全 文 ：　第 15 卷 第 3 期2006 年 9 月 淮海工学院学报(自然科学版)Journal o f Huaihai Institute o f Technolog y(Natural S cien ces Edi tion) Vol. 15　No. 3Sep. 2006
　　文章编号:1672-6685(2006)03-0054-04
六价铬对条斑紫菜的毒害影响及镧的缓解效应*
许云华 ,邵世光 ,郑　霞
(连云港师范高等专科学校 生物系 , 江苏 连云港　222006)
摘　要:研究分析了不同浓度单一 Cr6+对条斑紫菜植物体叶绿素 a 含量 , POD , SOD ,CA T 活性 ,
MDA 含量 ,可溶性蛋白质含量的影响及加入 La3+以后的缓解效应。结果表明 ,单一 Cr6+处理 ,随
着浓度的增加 ,叶绿素 a含量 ,POD ,SOD ,CA T 活性 ,可溶性蛋白质含量均呈先升后降趋势;MDA
的含量随着 C r6+浓度的增加而增加 ,加入 La3+后缓解效应明显。
关键词:条斑紫菜;C r6+ ;La3+ ;影响;缓解
中图分类号:Q945. 1　　　文献标识码:A
Toxic Effects of Chromium(Ⅵ) on Porphyra yezoensis
and Its Detoxication of Lanthanum
XU Yun-hua , SHAO Shi-guang , ZHENG Xia
(Dept. o f Bio lo gy , L ianyungang No rmal Co lleg e , Lianyungang 222006 , China)
Abstract:Effects of different single Cr6+ concentra tion on the activities of some enzymes(such as
chlorophyll a , POD , SOD , CAT , MDA , and soluble protein contents) in Porp ly ra yezoensis and
i ts de to xication of ex ogenous Lanthanum were studied in this pape r. Results showed that w hen
the content of single Cr
6+
increased , the activi ties o f POD , SOD , CAT , chlorophyll a and so luble
pro tein contents ro se at fi rst and dropped down late r , while that of MDA increased remarkably.
Meanwhile , the presence of La3+relieves the decrease of chlo rophy ll a , so luble pro tein content ,
the accumulation o f MDA and the reduction o f POD , SOD and CA T activi ties.
Key words:Porphy ra yezoensis ;Cr6+;La3+;ef fect;de to xication
　　重金属污染对动植物及人体的毒害已受到人们
的普遍关注。海洋资源的不断开发利用 ,以及城市
污水和工业废水汇入海洋 ,使重金属富积于海水中 ,
影响水质及海产品质量 ,并通过食物链危害人类身
体健康。铬是海洋环境中常见的一种重金属 ,其中
六价铬是一种毒性较大的致畸 、致突变剂 ,对人体毒
害性较大 。研究表明淡水作物受铬污染后发育会受
到阻碍 ,产量及品质降低 ,严重时甚至导致植株死
亡[ 1-3] 。重金属 Cr6+对海洋生物的毒害研究报到较
少 ,为此选取条斑紫菜(Porphyra yezoensis ,红藻
门 、红藻纲 、红毛菜目 、红毛菜科)为材料 ,研究六价
铬对叶绿素 a 含量 , POD , SOD , CA T 活性 ,总抗氧
能力及可溶性蛋白质 , MDA 含量的影响 ,以及加入
镧以后的缓解效应 ,以期探讨海水重金属污染对海
洋植物毒害的机理及镧在缓解毒害中所起的作用 ,
为重金属污染危害评价及生态防御研究提供参考。
1　材料与方法
1. 1　材料培养及处理
条斑紫菜采自连云港高公岛养殖区 ,培养海水
为连云港高公岛养殖区海水 ,25号筛绢 8层过滤 。
* 收稿日期:2006-06-19;修订日期:2006-09-08
基金项目:2004年江苏省教育厅自然科学基金资助项目(04KJD180070)
作者简介:许云华(1968-),女,江苏连云港人,连云港师范高等专科学校生物系讲师 ,主要从事植物生理学研究 ,(E-mail)xyh6322@sina. com。
紫菜培养分两大组:一组分别将沥干的 10 g 条
斑紫菜放入含有单一重铬酸钾(Cr6+)不同质量浓度
(10 , 20 ,30 ,40 , 50 mg /L)的海水培养液中室内自然
光照下培养 6天;另一组分别将沥干的 10 g 条斑紫
菜放入含有重铬酸钾(Cr6+)不同质量浓度(10 ,20 ,
30 ,40 ,50 mg /L)的培养液中培养 3 d ,3 d后再分别
加入 300 mg /L 三氯化镧(La3+)继续培养 3 d。两
组都以不含 C r6+和 La3+的海水作为对照 (用
0 mg /L表示), 6 d后将条斑紫菜沥干取样分析。
1. 2　三氯化镧最适质量浓度的筛选
根据不同质量浓度的 LaCl3 对条斑紫菜生长的
影响 ,进行最适质量浓度筛选 。在 100 , 200 , 300 ,
400和 500 mg /L 各处理组预实验中选取了处理效
果最佳的 300 mg /L 处理组 ,本实验均采用其为处
理质量浓度 ,即选取经不同质量浓度铬处理后的植
株 ,再分别加入 300 mg /L 的 LaCl3 处理 3 d。
1. 3　测定方法
1. 3. 1　叶绿素 a 测定 　取各样本沥水 ,称取 500
mg ,加 8 mL 150 mmol /L 的磷酸缓冲液(pH =5. 5),
用研钵研细 ,冰箱静置 2 h ,18 000×g冷冻高速离心
机(Sigma1-15K)离心 1 h(连续2次 ,每次 30 min),温
度控制在 4 ℃。取沉淀物加体积分数 90%的丙酮 10
mL ,暗中提取 20 min ,离心(10 000×g ,20 min)得叶
绿素粗提液 ,按下式计算叶绿素 a的质量浓度ρ[ 4] :
ρ(μg /mL)=11. 64A663 - 2. 16A645 +0. 1A630 。
1. 3. 2　样品组织液的制备　取材于预冷的研钵中 ,
加 pH=7. 8的磷酸缓冲液(0. 05 mmol /L),冰浴研
成匀浆(质量分数为 10%), 8 000×g ,15 min 离心
(4 ℃),取上清液备用。
1. 3. 3　过氧化物酶(POD)活性测定　POD活性测
定采用愈创木酚法[ 5] ,以每分钟吸光度的变化值表
示活性大小 ,单位:OD470 /(min g)。
1. 3. 4　超氧化物歧化酶(SOD)活性测定　采用南
京建成生物工程公司试剂盒进行测定 ,以每毫升反
应液中 SOD抑制率达 50%时的 SOD 量为一个亚
硝酸盐单位(NU),单位:NU /mg 。
1. 3. 5　过氧化氢酶(CA T)活性测定　使用南京建
成生物工程公司试剂盒测定。单位:U /mg 。
1. 3. 6　丙二醛(MDA)的含量测定　使用南京建成
生物工程公司试剂盒测定 。单位:nmol /mg 。
1. 3. 7　可溶性蛋白含量的测定　采用南京建成生
物工程公司试剂盒 ,考马斯亮蓝染色法测定方法 2
测定 ,单位:g /L。
以上比色均使用 722分光光度计。
2　结果与分析
2. 1　叶绿素 a 含量的变化
叶绿素 a 是红藻最主要的光合作用色素 ,从图
1可见 ,当单一 C r6+处理时叶绿素 a 含量随 Cr6+质
量浓度的变化而变化。经 Cr6+处理 6 d后 ,叶绿素
a含量先随 Cr6+质量浓度的升高而增加 ,当重铬酸
钾质量浓度为 20 mg /L 时达最大值 ,相当于对照组
的 1. 526 倍 ,之后开始下降 ,到 50 mg /L 时只有对
照组的 0. 738倍。加入三氯化镧后叶绿素 a 含量也
呈先升后降趋势 ,只是在重铬酸钾质量浓度较低时
(小于 15 mg /L)叶绿素 a 含量低于单一 Cr6+处理 ,
而随着重铬酸钾质量浓度的增加明显高于单一
Cr
6+处理 ,当重铬酸钾浓度为 20 mg /L 时达最大
值 ,相当于对照组的 1. 749 倍 , 到 50 mg /L 时为对
照组的 1. 011倍.可见加入三氯化镧后有明显的缓
解效应 。
图 1　Cr6+ , La3+对叶绿素 a含量的影响
Fig. 1　Effect of Cr6+ and La3+ on the content of chlorophyll a
2. 2　对 POD ,SOD ,CAT活性的影响
如图 2 、图 3 、图4所示 ,经单一Cr6+处理 6 d后 ,
POD ,SOD ,CAT 活性随Cr6+质量浓度的增加呈先升
后降的趋势。各酶活性均在 20 mg /L 时达最大值 ,分
别为对照组的 1. 205 ,3. 041 ,1. 545倍 ,随着重铬酸钾
质量浓度的继续增加 ,各酶活性又逐渐下降 ,当质量
浓度为 50 mg /L 时 ,分别为对照组的 0.773 , 0. 881 ,
0. 839倍 。加入三氯化镧缓解后各酶活性也呈先升
后降趋势 ,只是在重铬酸钾质量浓度较低时(小于 15
mg /L)POD ,SOD ,CAT 活性略低于单一 Cr6+处理 ,
而随着重铬酸钾质量浓度的增加明显高于单一
Cr6+处理 ,当其质量浓度为 20 mg /L 时达最大值 ,
分别相当于对照组的 1. 348 ,3. 658 , 1. 849倍 , 到 50
mg /L 时为对照组的 0. 97 ,1. 461 , 1. 005倍 。
2. 3　MDA含量的变化
从图 5可以看出 ,单一 Cr6+处理时 , 随着 C r6+
55　第 3 期 许云华等:六价铬对条斑紫菜的毒害影响及镧的缓解效应
处理质量浓度的增加膜脂过氧化物 MDA 含量呈上
升趋势 ,当重铬酸钾质量浓度为 50 mg /L 时含量最
高 ,约为对照组的 1. 502 倍 ,加入三氯化镧缓解后
MDA 活性也呈上升趋势 ,但含量少于单一 Cr6+污
染。当重铬酸钾浓度为 50 mg /L 时 ,相当于对照组
的 1. 231倍少于单 Cr6+处理 ,说明有缓解效应 。
图 2　Cr6+ , La3+对 POD活性的影响
Fig. 2　Effect of Cr6+ and La3+ on POD activity
图 3　Cr6+ , La3+对 SOD活性的影响
Fig. 3　Effect of Cr6+ and La3+ on SOD
图 4　Cr6+ , La3+对 CAT活性的影响
Fig. 4　Effect of Cr6+ and La3+ on CAT activity
图 5　Cr6+ , La3+对MDA含量的影响
Fig. 5　Ef fect of Cr6+ and La3+ on MDA content
2. 4　对可溶性蛋白质含量的影响
如图 6所示 ,单一 C r6+处理后 ,可溶性蛋白含
量变化趋势为:低质量浓度 C r6+处理可提高可溶性
蛋白含量 ,当重铬酸钾质量浓度为 20 mg /L 时含量
最高 ,为对照组的 1. 839倍 ,处理浓度的继续增加 ,
可溶性蛋白含量又逐渐下降 ,当重铬酸钾质量浓度
为 50 mg /L 时则为对照组的 0. 817 倍。加入三氯
化镧缓解后可溶性蛋白含量也呈先升后降趋势 ,当
质量浓度为 20 mg /L 时达最大值 ,相当于对照组的
2. 699倍 , 到 50 mg /L 时为对照组的 1. 291 倍 ,都
明显高于单一 Cr6+处理 ,说明镧具有缓解效应。
图 6　Cr6+ , La3+对可溶性蛋白含量的影响
Fig. 6　Effect of Cr6+ and La3+ on the content of soluble
3　讨论
3. 1　六价铬单一污染对条斑紫菜的毒害影响
实验结果表明 ,单一 Cr6+处理使得条斑紫菜中
叶绿素 a 含量随 Cr6+质量浓度的增加先上升后下
降 。这是植物遭受重金属毒害的重要特征之一[ 6] 。
低质量浓度(0 ～ 20 mg /L)的 C r6+处理刺激了叶绿
素 a 的合成 ,但高于 20 mg /L 处理时均表现出下降
趋势 ,尤其是 50 mg /L 时叶绿素 a 的破坏更加显
著 。Stobart A K等[ 7] 认为叶绿素含量降低的原因:
一是重金属抑制原叶绿素酸酯还原酶;二是影响了
氨基-酮戊酸的合成 。而徐勤松等[ 8] 认为 Cr6+毒害
使叶绿体膨胀 、类囊体排列紊乱 、被膜消失和叶绿体
解体 ,导致叶绿素 a 含量下降 ,最终严重影响植物光
合作用的正常进行 。本实验得到的 Cr6+毒害使条
斑紫菜生长受抑制 ,叶绿素 a 含量下降 ,亦证实了此
观点。
POD ,SOD ,CAT 是植物膜脂过氧化的酶促防
御系统中主要的保护酶。SOD 可以清除 O 2 - ,
CA T 和 POD能分解 H2O2 ,三者活性协调一致维护
膜系统的稳定性。由于酶的活性有一个阈值 ,
POD ,SOD ,CAT 对膜系统的保护作用是有一定限
度的[ 9] 。从图 2 、图 3 、图 4可看出梯度质量浓度的
56 淮海工学院学报(自然科学版) 2006 年 9 月
C r
6+处理造成条斑紫菜藻体细胞内 POD , SOD ,
CA T 活性均呈先升后降趋势 ,说明细胞内重要的保
护酶 ,在逆境条件下活性往往激应性提高 ,这一点与
S candalio
[ 10] 观点一致 ,但随着 Cr6+处理质量浓度的
提高呈持续下降的趋势 ,表明在较高 Cr6+质量浓度
下机体中的 SOD与 O 2 - ;POD , CA T 与 H 2O 2未
能建立起新的平衡 ,原因可能是高质量浓度 Cr6+处
理使得藻体细胞内保护酶失去了原有的平衡 ,导致
体内 O 2 - , H2O 2 等其它氧自由基的剧升 ,反映了
高质量浓度 Cr6+胁迫造成藻体细胞代谢性伤害 ,从
而造成可溶性蛋白含量急剧下降(图 6),MDA 迅速
累积(图 5)。MDA 累积又反过来加剧了植物细胞
的伤害 ,MDA 可与蛋白结合 ,引起蛋白质分子内和
分子间交联 ,从而使它们的结构功能和催化功能发
生变化。MDA 还可抑制蛋白质的合成。这可能是
MDA 含量急剧增多时 , POD ,SOD , CA T 活性降低
的另一重要原因 。
如图 6所示 C r6+的低质量浓度处理时 ,诱导条
斑紫菜中的可溶性蛋白质含量增加 ,这可能是条斑
紫菜对 Cr6+毒害的一种积极性反应 ,这种结果可能
是由于 Cr6+能增加细胞内核糖体亚基及多酶核糖
体的数量 ,诱导可溶性蛋白质合成 。但这种积极性
反应只能在低质量浓度下发生 ,当 Cr6+质量浓度过
高时 ,条斑紫菜体内可溶性蛋白质合成系统受到破
坏 ,可溶性蛋白质含量又开始下降 。
3. 2　加入 La3+以后的缓解效应
实验表明 ,条斑紫菜受低浓度 Cr6+污染时加入
LaCl3 对植物生长有抑制作用 ,而在较高浓度铬(各
生理指标质量浓度一致 ,大约 15 mg /L 以上)污染
的情况下加入 LaC13 效果则正好相反 ,植物生长情
况与 Cr6+单一污染时相比 ,叶绿素 a 含量和各项酶
活性 、可溶性蛋白质含量都明显增高。这可能是镧
能够抑制植物对铬的吸收 ,使得植物在铬浓度较低
时无法获取满足其生长所需的铬元素的量 ,表现出
受抑制;而当铬浓度较高时 ,植物体内的部分铬可被
镧取代 ,使植物被铬污染的毒性降低 ,这与李义[ 11] 等
的观点一致 。说明 La3+对 Cr6+有明显的缓解效应。
但是 ,值得一提的是 ,高浓度的 La3+对植物的
生长也有抑制作用 ,这一点在预实验中选择 LaCl3
的最适浓度时发现 ,因此在利用 La3+来缓解重金属
胁迫同时 ,是不是也会带来稀土的逆境胁迫  衡量
稀土是否可真正提高植物的抗逆能力 ,还应从多方
面去研究 ,切不可仅仅建立在保护酶活性 、叶绿素和
蛋白质含量 、膜质破坏程度等几个有限的指标上 ,还
应从其机制上加强深入研究 ,尽最大限度地利用其
有利的一面 ,避免它们带来与重金属同样的灾害 。
4　结论
低质量浓度的 Cr6+对条斑紫菜的叶绿素 a 含
量 ,POD ,SOD , CA T 酶活性及可溶性蛋白质含量有
一定的提高作用 ,但随着 Cr6+胁迫强度的增加 ,叶
绿素 a含量 、过氧化物酶的活性及可溶性蛋白质含
量均急剧下降 ,破坏了超氧自由基产生与消除间的
平衡 ,使自由基浓度增大 ,导致脂质过氧化作用加强
MDA 含量上升 ,从而造成过氧化酶促防御系统保
护机能下降等生理反应。而在加入适当浓度的
LaCl3 复合处理后 ,叶绿素 a含量 、保护酶活性及可
溶性蛋白质含量均比 Cr6+单一处理时增高 ,说明适
当浓度的 La3+对铬具有明显的缓解效应 。
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(责任编辑:秦海明)
57　第 3 期 许云华等:六价铬对条斑紫菜的毒害影响及镧的缓解效应