全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 28(4):511 -514 2008 年 7 月
狭叶香蒲吸收 Cd2+的动力学特征
吴晓丽1 , 罗玉明2 , 徐迎春1＊ , 鄢贵龙2
(1.南京农业大学园艺学院 , 南京 210095;2.淮阴师范学院生物系 , 江苏淮安 223300)
摘 要:采用水培方法 ,加入 Cd2+浓度为 0 、0.2 、0.4、0.6 、1、1.2 、1.5 mg ·L-1 ,分别在 4 、8 、12 、24 h 研究狭叶
香蒲幼苗吸收 Cd2+的动力学特征 。结果表明 ,狭叶香蒲对 Cd2+的吸收基本符合 Michaelis-Menten 动力学模
型。在上述几个时间段中 ,以 0～ 4 h时间段内狭叶香蒲对 Cd2+吸收的最大吸收速率 Vmax最大 ,Km 最小 ,α值
也最大 ,此时根系吸收能力最强。随时间的延长(4 ～ 24 h),Vmax变小 ,但是净吸收速率 V仍在增加。用 V-C
作图法和 L-B作图法求解动力学参数结果差异不大 ,且两种方法曲线模拟的相关性均较好。
关键词:狭叶香蒲;Cd2+;离子吸收动力学;动力学参数
中图分类号:Q945 文献标识码:A 文章编号:1000-3142(2008)04-0511-04
＊ The kinetics characteristic of Cd2+
absorption of Typha angustif olia
WU Xiao-Li1 , LUO Yu-Ming2 , XU Ying-Chun1＊ , YAN Gui-Long2
(1.College of Horticulture , Nanjing Agricultural University , Nanjing 210095 , China;2.Department
of Biology , Huaiy in Teachers College , Huai an 223300 , China)
Abstract:Cd2+ concentration of 0 ,0.2 ,0.4 ,0.6 , 1.0 , 1.2 , and 1.5 mg·L-1were added in hydroponic culture solution
to Typha angusti folia plants ,and the Kinetics characteristic of Cd2+ absorption of them were studied separately at 4
h ,8 h ,12 h ,and 24 h.Results indicated that the Cd2+ absorption of T.angusti f olia conformed to M ichaelis-Menten
Kinetics model in the main.Among the before time periods ,in 0-4 h time period , the maximum absorption rate Vmax
of T.angusti folia was the highest , the Km was the lowest , and the αvalue was the highest ,it showed that the root
absorption ability was the strongest.With the time extending (4-24 h),the Vmax decreased , but the completely ab-
sorption rate still increased.The kinetic parameters value obtained by V-C construction method and L-B const ruction
method differed insignificantly , and the relativity of the curve imitated by the two methods all were good.
Key words:Typha angusti f olia;Cd2+ ;kinetics of ion absorption;kinetic parameters
重金属污染在环境污染中占有十分突出的地
位 ,对生态环境可造成极大的破坏 。利用植物吸收
积累重金属的生物修复技术正在全球应用和发展
(常福辰等 , 2002)。据报道现已发现 Cd 、Co 、Cu 、
Pb 、Ni 、Se 、Mn 、Zn 超积累植物 400 余种(Blay lock
等 ,1995)。其中香蒲属(Typha)植物具有净化含
Pb 、Zn 、Cu 、Cd等重金属废水(郑瑛等 , 1996;叶志鸿
等 ,1992;戴晶平等 , 2003)及开发人工湿地的效能
(阳承胜等 , 2000;陈桂珠等 ,1996)。因此 ,香蒲属植
物在重金属污染生物修复的应用前景十分可观 。
Claassen &Barber(1974)提出了离子消耗曲
线方法 ,该方法的一个最基本的假设就是一般认为 ,
在低浓度范围内 , 根系对许多离子的吸收符合
M ichaelis-Menten动力学方程 V=Vmax ·C/(Km +
＊ 收稿日期:2006-12-18 修回日期:2007-03-03
基金项目:江苏省自然科学基金(02180009);淮安市农业科技计划项目(0352)[ Supported by Natural Science Foundation of Jiangsu Province
(02180009);Agricult ural Science and Technology Project of Huai an City(0352)]
作者简介:吴晓丽(1980-),女 ,宁夏青铜峡市人 ,在读硕士 ,从事观赏植物生理生态研究 ,(E-mail)w xli1220@yahoo.com.cn。
＊通讯作者(Author for correspondence ,E-mail:xu-ych@163.com)
C),式中 V 为某浓度时的净吸收速率 , C 为外液溶
液浓度 。Vmax为最大吸收速率 , Km 为米氏常数。离
子吸收动力学研究可为鉴定和筛选高效基因型以及
建立数学模型来描述离子迁移 ,并为预测植物对离
子的吸收提供依据。关于重金属离子的吸收动力学
研究 ,已有人对超积累 Cd2+的十字花科遏蓝菜属植
物 Thlaspi caerulescens 的两种生态型做了 Cd2+ 、
Zn2+的吸收动力学研究(Lombi等 ,2001)。香蒲属植
物对重金属 Cd2+的离子吸收动力学研究未见报道。
狭叶香蒲(Typha ang ust i f olia)又名水烛 , 株
形挺拔 ,叶形优美 ,其肉穗花序奇特可爱 ,是人工湿
地优选的水生植物。本试验以狭叶香蒲为试材 ,采
用离子吸收动力学的基本方法 ,研究其对 Cd 离子
的吸收状况 ,为香蒲属植物离子吸收的动力学特征
研究提供基础资料 。
1 材料与方法
1.1供试材料
试材为狭叶香蒲(Typha angusti folia),采自
江苏省淮安市楚州区。
1.2试验方法
将狭叶香蒲先用自来水预培养一周 ,然后分别
用 1/4 Hoag land 营养液 、1/2 Hoag land 各培养 9
d ,每 3天换一次营养液 ,于试验开始前 6天改用全营
养液培养。试验时加入 CdCl2 ·2.5H2O 溶液的浓度
设为:0 ,0.2 ,0.4 , 0.6 ,1.0 ,1.2 ,1.5 mg ·L-1 ,把植物
根全部浸入溶液中 ,调节 pH 值为 6.4 ,室温 25 ℃。
图 1 不同时间段内 Cd2+的吸收速率与浓度的关系
Fig .1 T he relation of absorption rate and Cd2+concent ration in dif ferent time periods
分别于 4 、8 、12 、24 h 时取少量溶液用 ICP 仪测
定 Cd2+含量。分别于试验开始前及试验结束时称
植株重 ,用于计算溶液失水量 ,最终计算得出各时间
段的 Cd2+吸收速率 ,用于绘制吸收动力学曲线。试
验重复三次。
1.3 数据分析方法
应用Sigmaplo t 10.0统计分析软件进行曲线拟
合 ,作 Cd2+的吸收动力学曲线 。
2 结果与分析
2.1 以 V-C(速率-浓度)法作图求解狭叶香蒲对
Cd2+的吸收动力学参数
应用 sigmaplot 10.0统计分析软件拟合速率-
浓度(V-C)曲线如图 1 ,可以看出 ,狭叶香蒲在不同
浓度 Cd2+的溶液中吸收 Cd2+的曲线基本符合
M ichaelis-Menten动力学特征。从同一时间测定不
同外液浓度的吸收曲线来看 ,狭叶香蒲在外液浓度
低时表现出较高的吸收速率增长 ,随外液浓度的增
加吸收速率增加减慢 ,以后随浓度的增加吸收曲线
趋于平缓。而不同时间段内狭叶香蒲吸收 Cd2+的
动力学曲线存在差异 ,在 0 ～ 4 、4 ～ 8 、8 ～ 24 h时吸
收平稳上升 ,但在 8 ～ 12 h 时吸收急速上升。由曲
线可得出动力学参数:最大吸收速率 Vmax和米氏常
数 Km 。从表 1来看 ,狭叶香蒲植株对 Cd2+的最大
吸收速率整体呈下降趋势。在几个时间段中 ,在 0
～ 4 h 的时间段内 Vmax最大;而 4 h后 ,在 4 ～ 8 h的
512 广 西 植 物 28卷
时间段内 Vmax迅速下降 ,为 4 h时的53.6%。8 ～ 12
h时 Vmax与 4 ～ 8 h时较接近 ,只下降了 4.3%,而在
12 ～ 24 h时 Vmax又下降了 53.9%。说明狭叶香蒲
在 4 h时具较高的吸收能力。
根系的吸收能力用α表示 ,α=Vmax/Km , α值越
大根系吸收能力越强。由 V-C 法求解出不同时间
段狭叶香蒲吸收 Cd2+的动力学参数 ,可以看出(表
1),在 0 ～ 4 h的吸收过程中α值最大 ,说明在 0 ～ 4
h的主动吸收过程中 Cd2+流入根系的速率最大 ,随
着吸收时间的延长 ,根系受到 Cd2+的伤害 ,吸收能
力减弱 ,最大吸收速率变小 ,但是净吸收速率仍在增
加 。对 V-C法作图得到的曲线的自变量与因变量
表 1 V-C作图法求解的不同时间段狭叶香蒲吸收
Cd
2+的动力学参数及曲线模拟的相关系数
Table 1 The Kinetics parameters of Cd2+ absorption of
Typha angusti f olia and relative coefficient of the curve
imitated by the V-C method in different time periods
时间段
(h)
Vmax
(mmol·g-1 h-1)
Km
(mmol· L-1)
α(Vmax/ Km) r
0～ 4 0.181 8 0.313 0 0.580 8 0.996 1
4～ 8 0.084 3 0.418 7 0.201 3 0.997 5
8～ 12 0.080 7 0.930 8 0.086 7 0.996 4
12～ 24 0.037 2 0.424 0 0.087 7 0.996 6
图 2 狭叶香蒲吸收Cd2+的 Lineweaver-Bu rke图
Fig .2 The Lineweaver-Burke chart of Cd2+ uptake of Ty pha angusti f olia
进行相关性分析 ,发现图 1中的四条曲线的自变量
与因变量的相关性均较好 ,相关系数均达到 0.99以
上(表 1)。
2.2 以 Lineweaver-Burke 双倒数法作图求解 Cd2+
的吸收动力学参数
Lineweaver &Burk 采用双倒数法(简称 L-B
法)将米氏方程 V=Vmax ·C/(Km +C)转变为:1/V
=1/Vmax +Km/Vmax ·1/C ,以 1/V 对 1/C 作图(图
2),可以看出 ,0 ～ 4 、4 ～ 8 、8 ～ 12 h和 12 ～ 24 h四个
时间段吸收曲线各有差异 ,整体趋势一致。
由 L-B 作图法求解的动力学参数及曲线模拟
的相关系数见表 2 ,与 V-C 图解法(表 1)进行比较
可以看出 ,两种方法求解的动力学参数的值差异不
很大 ,且两种方法模拟曲线的自变量与因变量相关
性都很好 。田霄鸿等(2001)对几种作物 NO -3 的吸
收动力学参数的研究 ,用同一组数据 ,分别用上述两
种方法求解的动力学参数差异相当可观 ,并认为原
因似乎是6种蔬菜幼苗在6个 NaNO 3 吸收系列中 ,
1 h 内吸收的 NO -3 绝对量太小。本试验采用的试
材和试验时间与其不同 ,因此所得结果有差异。
3 结论
本试验通过离子吸收动力学 ,研究了香蒲植物
在 24 h 的不同时间段内吸收 Cd2+的动态过程 。在
0 ～ 4 、4 ～ 8 、8 ～ 12 h 和 12 ～ 24 h四个时间段吸收动
力学曲线各有差异 ,但整体趋势一致 ,符合 M ichae-
lis-Menten动力学规律 。与其他植物对离子吸收动
力学研究呈现一致规律(常江等 , 1994;方从兵等 ,
2001)。试验表明狭叶香蒲在 0 ～ 4 h 时具有较高的
Cd
2+吸收能力。试验用 V-C 和 L-B两种作图法求
得的动力学参数结果差异不大 ,并且两种方法模拟
5134期 吴晓丽等:狭叶香蒲吸收 Cd2+的动力学特征
的曲线的自变量与因变量相关性均较好 。
表 2 L-B作图法求解的不同时间段狭叶香蒲吸收Cd2+
的动力学参数及曲线模拟的相关系数
Table 2 The kinetics parameters of Cd2+ absorption of
Ty pha angusti f olia and relative coefficient of the curve
imitated by the L-B method in different time periods
时间段(h)
Vmax
(mmol· g-1 h-1)
Km
(mmol· L- 1)
α
(Vmax/Km) r
0～ 4 0.197 9 0.402 0 0.492 2 0.980 0
4～ 8 0.079 2 0.352 8 0.224 5 0.989 1
8～ 12 0.079 3 0.895 8 0.088 5 0.994 7
12～ 24 0.042 6 0.587 9 0.072 5 0.985 5
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更正说明
发表于 2008年第 3期 414 ～ 419页的李欢庆作
者的文章 ,其中两处有误 ,现更正如下:
(1)图 3中的 BaC·2 更正为BaCl2 ;
(2)图 4中的图片更正为右图。
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