全 文 ：Ni
2+对槐叶苹叶片生理特征及亚显微结构的影响
计汪栋 ,施国新＊ ,徐勤松 ,许晔 ,杨海燕 ,杜开和
(南京师范大学生命科学学院江苏省生物多样性与生物技术重点实验室 ,南京　210046)
摘要:通过 10%Hoagland 溶液培养试验研究了不同 Ni2+浓度(0 、5、10、15、20 mg L)对槐叶苹叶片矿质营养元素吸收 、叶绿素含
量 、可溶性蛋白 、保护酶系统 、活性氧水平以及细胞亚显微结构的胁迫影响.结果表明 , 随着 Ni2+浓度的增加 , ①Ni2+对槐叶苹
的矿质营养元素吸收的影响 ,主要是促进对 Ca2+ 、Na+、Zn2+ 、Fe3+、Mg2+的吸收 , 降低对Mn2+ 、Mo2+、P、K+的吸收.②叶绿素 、
类胡萝卜素 、可溶性蛋白和可溶性糖含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性逐渐下降 ,且 20 mg L时数值均低
于对照.而过氧化氧酶(POD)、超氧阴离子(O·-2 )、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量逐渐上升 , 分别为对照的 383%、
168%、207%和 131%.③不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)图谱显示 ,胁迫导致了相对分子质量(<17 200)的多肽增加 ,
并诱导了94 000多肽的出现和35 000多肽蛋白条带表达量加强.④电镜观察发现 , Ni2+胁迫也对叶肉细胞亚显微结构造成了损
伤 ,主要表现为:细胞核核仁解体 ,染色质凝聚 , 核膜断裂;叶绿体类囊体膨胀 ,被膜破裂;线粒体嵴数目减少 ,线粒体呈空泡状.
可见 , Ni2+破坏了槐叶苹正常生理活动的结构基础和离子平衡 , 并造成功能紊乱 , 这些都是 Ni2+对槐叶苹产生胁迫的重要原
因.
关键词:Ni2+;槐叶苹;生理;亚显微结构;胁迫
中图分类号:X173　文献标识码:A　文章编号:0250-3301(2008)08-2308-06
收稿日期:2007-08-19;修订日期:2007-11-12
基金项目:国家自然科学基金项目(30370083, 30670121);高等学校
博士学科点专项科研基金项目(20050319005);江苏省教育
厅自然科学基金项目(05KJB180067)
作者简介:计汪栋(1980～ ),男 ,硕士研究生 ,主要研究方向为重金属
对高等水生植物的毒害机制 , E-mail:jiwangdong@tom.com＊通讯联系人 , E-mail:gxshi@njnu.edu.cn
Effects of Ni
2+
on Physiological Characteristics and Submicroscopic Structure of
Salvinia natans Leaves
JI Wang-dong , SHI Guo-xin , XU Qin-song , XU Ye , YANG Hai-yan , DU Kai-he
(Jiangsu Key Laboratory of Biodiversity and Biotechnology , College of Life Science , Nanjing Normal University , Nanjing 210046 , China)
Abstract:Influence of 0 , 5 , 10 , 15 , 20 mg L Ni2+ on growth , mineral nutrition , chlorophyll , carotenoid , soluble protein , soluble sugar ,
superoxide(O·-2 ), hydrogen peroxide (H2O2)and malondialdehyde (MDA) contents as well as the activities of superoxide dismutase
(SOD), guaiacolperoxidase(POD), and catalase(CAT)were studied in the leaves of Salvinia natans plants on 10 days after treatment.With
the increase of the Ni2+ concentrations , exposure of the plants revealed that , ① the addition of Ni2+ affected the absorption of mineral
nutrients , it mainly increased the absorption of Ca2+ , Na+ , Zn2+ , Fe3+ andMg2+ , while reduced that of Mn2+ , Mo2+ , P and K+.②The
content of chlorophyll , carotenoid , soluble protein and soluble sugar content as well as activities of SOD and CAT decreased gradually.That of
O·-2 , H2O2 andMDA content as well as POD activity increased , 383%, 168%, 207%, 131% of these controls , respectively.③ In the
leaves of Ni2+-treated fronds , the polypeptide with apparent molecular weights 94 000 , was became visible in SDS-PAGE , and the nature of it
remains to be determined.The amount and intensity of polypeptide band increased gradually with augment of Ni2+ was also observed , the
polypeptide with apparent molecular weight 35 000 increased significantly in fronds.④Transmission electron microscope observation indicated
that Ni2+ also imposed injury action on submicroscopic structure of leaf cells , disaggregation of nucleolus , agglutination and disappearance of
chromatin of nucleus , disruption of nuclear membrane , swelling of thy lakoids and breakage of chloroplast envelope, decreasing of cristae
quantity and vacuolization of mitochondria.The conclusion could be reached that the plant death was resulted from destruction under structure
foundation of physiological function , unbalance of ion equilibrium and disorder of phy siological metabolism.
Key words:Ni2+;Salvinia natans;phy siological;submicroscopic;stress
　　Ni2+是兼具营养和毒害双重效应的微量重金属
元素 ,研究表明 , Ni2+是植物脲酶活性中心的组分 ,
在植物氮素利用和代谢中发挥重要作用[ 1] ;另一方
面 ,过量的 Ni2+则不利于植物的正常生长 ,它能够
扰乱光合作用 、运输系统 、矿质营养和细胞结构[ 2] .
随着电镀 、电池和电子设备制造 、油脂催化加工等工
业的发展和大量化石燃料的燃烧 ,通过各种途径进
入水环境的 Ni2+呈逐年上升之势 ,并已成为水环境
主要的金属污染物之一[ 3] .水体重金属污染及由此
造成的对植物的胁迫已成为各国学者的研究热点之
一[ 4 ～ 10] .作为我国四大淡水湖泊之一的太湖中的水
生植被正在遭受毁灭性破坏 ,迫切需要人们了解水
生植物对污染环境的耐受机制.目前 , 大量研究
第 29 卷第 8期
2008 年8 月 环　　境　　科　　学ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol.29 , No.8
Aug., 2008
DOI :10.13227/j.hjkx.2008.08.041
Ni
2+胁迫的受试材料主要是陆生植物[ 6～ 9] ,而高等
水生植物则较少[ 10] ,对浮水植物———槐叶苹的 Ni2+
耐性机制更鲜见报道.鉴于此 ,本研究以太湖中常见
的槐叶苹为材料 ,通过营养液培养试验 ,分析了其在
不同Ni2+浓度胁迫下 ,矿质元素吸收 、光合色素 、保
护酶活性 、活性氧产生水平及细胞超微结构等的变
化 ,旨在从不同角度全面探讨槐叶苹对重金属污染
环境的耐受性 ,为污染水体中有毒金属的植物修复
提供参考.
1　材料与方法
1.1　植物材料
槐叶苹(Salvinia natans)为一年生漂浮草本 ,浮水
叶长椭圆形 ,排成两列 ,下沉叶分裂成线状酷似须根.
2006年 10月初采自江苏太湖水域 ,移植于南京师范
大学水生植物培养池中.于 11月中旬(18 ～ 25℃)在无
底泥玻璃缸中用 10%Hoagland 营养液进行驯化培
养 ,选取生长状况一致的植株作为实验材料.
1.2　试验设计
整个试验在 Forma 3744全封闭培养箱(英国产)
中完成 ,光照周期为 12 h∶12 h (L∶D),光照强度为
3 500 lx ,光暗温度为 25℃∶18℃(L∶D).实验材料于
08:00放入含 0 、5 、10 、15 和 20 mg L NiCl2·5H2O(以
纯Ni2+计)的 10%Hoagland 培养液中.实验设 3 次
重复 ,培养第10 d取相同部位叶片 ,去离子水洗净 、
揩干 ,进行生理指标的测定.
1.3　生理指标测定
叶片营养元素含量测定:选取1 g鲜重叶片 ,用
去离子水洗净 ,105℃下杀青30 min ,然后在 70℃下
烘至恒重 ,将烘干的样品磨碎后 ,经 HNO3 HClO4 法
消煮 ,用电感耦合-等离子体原子发射光谱仪(ICP-
AES)(美国 Leeman公司产品)测定含量;叶绿素含
量采用 Arnon[ 11] 的方法测定;类胡萝卜素的抽提和
测定参照Middleton等[ 12] 的方法;可溶性蛋白含量采
用考马斯亮蓝 G-250法[ 13] ,以牛血清蛋白为标准蛋
白;超氧化歧化酶(SOD)活性测定采用硝基蓝四氮
唑还原法[ 14] ;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创
木酚法[ 15] ;过氧化氢酶(CAT)活性测定采用钼酸盐
法[ 16] ;超氧阴离子(O·-2 )产生速率采用王爱国等[ 17]
的羟胺氧化反应法测定;过氧化氢(H2O2)含量用一
般分光光度法 ,用从南京建成生物工程研究所购买
的H2O2 试剂盒测定;丙二醛(MDA)和可溶性糖含量
采用李合生[ 18] 的方法;不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳
(SDS-PAGE)采用郭尧君[ 19] 的方法 ,分离胶质量分数
为 16%,浓缩胶质量分数为 5%,上样量均为 40μL ,
在 4℃下进行电泳.
1.4　超微结构观察
处理第 10 d于 08:00从各浓度梯度培养缸中取
植株相同部位的叶片 ,洗净 ,切成 1 mm3 大小的样
块 ,置于 2.5%戊二醛和 1%锇酸双重固定 ,丙酮系
列脱水 ,Epon 812浸透包埋 , LKB超薄切片机钻石刀
切片 ,切片经醋酸双氧铀-柠檬酸铅双重染色后 ,于
Hitachi 600-A-2型透射电镜(日本)下观察并拍照.
1.5　统计分析
每个处理重复 3次 ,实验结果为 3次实验的平
均值.将各生理指标与处理浓度作相关性分析(相关
系数为 r),试验原始数据的处理和制图采用 Excel
软件 ,处理组与对照组之间的差异显著性分析由
SPSS 11.5统计软件完成 ,其中 p≥0.05 、p<0.05和
p<0.01分别表示无显著 、有显著和极显著差异.
2　结果与分析
2.1　Ni2+对槐叶苹叶片吸收矿质元素的影响
从表 1可以看出 ,槐叶苹叶片对 Ni2+的吸收随
其浓度增加而升高 ,且不同矿质元素受 Ni2+浓度的
影响不同 ,可分成 2类:①促进槐叶苹叶片对 Ca2+ 、
Na
+ 、Zn2+ 、Fe3+ 、Mg2+的吸收.其中 Na+ 、Zn2+ 、Mg2+
与处理浓度间呈极显著正相关[ r(Na+)=0.993 0 ,
r(Zn2+)=0.992 2 , r(Mg2+)=0.967 4 , p <0.01] ,
Ca
2+ 、Fe3+呈显著正相关 [ r(Ca2+)=0.826 2 ,
r(Fe3+)=0.872 7 , p<0.05] .②显著抑制对 Mn2+ 、
Mo
2+ 、P 、K+的吸收.分析表明 ,Mn2+ 、K+呈极显著负
相关[ r(Mn2+)=-0.986 6 , r(K+)=-0.994 4 , p<
0.01] ,Mo2+ 、P呈显著负相关[ r(Mo2+)=-0.891 7 ,
r(P)=-0.815 2 , p<0.05] .
2.2　Ni2+对槐叶苹叶片叶绿素和类胡萝卜素含量
的影响
从表2可以看出 ,随Ni2+浓度的升高 ,总叶绿素
(Chl)含量 、叶绿素 a(Chl-a)、叶绿素 b(Chl-b)、类胡
萝卜素(Car)含量等变化趋势一致 ,均呈单峰型变
化 ,且在低浓度 5 mg L时达到最大值 ,分别为对照的
134.48%、117.65%、127.88%和 132.09%.Ni2+为最高
浓度 20 mg L时 ,数值均低于对照 ,差异分析表明 ,它
们与Ni2+浓度间差异无显著相关性.Chl a b 变化呈
上升趋势 ,在 20 mg L时 ,略有下降.Car Chl总体呈下
降变化.差异分析表明 , Chl a b 呈显著负相关性
[ rChl a b=0.814 1 , p<0.05] ,Car Chl呈无显著相关性.
23098 期 计汪栋等:Ni2+对槐叶苹叶片生理特征及亚显微结构的影响
表 1　Ni2+胁迫对槐叶苹叶片矿质元素含量的影响1) μg·g -1
Table 1　Effects of Ni2+ addition on nutrient contents in Salvinia natans leaves μg·g -1
项目 Ni 2+ mg·L -1
0 5 10 15 20
Ni2+ 218±4.36 347±6.94 583±11.7 1 328±26.6 1 946±38.9＊＊
Ca2+ 9.23±0.18 11.4±0.23 21.6±0.43 17.8±0.36 30.7±0.62＊
促进矿质吸收 Na2+ 785±15.7 972±19.4 1 263±25.3 1 549±30.9 1 732±34.6＊＊
Zn2+ 20.5±0.41 27.4±0.55 34.2±0.68 39.5±0.79 44.1±0.88＊＊
Fe3+ 60.3±1.21 89.4±1.79 83.7±1.99 112±2.24 157±3.14＊
Mg2+ 217±4.34 274±5.48 361±7.22 398±7.96 431±8.62＊＊
Mn2+ 20.8±0.42 17.5±0.35 15.2±0.30 10.3±0.21 6.42±0.13＊＊
抑制矿质吸收 Mo2+ 1.964±0.04 1.327±0.01 0.739±0.01 0.203±0.01 0.346±0.01＊
P 413±8.26 314±6.28 267±5.34 213±4.26 156±3.12＊
K+ 3 079±61.6 2 404±48.1 1 838±36.8 1 245±24.9 821±16.4＊＊
1)表中的数据为平均值±标准差;＊表示 p<0.05 , ＊＊表示 p<0.01 ,下同
表 2　Ni2+胁迫对槐叶苹叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响 mg·g -1
Table 2　Effect s of Ni2+ addition on chlorophyl l and carotenoid content in Salvinia natans leaves mg·g-1
Ni2+ 总叶绿素Chl 叶绿素 a 叶绿素 b 类胡萝卜素 叶绿素 a b 类胡萝卜素 总叶绿素
0 0.699±0.014 0.510±0.01 0.269±0.005 0.081±0.002 1.599±0.031 0.116±0.002
5 0.940±0.019 0.600±0.012 0.344±0.007 0.107±0.002 1.732±0.034 0.114±0.002
10 0.740±0.015 0.475±0.01 0.261±0.005 0.088±0.002 1.816±0.036 0.120±0.002
15 0.691±0.014 0.440±0.01 0.253±0.005 0.081±0.002 1.735±0.035 0.117±0.002
20 0.650±0.013 0.400±0.008 0.250±0.005 0.044±0.001 1.598±0.032＊ 0.067±0.001
2.3　Ni2+对槐叶苹叶片可溶性蛋白及其 SDS-PAGE
电泳的影响
随着Ni2+处理浓度的增大 ,可溶性蛋白含量呈
缓慢下降趋势[图 1(a)] .当达到最高浓度 20 mg L
时 ,含量达到最低 ,为对照的 72.43%.分析结果表
明 ,可溶性蛋白含量与 Ni2+处理浓度间达到极显著
负相关性[ r=-0.984 9 , p<0.01] .从 SDS-PAGE 蛋
白电泳图[图 1(b)]也可以看出 ,随着Ni2+处理浓度
的增大 ,导致了相对分子质量较小的多肽增加 ,即小
于相对分子质量17 200的多肽表达量比对照条带图
谱的表达量显著增加.同时 ,也诱导了相对分子质量
94 000多肽的出现 ,相对分子质量35 000多肽蛋白条
带表达量加强.
2.4　Ni2+对槐叶苹叶片SOD、POD和CAT 活性的影响
从图 2可以看出 ,在 Ni2+胁迫下 ,3种保护酶都
表现出不同的变化趋势.SOD和 CAT 活性变化呈下
降趋势[图2(a)和(c)] ,浓度为20 mg L时 ,活性均达
到最小值 ,分别比对照减少了 53.12%和 75.06%.
相比之下 ,POD活性表现出先缓慢后显著上升趋势
[图 2(b)] .在最高浓度时 ,活性达最大值 ,为对照的
53.22%.CAT活性存在明显的下降趋势[图 2(c)] .
差异分析表明 ,SOD 、CAT 活性与 Ni2+处理浓度间达
　　
图 1　Ni2+胁迫对槐叶苹叶片可溶性糖含量及其 SDS-PAGE蛋白电泳的影响
Fig.1　Effects of Ni 2+ addition on soluble protein content and SDS-PAGE in Salvinia natans leaves
2310 环　　境　　科　　学 29 卷
图 2　Ni2+胁迫对槐叶苹叶片 SOD、POD 和 CAT活性的影响
Fig.2　Effects of Ni2+ addition on SOD , POD and CAT activities in Salvinia natans leaves
到差异极显著负相关性[ rSOD=-0.899 1 , p <0.01;
rPOD=-0.965 5 ,p<0.01] ,POD活性差异极显著正
相关性[ rCAT =0.908 1 , p<0.01] .
2.5　Ni2+对槐叶苹叶片 O·-2 产生速率 、H2O2 、MDA
和可溶性糖含量的影响
从表 3可以看出 ,Ni2+胁迫下槐叶苹叶片 O·-2
产生速率 、H2O2 和MDA含量三者变化均逐步上升.
在最高浓度 20 mg L时 ,O·-2 产生速率达到最大 ,为
对照1.68倍;H2O2含量最大值为对照的 2.07倍;差
异分析表明 ,三者的变化与 Ni2+处理浓度间均达到
差异极显著正相关[ r(O·-2 )=0.989 7 , p <0.01;
r(H2O2)=0.980 1 , p <0.01;r(MDA)=0.986 6 ,
p<0.01] .可溶性糖含量一直减少 ,在最高浓度时 ,
仅为对照的 0.51倍.差异分析表明 ,与 Ni2+处理浓
度间达到差异极显著负相关 [ r(可溶性糖)=
-0.971 3 , p<0.01] .
表 3　Ni2+胁迫对槐叶苹叶片 O·-2 、H2O2 、MDA和可溶性糖含量的影响
Table 3　Effect s of Ni2+ addition on O·-2 ,H2O2 , MDA and soluble sugar content in Salvinia natans leaves
项目 Ni
2+ mg·L -1
0 5 10 15 20
O ·-2 nmol·g-1 94.19±1.89 109.12±2.19 120.96±2.20 147.73±2.96 157.50±3.15＊＊
H2O2 mmol·g-1 75.84±1.52 95.42±2.54 127.08±3.13 151.66±3.03 156.67±1.91＊＊
MDA nmol·g-1 21.13±0.42 23.03±0.46 23.62±0.47 26.41±0.53 27.60±0.51＊＊
可溶性糖 μmol·g -1 243.69±4.87 232.14±4.64 190.33±3.81 179.76±3.59 125.17±2.50＊＊
2.6　Ni2+对槐叶苹叶肉细胞超微结构的影响
电镜观察发现 ,Ni2+胁迫对叶肉细胞超微结构
造成了明显损伤 ,且随着浓度的增大 ,破坏程度加
重.①叶绿体:未胁迫的叶肉细胞超微结构正常情况
下 ,叶绿体呈梭形或长椭球形 ,被膜和类囊体结构清
楚 ,基粒或基质片层与叶绿体长轴方向平行排列[图
3(a)] .10 mg L Ni2+时 ,叶绿体基粒类囊体膨胀 ,间
质片层空间增大 ,部分叶绿体内 、外膜破裂[ 图 3
(b)] .②线粒体:正常情况下 ,线粒体呈比较规则的
球形或椭球形 ,在细胞质基质中少量分布 ,双层被膜
结构完整 , 嵴清晰可见 , 呈随机排列[图 3(c)] .10
mg L Ni2+时 ,线粒体嵴突膨胀 ,有致密的线状结构 ,
部分线粒体膜结构开始破裂[图 3(d)] .③细胞核:
对照叶肉细胞中细胞核核膜清晰 ,内部的染色质均
匀分布 , 核仁致密与核质界限分明[ 图 3(e)] .15
mg L Ni2+时 ,细胞核仁解体成数小核仁 ,小核仁多
贴近核膜分布 ,核基质分布不均匀 ,核膜清晰度降低
[图 3(f)] .
3　讨论
Ni
2+是重金属元素 ,同时又是高等植物生长所
必需的营养元素之一 ,过量的 Ni2+对植物生长不
利.有研究表明 ,重金属胁迫植物的一个重要原因在
于其影响了植物对矿质元素的正常吸收[ 5] .本实验
中发现 , 当把浮水植物———槐叶苹培养在含不同
Ni
2+浓度的培养液中第 10 d后 ,槐叶苹叶片内 Ni2+
含量随处理浓度升高而积累增多 ,同时也极大地破
坏了正常叶片细胞的离子平衡:一方面是明显促进
了对 Ca2+ 、Na+ 、Zn2+ 、Fe3+ 、Mg2+的吸收 ,其中 Ni2+
促进槐叶苹对 Fe3+的吸收可能是由于它与 EDTA络
合的稳定性显著高于 Fe3+ , 从而使培养液中的
EDTA-Fe盐中的 Fe3+更易于被吸收造成的 ,槐叶苹
23118 期 计汪栋等:Ni2+对槐叶苹叶片生理特征及亚显微结构的影响
　　
(a)对照叶绿体 , ×8 000;(b)10 mg L Ni2+处理 , 类囊体膨胀 、破损 , ×12 000;(c)对照线粒体 , ×50 000.(d)10 mg L Ni2+处理 , 线粒体
的嵴突膨胀 , 部分线粒体膜破裂 , ×10 000;(e)对照细胞核 , ×10 000;(f)10 mg L Ni2+处理 , 核仁解体和凝胶状的染色质 , ×15 000
CP:叶绿体;N:细胞核;Nu:核仁;Nm:核膜
图 3　Ni2+胁迫对槐叶苹叶肉细胞超微结构的影响
Fig.3　Effect s of Ni2+addition on ultrastructure of Salvinia natans leaf cel ls
体内这些元素含量的增加也可能会对植物产生一定
的不良影响 ,如 Zn2+ 、Fe3+ 、Mg2+等本身就是重金属
元素.另一方面是显著抑制了对大量元素 P 、K +和
微量元素Mn2+ 、Mo2+的吸收 ,这可能由于Ni2+抑制
了呼吸作用 ,导致能量减少 ,从而不能满足主动吸收
时所需的能量造成的.
本研究发现 ,槐叶苹在低浓度 Ni2+(≤5 mg L)
胁迫下 ,叶绿素含量应激性升高 ,这是植物的一种保
护性适应现象.高浓度(≥10 mg L)处理时 ,叶绿素
含量下降 ,最终叶片失绿.这与 Ni2+在细胞内局部
积累过多 ,与叶绿体中蛋白质上的 —SH 基结合[ 21] ,
或取代其中的 Fe2+ 、Zn2+ 、Mg2+等 ,破坏了叶绿体结
构和功能活性有关.Chl a b 可以反映捕光色素复合
体Ⅱ(LHC Ⅱ)在所有含叶绿素的结构中所占的比
重 ,其值升高表明 LHCⅡ含量的减少 ,光合机构遭受
光氧化破坏的风险降低[ 19] .Car既是光合色素 ,又是
内源抗氧化剂 ,它可以耗散过剩光能 ,清除活性氧 ,
防止膜脂过氧化[ 12] .实验结果表明 ,Ni2+处理后 ,Car
含量变化较为稳定 ,起到了减缓膜脂化的作用.电镜
观察也发现 ,Ni2+胁迫对细胞超微结构产生了明显
的破坏作用.这些结果反映出 ,Ni2+对槐叶苹的主要
光合色素和光合作用细胞器都造成破坏作用 ,最终
影响了植物光合作用的有效进行.
可溶性蛋白含量受 Ni2+浓度影响变化不大 ,仅
略有下降.Ni2+胁迫导致其含量下降 , 原因之一是
Ni
2+进入细胞后促进了蛋白水解酶的活性 ,加强了
原有蛋白质分解[ 22] .从 SDS-PAGE蛋白电泳图[图 1
(b)]也可以看出 ,随着 Ni2+处理浓度的增大 ,导致
了小分子量多肽的增加 ,即小于相对分子量17 200
的多肽表达量比对照条带图谱的表达量显著增加 ,
也诱导了94 000多肽的出现 , 35 000多肽蛋白条带表
达量加强.94 000多肽的出现可能是槐叶苹对 Ni2+
胁迫具有了一定的适应性 ,对外界环境做出的反应.
说明 Ni2+胁迫不仅加强了原有蛋白质的降解 ,还可
能诱导了新蛋白的产生.
重金属胁迫对植物的重要毒害机制之一是导致
积累过量活性氧(ROS)而影响其正常代谢[ 23] ,后者
水平受到抗氧化酶和抗氧化剂的双重调节.SOD 、
POD 、CAT 是酶促防御系统的重要保护酶 , Car 是重
要的内源抗氧化剂 ,本研究结果显示 , 随着溶液中
Ni
2+浓度增大 ,槐叶苹叶片内活性氧增多的同时
SOD 、CAT 活性显著下降 ,Car 含量也先升后降 ,表明
它们对槐叶苹 Ni2+胁迫的防御作用是有限的.反过
来 ,植物体内酶系统的功能紊乱必将严重削弱其清
2312 环　　境　　科　　学 29 卷
除活性氧的能力 ,进而使 O·-2 和H2O2 等大量积累 ,
引起细胞膜结构损伤和生理代谢紊乱.电镜观察结
果也从细胞学角度提供了佐证 ,如叶绿体被膜 、类囊
体膜和细胞核膜等的断裂 ,这也是重金属的植物毒
理学机制之一[ 24] .MDA 是膜脂过氧化的主要产物 ,
其含量可用以表示膜损伤的程度[ 8] ,本实验中 ,槐叶
苹体内 MDA含量随 Ni2+浓度增大而极显著上升也
证明细胞膜系统遭受的破坏程度加剧.逆境条件下 ,
植物通过合成积累可溶性糖等有机物质来调节细胞
内的渗透压[ 25] ,稳定细胞中酶分子的活性构象[ 26] ,
保护酶免受直接伤害 ,增强适应环境的能力.杨居荣
等[ 27]也指出可以根据高等水生植物叶片中可溶性
糖含量的改变来鉴别植物对重金属抗性的强弱.但
就槐叶苹而言 , Ni2+处理后可溶性糖含量却呈下降
趋势 ,这可能反映出槐叶苹对 Ni2+胁迫的耐受性
较弱.
4　结论
(1)重金属对植物的胁迫并不是破坏某一种酶
或某一种物质的含量 ,而是对植物整个生理生化反
应和细胞结构造成整体伤害.
(2)重金属导致槐叶苹叶内离子平衡 、酶系统紊
乱 、活性氧产生和细胞结构损伤 ,使植物的生理代谢
失调并最终衰老和死亡.
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