全 文 ：第 28卷第 10期
2008年 10月
环　境　科　学　学　报
　ActaScientiaeCircumstantiae
Vol.28, No.10
Oct., 2008
基金项目:国家自然科学基金项目(No.40571144);广东自然科学基金重点项目(No.05101824);广东省自然科学基金团队项目(No.
06202438);教育部 “新世纪优秀人才支持计划 ”项目(NCET-04-0790);985二期“环境与污染控制技术创新平台 ”资助项目
SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.40571144), theGuangdongProvincialNaturalScienceFoundation(No.
05101824), theGuangdongProvincialNaturalScienceTeamworkFoundation(No.06202438), theNewCenturyExcelentTalentsProgramofMinistryof
EducationofthePeople′sRepublicofChina(NCET- 04- 0790)andthe 985 Ⅱ InnovativePlatform FoundationforEnvironmentalandPolution
ControlTechnology
作者简介:周小勇(1976— ), 男 , 博士 , E-mail:dhszxy@hotmail.com;＊通讯作者(责任作者), E-mail:eesqrl@mail.sysu.edu.cn
Biography:ZHOUXiaoyong(1976— ), male, Ph.D., E-mail:dhszxy@hotmail.com;＊Correspondingauthor, E-mail:eesqrl@mail.sysu.edu.
cn
周小勇 ,仇荣亮 ,李清飞 ,等.2008.锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响 [ J] .环境科学学报 , 28(10):2064-2071
ZhouXY, QiuRL, LiQF, etal.2008.EfectsofzincondistributionandchemicalformofleadinPotentilagrifithivar.velutina[ J] .ActaScientiae
Circumstantiae, 28(10):2064 -2071
锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响
周小勇 1 ,仇荣亮 1, 2, ＊ ,李清飞1 ,石宁1 ,张涛1 ,胡鹏杰 1 ,应蓉蓉 1
1.中山大学环境科学与工程学院 ,广州 510275
2.广东省环境污染控制与修复技术重点实验室 ,广州 510275
收稿日期:2007-09-23　　　修回日期:2008-03-24　　　录用日期:2008-06-24
摘要:通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法 ,分析了 Zn对 Pb在长柔毛委陵菜(Potentilagrifithivar.velutina)的器官
及其亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明 ,除对照外 , 79% ～ 88%的 Pb富集在长柔毛委陵菜的根部 , 并且植物体内 47% ～ 77%和 13% ～
45%的 Pb分别分布在细胞壁和可溶组分中.虽然加 Zn没有改变 Pb在植物亚细胞分布中 “细胞壁 >可溶组分 >细胞核和叶绿体 >线粒体 ”的
格局 ,但 Pb和 Zn的添加都增加了 Pb在细胞壁的分配比例 ,减少其在可溶组分的富集 ,即Pb和 Zn的添加增强了细胞壁对 Pb的固持作用.长
柔毛委陵菜体内的 Pb以不同化学形态存在:在对照中 82% ～ 89%的 Pb以乙醇提取态和水提取态存在;而在其它处理中以盐酸提取态为最高
形态 ,占总量的 28% ～ 60%.同时 , Pb和Zn的添加导致植物中 Pb的乙醇提取态和水提取态等活性较强形态的分配比例减少 ,促进 Pb向活性
较弱的结合形态转移.因此 ,根部滞留 、细胞壁固持 、可溶组分的液泡区隔化和活性较强的结合形态的减少是长柔毛委陵菜耐 Pb的主要机制.
关键词:长柔毛委陵菜;亚细胞分布;化学形态;铅;锌
文章编号:0253-2468(2008)10-2064-08　　　中图分类号:X53　　　文献标识码:A
Effectsofzincondistributionandchemicalform ofleadinPotentilagriffithi
var.velutina
ZHOUXiaoyong1 , QIURongliang1, 2, ＊ , LIQingfei1 , SHINing1 , ZHANGTao1 , HUPengjie1 , YINGRongrong1
1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering, SunYat-SenUniversity, Guangzhou510275
2.GuangdongProvincialKeyLaboratoryforEnvironmentalPolutionControlandRemediationTechnology, Guangzhou510275
Received23 September2007;　　　receivedinrevisedform24 March2008;　　　accepted24 June2008
Abstract:TheefectofZnontissue, subcelulardistributionandchemicalformofPbinPotentilagrifithiivar.velutinaunderhydroponicculturewere
studiedusinggradientcentrifugationandsequentialchemicalextraction.Besidesthecontrol, othertreatmentsshowed79% ～ 88%, 47% ～ 77% and
13% ～ 45% oftotalPbintheplantweredistributedinroot, celwalandsolublefraction, respectively.AlthoughtheadditionofZnhadnoinfluenceon
theoveralpaternofsubcelulardistributionofPb:celwal>solublefraction>karyonandchloroplast>mitochondria, theadditionofPbandZn
generalyincreasedthepercentageofPbinthecelwalandreduceditinthesolublefraction, suggestingthatcelwalbindinghasbeenstrengthened.As
tothechemicalforms, 82% ～ 89% oftotalPbexistedinanethanol-andwater-extractableforminthecontrol, whereas28% ～ 60% oftotalPbwasinan
HCl-extractableforminothertreatments.TheadditionofPbandZngenerallyreducedthepercentageofethanol-andwater-extractablePb, meaningthe
chemicalformofPbwastransferredfromrelativelyactiveformstolessactiveforms.Inconclusionretentioninroot, bindingtocelwall, vacuolar
compartmentalizationinthesolublefractionandconversionofPbtoalessactivechemicalformwerethemaintolerancemechanismsforPbinP.grifithi
var.velutina.
Keywords:Potentilagrifithivar.velutina;subcelulardistribution;chemicalform;lead;zinc
DOI :10.13671/j.hjkxxb.2008.10.022
10期 周小勇等:锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响
1　引言(Introduction)
选择性吸收 、金属排泄 、根部滞留 、细胞壁固
定 、植物络合素络合和酶系统的特殊耐性等都是植
物耐受重金属毒害的策略 (Ramosetal., 2002).亚
细胞分布可为研究植物对重金属的解毒和生物富
集机制提供必要信息 (Liuetal., 2004),同时重金
属化学形态的研究在揭示植物对重金属的耐性方
面具有重要意义 (许嘉琳等 , 1991;杨居荣等 ,
1993).以往对植物中 Pb的分布和化学形态研究多
集中于单 Pb处理上 (许嘉琳等 , 1991;Heetal.,
2003;孙贤斌等 , 2005),而就其它重金属对植物中
Pb的分布和化学形态影响的研究却鲜见报道.
长柔毛委陵菜(Potentilagrifithivar.velutina)
是新发现的 Zn超富集植物 (Qiuetal., 2006),同
时它对 Pb也具有较强的吸收和富集能力.在铅锌
矿区生长的 植株可以在 Pb含量 高达 34282
mg·kg-1的矿土中正常生长繁殖 ,其叶片 、叶柄和根
的 Pb含量最高可分别达到 3469、 2081和 4822
mg·kg-1 .而 Pb不是植物所需元素 ,植物组织中的
Pb超过 30 mg·kg-1就会对大多数植物造成毒害
(Xiong, 1997),这预示着长柔毛委陵菜体内存在 Pb
的解毒机制.前期工作中曾对长柔毛委陵菜超富集
Zn的机理作过初步研究 (吴箐等 , 2006),但至今
未对其富集 Pb的耐性机理进行研究 ,更没有探讨
Zn对植物耐 Pb的影响.本研究中采用差速离心技
术和化学试剂逐步提取法研究长柔毛委陵菜中 Pb
的分布和结合形态 , 以及 Zn对其影响 ,试图从 Pb
在植物器官 、亚细胞水平上的分布特征和结合形态
来揭示长柔毛委陵菜的耐 Pb机理 ,期望为研究其
富集 Pb的生理和分子机理提供理论参考.
2　材料与方法 (Materialsandmethods)
2.1　植物培养
供试植物为 Zn超富集植物长柔毛委陵菜.将
采自云南铅锌矿区的种子在营养土中萌发 , 生长
100d后选择长势良好和生长一致的植株 ,用自来水
洗净后移至 Hogland全营养液中培养 ,在温室预培
养 4d后进行 Pb和 Zn处理.单 Pb设置 3个处理
(mg·L-1 ):0(对照)、10、40;Zn/Pb设置 4个处理
(mg·L-1 ):10Zn+10Pb、10Zn+40Pb、100Zn+10Pb
和 100Zn+40Pb;Pb和 Zn分别以 Pb(NO3 )2和
Zn(NO3)2·6H2 O的形式加入营养液中.每个处理水
平 3个重复 ,每个重复 3株苗.营养液连续通气 ,每
4d更换 1次 ,并用 0.1mol·L-1 HCl或 NaOH调节
pH至 5.8左右 ,处理 21d后收获.植株根系先用自
来水冲洗 ,再用 20mmol·L-1 Na2-EDTA交换 20min,
去除根系表面吸附的 Pb2+和 Zn2+ ,最后用去离子水
洗净 ,吸干表面水分 ,保存于 -20℃冰箱内备用.每
个处理的植物样品先分成叶片 、叶柄和根 3个部位 ,
每个部位的样品又分成 3部分 ,分别用于测定亚细
胞分布 、化学形态和重金属全量.
2.2　植物亚细胞组分的分离
采用差速离心法分离不同的细胞组分.在
Weigel等(1980)和 Gabbrieli等(1990)的方法上加
以改进:准确称取鲜样 0.5000g,加入 20mL提取液
(0.25mol·L-1蔗糖 +50mmol·L-1 Tris-HCl缓冲液
(pH=7.5)+1mmol·L-1二硫赤鲜糖醇),研磨匀
浆 ,匀浆液在冷冻离心机 300×g下离心 30s,沉淀为
细胞壁组分(F1);上清液在 2000 ×g下离心 15min,
沉淀为细胞核和叶绿体组分(F2);上清液在 10 000 ×
g下离心 20min,沉淀为线粒体组分(F3);上清液为含
核糖体的可溶组分(F4).全部操作在 4℃下进行.
2.3　植物体内重金属的化学形态分析
采用化学试剂逐步提取法 (许嘉琳等 , 1991),
具体操作如下:准确称取鲜样 0.5000g,加入 20mL
提取剂 (同上)研磨匀浆后转入 50mL的塑料离心
管 ,在 25℃下恒温振荡 22h后 ,在 5000r·min-1的条
件下离心 10min.倒出上清液 ,再加入 10mL的提取
剂 ,在 25℃下恒温振荡 1h,再在 5000r·min-1离心
10min,倒出上清液.合并 2次上清液.采用下列 5种
提取剂依次逐步提取:80%乙醇 (FE), 去离子水
(FW), 1mol·L-1 NaCl溶液(FNaCl), 2% HAc(FHAc),
0.6mol·L-1HCl(FHCl), 最后为残留态(FR).
2.4　重金属含量的测定
以提取剂作为空白 ,上清液直接用 HITACHI公
司生产的原子吸收分光光度计(Z-5000)测定 Zn和
Pb含量;沉淀和残渣部分用去离子水多次冲洗转入
100mL三角瓶中 ,于电热板上蒸干 ,与测定植物重金
属全量一样采用 HNO3-HClO4法 ,消煮至澄清 ,用去
离子水定容后测定.采用 SPSS11.5软件对数据进行
方差分析 , 用 Duncan s新复极差法(SSR)在显著
水平为 0.05时作多重比较分析.
2065
环　　境　　科　　学　　学　　报 28卷
3　结果 (Results)
3.1　Pb在长柔毛委陵菜各器官中的分布和亚细胞
分布
从表 1中的 Pb全量可知 ,在对照组中长柔毛委
陵菜叶片 、叶柄和根中的 Pb含量差别不大 ,叶片的
Pb含量甚至高于根部;而在单 Pb处理和 Zn/Pb复
合处理中 , 79% ～ 88%的 Pb分布在根部 ,即根部的
Pb含量远大于地上部的叶片和叶柄 ,分别高出 5.6
～ 18.7和 4.5 ～ 11.3倍 , 并且 Zn浓度较高时
(100mg·L-1)差距大更多.这些结果说明 ,在 Pb和
Zn/Pb复合胁迫下 ,长柔毛委陵菜的 Pb主要富集在
根部 ,并且高浓度 Zn的添加使根部 Pb含量所占比
例增加 ,从而减少了 Pb向地上部的输送.同时 ,在
Pb浓度为 10mg·L-1时 , Zn的添加虽然使植物叶片
的 Pb含量减少 35% ～ 42%,但使叶柄和根部的 Pb
含量增加 19% ～ 126%;在 Pb浓度为 40 mg·L-1时 ,
Zn的添加导致植物各部位的 Pb含量减少 16% ～
42%.这说明 , Zn对植物吸收 Pb的影响因植物部位
和 Zn与 Pb的浓度比不同而不同.
在长柔毛委陵菜的亚细胞组分分离过程中 , Pb
的回收率达 82% ～ 101%(表 1),说明差速离心法
能较好的用于 Pb的亚细胞水平研究.
表 1　Zn对 Pb在长柔毛委陵菜的器官和亚细胞分布的影响
Table1　EfectsofZnonorganic, subcelulardistributionofPbinPotentillagrifithivar.velutina
处理
/(mg·L-1)
Pb Zn
部位
Pb含量 /(mg·kg-1)
F1 F2 F3 F4 全量
回收率
分配比例
F1 F2 F3 F4
0 0
叶 2.74±0.39b 0.77±0.20c 2.26±0.59bc 5.28±1.41a 11.26±0.79 98.07% 24.77% 6.94% 20.45% 47.81%
柄 2.24±0.45ab 1.11±0.29c 2.07±0.20b 2.70±0.22a 8.24±0.67 98.63% 27.59% 13.69% 25.50% 33.17%
根 2.18±0.56b 0.23±0.03c 2.23±1.37b 4.68±0.34a 9.20±1.16 95.48% 24.87% 2.68% 19.19% 53.27%
10
0
10
100
叶 53.81±13.28a 5.48±0.71b 4.01±1.58b 52.29±12.17a 114.67±9.98 100.80% 46.55% 4.74% 3.47% 45.24%
柄 37.59±4.28a 10.34±1.74bc 2.42±1.04c 17.08±7.40b 72.17±7.91 93.42% 55.75% 15.33% 3.59% 25.33%
根 402.42±29.79a 79.45±17.13c 39.84±6.75c 158.90±7.67b 757.98±27.68 89.98% 59.12% 11.67% 5.85% 23.34%
叶 45.57±6.16a 6.60±2.52c 3.78±1.90c 16.81±3.18b 75.08±12.49 96.94% 62.89% 8.90% 5.03% 23.18%
柄 94.45±4.83a 19.12±2.60c 12.31±2.10d 33.97±3.00b 162.84±7.65 98.27% 59.07% 11.97% 7.71% 21.25%
根 588.36±34.62a 69.70±3.07c 46.41±10.44c 188.60±22.92b 901.28±40.39 99.14% 65.90% 7.83% 5.19% 21.08%
叶 37.07±2.76a 7.40±2.83c 2.78±1.55d 15.88±1.11b 66.95±4.02 94.19% 58.85% 11.50% 4.27% 25.38%
柄 59.30±13.62a 7.10±1.67b 5.62±1.68b 10.92±1.30b 86.42±18.91 96.19% 71.35% 8.62% 6.71% 13.32%
根 614.01±46.94a 78.30±6.11b 23.24±5.61c 111.49±7.94b 919.16±93.17 90.34% 74.21% 9.46% 2.80% 13.53%
40
0
10
100
叶 85.11±2.92a 13.25±2.17c 5.31±1.19d 46.82±7.19b 183.83±30.92 81.87% 56.55% 8.81% 3.53% 31.11%
柄 135.29±75.53a 30.71±12.41b 14.77±7.94c 51.52±18.77b 241.02±69.90 96.37% 58.24% 13.22% 6.36% 22.18%
根 1503.78±50.17a 242.47±13.52c115.88±43.28d 442.18±32.98b2492.48±186.34 92.77% 65.28% 10.52% 5.03% 19.11%
叶 85.96±6.27a 18.37±2.11c 11.68±3.59c 30.50±3.55b 152.70±14.10 96.17% 58.65% 12.52% 7.91% 20.93%
柄 109.59±11.33a 20.76±4.04c 12.73±3.45c 35.92±2.07b 186.48±9.57 95.90% 61.17% 11.58% 7.04% 20.22%
根 1100.86±128.58a 127.59±15.64bc56.03±19.75c 213.84±48.79b1608.03±171.84 93.16% 73.49% 8.67% 3.68% 14.15%
叶 66.98±6.34a 9.91±3.61c 6.16±3.35c 23.06±2.93b 107.02±12.34 99.19% 63.24% 9.15% 5.61% 22.00%
柄 101.73±15.22a 20.77±2.28bc 7.95±1.45c 33.56±3.13c 170.70±15.20 96.02% 61.85% 12.66% 4.93% 20.57%
根 1509.76±143.26a 125.41±27.52bc57.36±16.31c 264.09±19.41b2106.13±195.93 92.89% 77.17% 6.36% 2.94% 13.53%
　　注:F1为细胞壁组分 , F2为细胞核和叶绿体组分 , F3为线粒体组分 , F4为可溶组分;表中数据为平均值±标准差(n=3), Pb含量中同一行的不同字母表示有
显著差异(p<0.05).
　　从表 1可知 ,在对照组中 ,长柔毛委陵菜各部位
Pb的含量和分配比例呈现 F4 >F1 >F3 >F2, 即 Pb
主要分布在可溶组分 F4中 ,占总量的 33% ～ 53%,
其次为含细胞壁的 F1组分 ,占总量的 25% ～ 28%;
而在其它处理中 ,植物各部位 Pb的分布表现 F1 >
F4>F2 >F3的关系 ,即 Pb在细胞壁的分布占总量
2066
10期 周小勇等:锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响
的 47% ～ 77%,可溶组分占 13% ～ 45%,另 2个组
分的分布都较低.这说明 ,与对照组相比 ,其它处理
导致细胞壁对 Pb的滞留作用在增强 ,而可溶组分
对 Pb的区隔化作用在减弱;同时也说明 ,加 Zn没
有改变 Pb在植物各部位的总体分布格局.
同时从表 1可知 ,在单 Pb处理中 , Pb处理会使
植物叶片 、叶柄和根中的 F1组分的分配比例较对
照分别增加 22% ～ 32%、 28% ～ 31%和 34% ～
40%,而 F4组分却分别减少 3% ～ 17%、8% ～ 11%
和 30% ～ 34%;在 Zn/Pb复合处理中 ,加 Zn使植物
叶片 、叶柄和根中的 F1组分的分配比例比单 Pb处
理分别增加 2% ～ 16%、3% ～ 16%和 7% ～ 15%,而
F4组分却分别减少 9% ～ 22%、2% ～ 12%和 2% ～
10%.这表明 , Pb和 Zn的加入都增强了细胞壁对
Pb的滞留作用.
此外 ,除对照组外 ,植物各部位的 F1组分的分
配比例基本上呈现叶片 <叶柄 <根的格局 ,其比例
的平均值分别为 58%、61%和 69%;而 F4组分的分
配比例则呈现叶片 >叶柄 >根的关系 ,其比例的平
均值分别是 28%、20%和 17%.这表明 ,根部细胞壁
对 Pb的滞留作用最强 ,而叶片中的可溶组分对 Pb
的区隔化作用最强 ,可见植物不同部位对 Pb的亚
细胞分布有影响.
3.2　Pb在长柔毛委陵菜中的化学形态分布
各种提取剂在提取 Pb的化学形态过程中 , Pb
的回收率达到 86% ～ 100%(表 2),说明化学试剂
逐步提取法能较好的用于 Pb化学形态的研究.
由表 2可知 ,在对照组中 ,长柔毛委陵菜叶片 、
叶柄和根中 Pb的化学形态主要以乙醇提取态和水
提取态为优势 , 两者分别占总量的 82%、 89%和
88%;这说明 ,对照中植物各部位的 Pb主要以活性
较强的结合形态存在 ,这与植物体内 Pb全量很低
有关.同时对照中乙醇提取态和水提取态的分配比
例之和分别比其它处理高出 32% ～ 69%、55% ～
80%和 41% ～ 83%,而其它处理中都以盐酸提取态
为首位形态 ,占总量的 28% ～ 60%.
在单 Pb处理中(表 2),低 Pb(10mg·L-1 )处理
时植物各部位主要以盐酸提取态 、乙醇提取态和水
提取态为主导形态 ,三者占总量的 91%以上;高 Pb
(40mg·L-1 )处理中 ,醋酸提取态取代水提取态与盐
酸提取态和乙醇提取态一起成为主要形态 ,三者占
总量的 70%以上.随 Pb处理浓度的增加 ,植物各部
位的乙醇提取态 、水提取态和盐酸提取态的分配比
例都逐渐下降 ,而氯化钠提取态和醋酸提取态的分
配比例却逐渐增加.总的来看 , 活性较强的乙醇提
取态和水提取态的分配比例之和随 Pb处理浓度的
增加而下降 ,即叶片 、叶柄和根中这两者的分配比
例之和由对照时的 82%、89%和 88%降至低 Pb处
理时的 49%、 34%和 47%, 直至高 Pb处理时的
35%、25%和 26%.这表明 ,随着 Pb胁迫的增加 ,植
物中 Pb的活性较低的结合形态所占比例在逐渐增
加 ,以此增强植物对 Pb的耐性.
同时从表 2可知 , Zn/Pb复合处理中 ,植物各部
位的 Pb都以盐酸提取态 、醋酸提取态和氯化钠提
取态为主要形态 ,它们在叶片 、叶柄和根中含量分
别占总量的 76% ～ 84%、 80% ～ 85%和 84% ～
94%.与单 Pb处理相比 , Zn的添加导致植物各部位
的乙醇提取态和水提取态的分配比例之和分别减
少 16% ～ 37%、9% ～ 20%和 24% ～ 41%,其中根中
Pb含量的降幅最大 ,叶片次之 ,叶柄最小;这说明 ,
Zn的添加促使植物中活性较强的结合形态所占比
例大幅下降 ,减少活性结合形态对植物的毒害 ,并
且植物根部吸收的 Pb大部分被根细胞以难溶的形
态固定 ,减少了其向地上部迁移;并且地上部大部
分的 Pb以磷酸盐和草酸盐的形态沉淀下来.
4　讨论 (Discussion)
植物对重金属的耐性与植物对重金属的吸收
与运输 、重金属在植物体内的分配以及结合状态等
密切相关 (杨居荣等 , 1993).就器官水平而言 ,
79% ～ 88%的 Pb滞留在长柔毛委陵菜的根部 ,限制
了 Pb向地上部器官转运 ,从而减轻了 Pb对植物叶
片和叶柄的毒害.这与 Zn/Cd超富集植物 Thlaspi
praecox、凤 眼 莲 (Eichhornia crassipes)、 芦 苇
(Phragmitesaustralis)、Piptatherummiliaceum、小麦 、
玉米和药用植物等研究结果一致 (江行玉等 ,
2002;刘军等 , 2002;Garcíaetal., 2004;Vogel-Miku
etal., 2005;孙贤斌等 , 2005;徐勤松等 , 2006).另
外 , Zn对植物吸收 Pb的影响较复杂:Zn对芥菜和
油菜吸收 Pb具有明显的抑制作用 (许中坚等 ,
2007),但 Zn促进植物 Piptatherummiliaceum多吸收
81% ～ 92%的 Pb(Garcíaetal., 2004),而土壤中
的 Zn含量对油菜吸收 Pb却没有影响(李博文等 ,
2004).在长柔毛委陵菜中 , Zn在 Pb较低浓度
(10mg·L-1 )时促进植物叶柄和根部的 Pb含量增
加 ,而在其它处理时却抑制植物各部位对 Pb的吸
2067

10期 周小勇等:锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响
收 ,这与董艺婷等 (2003)对紫花苜蓿 (Medicago
sativa)、披碱草 (Elymusdahurian)和谭光群等
(2007)对烟草的研究结果相似 ,即 Zn会因不同的
植物部位和 Zn与 Pb的浓度比来影响植物对 Pb的
吸收.值得注意的是 ,在 Pb较高浓度(40mg·L-1 )
时 , Zn的添加抑制了长柔毛委陵菜对 Pb的吸收 ,减
少了 Pb在植物器官水平上的分布 ,这是植物在较
高 Pb浓度时适应 Zn/Pb复合胁迫的一种防卫反
应 ,有利于提高植物对 Pb的耐性.
细胞壁固持和液泡区隔化也可能在植物对重
金属的解毒 、耐性和超富集方面起着主要作用
(Kǜpperetal., 2000;Cosioetal., 2004).超富集植
物东南景天(Sedumalfredi)中的 Pb主要分布在细
胞壁 ,其次在可溶部分中 , 在细胞器中分布最少
(Heetal., 2003).药用植物麦冬 、北沙参和地黄的
根部超过 90%及叶部大于 80%的 Pb位于细胞壁上
(刘军等 , 2002).农作物玉米 、小麦 、黄瓜和菠菜中
70% ～ 92%的 Pb分布在细胞壁中 (杨居荣等 ,
1993;孙贤斌等 , 2005).而用透射电镜观察发现 ,芦
苇和凤眼莲根细胞中的 Pb主要分布在的细胞间隙
和细胞壁 ,其次在液泡中 (江行玉等 , 2002;徐勤松
等 , 2006).本研究与上述结果类似 ,除对照外 ,长柔
毛委陵菜各部位的 Pb主要分布在细胞壁(47% ～
77%),其次在可溶部分(13% ～ 45%),而在细胞核
和叶绿体组分及线粒体组分中分布较少 ,表明细胞
壁和以液泡为主的可溶部分是长柔毛委陵菜储存
Pb的 2个最重要部位.由于 Pb的离子半径较大 ,
配位能力弱 ,不易透过细胞壁和质膜进入细胞液中
(徐勤松等 , 2006),因此 ,长柔毛委陵菜吸收的大部
分 Pb固持在细胞壁上 ,当 Pb与细胞壁的结合达到
饱和后才开始透过细胞壁和质膜进入原生质体 ,其
中大部分的 Pb又与可溶组分的液泡中的柠檬酸 、
苹果酸和草酸等有机酸络合而区隔化 (Krämer
etal., 2000),从而避免了 Pb对其它细胞器的毒
害 ,提高了长柔毛委陵菜对 Pb的耐性.同时 ,在单
Pb处理中加 Pb和 Zn/Pb复合处理中加 Zn都导致
植物各部位的 Pb在细胞壁的分配比例增加 ,而在
可溶部分的分配比例减少 ,这说明 Pb和 Zn胁迫的
增加强化了细胞壁对 Pb的滞留作用 ,减少了以液
泡为主的可溶部分的分布.总之 , Pb在细胞壁沉淀
和可溶部分的液泡区隔化可能是长柔毛委陵菜在
亚细胞水平上的耐 Pb的机制.
植物体内元素的化学形态直接关系到元素的
活性 、毒性 、迁移能力与基质分离的难易 , 随着乙
醇 、去离子水 、氯化钠 、醋酸和盐酸等提取剂的极性
增强 ,所提取出的重金属在活性 、毒性和迁移能力
上不断降低 ,而与植物基质的结合程度也越来越紧
密 (许嘉琳等 , 1991;刘军等 , 2002;王学锋等 ,
2005).农作物小麦 、水稻 、玉米和萝卜中的 Pb以盐
酸提取态 、醋酸提取态或氯化钠提取态占优势 (许
嘉琳等 , 1991;陈英旭等 , 2000;孙贤斌等 , 2005);
同样 ,药用植物麦冬 、北沙参和地黄药用部分中
65%以上的 Pb是以醋酸提取态和盐酸提取态存在
(刘军等 , 2002);其它草本植物 ,如芦苇 、结缕草
(Zoysiajaponica)和三叶草 (Trifoliumpatense)中的
Pb也均以盐酸提取态和醋酸提取态为主要结合形
态 (江行玉等 , 2002;王友保等 , 2005).本研究结果
与此相似 ,长柔毛委陵菜各部位中以盐酸提取态为
最高形态 ,在 Zn/Pb复合处理中也以盐酸提取态 、
醋酸提取态和氯化钠提取态为主 ,三者占总量的
76% ～ 94%.这说明 , 长柔毛委陵菜体内较多的
Pb2+形成草酸盐沉淀 ,这与强耐 Pb水稻的根系能
分泌草酸盐的结果相似 (Yangetal., 2000).同时 ,
Pb和 Zn的添加均导致乙醇提取态和水提取态等活
性较强形态所占比例下降 ,这说明增加 Pb和 Zn胁
迫会导致长柔毛委陵菜体内的 Pb越来越多地与一
些物质结合成毒性较低和难溶性的化学形态 ,增加
了 Pb在细胞壁的富集(这是 Pb和 Zn的加入能增
强细胞壁对 Pb固持作用的原因),降低了细胞内游
离 Pb2+浓度 ,防止金属敏感酶活性失活 ,增强了植
物对 Pb的耐性.这可能是长柔毛委陵菜在结合形
态上耐 Pb的机制.
5　结论 (Conclusions)
1)除对照外 ,长柔毛委陵菜中 79% ～ 88%的 Pb
富集在根部 ,而其体内的 Pb主要分布在细胞壁 ,其
次为含核糖体的可溶部分 ,两者分别占总量的 47%
～ 77%和 13% ～ 45%.Pb和 Zn的添加都促进 Pb在
细胞壁的分配比例增加 ,同时减少其在可溶部分的
富集 ,即 Pb和 Zn的添加增强了细胞壁对 Pb的固
持作用.
2)长柔毛委陵菜体内的 Pb以不同的化学形态
存在:对照中主要以乙醇提取态和水提取态占优
势 ,占总量的 82% ～ 89%;单 Pb和 Zn/Pb复合处理
中都以盐酸提取态为最高形态 , 占总量的 28% ～
60%.Pb和 Zn的添加导致乙醇提取态和水提取态
2069
环　　境　　科　　学　　学　　报 28卷
等活性较强形态的分配比例呈减少趋势 ,促进 Pb
向活性较弱的结合形态转移.
责任作者简介:仇荣亮(1967— ), 男 , 教授 , 博士生导师;现
任广东省环境污染控制与修复技术重点实验室主任.近年来
主要从事重金属污染土壤生物修复等方向的研究工作.
References:
ChenYX, LinQ, LuF, etal.2000.Studyondetoxicationoforganic
acidtoradishunderthestressofPbandCd[ J] .ActaScientiae
Circumstantiae, 20(4):467— 472 (inChinese)
CosioC, MartinoiaE, KelerC.2004.HyperaccumulationofCadmium
andZincinThlaspicaerulescensandArabidopsishaleriattheLeaf
CelularLevel[ J] .PlantPhysiology, 134:716— 725
DongYT, CuiYS, WangQR.2003.UptakeofCd, ZnandPbbytwo
susceptible plants under mono and multiple-contamination
conditions[ J] .ActaEcologicaSinica, 23(5):1018— 1024 (in
Chinese)
GabbrieliR, PanddfiniT, VergnanoO, etal.1990.Comparisonoftwo
serpentinespecieswithdiferentnickeltolerancestrategies[ J] .
PlantandSoil, 22:271— 277
GarcíaG, FazA, CunhaM. 2004. PerformanceofPiptatherum
miliaceum(Smilograss)inedaphicPbandZnphytoremediation
overashortgrowthperiod[ J] .InternationalBiodeterioration＆
Biodegradation, 54:245— 250
HeB, YangX E, NiW Z, etal.2003.Pbuptakeaccumulation
subcelulardistributioninaPb-accumulatingecotypeofSedum
alfrediHance[ J] .JournalofZhejiangUniversity, 4 (4):
474— 479
JiangXY, ZhaoKF.2002.TheDistributionofPbandPb-stressed
RelativeProteinsin Pb-polutedPhragmitesaustralisSeedlings
[ J] .JournalofPlantPhysiologyandMolecularBiology, 28(3):
169— 174 (inChinese)
KrämerU, PickeringIJ, PrinceR C, etal. 2000.Subcelular
LocalizationandSpeciationofNickelHyperaccumulatorandNon-
AccumulatorThlaspiSpecies [ J] . PlantPhysiology, 122:
1343— 1353
KǜpperH, LombiE, ZhaoFJ, etal.2000.Celularcompartmentation
ofcadmium and zinc in relation to otherelements in the
hyperaccumulatorArabidopsishaleri[ J] .Planta, 212:75— 84
LiB W, YangZX, XieJZ. 2004. Efectsofsoilcompound
contaminationwithcadmium, zincandleadonadsorptionofthe
metalsbyrape[ J] .JournalofAgro-EnvironmentScience, 23(5):
908— 911 (inChinese)
LiuDH, KotkeI.2004.Subcelularlocalizationofcopperintheroot
celsofAliumsativumbyelectronenergylossspectroscopy(EELS)
[ J] .BioresourceTechnology, 94:153— 158
LiuJ, LiXA, WangT, etal.2002.Chemicalformsanddistributionof
leadinmedialplants[ J] .Agro-environmentalProtection, 21(2):
143— 145 (inChinese)
QiuRL, FangXH, TangYT, etal.2006.Zinchyperaccumulation
anduptakebyPotentilagriffithiHook[ J] .InternationalJournal
ofPhytoremediation, 8(4):299— 310
RamosI, EstebanE, LucenaJJ, etal.2002.Cadmiumuptakeand
subcelulardistributioninplantsofLactucasp.Cd-Mninteraction
[ J] .PlantScience, 162:761— 767
SunXB, LiYC, WangN.2005.Comparisonsonactivechemicalform
anddistributionofleadinwheatandcorn[ J] .JournalofAgro-
EnvironmentScience, 24(4):666— 669 (inChinese)
TanGQ, XiaoD.2007.CompoundpollutionofPb/Znontobacco[ J] .
ChemicalResearchandApplication, 19(11):1268— 1271 (in
Chinese)
Vogel-Miku K, DrobneD, RegvarM. 2005. Zn, Cd and Pb
accumulationandarbuscularmycorrhizalcolonisationofpennycress
ThlaspipraecoxWulf.(Brassicaceae)fromthevicinityofalead
mineandsmelterinSlovenia[ J] .EnvironmentalPolution, 133
(2):233— 242
WangXF, YangYQ.2005.Chemicalformanddistributionofsome
heavymetalsin vegetables[ J] .EnvironmentalScienceand
Techology, 28(1):34— 35, 60 (inChinese)
WangYB, ZhangL, ShenZJ, etal.2005.Chemicalformsofheavy
metalsinthesoilsandplantsofcoppertailingsyard[ J] .Chinese
JournalofAppliedEcology, 16(12):2418— 2422 (inChinese)
WeigelHJ, JägerHJ.1980.Subcelulardistributionandchemicalform
ofcadmiuminbean[ J] .PlantPhysiology, 65:480— 482
WuQ, DuSJ, ZengXW, etal.2006.Subcellulardistributionand
chemicalform ofPotentilagrifithiHook [ J] .Ecologyand
Environment, 15(1):40— 44 (inChinese)
XiongZT.1997.Bioaccumulationandphysiologicalefectsofexcess
leadroadsidepioneerspeciesSonchusoleraceus[ J] .Environmental
Pollution, 97:275— 279
XuJL, BaoZP, YangJR, etal.1991.ChemicalformsofPb, Cdand
Cuincrops[ J] .ChineseJournalofAppliedEcology, 2(3):
244— 248 (inChinese)
XuQS, ShiGX, WangX, etal.2006.SubcelularlocalizationofPb
incellsofEichhorniacrasipesSolmsbyelectronmicroscopy[ J] .
JournalofNanjingNormalUniversity(NaturalScience), 29(3):
81— 85 (inChinese)
XuZJ, WuCH, QiuXY, etal.2007.TransferandinteractionofPb,
ZnandCdin soil-mustard/colesystemsundermulti-polution
conditions[ J] .JournalofSoilandWaterConservation, 21(6):
1— 6 (inChinese)
YangJR, BaoZP, ZhangSQ.1993.Thedistributionandbindingof
CdandPbinplantcel[ J] .ChinaEnvironmentalScience, 13
(4):263— 268 (inChinese)
YangYY, SongW Y, SuhH S, etal. 2000.Identificationofrice
varieties with high tolerance or sensitivity to lead and
characterization ofthe mechanism oftolerance [ J] . Plant
Physiology, 124 (3):1019— 1026
中文参考文献:
陈英旭 , 林琦 , 陆芳 , 等.2000.有机酸对铅 、镉植株危害的解毒作
用研究 [ J] .环境科学学报 , 20(4):467— 472
2070
10期 周小勇等:锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响
董艺婷 , 崔岩山 , 王庆仁.2003.单一与复合污染条件下两种敏感
性植物对 Cd、 Zn、Pb的吸收效应 [ J] .生态学报 , 23(5):
1018— 1024
江行玉 , 赵可夫.2002.铅污染下芦苇体内铅的分布和铅胁迫相关
蛋白 [ J] .植物生理与分子生物学学报 , 28(3):169— 174
李博文 , 杨志新 , 谢建治.2004.土壤 CdZnPb复合污染对植物吸
收重金属的影响 [ J] .农业环境科学学报 , 23(5):908— 911
刘军 , 李先恩 , 王涛 , 等.2002.药用植物中铅的形态和分布研究
[ J] .农业环境保护 , 21(2):143— 145
孙贤斌 ,李玉成 ,王宁.2005.铅在小麦和玉米中活性形态和分布的
比较研究 [ J] .农业环境科学学报 , 24(4):666— 669
谭光群 , 肖丹.2007.铅锌对烟草复合污染程度的分析 [ J] .化学研
究与应用 , 19(11):1268— 1271
王学锋 , 杨艳琴.2005.重金属镉锌铜在蔬菜体内的形态分布研究
[ J] .环境科学与技术 , 28(1):34— 35, 60
王友保 , 张莉 , 沈章军 , 等.2005.铜尾矿库区土壤与植物中重金属
形态分析 [ J] .应用生态学报 , 16(12):2418— 2422
吴箐 , 杜锁军 , 曾晓雯 , 等.2006.锌在长柔毛委陵菜细胞内的分布
和化学形态研究 [ J] .生态环境 , 15(1):40— 44
徐勤松 , 施国新 , 王学 , 等.2006.铅(Pb)在凤眼莲(Eichhornia
CrasipesSolms)体细胞中分布的电镜观察 [ J] .南京师大学报
(自然科学版), 29(3):81— 85
许嘉琳 , 鲍子平 , 杨居荣 , 等.1991.农作物体内铅、镉 、铜的化学形
态研究 [ J] .应用生态学报 , 2(3):244— 248
许中坚 , 吴灿辉 , 邱喜阳 , 等.2007.铅-锌-镉复合污染物在土壤-芥
菜 /油菜系统中的迁移及交互作用 [ J] .水土保持学报 , 21
(6):1— 6
杨居荣 , 鲍子平 , 张素芹.1993.镉 、铅在植物体细胞内的分布和可
溶性结合形态 [ J] .中国环境科学 , 13(4):263— 268
2071