全 文 ：收稿日期:2015 － 06 － 03;修回日期:2015 － 07 － 14
基金项目:贵州省社会发展公关课题“镉高富集植物的筛选及修复技术研究”黔科合 SY字［2013］3137 号。
* 通讯作者:E － mail:guanp508@ 163． com。
·研究报告·
砷胁迫对紫茉莉生理生化特性的影响
徐玲玲，李娅迪，冯旭东，张凯凯，关 萍*
(贵州大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550025)
摘 要:通过盆栽的方法，研究不同浓度砷胁迫对紫茉莉叶绿素和丙二醛(MDA)含量及抗氧化酶活性的影响。结
果表明:低浓度(5 mg /L)砷胁迫叶绿素含量略微增加，随着浓度不断升高及胁迫时间延长，含量随之下降。MDA
含量在 45 mg /L砷浓度、胁迫时间 14 d时最高，为 81. 3 nmol /g FW，60 mg /L砷浓度、胁迫时间 35 d时最低，为 43. 8
nmol /g FW。各处理时期内，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性均随着砷浓度的
升高，表现为先升后降的趋势，表明紫茉莉对低浓度的砷具有一定的耐受性。
关键词:砷;紫茉莉;叶绿素;MDA;抗氧化酶
中图分类号:Q945. 78 文献标识码:A
文章编号:1008 － 0457(2015)04 － 0013 － 05 国际 DOI编码:10. 15958 / j. cnki. sdnyswxb. 2015. 04. 003
Effects of cadmium stress on physiological and biochemical characteristics of Mirabilis jalapa
XU Ling-ling，LI Ya-di，FENG Xu-dong，ZHANG Kai-kai，GUAN Ping* (College of Life Science，Guizhou Uni-
versity，Guiyang 550025，China)
Abstract:The effects of different arsenic concentrations on the contents of chlorophyll and Malondialdehyde
(MDA)and on the activity of antioxidant enzymes of Mirabilis jalapa are studied through pot experiments．
The results indicate that the chlorophyll content increased slightly at low arsenic concentration (5 mg /L)and
decreased with increase of arsenic concentrations and prolonging of stress time． MDA contents reach the maxi-
mum (81． 3 nmol /g FW)when the arsenic concentration is at 45 mg /L and stress time is 14 days． MDA con-
tents reach the minimum (43． 8 nmol /g FW)when the arsenic concentration is at 60 mg /L and the stress
time is 35 days． During the treatment time，the activity of antioxidant enzymes (SOD，CAT，POD)exhibited
the tendency of initially increasing and then decreasing with the increase of arsenic concentrations，which in-
dicates that Mirabilis jalapa has the ability to tolerate low arsenic concentrations．
Key words:arsenic concentrations;Mirabilis jalapa;chlorophyll;MDA;antioxidant enzymes
砷在自然界中分布极为广泛，大多数砷及其化
合物都具有毒性，且在土壤、水体和大气中具有很
强的迁移率［1］。土壤砷污染主要来源于自然界本
身的砷源和人为活动。人类过于频繁的采矿、冶
炼、施肥、污水灌溉和各种农药的使用，使得土壤中
砷含量升高［2］。砷通过食物链进入动物和人体，导
致人体的皮肤、肺、肝、肾、神经系统和心血管发生
病变，甚至癌变，严重威胁着人类的健康［3］。目前，
全世界有多个国家砷污染严重，孟加拉和印度两国
大面积的农田土壤因污水灌溉遭到砷污染，严重威
胁到近亿人的正常生活［4］。中国是产砷及其化合
物的大国，在云南、贵州、湖南、广东等地都分布着
大小不等的砷矿，这些地方的砷污染极为严重。有
报告称中国大约有近 2. 0 × 107 hm2的耕地面积遭
受重金属的污染［5］。在中国已经发现多起砷中毒
事件。自 1980 年，新疆奎屯饮用水导致了区域性
山 地农业生物学报 34(4) :013 ～ 017，2015
Journal of Mountain Agriculture and Biology
的砷中毒事件起，相继又在内蒙古、山西、吉林、青
海和宁夏发现区域性的饮用水砷中毒问题［6］。面
对如此严峻的砷污染，国内外已经采取各种办法加
以防治。其中针对土壤重金属污染，植物修复因其
具有成本低、生态协调及环境美化功能等优点正成
为研究的热点［7］。目前已发现的砷超富集植物有
蜈蚣草(Pteris vittata L．)、粉叶蕨(Pityrogramma
calorrtelano)、大叶井口边草(Pteris cretica L)、剑叶
凤尾蕨(Pteris ensiformis)、酸模(Ｒumex acetosa)、长
叶甘草蕨(Pteris longifolia)、含羞草(Mimosa pudi-
ca)、琉球凤尾蕨(P ryukyuensis Tagawa)等植
物［8 － 9］，大多集中在蕨类植物，而花卉植物较少。
紫茉莉(Mirabilis Jalapa)属紫茉莉科紫茉莉属的植
物，易生长，适应性强，且具有良好的观赏价值。本
文初步探讨了紫茉莉幼苗对不同浓度的砷胁迫时
间延长的生理响应，以期为重金属污染环境的植物
修复及超富集植物资源的筛选提供备选材料。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
紫茉莉(Mirabilis Jalapa)种子采自贵州大学南
校区校园花圃内，种植土壤为未受污染专用花卉培
养腐殖土，购买于贵阳市油榨街花鸟市场。药品为
As2O3为分析纯，购买于国药集团化学试剂有限公
司，灌溉水为去离子水。
1. 2 植株培养和处理方法
选择颗粒饱满的紫茉莉种子，5%次氯酸钠消
毒 4 ～ 5 min，后用去离子水冲洗 4 ～ 5 次，蒸馏水浸
种 24 h。取出浸泡过的种子，选取直径为 11 cm 的
培养皿，向内铺入双层滤纸作为发芽床。在每个培
养皿中放入 50 粒种子。并将其放入 25℃光照培
养箱中催芽，每天用移液枪加入等量的蒸馏水补充
蒸发的水分。待幼苗长到约 7 ～ 10 cm 时，选取长
势基本一致的植株作为供试植株。将植物移栽到
盛有腐殖土的花盆中，每盆种植 3 株。将配置成浓
度为 0，5，15，30，45，60 mg /L的 As2O3溶液，用喷雾
器喷洒于土中，每盆 20 mL，使之与土壤均匀混合，
每个处理重复三次，各处理土样均为 1 000 g。每隔
两天对各处理进行相应浓度处理溶液的追加，等量
喷施 20 mL于各处理土壤中。分别于第 7、14、21、
28、35 d天测定生理生化指标。
1. 3 生理生化指标的测定
叶绿素含量用 95%的酒精溶液提取，分光光
度法测定其含量，MDA 含量采用硫代巴比妥酸
法［10］，SOD 活性测定采用 NBT 光还原法［11］，POD
活性测定采用愈创木酚法［12］，CAT 活性采用紫外
分光光度法测定［13］。测定数据用 Excel 2007 和
DPS 7. 05 统计软件进行分析。
2 结果与分析
2. 1 砷胁迫对紫茉莉叶绿素含量的影响
在低浓度砷胁迫初期(7 d)紫茉莉叶片叶绿素
含量略微增加，随着胁迫浓度升高及胁迫时间延
长，大体上逐渐下降(图 1)。当砷浓度为 60 mg /L
时，下降到 1. 2 mg /g FW，较对照降低了 78%，差异
显著。多重比较表明，胁迫 7 d 时，不同浓度下叶
绿素含量无显著性差异，在 3. 73 ～ 5. 20 mg /g FW
间波动，原因可能是植物体内积累的砷尚未达到影
响叶绿素合成的量，因而叶绿素含量变化与砷浓度
变化相关性不明显。14 d 和 21 d 砷处理的变化趋
势一致，随着胁迫时间的延长，叶绿素含量与砷浓
度变化成负相关，均在 30 mg /L浓度处理下达到最
低值，分别较对照降低 24. 8%、30. 8%。在各浓度
处理下的叶绿素含量均低于对照，且不同浓度间的
含量差异性显著(P ＜ 0. 05)。28、35 d 处理时叶绿
素均随着浓度的升高而下降，在浓度为 60 mg /L时
最低，分别较对照降低 63. 7%、71. 9%。更进一步
说明了砷胁迫是影响紫茉莉叶绿素含量的主要因
素，随着时间的延长及浓度的增加，对叶绿素合成
的破坏性加重。
图 1 不同浓度砷处理对紫茉莉叶绿素含量的影响
Fig. 1 Effects of different arsenic concentrations
on the front chlorophy content of Mirabilis jalapa
2. 2 砷胁迫对紫茉莉 MDA含量的影响
同一砷浓度不同时期内，MDA 含量差异性显
著，且对 MDA含量影响大小顺序为 14 d ＞ 7 d ＞ 21
d ＞ 28 d ＞ 35 d，表明长时间胁迫使得伤害加剧(图
2)。胁迫 7、14 d的 MDA 变化趋势一致，均为 5 ～
45 mg /L砷浓度下呈上升状态，45 mg /L 浓度胁迫
41 山地农业生物学报 2015 年
时 MDA 含量达到最大值，分别较对照增加 22%、
29%。而 21、28、35 d 下的 MDA 含量均在 5 mg /L
砷处理下最高，分别较对照增加了 9. 16%、
4. 40%、1. 95%，随着胁迫时间的延长，紫茉莉
MDA含量增幅减少;21、28、35 d 下的 MDA 含量变
化也一致，均呈现出先升后降再升再降的趋势，均
在浓度为 60 mg /L 时 MDA 含量最低，分别较对照
降低了 7. 25%、16. 77%、29. 18%。由此可见，短时
间胁迫下植物体对外界的伤害能够启动良好的防
御措施，通过植物体中的 MDA含量的升高，防止细
胞结构受到伤害，进而对植物损伤起到自我保护的
作用;但当胁迫时间较长时，对植物的伤害则加强，
植物本身的应激系统下降，直接导致了植物本身受
害加重，胁迫 35d的植物毒害严重，甚至死亡。
图 2 不同浓度砷处理对紫茉莉丙二醛含量的影响
Fig. 2 Effects of different concentrations of arsenic
on the front contents MDA of Mirabilis jalapa
2. 3 砷胁迫对紫茉莉 SOD含量的影响
不同浓度砷胁迫下，紫茉莉 SOD 活性随胁迫
时间的延长，均表现为先升后降的趋势，不同时期
SOD活性达到峰值的砷胁迫浓度不同(图 3)。当
胁迫 7、14 d 时，SOD 活性在 30 mg /L 达到最高，分
别为 90. 35、86. 68 U /g FW，较对照上升了 76%、
67%;21 d 时，在 15 mg /L 达到最高，为 73. 70 U /g
FW，较对照上升了 55. 35%;胁迫至 28、35 d 时，砷
浓度为 5 mg /L 时，SOD 活性升高到最大值 85、82
U /g FW，高于对照 63. 52%、58. 83%。60 mg /L 砷
处理下，除胁迫 7、14 d 这两个时期外，SOD 活性均
比对照低，且 35 d 时 SOD 活性下降幅度最大。该
结果显示，随胁迫时间延长 SOD 酶活性应激反应
变小。由此可见，胁迫时间达 21 d 以上时，随胁迫
时间和胁迫浓度的增加，SOD 活性一直呈下降
趋势。
图 3 不同浓度砷处理对紫茉莉超氧化物歧化酶活性的影响
Fig. 3 Effects of different concentrations of arsenic
on SOD activity of Mirabilis jalapa
2. 4 砷胁迫对紫茉莉 CAT活性的影响
紫茉莉 CAT活性在相同砷浓度处理的不同胁
迫时间下，呈现不同的变化，并且在相同时期随处
理浓度的增加呈先升后降的趋势(图 4)。胁迫浓
度为 5 mg /L 时，处理 14、21、28、35 d 的 CAT 活性
均达到最大值(20. 45、28. 55、19. 52、13. 2 U /g
FW) ，分别较对照上升了 148%、223%、143%、
63%。而后随着浓度的增加逐渐下降，在 45、60
mg /L，达到最低，并趋于稳定。胁迫 21 d 的活性最
高，原因可能是 7、14 d 的处理时间较短，未能完全
激发 CAT 的活性;而 28、35 d 为处理时间较长，胁
迫程度较大，植物受危害较重，因此 CAT 活性明显
低于 21 d的。在砷浓度为 60 mg /L，35 d 时的处理
下，CAT活性最低，分别较对照下降 35. 14%。
图 4 不同浓度砷处理对紫茉莉过氧化氢酶活性的影响
Fig. 4 Effects of different concentrations of arsenic
on CAT activity of Mirabilis jalapa
2. 5 砷胁迫对紫茉莉 POD活性的影响
各处理时期内，紫茉莉 POD 活性均随着浓度
的增加表现相出先升后降的规律(图 5)。在 45
mg /L砷浓度下胁迫 7、14 d 时，达到最大值 43. 30、
51第 4 期 徐玲玲，等:砷胁迫对紫茉莉生理生化特性的影响
46. 26 U /g FW，分别较对照增加了 34. 51%、
47. 07%，之后 POD 活性下降。14 d 时活性较 7 d
高，说明短时间的砷胁迫没有完全激发紫茉莉体内
POD活性。当胁迫时间延长至 21、28、35 d时，POD
活性变化趋势大致相同，均在 15 mg /L浓度时上升
至最高，然后在 45 mg /L 时下降到最低，在 45 ～ 60
mg /L间又略有上升，但 28、35 d 的胁迫下仍较对
照低 28. 10%、31. 85%，结果显示了在较短时间
(7、14 d)一定范围浓度(0 ～ 45 mg /L)胁迫下，紫茉
莉对砷的应激能力较强，超过这一范围应激能力则
减弱。而在较长时间(21、28、35 d)砷胁迫中，植物
只在低浓度(≤15 mg /L)下，才能够较好地发挥保
护系统的作用。
图 5 不同浓度砷处理对紫茉莉过氧化物酶活性的影响
Fig. 5 Effects of different concentrations of arsenic
on POD activity of Mirabilis jalapa
3 讨 论
重金属胁迫作为一种逆境，往往表现出对植物
生长“低促高抑”的现象［14］。在本试验中，随着砷
胁迫浓度增加和胁迫时间延长，叶绿素含量逐渐降
低，说明砷阻碍紫茉莉叶绿素的合成。Stobartak［15］
等人研究发现叶绿素含量降低与合成叶绿素所需
的酶受重金属破坏有关，而 Somashekaraiah［16］等人
认为这可能是重金属抑制了叶绿素生物合成途径
中几种酶的活性，阻碍了叶绿素的合成。MDA 的
积累反映了由细胞活性氧引起膜脂过氧化，导致植
物细胞伤害的程度［17］。本试验中，MDA 先升后降
的趋势表明在随着胁迫程度的加剧，紫茉莉细胞内
活性氧增加，从而表现为 MDA含量的上升，但当浓
度超过植物本身能承受的范围，就会导致细胞内代
谢紊乱，膜结构遭到破坏，使细胞受到伤害。植物
在逆境胁迫下，为了保护自身免遭伤害，会形成内
源的酶保护系统(SOD、CAT、POD) ，来清除体内过
多的活性氧自由基，以减轻其对自身的伤害［18］。
许多研究表明，SOD 作为超氧自由基清除剂，其活
性高低与植物抗逆性大小有一定关系，在适度逆境
诱导下，SOD活性增加以提高植物的适应能力。本
实验中，SOD、POD和 CAT 活性总体也呈先升后降
的变化趋势，说明在一定砷胁迫范围内，三种酶通
过增强其活性来抵御外源砷引起的不利环境。但
三种酶对砷胁迫的响应程度不同，可能与其本身的
作用和机制有关，这在前人的研究中曾有报道［19］。
不同植物对不同重金属胁迫的响应不尽相同。
本试验初步探讨了室内条件下不同浓度的砷
胁迫对紫茉莉幼苗生理特性的影响，对于自然状态
下生长的成苗期植株的生理抗性，富集规律以及内
部结构的破坏还有待进一步研究。
参 考 文 献:
［1］ 刘全吉，郑床木，谭启玲，等 . 土壤高砷污染对冬小麦和油菜生长影响的比较研究［J］. 浙江农业学报，2011，05:967
－ 971.
［2］ 廖国权，李 华 . 土壤砷污染的淋洗修复研究进展［J］. 科技情报开发与经济，2011，34:172 － 174.
［3］ 黄秋婵，韦友欢，吴颖珍 . 砷污染对人体健康的危害效应研究［J］. 微量元素与健康研究，2009，04:65 － 67.
［4］ 金晶炜，熊俊芬，许岳飞 . 砷污染土壤的植物修复研究进展［J］. 云南农业大学学报，2008，06:860 － 866.
［5］ 陈怀满 . 土壤 －植物系统中的重金属污染［M］. 北京:科学出版社，1996:71 － 85.
［6］ 陈保卫，Le X. Chris. 中国关于砷的研究进展［J］. 环境化学，2011，11:1 936 － 1 943.
［7］ 周涛发，李湘凌，袁 峰，等 . 金属矿区土壤重金属污染的植物修复研究现状［J］. 地质论评，2008，04:515 － 522.
［8］ 杨金红 . 砷污染土壤的生物修复研究进展［J］. 江西农业学报，2012，03:125 － 127，134.
［9］ 查红平，肖维林，雷晓林，等 . 砷的植物修复研究进展［J］. 地质灾害与环境保护，2007，02:55 － 60.
［10］ 李合生 . 植物生理生化实验原理和技术［M］. 北京:高等教育出版社，2000.
61 山地农业生物学报 2015 年
［11］ Krivosheeva A，Tao D. － L，Ottander C，et al. Cold acclimation and photoinhibition of photosynthesis in Scots pine［J］. Plan-
ta，1996，200(3) :296 － 305.
［12］ 张立军，樊金娟 . 植物生理学实验指程［M］. 北京:中国农业大学出版社，2007.
［13］ 杨兰芳，庞 静，彭小兰，等 . 紫外分光光度法测定植物过氧化氢酶活性［J］. 现代农业科技，2009，20:364 － 366.
［14］ 张春荣，李 红，夏立江，等 . 镉、锌对紫花苜蓿种子萌发及幼苗的影响［J］. 华北农学报，2005，01:96 － 99.
［15］ Stobart A. K，Griffiths W. T，Ameen － Bukhari I，et al. The effect of Cd2 + on the biosynthesis of chlorophyll in leaves of bar-
ley［J］. Physiol plant，1985，63:293 － 298.
［16］ Somashekaraiah B.，Padmaja K.，Prasad A. Phytotoxicity of cadmium ions on germinating seedlings of mung bean (Phaseo-
lus vulgaris) :Involvement of lipid peroxides in chlorphyll degradation［J］. Physiologia Plantarum，1992，85(1) :85 － 89.
［17］ 潘 昕，邱 权，李吉跃，等 . 干旱胁迫对青藏高原 6 种植物生理指标的影响［J］. 生态学报，2014，34(13) :3 558
－ 3 567.
［18］ 方学智，朱祝军，孙光闻 . 不同浓度 Cd对小白菜生长及抗氧化系统的影响［J］. 农业环境科学学报，2004，23(5) :
877 － 880.
［19］ 唐 探，姜永雷，张 瑛，等 . 铅、镉胁迫下云南幼苗的生理特性变化［J］. 江苏农业科学，2015，01:199 － 201.
(上接第 8 页)
［75］ Lee P，Ye Z G，Vandyke K，et al. X － ray － microanalysis of plasmodium － falciparum and infected red blood － cells －
effects of qinghaosu and chloroquine on potassium，sodium，and phosphorus composition［J］. American Journal of Tropical
Medicine and Hygiene，1988，39(2) :157 － 165.
［76］ Mu D G，Zhang W，Chu D L，et al. The role of calcium，P38MAPK in dihydroartemisinin － induced apoptosis of lung canc-
er PC － 14 cells［J］. Cancer Chemotherapy and Pharmacology，2008，61(4) :639 － 645.
［77］ Mu D，Chen W，Yu B，et al. Calcium and survivin are involved in the induction of apoptosis by dihydroartemisinin in hu-
man lung cancer SPC － A － 1 cells［J］. Methods and Findings in Experimental and Clinical Pharmacology，2007，29(1) :
33 － 38.
［78］ 周 晋，孟 然，李丽敏，等 . 青蒿素对人白血病细胞株和原代细胞的影响［J］. 中华内科杂志，2003，42(10) :
713 － 714.
［79］ Kekec G，Mutlu S，Alpsoy L，et al. Genotoxic effects of catmint (Nepeta meyeri Benth.)essential oils on some weed and
crop plants［J］. Toxicology and Industrial Health，2013，29(6) :504 － 513.
［80］ Na Y J，Chai J Y，Jung B K，et al. An imported case of severe falciparum malaria with prolonged hemolytic anemia clinical-
ly mimicking a coinfection with babesiosis［J］. Korean Journal of Parasitology，2014，52(6) :667 － 672.
71第 4 期 徐玲玲，等:砷胁迫对紫茉莉生理生化特性的影响