全 文 ：复合重金属 Pb/Zn对香樟生理特征的影响
王锦文 ,白秀 ,陈锦峰 ,王江＊ ,张崇邦　(台州学院生命科学学院 ,浙江临海 317000)
摘要　 [目的 ]阐明重金属 Pb/Zn复合污染对香樟生理的影响 ,为利用香樟进行尾矿恢复提供技术支持。 [方法]以香樟为试验材料 ,
采用土培盆栽方法 ,研究不同复合重金属Pb/Zn浓度(0、200、400和 800mg/kg)对樟树叶和根中的叶绿素含量、抗氧化酶(SOD、POD和
CAT)活性、丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的影响。 [结果] 随着复合重金属处理浓度的增加 ,叶绿素全量、叶绿素a含量和叶绿素 b
含量呈现明显的下降趋势 ,但是叶绿素 a/b比值只在复合重金属浓度为 800mg/kg时明显下降。复合重金属对樟树幼苗抗氧化酶活性
有着不同的影响作用 ,对POD呈现明显的抑制作用 ,对SOD则表现出促进的作用 ,而对 CAT则是呈明显的低促高抑现象。随着重金属
处理浓度的升高 ,叶和根中的 MDA和Pro呈现明显增加的趋势。 [结论 ]重金属胁迫对香樟的光合作用产生了抑制作用 ,对抗氧化酶活
性表现出不同的影响作用。
关键词　香樟;重金属;叶绿素;抗氧化酶;丙二醛;脯氨酸
中图分类号　S718.43　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)21-10253-03
EffectsofComplexHeavyMetalsPb/ZnonthePhysiologicalCharacteristicsofPaulowniufortunel(seem)Hems.
WANGJin-wenetal　(SchoolofLifeSciences, TaizhouUniversity, Linhai, Zhejiang317000)
Abstract　 [ Objective] Thestudyaimedtostudytheeffectsofcomplexheavymetals(Pb/Zn)onphysiologicalreponsesofP.fortunel, andpro-
videtheoreticalguidanceforre-vegetatingminetailingwithP.fortunel.[ Method] Apotexperimentwasperformedtoinvestigatetheefectsofdifer-
entconcentration(0, 200, 400and800mg/kg)ofcomplexheavymetalsonchlorophylcontents, antioxidantenzymeactivities(SOD, PODand
CAT), MDAandprolinecontents.[ Result] Alongwiththeincreaseconcentrationofcomplexheavymetals, chlorophyla, chlorophylbandtotal
chlorophylcontentssignificantlydecreased, butthechlorophylla/brationonlysignificantlydecreasedat800mg/kg.Complexheavymetalshaddif-
ferentefectsonspecificantioxidantenzyme.ComplexheavymetalshadsignificantrestrainefectsonPOD, significantpromotingefectsonSOD, and
promotingefectsonCATatlowconcentrationbutrestraineffectsonCATathighconcentration.Moreover, thecontentsofMDAandprolinesignifi-
cantlyincreasedalongwiththeconcentrationofcomplexheavymetals.[ Conclusion]Complexheavymetalshadrestrainedefectsonchlorophylcon-
tentsofP.fortunelandhaddiferenteffectsforspecificantioxidantenzymesofP.fortunel.
Keywords　Paulowniufortunel(seem)Hems.;Heavymetals;Chlorophyll;Antioxidantenzyme;Malondialdehyde;Proline
基金项目　浙江省自然科学基金(Y507053)。
作者简介　王锦文(1969-),女 ,浙江临海人 ,实验师, 从事植物生理生
态研究。 ＊通讯作者。
收稿日期　 2009-03-31
　　铅(Pb)是 “五毒 ”重金属元素之一 ,不是植物生长发育
的必需元素 [ 1] 。低浓度的 Pb对植物的代谢过程或酶的活性
具有促进作用 ,但是在高浓度和长时间胁迫时 ,对植物会产
生明显的伤害作用。锌(Zn)虽是植物生长的必需元素 ,但是
大量的 Zn对植物也有毒害作用 ,特别是对根部 。复合重金
属的污染指包括两种或多种重金属元素的复合污染相比较
于以某单一重金属的污染的情况更为普遍 ,复合重金属元素
之间对生物的综合影响具有普遍性 、复杂性的特点 [ 2] 。香樟
树是重要的材用和特种经济树种 ,已被发现生活于许多尾矿
废弃地附近 ,并已在少数地区用于尾矿的植被恢复。笔者通
过室内设计 Pb/Zn复合重金属梯度 ,研究其对樟树叶和根中
的抗氧化酶活性(CAT、POD和 SOD)、丙二醛(MDA)、脯氨
酸(Pro)以及叶绿素含量的影响 ,以期阐明复合重金属Pb/Zn
污染对香樟生理的影响 ,为利用香樟进行尾矿恢复提供技术
支持。
1　材料与方法
1.1　试验设计　试验在台州学院生理实验室进行。选用
当年生的生长特征相似的香樟幼苗为试验材料 ,香樟幼苗采
自台州学院植物园。采用盆栽方法 ,每盆种植长势一致的幼
苗 5株 ,每个重金属浓度梯度 3次重复 。盆栽基质为采自浙
江省临海市花鸟植物市场的花土 ,每盆(1.5 L)装土 1.2 kg。
重金属离子 Zn2+和 Pb2+离子分别以 ZnCl2、PbCl2溶液形式
加入土壤中 , Zn2+和 Pb2+的浓度分别为 0、200、400和 800
mg/kg。幼苗培养期间定期浇水 ,常规管理 ,处理 90 d后测
定相关生理指标 。
1.2　测定项目与方法　叶绿素含量的测定采用分光光度
计法测定 [ 3] , SOD(超氧化物歧化酶)的测定采用氮蓝四唑
(NBT)法 [ 4] , POD(过氧化物酶)的测定采用愈创木酚法 [ 5] ,
CAT(过氧化氢酶)的测定采用高锰酸钾滴定法 [ 6] 。丙二醛
和脯氨酸均采用分光光度计法测定 [ 3] 。
1.3　数据处理　不同处理梯度间生理指标的差异采用单
因素方差分析方法进行测定(ANOVA),数据显示均为平均
值 ±标准误差。数据分析采用 SPSS11.5统计软件。
2　结果与分析
2.1　 Pb/Zn复合重金属对叶绿素含量的影响　由表 1可
见 ,随着 Pb/Zn复合重金属浓度升高 ,香樟叶绿素 a、叶绿素
b和叶绿素全量均呈现明显的下降趋势(P<0.05),显示叶
绿素的合成受到明显的影响 。叶绿素 a/b比值只在 Pb/Zn复
合重金属浓度为 800 mg/kg时呈现明显的下降趋势(P<
0.05),表明随着浓度的提高 ,叶绿素 a受到的影响要高于叶
绿素 b。
表 1　 Pb/Zn复合重金属对叶绿素含量的影响
Table1　TheefectofcomplexheavymetalsPb/Znonchlorophyll
content
Pb/Zn浓度mg/kgPb/Znconcentration
叶绿素 amg/kgChlorophyla
叶绿素 bmg/kgChlorophylb
叶绿素a/bChlorophyla/b
叶绿素全量mg/kgTotalchlorophylcontent
0 3.43±0.58a 1.37±0.04 a 2.89±0.05a 5.31±0.57a
200 2.69±0.10b 0.95±0.02 b 2.86±0.03a 3.64±0.21 b
400 2.29±0.29c 0.81±0.02 c 2.80±0.03a 3.10±0.88c
800 1.66±0.30c 0.81±0.09 c 2.09±0.04b 2.47±0.28 d
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(21):10253-10254, 10257 责任编辑　张彩丽　责任校对　汪伟
2.2　 Pb/Zn复合重金属对叶和根抗氧化酶活性的影响　
由图 1可见 ,叶的 SOD和 POD活性明显高于根 ,而根的 CAT
活性明显高于叶。随着处理浓度的增加 ,叶和根的 SOD活
性均呈现升高的趋势 ,但并没有显著差异(P>0.05)。叶中
POD活性随着处理浓度增加呈现明显降低的趋势 ,但叶中
POD活性在 200 mg/kg时有一定的增加 ,随着浓度梯度增加
呈现明显的减少趋势。根和叶中的 CAT活性在 200 mg/kg
时均呈现增加趋势 ,而随着浓度梯度增加呈现明显减少的趋
势。由此可见 ,复合重金属对樟树幼苗抗氧化酶活性有着不
同的影响作用 ,对 POD呈现明显的抑制作用 ,对 SOD则表现
出促进的作用 ,而对 CAT则是呈明显的低促高抑的现象。
图 1　Pb/Zn复合重金属对香樟 SOD(a)、POD(b)、CAT(c)酶活性的影响
Fig.1　 TheeffectsofcomplexheavymetalsPb/ZnontheactivitiesofSOD(a), POD(b)andCAT(c)
2.3　 Pb/Zn复合重金属对香樟叶和根的 MDA含量和 Pro
含量的影响　由图 2可见 ,随着复合重金属处理浓度的增
加 ,叶中丙二醛含量呈现稳定的增长趋势 ,但是在不同处理
浓度间叶中丙二醛含量并没有呈现显著性差异(P>0.05),
根中丙二醛含量则呈现先降低后增加的趋势 ,且在不同处理
浓度间根中丙二醛含量呈现显著性差异(P<0.05)。而随着
复合重金属处理浓度的增加 ,叶和根中脯氨酸的含量呈现稳
定的增长趋势 ,而且在不同处理浓度间叶和根中的丙二醛含
量呈现显著性差异(P<0.05)。根和叶相比 ,根中丙二醛含
量增加较多 ,而叶中脯氨酸含量增加较多。
图 2　Pb/Zn复合重金属对香樟丙二醛(a)和脯氨酸(b)含量的影响
Fig.2　TheefectsofcomplexheavymetalsPb/ZnonthecontentsofMDAandproline
3　结论与讨论
3.1　复合重金属 Pb/Zn处理对香樟叶绿素含量的影响　
光合作用是植物赖以生长和生物量递增所必需的重要生理
过程 ,叶绿素含量的多少直接影响光合能力的强弱 [ 7] 。叶绿
素中又以叶绿素 a为重要色素 ,叶绿素 b和类胡萝卜素等都
是辅助色素 ,它们和 “天线 ”叶绿素分子把所吸收的光传递给
作用中心的叶绿素 a后 ,才能引起光合作用 [ 8] 。因此叶绿素
a含量的高低直接标志着生长能力的强弱。Pb/Zn复合重金
属处理后 ,叶绿体光合结构遭到破坏 ,引起叶绿素的破坏与
降解 ,使得叶绿素含量下降 ,导致光合作用效率和的降低 ,影
响作物的产量和质量 [ 9] 。严重玲等认为叶绿含量的减少是
衡量叶片衰老的重要指标 [ 9] 。袁敏等认为 ,叶绿素下降的原
因一是重金属抑制原叶绿素酸酯还原酶合成;二是影响氨基
酮戊酸的合成 [ 10] 。试验中 Zn/Pb混合污染使樟树幼苗叶绿
素含量和叶绿素 a/b比值减小 ,这可能是由于重金属被樟树
幼苗吸收后 ,细胞内的重金属离子作用与叶绿素合成的几种
酶(原叶绿素脂还原酶 、氨基乙酰丙酸合成酶和胆色素原脱
氨酶)的肽链富含的部分结合抑制酶的活性从而阻碍了叶绿
素的合成 [ 11] 。
3.2　复合重金属 Pb/Zn处理对香樟叶和根抗氧化酶活性
的影响　POD、SOD和 CAT广泛存在于植物体内不同组织
中 ,能够反映植物生长发育 、体内代谢状况以及对外界环境
的适应性等特点 。通过试验得到的普遍结论是樟树的酶活
性在低浓度处理时升高 ,中 、高浓度处理时下降。香樟幼苗
的叶中 POD的含量从一开始的低浓度就受到了比较大的抑
制作用 ,并且随着浓度的升高 ,抑制作用不断地加强 ,而根的
低促高抑效应表现明显;樟树叶的 SOD值表现出极大的耐
性 ,而根 SOD的指标则全然相反;从 CAT的角度来看 ,无论
是叶还是根 ,均呈现出了明显的低促高抑的特性。
3.3　复合重金属 Pb/Zn处理对香樟叶和根的 MDA含量和
Pro含量的影响　MDA的积累在一定程度上反映了体内自
由基活动的动态 ,大量的研究证明 ,重金属离子浓度越高 , MDA
积累越多 ,呈密切的正相关。在重金属胁迫下 ,细胞膜受到
　 (下转第 10257页)
10254 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年
(2)低量的铜对植物生长发育有一定的促进作用 ,高量
的铜有抑制作用 。植物体内铜的含量较少 ,缺铜时 ,蛋白质
的合成会受到阻碍 ,叶绿素减少 ,叶片出现失绿现象 ,幼叶的
叶尖因缺绿而黄化并干枯 ,最后叶片脱落。缺铜也会使繁殖
器官的发育受到破坏 ,体内可溶性含氮物质增加 ,还原糖含
量减少 ,植物的抗逆性降低 [ 11-12] 。而铜的过量也会造成很多
不利的影响 ,如生长不良 、主根不能伸长 、褪绿 ,严重时甚至
造成整株枯死 [ 13] 。因此 ,在育苗实践中 ,依据不同树种选择
适宜浓度的水溶液处理是提高育苗效果的关键 。
(3)试验结果表明 , CuSO4水溶液处理均对银荆幼苗的
生长发育有所影响 ,说明银荆种子发芽过程中需要一定的外
源铜 , 银荆子叶中锌的含量不能满足银荆种子生长的全部需
要 。当 CuSO4的供应量由 0.50 mg/L提高到 2.00 mg/L后 ,
其各项指标均有所提高 ,说明铜在浓度较低时对银荆幼苗生
长有一定的促进作用。浓度为 2.00 mg/L的 CuSO4水溶液
处理过的金合欢幼苗的子苗各项指标均比其他处理数值大 ,
说明太低和太高浓度的 CuSO4水溶液都会抑制金合欢幼苗
的生长。试验结果还表明 ,铜能促进银荆幼苗生长 , 2.00
mg/L是银荆幼苗生长所需铜元素的最适浓度 ,浓度越高对银
荆幼苗的生长越不利。表明铜对银荆生长存在剂量效应 , 与
前人用其他植物的研究结果一致 [ 14-15] 。
参考文献
[ 1] KODELAPG, TINDALEMD.Acaciadealbatasubsp.Subalpina, anewsubspeciesfromsouth-easternAustralia[ J].Telopea, 2001, 9(2):319-
322.
[ 2] 郑万钧.中国树木志(第 2卷)[M].北京:中国林业出版社, 1985:1246-
1263.
[ 3]潘志刚 ,游应天.中国主要外来树种引种栽培[ M].北京:中国林业出版
社 , 1994:390-396.
[ 4] 孙航,陈介.中国金合欢属植物的分类、分布及其区系的起源 [ J].云南
植物研究, 1990, 12(3):255-268.
[ 5 ] 刘文彰,孙典兰.铜对黄瓜幼苗生长及过氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶活性的影响 [ J].植物生理学通迅, 1985(3):22-24.
[ 6] 李淑艳 ,郭微.Cu2+、Zu2+胁迫对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响[ J].
中国种业, 2002(1):33-34.
[ 7] 马登永 ,王文飞.金合欢容器育苗技术[ J] .安徽林业, 2006(1):39.
[ 8]黄钟玉 ,黄福祥.银荆秋播育苗技术 [ J] .江苏林业科技 , 2002, 29(2):32
-33.
[ 9]北京林学院.数理统计[ M] .北京:中国林业出版社 , 1980:175-186.
[ 10]刘永厚,黄细花,赵振纪,等.铜对紫云英固氮作用及养分吸收的影响
[ J].土壤肥料 , 1993(5):23-27.
[ 11] 寥自基.微量元素的环境化学及生物效应[ M].北京:中国环境科学出版社 , 1992.
[ 12] 朱云集 ,王晨阳 ,马元喜 ,等.铜胁迫对小麦根系生长发育及生理特性
的影响[ J].麦类作物, 1997, 17(5):49-51.
[ 13] 张秋菊.微量元素对种子萌发的生理效应 [ J].北方园艺 , 2004(6):56
-58.
[ 14] 李建宏 ,邰子厚 ,曾昭琪.Cu2+对蓝藻 Spirubinamaxima光合作用的抑
制机理[ J].植物生理学报, 1997, 23(1):77-82.
[ 15] 李建宏 ,曾昭琪.Co、Ni、Cu、Zn高子对蓝藻藻胆体光谱影响研究[ J].
南京大学学报:自然科学版 , 1997, 33(4):639-643.
(上接第 10254页)
伤害后 ,细胞内的离子和有机物大量外渗 ,外界有毒物质进
入细胞 ,结果导致植物体内一系列生理生化过程失调。研究
结果显示随着重金属处理浓度的提高 ,香樟树叶片内丙二醛
呈先下降后增长的趋势 ,这是因为在一定胁迫强度内 ,细胞
的各种保护机制使得丙二醛含量维持在一定的水平 ,有时因
为胁迫的原因引起植物体内抗氧化性酶过多地释放 ,使丙二
醛的含量减少 ,但胁迫强度超过特定值后 ,细胞内代谢失调 ,
自由基积累 ,膜脂过氧化作用加大 ,丙二醛含量升高。而根
中丙二醛的含量则呈明显的递增趋势 ,说明根受到的氧化胁
迫要高于叶。
重金属胁迫条件下 ,植物通过提高体内脯氨酸的含量调
节渗透平衡 ,保护细胞的结构 。脯氨酸在清除活性氧 ,减少
自由基的危害 ,保护细胞结构和功能等方面起很大作用 。
Schat等研究认为重金属胁迫下脯氨酸的积累取决于重金属
诱导植物体内水分缺失状况 [ 12] 。试验结果表明随着重金属
胁迫增加 ,叶和根的脯氨酸含量均呈递增的趋势。脯氨酸可
能参与体内活性氧自由基的清除 ,减少重金属对细胞膜和蛋
白质造成的损伤 ,提高香樟叶和根的抗氧化能力 [ 13] 。
参考文献
[ 1] 戴媛 ,谭晓荣 ,冷进松.超富集植物修复重金属污染的机制与影响因素
[ J].河南农业科学, 2007, 4(15):10-13.
[ 2] 尹彦勋 ,张玉芬,王坤.浅论植物修复技术对土壤重金属污染的清除
[ J].环保前线, 2006, 7(5):43-44.
[ 3] 赵世杰 ,刘华山 ,董新纯.植物生理学实验指导 [ M] .北京:中国农业科
技出版社, 1998:125-129.
[ 4] 邱永祥 ,蔡南通.铅对叶菜用甘薯根系生长及植株光合作用的影响
[ J].浙江农业学报, 2006, 18(6):429-432.
[ 5] 杨金凤 ,卜玉山 ,郭小燕 ,等.土壤外源镉、铅污染对油菜生长的影响研究 [ J].陕西农业科学学报 , 2005(3):25-28.
[ 6] YANGDH, XUCH, ZHAOFH.TheefectofcadmumonphotosystemⅡ
inspinachchloroplasts[ J].ActaBotanicaSinica, 1989, 31(9):702-707.
[ 7] 李裕红 ,黄小瑜.重金属污染对植物光合作用的影响 [ J].环境科研,
2006(6):23-24.
[ 8] 杨丹慧.重金属离子对高等植物光合膜结构与功能的影响[ J].植物学
通报, 1991, 8(3):26-29.
[ 9] 严重玲 ,李瑞智 ,钟章成.模拟酸雨对绿豆、玉米生理生态特性的影响
[ J].应用生态学报, 1996, 15(8):124-13l.
[ 10] 袁敏 ,铁柏清 ,唐美珍.重金属单一污染对龙须草叶绿素含量和抗氧化酶系统的影响 [ J].土壤通报 , 2005, 36(6):929-932.
[ 11] 刘秀梅,聂俊华,王庆仁.16种植物对Pb的吸收与耐性研究 [ J].植物
生态学报, 2002, 26(5):533-537.
[ 12] SCHATH, SHARMAS, VOOIJSR.Heavymetalinducedaccumulationof
freeprolineinametaltolerantandanontolerantecotypeofSilenevulgaris
[ J].PhysiologistPlant, 1997, 10(1):477-482.
[ 13] 丁海东,齐乃敏,朱为民,等.镉、锌胁迫对番茄幼苗生长及其脯氨酸与
谷胱甘肽含量的影响 [ J].中国生态农业学报 , 2006, 14(2):53-55.
1025737卷 21期　　　　　　　　　　　　　　　　高焕章等　CuSO4水溶液浸种对银荆幼苗生长的影响