全 文 ：第 31卷第 2期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vol.31, No.2
2009年 4月 ActaAgriculturaeUniversitatisJiangxiensis Apr., 2009
文章编号:1000-2286(2009)02-0237-05
Cd胁迫对枇杷根 、茎 、叶细胞结构的影响
余　东1, 2 ,许家辉 2 ,邱栋梁 1＊ ,刘星辉 1
(1.福建农林大学 园艺学院 ,福建 福州 350002;2.福建省农科院 果树研究所 ,福建 福州 350013 )
摘要:采用砂培法种植枇杷幼苗 , Cd胁迫设 50、 100、 150、200 mg/L4个处理 , 以清水为对照 , 每 7 d处理 1次 ,
处理 3个月后取根 、茎 、叶在 JSM-5310LV扫描电镜下进行细胞结构观察。结果表明 , Cd胁迫下枇杷根系表皮
细胞发生溶解 ,细胞排列杂乱无序;韧皮部筛管口堵塞 , 筛管消失;木质部及髓部中的导管壁变薄 ,木栓化严重 ,
髓部变黑 ,维管束排列杂乱;叶片下表皮凹凸不平 , 气孔填塞或者关闭 ,表皮细胞呈现出凹凸不平。
关键词:枇杷;Cd胁迫;细胞结构
中图分类号:S667.301　　文献标识码:A
EfectsofCdStressontheCelStructure
ofLoquatRoot, StemandLeaf
YUDong1, 2 , XUJia-hui2 , QIUDong-liang1＊ , LIUXing-hui1
　　(1.ColegeofHorticulture, FujianAgricultureandForestryUniversity, Fuzhou350002, China;2.Pomol-
ogyResearchInstitute, FujianAcademyofAgricultureScience, Fuzhou350013, China)
　　Abstract:2-agedloquatseedlingswerecultivatedinsands.ThetreatmentofCdstresswassetas50,
100, 150 , 200 mg/L, treatedat7 dintervals, andthetapwaterwasusedascontrol.3 monthslater, thecel
structureofroots, stemsandleaveswereobservedintheJSM-5310 LVscanningelectronmicroscope.There-
sultsshowedthatdissolutionofthecelsinloquatrootswasobservedandthecelweredisorderly-arrangedin
thetreatmentofCdcontentabove150 mg/Lundersandcultivate.Simultaneously, thegateofsievetubein
phloemwasblocked, andsievetubedisappeared.Lignificationbecamemoreseriouswiththethinvesselwal
inxylem, andthevascularbundlesweredisorderywiththedarkmarow.Theepidermisintheleaveswasful
ofbumpsandholeswithstufedorclosedstomata.
Keywords:loquat;Cdstress;celstructure
镉(Cd)是一种毒性很大的重金属 ,其化合物大都属毒性物质 。随着工业的发展 ,镉对环境的污染
越来越严重 ,镉污染已成为危害生态环境和人畜健康最严重的公害之一。 1972年联合国粮农组织
(FAO)和世界卫生组织(WHO)联合专家委员会在关于食品污染的毒性报告中指出 ,镉中毒是仅次于
黄曲霉毒素和砷的食品污染物 ,联合国环境规划署 1984年提出具有全球意义的 12种危害物质中镉被
列为首位。镉(Cd)是植物生长的非必需元素 ,对动植物和人体都有较强的毒性[ 1 ～ 3] 。 Johnson等报道
即便是低于联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)规定的安全剂量的镉 ,在动物体内仍可以
模拟雌激素作用而导致子宫癌 、早熟等[ 4] 。镉在土壤中的活性较强 ,易于被植物吸收累积 ,过量的镉会
限制植物的正常代谢活动和生长发育 ,甚至导致植物死亡[ 5, 6] 。
收稿日期:2008-09-27　　修回日期:2008-12-12
基金项目:福建省科技厅重点项目(2006Y1004)
作者简介:余东(1975-),男 ,助理研究员 , 硕士 ,主要从事果树无公害栽培研究 , E-mail:yudong1 506@yahoo.com.
cn;＊通讯作者:邱栋梁。
　江 西 农 业 大 学 学 报 第 31卷
表 1　营养液配方
Tab.1　Prescriptionofnutrientsolution
营养元素 所用药品 /μmol· L-1
N 1 000 KNO3 +250(NH4)2SO4
Ca 1 250CaSO4
K 1 000 KNO3 +10 KH2PO4
Mg 500 MgSO4
P 10 KH2PO4
B 10 Na2B4O7· 10H2O
Fe 10 FeEDTA
Mn 2 MnSO4· H2O
Zn 1 ZnSO4· 7H2O
Cl 1 NaCl
Mo 0.1 Mo7O24· 4H2O
　　枇杷(EriobotryajaponicaLindl.)为福建省名特优水果 ,果实肉嫩汁多 ,味佳 ,加上于春末夏初水果
淡季应市 ,深受消费者青睐 ,随着枇杷产业的发展 ,在生产中果农大量施用垃圾土及含镉肥料 ,导致果园
土壤中镉等重金属元素的毒害越来越明显 。本文通过研究镉胁迫对枇杷根 、茎 、叶细胞结构的影响 ,为
植物镉污染的化学调控和枇杷的无公害栽培提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　材料
试验材料为砂培的 2 a生解放钟枇杷(Eriobotryajaponica.Jiefangzhong)实生苗。
1.2　方法
1.2.1　苗木的培养和处理　试验于 2004年 5月 ～ 2005年 8月进行。 2 a生大小相对一致的小苗移植
在花盆(花盆口径 25 cm、高 20 cm,内装冲积砂土 5 kg)内 ,每盆种植 1株小苗 ,每 10 d浇施 Alva营养
液 [ 7] 1次(表 1),在恢复培养 50 d后进行处理 。Cd胁迫
设 50、 100、 150、 200 mg/L4个处理 , 以 Cd(NO3)2 ·
4H2O水溶液浇灌的方式进行 Cd胁迫 ,每 7 d处理 1次 ,
以不加 Cd(NO3)2· 4H2O的清水为对照(CK),每个处
理设 6个重复。处理后 35 ～ 90 d期间分别取根 、茎 、叶
进行细胞结构观察 ,每 5 d观察 1次。
1.2.2　扫描电镜观察　取材为生长位置 、大小一致的枇
杷根 、茎 、叶 。取直径 0.5 cm左右的根 、茎和沿叶脉取
0.2 cm×0.2 cm叶样。叶样由于茸毛多需于 4%戊二醛
中 ,置 4 ℃冰箱 6 h,用双蒸水清洗 3 ～ 5次;20 ℃下放入
水解液 [注 1]中水解 18 h,再用双蒸水清洗 3 ～ 5次 ,用尖
镊子小心剥下下表皮 ,并将表皮于铬酸降解液 [注 2]中降
解 5 h,经双蒸水清洗 5次后在双蒸水中浸泡 2 h;以常
规方法进行脱水 、临界干燥和镀膜处理 ,用蒸馏水冲洗后
浸泡于 0.2 mol/LPBS[注 3] (pH7.4)配制的 4%戊二醛
内固定;固定后经徒手切成薄片 ,用蒸馏水冲洗 3次后 ,
再用系列梯度叔丁醇(φ=30%、50%、70%、80%、90%、95%、 100%)脱水 ,每个梯度脱水 10 ～ 15 min;
然后用少许叔丁醇放在 4 ℃的冰箱中 20 min,取出用真空干燥器干燥 1 ～ 2 h,接着在 JFC-120镀膜仪
上进行镀膜;最后在 JSM-5310LV扫描电镜下观察拍照 。根和茎的处理方法同上。
注 1:水解液:由甲 、乙两种溶液等体积混合而成 , 其中甲液由 68 mL双蒸水 、 16 mLφ(浓硫酸)=98%、 16 mLφ(甲
醛)=40%水溶液混合;乙液由 6 mL浓硝酸 , 94 mL双蒸水混合。
注 2:铬酸降解液的配制:将 2 g铬酸 、8 mLφ(浓硫酸)=98%、3 mL浓硝酸混合 , 在以双蒸水稀释至 100 mL。
注 3:0.2 mol/L磷酸缓冲液的配制(PBS):甲液(0.2 mol/L):Na2HPO4· 2H2O35.618 g加双蒸水溶解成 1 000 mL;
乙液(0.2 mol/L):NaH2PO4· H2O27.60 g加双蒸水溶解成 1 000 mL。混合甲乙两液即成 50 mL, pH 7.4, 0.2 mol/L的
缓冲液 , 甲液 40.5 mL+乙液 9.5 mL。
2　结果与分析
2.1　Cd胁迫对枇杷根细胞结构的影响
由于砂培中根系是与 Cd直接接触的部位 , Cd毒害首先是对根系产生毒害 ,抑制根系的生长 。在处
理后 40 d发现 ,正常的枇杷根系 ,其表皮细胞排列整齐 ,结构完整 [图 1(1)] ;韧皮部筛管排列紧密有
序 ,筛管口清晰可见 [图 2(6)] ;木质部及髓部中的导管也是排列整齐 ,结构完整 [图 3(11)、图 4(16)] 。
当 Cd质量浓度在 50 mg/L及 100 mg/L处理时 ,枇杷根细胞结构未见异常 。而当 Cd质量浓度在
150 mg/L时 ,表皮细胞发生溶解 ,细胞排列杂乱无序 [图 1(4)] ;韧皮部筛管口堵塞 ,筛管消失 [图 2
(9)] ;木质部及髓部中的导管壁变薄 ,木栓化严重 ,髓部变黑 ,维管束排列杂乱 [图 3(14)、图 4(19)] 。当
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第 2期 余　东等:Cd胁迫对枇杷根 、茎 、叶细胞结构的影响
图 1　根表皮(×1 500)
Fig.1　Epidermisofloquatroot
图 2　根韧皮部(×1 500)
Fig.2　Phloemofloquatroot
图 3　根木质部(×1 500)
Fig.3　Xylemofloquatroot
图 4　根髓部(×1 500)
Fig.4　Marrowofloquatroot
Cd质量浓度在 200 mg/L处理时 ,根细胞结构受害更为严重 [图 1(5)、图 2(10)、图 3(15)、图 4(20)] 。
2.2　Cd胁迫对枇杷茎细胞结构的影响
茎作为植物体内物质运输的主要通道 ,在受到 Cd毒害时也表现出明显的症状。在处理后 85 d发
现 ,正常枇杷茎表皮薄壁组织的细胞排列整齐致密 [图 5(21)] ,韧皮薄壁细胞 [图 6(26)]与木薄壁细胞
[图 7(31)]完整致密 ,维管束排列整齐 [图 8(36)] 。当 Cd质量浓度在 50 mg/L及 100 mg/L处理时 ,
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图 5　茎表皮(×1 500)
Fig.5　Epidermisofloquatstem
图 6　茎韧皮部(×1 500)
Fig.6　Phloemofloquatstem
图 7　茎木质部(×1 500)
Fig.7　Xylemofloquatstem
图 8　茎髓部(×1 500)
Fig.8　Marrowofloquatstem
枇杷茎细胞结构未见异常 ,而当 Cd质量浓度在 150 mg/L时 ,薄壁细胞发生溶解 [图 5(24)] ,维管束排
列杂乱 [图 6(29)] ,木栓化严重 [图 7(34)] ,髓部变黑 [图 8(39)] 。当 Cd质量浓度在 200 mg/L处理
时 ,根细胞结构受害更为严重 [图 5(25)、图 6(30)、图 7(35)、图 8(40)] ,其表现出的受伤害情况与根
部极为相似 。
2.3　Cd胁迫对枇杷叶及其细胞结构的影响
叶是植物进行光合作用 、制造有机物的器官 ,生长的好坏直接影响到植物光合的效率 ,进而影响整
个植株的生长。用 200 mg/LCd处理的植株 , 46 d后叶片开始萎蔫 ,新叶叶尖黄化 、枯萎 ,老叶开始下
垂 、脱落 ,嫩芽枯萎 、死亡;150 mg/LCd处理的植株在 60 d后嫩芽枯死 ,叶尖黄化 ,老叶大多下垂 ,并开
始黄化凋谢;在 100 mg/LCd处理下 , 120 d后观察 ,叶片呈绿色但无光泽 ,叶片略有下垂 ,植株长势不好;
而 50 mg/LCd处理的植株在 150 d后观察 ,叶片浓绿 ,植株生长良好。用 50 mg/LCd处理的枇杷叶片
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第 2期 余　东等:Cd胁迫对枇杷根 、茎 、叶细胞结构的影响
图 9　叶片下表皮(×1 500)
Fig.9　Underbladeepidermisofloquatleaf
在电镜下观察 ,其下表皮细胞正常 [图 9(42)] ;在 Cd浓度≥150 mg/L时 ,枇杷叶片下表皮凹凸不平 ,气
孔填塞或者关闭 ,细胞壁变薄 ,表面细胞呈现出凹凸不平 [图 9(44)、图 9(45)] ,而正常的叶片则表现为
细胞排列较为整齐 [ (图 9(41)] 。
3　讨　论
Cd胁迫对枇杷的营养器官造成了严重的伤害。李亚藏的试验表明 ,植物在镉胁迫下根系受害先于
地上部分 ,这可能与植物吸收的镉大部分累积在根部 ,迁移到地上部较少有关[ 8] 。diToppi和 Gabbrieli[ 9]
的研究认为 , Cd损伤根尖细胞核仁 ,抑制核糖核酸酶活性 ,改变 RNA合成;抑制硝酸还原酶活性 ,减少
根部对硝酸盐的吸收及向地上部转运;抑制根部 Fe3+还原酶活性 ,引起 Fe2+亏缺 。 Schutzendubel等 [ 10]
的研究表明 ,在 Cd处理后 ,苏格兰松(Pinusylvestris)幼苗 H2O2的产生增加 ,抗氧化系统活性及根的伸
长受到抑制 ,根尖细胞的老化加速。扫描电镜观察表明 , Cd质量浓度≤150 mg/L对枇杷的营养器官造
成的伤害并不明显;在 Cd质量浓度大于 150 mg/L时 ,这种伤害现象随着 Cd质量浓度的增加而逐渐加重。
电镜观察表明 , Cd质量浓度≥150 mg/L时 ,根 、茎部的表皮细胞发生溶解 ,细胞排列杂乱无序;韧
皮部筛管口堵塞 ,筛管消失;木质部及髓部中的导管壁变薄 ,维管束排列杂乱 ,木栓化严重 ,髓部变黑 ,维
管束排列杂乱。对根部造成的伤害尤为严重 ,这可能和根部直接与土壤接触 、为 Cd胁迫的直接受害者有关。
叶片在高质量浓度 Cd(≥150 mg/L)胁迫下 ,其受害症状表现为新叶叶尖黄化 、枯萎 ,老叶开始下
垂 、脱落 ,嫩芽枯萎 、死亡;扫描电镜观察到枇杷叶片下表皮凹凸不平 、气孔填塞或者关闭 ,细胞壁变薄 ,
表面细胞呈现出凹凸不平 。
综上所述 ,我们认为导致 2 a生枇杷小苗受 Cd毒害的冲积砂土 Cd质量浓度为 150 mg/L。当冲积
砂土中 Cd质量浓度≥150 mg/L时 ,植物的根 、茎 、叶不同程度都受到损害 ,从而导致植株的死亡。同
时 ,从不同时间段枇杷小苗各个营养器官对 Cd胁迫响应的程度来看 ,表现为对 Cd的敏感程度为:根 >
叶 >茎 ,这与本人另文发表的 “镉(Cd)胁迫对枇杷生长和光合速率的影响”的结论相似 [ 11] 。
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