全 文 ：湖 北 农 业 科 学 2009 年
收稿日期：2009－04-04
基金项目：南京晓庄学院重点课程生态学资助项目（200401）。
作者简介：王小平（1969－），男，江苏南京人，讲师，（电话）025－86178270（电子信箱）wangxpb＠163．com。
第 48 卷第 8 期
2009年 8 月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 48 No.8
Aug．，2009
随着人类社会生活的不断进步、现代工业的发
展，使环境污染问题倍受人们关注。 在工业排放的
“三废”中，尤其是废水中可能含有有毒重金属，如
汞、铅、铬等，这些重金属离子通过各种途径进入农
业生态系统环境中，使土壤和水体受到污染，进而
影响农作物的生长和品质。野生植物荠菜（Capsella
bursa－pastoris var．sativa）营养丰富，有着食用、药用
等多种价值［1］。 在一些地区已进行人工栽培荠菜来
满足市场需求。 目前，关于重金属对农作物中小麦、
番茄和玉米等的研究较多［2－4］，而对荠菜的研究尚属
少见， 本文研究了不同浓度 Cr3＋胁迫下荠菜幼苗叶
中叶绿素含量的变化， 以及植物体中 SOD、POD 和
CAT 几种抗氧化酶活性的变化规律，以探讨荠菜在
生长过程中受重金属胁迫后，植株生长生理变化的
情况，从而为生产提供相关的参考。
1 材料与方法
1．1 材料
荠菜（Capsella bursa－pastoris var．sativa）为十字
花科荠菜属草本植物，也是一种耐寒植物，在我国
分布广泛［5］。 本次试验的种子由辽宁省清原县野菜
繁育研究所提供。
1．2 方法
1．2．1 荠菜的幼苗培养与胁迫 荠菜种子用 6％的
Cr3＋胁迫对荠菜幼苗叶绿素含量及抗氧化酶活性的影响
王小平，华 春，陈全战，张边江
（南京晓庄学院生命科学系，南京 211171）
摘要：采用室内砂培试验，研究了不同浓度的 Cr3＋对荠菜（Capsella bursa－pastoris var．sativa）幼苗叶绿素
含量和几种抗氧化酶活性的影响。 结果显示，在低浓度 Cr3＋（5～15 mg·L－1）胁迫时，荠菜叶中的叶绿素含
量略有增加，表现出低浓度 Cr3＋能刺激叶绿素的合成、而高浓度 Cr3＋（25～45 mg·L－1）胁迫则叶绿素含量呈
下降的趋势，这也表明随 Cr3＋浓度增大对叶绿素伤害也增大。植株在受到 Cr3＋胁迫时，叶片中超氧化物岐
化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性均受到影响，呈现出一定地规律性变化，表现
为先上升后下降的趋势，当 Cr3＋浓度分别在 5 mg·L－1和 15 mg·L－1时，POD 和 SOD、CAT 的活性分别达到
最大值，而后随 Cr3＋浓度增加则各酶活性呈下降趋势。
关键词：荠菜；Cr3＋；叶绿素；抗氧化酶
中图分类号：S647；O614.61+1；Q845.78 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2009）08－1938-03
Effects of Cr3+ Stress on the Content of Chlorophyll and the Activity of Antioxidant
Enzymes in Shepherdspurse Seedlings
WANG Xiao－ping，HUA Chun，CHEN Quan－zhan，ZHANG Bian－jiang
（Life Science Department of Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing 211171， China）
Abstract： Effects of different Cr3＋ concentration on the contents of chlorophyll and the activity of antioxidant enzymes in
shepherdspurse （Capsella bursa－pastoris var．sativa） were studied with the method of indoor sand－culture． The results showed
that lower concentration of Cr3＋ （5～15 mg·L－1） ion led the content of chlorophyll in the leaves to increase， higher concentra-
tion of Cr3＋ （25～45 mg·L－1） ion led the content of chlorophyll to decrease． When the plant was stressed by Cr3+，its activity
of SOD， CAT and POD gradually increased first and decreased then． When the concentration of Cr3＋ was 5 mg·L－1， the POD
activity reached the maximum， and when it was 15 mg·L－1， SOD and CAT activity reached the maximum．
Key words：Shepherdspurse（Capsella bursa－pastoris var．sativa）； Cr3＋； chlorophyll； antioxidant enzymes
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2009.08.053
第 8 期
叶
绿
素
含
量
/m
g·
g-
1
0 5 15 25 35 45
Cr3+/mg·L-1
H2O2消毒 1 h后，用自来水冲洗干净，然后放入清水
浸泡 24 h，播种于装有石英砂的塑料盆中。 萌发后，
用 Hoagland培养液（用去离子水配制）浇灌。待苗长
至 4 叶 1 心时，选取长势一致的植株移入含有石英
砂的盆中，每盆植 6 株；6 盆为一试验组，其中 5 盆
为处理组，并编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，另 1 盆为对
照组Ⅵ；置于智能人工气候箱中培养，培养条件是
温度 20℃、每天光照 12 h、光强 100 μmol·m－2·s－1、相
对湿度 70％。 开始用 Hoagland培养液浇灌，每天浇
灌 1～2 次，15 d后开始用 Hoagland 溶液作为母液配
制 CrCl3浓度为 5、15、25、35 和 45 mg·L－1的新鲜培
养液，并分别对应浇灌Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ盆中的植
株，且用 Hoagland 溶液浇灌对照组Ⅵ，第 7 天开始
进行生理生化指标的测定。 各处理及测定均设 3 次
重复。
1．2．2 叶绿素含量、SOD、POD、CAT 的测定 叶绿
素含量的测定参照文献［6］中的分光光度法，测定
结果用 mg·g－1表示。 SOD的测定采用南京建成生物
工程公司的 SOD 试剂盒测定，SOD 抑制率达 50％
为 1个亚硝酸盐单位，以 U·mL－1表示。 POD的测定
按参照文献［6］中的愈创木酚法测定，酶活性以每
克植物鲜重每分钟吸光度变化值（△470·g－1·min－1）表
示。 CAT 的测定参照文献［7］中的过氧化氢酶活性
分光光度法测定，酶活性以每克植物鲜重每分钟吸
光度的变化值（△240·g－1·min－1）表示。
2 结果与分析
2．1 不同浓度 Cr3＋对荠菜叶绿素含量的影响
不同浓度的 Cr3＋胁迫对叶绿素含量的影响较为
明显（图 1）。 当植株受到低浓度 Cr3＋（5～15 mg·L－1）
胁迫时，叶绿素的含量有一定幅度地增加，且当浓
度为 15 mg·L－1时，含量达到最高，此时比对照组增
加了 37．7％。但随着胁迫浓度的增加，叶绿素含量呈
下降趋势，且 Cr3＋浓度为 45 mg·L－1时，植株叶绿素
含量最低，为对照组的 41．8％。 试验过程表明，植株
受到 Cr3＋胁迫后，叶绿素 a、叶绿素 b 的变化情况较
为相似，但从数据上看，低浓度仅对叶绿素 b 影响
较大，高浓度对叶绿素 a、b的影响均较大。
2．2 不同浓度的 Cr3＋胁迫对荠菜 SOD活性的影响
SOD 是植物体内清除自由基的关键酶之一，它
能催化生物体内分子氧活化的第一个中间产物·O2-
发生歧化反应，生成 O2和 H2O2［8］。试验结果表明，当
植株受到低浓度 Cr3＋胁迫后， 荠菜幼苗叶中的 SOD
活性呈上升趋势， 且在浓度为 15 mg·L－1时达到最
大值，比对照组植株增加了 51％；随着 Cr3＋浓度的增
加，荠菜幼苗 SOD 活性呈下降的趋势，且 45 mg·L－1
Cr3＋处理的荠菜幼苗 SOD 的活性最低， 比对照组植
株少了 60％（图 2）。这些变化与 SOD在植物体中的
作用有关，如植株处于逆境时，它可以及时清除自
由基和活性氧，提高植物的抗氧化能力，但此作用
是在一定范围表现的，超过这个范围则作用会降低。
2．3 不同浓度的 Cr3＋胁迫对荠菜 POD活性的影响
试验表明，当 Cr3＋浓度≤5 mg·L－1时，荠菜幼苗
叶中的 POD活性明显增强，且浓度在 5 mg·L－1时达
到最大值，随着 Cr3＋胁迫浓度的增加，则与前面 SOD
的变化类似， 同样也表现出先上升后下降的趋势
（图 3）。 在 5～25 mg·L－1 Cr3＋处理范围内，POD 活性
下降的幅度较为平缓； 而在 25～45 mg·L－1 Cr3＋处理
下，POD 活性下降的幅度较大，且在 35 mg·L－1时出
现低于对照组的现象， 并且以浓度为 45 mg·L－1时
最低。
图 1 Cr3＋胁迫下叶绿素含量的变化
叶绿素 b 含量
叶绿素 a 含量
叶绿素总含量
图 2 Cr3＋胁迫下 SOD 活性的变化
0 5 15 25 35 45
Cr3+/mg·L-1
300
250
200
150
100
50
0
SO
D/
U·
m
L-
1
0 5 15 25 35 45
Cr3+/mg·L-1
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
PO
D
/△
47
0·
g-
1 ·
m
in
-1
图 3 Cr3＋胁迫下 POD 活性的变化
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
王小平等：Cr3＋胁迫对荠菜幼苗叶绿素含量及抗氧化酶活性的影响 1939
湖 北 农 业 科 学 2009 年
2．4 不同浓度的 Cr3＋胁迫对荠菜 CAT活性的影响
CAT 能有效地降低植物体内的过氧化氢对细
胞的氧化作用，因此，植物体内存在 CAT 是其保护
自身免受活性氧自由基毒害的关键因素之一 ［8］。 试
验表明，当植株受到低浓度 Cr3＋胁迫时，CAT 活性呈
增加趋势，当浓度为 15 mg·L－1时活性达到最大（图
4）， 这可能与植株在低浓度 Cr3＋胁迫下， 植物体内
H2O2出现积累有关。 随着胁迫浓度的进一步增大，
CAT 活性呈下降趋势， 并在浓度为 35 mg·L－1 时，
CAT 活性低于对照组。 这可能是由于在此浓度时，
SOD 和 POD 的活性都减弱了， 使植物体内的·O2－、
自由基等含量升高，从而造成 CAT受损。
3 讨论
研究表明， 在低浓度 Cr3＋胁迫下，SOD、POD 和
CAT 的活性受到活性氧自由基的诱导而上升以清
除·O2－等活性自由基。 试验表明，在≤5 mg·L－1Cr3＋处
理时，荠菜叶中的 POD活性明显升高，且达到最大，
随着 Cr3＋浓度的逐渐增大，POD活性呈下降趋势；在
5～15 mg·L－1 Cr3＋处理时，SOD和 CAT的活性也呈增
加趋势， 随着 Cr3＋浓度的进一步增大，SOD 和 CAT
的活性都呈下降趋势。 这表明在重金属离子的胁迫
下，SOD、POD 和 CAT 等抗氧化酶在活性氧等的清
除中起着重要的作用，这些酶活性的高低与植物抗
逆性的大小有一定地相关性。 但它们只能在一定程
度上清除植物体内活性氧等有害物质，以维持活性
氧的代谢平衡，降低脂质过氧化作用［9］，减轻重金属
离子对细胞的伤害； 当胁迫离子浓度超过一定量
时，植物体受害明显，大量的·O2－使膜脂过氧化、影
响了蛋白质合成 ［10］，导致 SOD、POD 和 CAT 的活性
下降。
重金属 Cr3＋胁迫荠菜幼苗时， 荠菜幼苗中叶绿
素含量变化呈先升后降的趋势，这和荠菜的防御机
制有关，当低浓度的重金属刺激荠菜幼苗时，其体
内产生防御性反应，生成相应的解毒物质。 研究表
明，植物受重金属离子胁迫时，可使活性氧、自由基
清除酶的活性增加，清除由于重金属作用而生成的
活性氧［11］，使叶绿素的伤害减少或合成速度有所加
快，叶绿素的含量呈上升趋势。 但是当胁迫浓度进
一步加大以至超过了荠菜的承受能力时，超量的重
金属直接破坏解毒物质， 而且形成大量的活性氧、
自由基等， 这些物质直接把叶绿素等作为靶分子，
破坏叶绿素分子结构。 从而使叶绿素的含量降低，
影响植物的光合作用。 Cr3＋在低浓度时，荠菜幼苗的
叶绿素含量增加， 而高浓度时则叶绿素含量下降，
这也说明了荠菜对重金属离子胁迫产生的适应性
是有一定条件的。
参考文献：
［1］ 江苏植物研究所． 江苏植物志 （下）［M］． 南京： 江苏科技出版
社，1982．247．
［2］ 陈 宏，徐秋曼，王 葳，等．镉对小麦幼苗脂质过氧化和保护酶
活性的影响［J］．西北植物学报，2000，20（3）：399－403．
［3］ 杨双春，刘 玲，潘 一，等．Hg2＋，Cd2＋胁迫对玉米生理生态的影
响［J］．辽宁石油化工大学学报，2004，24（3）：62－65．
［4］ 丁海东，万延慧，齐乃敏，等．镉和锌对番茄幼苗抗氧化酶活性的
影响［J］．仲恺农业技术学院学报，2004，17（2）：37－41．
［5］ 吴征镒．中国植被［M］．北京：科学出版社，1983．1203．
［6］ 张志良，瞿伟菁．植物生理学实验指导［M］． 北京：高等教育出版
社，2003．67－70，123－124．
［7］ 徐镜波，袁晓凡，郎佩珍 ．过氧化氢酶活性分光光度法测定［J］．
环境化学，1997，16（1）：73－76．
［8］ 潘瑞炽 ． 植物生理学 ［M］． 第五版 ． 北京： 高等教育出版社，
2004．282－286．
［9］ 吴雪霞， 查丁石， 邰 翔． 低温胁迫对茄子幼苗生长、 抗氧化
酶活性和渗透调节物质的影响 ［J］． 江苏农业学报，2008，24
（4）：471－475．
［10］ 常福辰，施国新，丁小余，等． Cd2＋、Hg2＋复合污染下金鱼藻的细
胞膜脂过氧化和抗氧化酶活性的变化［J］．南京师范大学学报
（自然科学版），2002，25（1）：44－48．
［11］ 何翠屏，王慧中．重金属镉、铅对草坪植物根系代谢和叶绿素水
平的影响［J］． 湖北农业科学，2003（5）：60－63．
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0
图 4 Cr3＋胁迫下 CAT 活性的变化
0 5 15 25 35 45
Cr3+/mg·L-1
CA
T/
(△
24
0·
g-
1 ·
m
in
-1
（责任编辑 王 珞）
1940