ,其中在 0.01
mmol/L处理处为对照的 138.4%.从 0.08mmol/L(Zn)+4
mmol/L处理处就低于对照 ,在 0.08mmol/L(Zn)+8mmol/L处理处仅为对照的 44.18%(图 4).
2.5　Cd及 Cd、Zn共同作用对 NR活性的影响
NR活性在 0.01mmol/L处理处 Cd及 Cd 、Zn共同作用都达到最大 ,其中 Cd处理比对照增
加了 28.6%,而共同作用则仅增加了 2.86%.随浓度的增大 ,活性降低 ,在 8mmol/L处理处 ,Cd
处理为对照的 33.18%,而复合处理则为对照的 13.38%(图 5).
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图 5　Cd及 Cd 、Zn共同作用对 NR图 活性的影响4　Cd及 Cd 、Zn共同作用对POD 活性的影响
3　讨论
重金属离子的毒性主要是由于其干扰呼吸和光合中的电子传递 ,生物酶失活 ,导致能量状
态降低 ,减少矿质营养吸收和降低生长[ 7] .
叶绿素是光合作用的主要色素 ,其含量的高低在一定程度上反映了植物光合作用的强弱.
Cd引起叶绿素含量降低的原因主要是 Cd 离子被植物吸收后 ,细胞内的重金属离子作用于叶
绿素生物合成途径的几种酶(原叶绿素酯还原酶 、δ-氨基乙酰丙酸合成酶和胆色素原脱氨酶)
的肽链中富含 SH 的部分 , 改变了它们的正常构型 , 抑制了酶的活性和阻碍了叶绿素的合
成[ 8] .孙赛初等人认为是 Cd进入叶内 ,在局部积累过多 ,与叶绿体蛋白质上的-SH 等结合或
取代其中的Zn2+等 ,破坏了叶绿体的结构和功能活性 ,从而导致叶绿素含量降低[ 9] .
可溶性蛋白含量在低浓度(0.01mmol/L)处理下表现为促进合成的作用 ,其原因可能是 Cd
与DNA结合后 ,刺激了 DNA的活性 ,而增加蛋白质的合成[ 10] .这可能是植物对Cd毒害的解除
机制 ,即通过合成蛋白质络合进入体内的金属离子 ,降低重金属离子对植物的伤害.高浓度下
则通过破坏蛋白质的合成系统而降低蛋白质的含量 ,进而加速植物的死亡.
过氧化物酶(POD)是植物体内重要的代谢酶 ,参与许多重要的生理活动 ,如细胞分裂 、生
长发育等[ 11] .同时也是植物体内抗氧化酶系统的重要组成部分 ,它能催化有毒物质的分解.其
活性的高低能反映植物受毒害的深浅.活性降低表明有毒物质浓度超过其正常的分解能力 ,而
使活性氧自由基浓度上升 ,诱发膜脂过氧化作用 ,对植物产生伤害.
硝酸还原酶(NR)是植物体内氮素代谢的关键性酶 ,对重金属比较敏感 ,它将 NO-3 还原成
NO-2 后 ,氮素才能参与体内的其他代谢活动 ,如参与蛋白质的合成 , NR活性的降低必将减少
植物对硝酸盐的同化吸收 ,影响合成氨基酸的氮源供应 ,抑制蛋白质的合成[ 12] ,作者认为这是
重金属导致蛋白质含量降低的另一重要原因.本实验中 ,当 NR活性上升 ,蛋白质含量增加;当
NR活性降低时 ,蛋白质含量也降低 ,就证实了这一点.
上述结果可看出 ,除了O 2 含量 Cd 、Zn共同作用比 Cd处理的高 ,即表现出协同效应外 ,其
原因尚不清楚.其他的则在 wZn/ wCd>1/2时 ,表现为拮抗效应 ,即由于 Zn的加入缓解了 Cd的
毒害 ,其机制可能是 Zn减少了植物对 Cd的吸收 ,而 Cd的毒性大于 Zn[ 13] ,所以缓解了对植物
的伤害.当 wZn/wCd <1/2时 ,二者表现为协同效应 ,其原因可能是高浓度 Cd 促进植物吸收
Zn ,而加剧 Zn对植物的毒害.因此 ,我们认为 Cd 、Zn之间的联合作用是拮抗和协同的复杂统一.
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徐勤松 ,等:镉及镉 、锌共同作用对水芹菜部分生理特性的影响
重金属之间的相互作用与其质量比有密切的关系 ,并且不同生理指标对此反应也不同.
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The Toxic Effects of Single Cd and Interaction of Cd with Zn on
Some Physiological Index of [ Oenanthe javanica (Blume)DC]
XU Qin-song , SHI Guo-xin
(College of Life Sciences , Nanjing Normal University , Nanjing , 210097 , PRC)
Abstract:The paper mainly studied the toxic effects of single Cd and interaction of Cd with Zn on [ Oenanthe javanica
(Blume)DC] .The cadmium concentration acetates was 0.1 , 1 , 10 , 50 , 100 mmol/ L.5 mmol/L zinc was added to every
single cadmium treatment.we measured the following physiological indexes:chlorophyll content , activity of peroxidase and
nitrate reductase , soluble protein et al.Our conclusion was that :on the content of superoxide anion zinc showed a
synergism with cadmium;while the other indexes zinc showed an Antagonism with cadmium when wZn/ wCd>1/2 , and
Synergism when w Zn/ wCd<1/2.
Key words:Oenanthe javanica(Blume)DC;zinc;cadmium;chlorophyll content;nitrate reductase(NR);peroxidase(POD);
superoxide anion(O 2);soluble protein
[ 责任编辑:丁蓉]
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