全 文 ：第2 5卷第3 期
2( X )2 年
南京师大学报( 自然科学版 )
J OA L N U RO FA N NJ IC N N《〕 M R人L UN V IE I诌 n、( N a tu l,al 氏 ie ; cI e )
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2 (义)2
C d 对符菜光合 、 呼吸速率和 A T P as e 活性的毒害影响
陶明煊 ’ , 吴国荣“ ,顾龚平 “ , 陆长梅“
( 1
.南京师范大学金陵女子学院 , 21 以刃 7 , 南京 )
(2
. 南京师范大学 生命科学学院 , 21 以刃7 、南京 )
[摘要〕 用不同浓度乖金属离子 cd , + 对水生植物符菜处理 不同时 间 , 在植株可耐受 的浓 度范 围内 , 植株 的光
合 、呼吸作用前期出现激应性上升 . 随着 引 2 十浓度的增加和处理 时间 的加长 , 植株受 毒害损 伤的现象越趋 明显 .
同时这种毒害 一与 rA rP as e 活性 的下降密切相关 .
【关键词 〕 若菜 , cd 毒害 , AT aseP
【中图分类号 〕(汐4 5 . 1 , 〔文献标识码 〕A , 【文章编号 〕10 1一 46 16( 2o 2 )03 - 以为4 一 05
由于工业 “ 三废 ” 和矿产开发的过滥 ,土壤和水体中的重金属 ( H g 、 C d 、 sA 、 C u 、 lA )污染愈趋
严重 ,造成重金属在植物体内的积累 ,不仅严重影响植物的生长和发育 ,而且会进人食物链 ,危
及人体健康〔’二. c d 被植物根系吸收后较其他重金属更易向植物体其它部位转移 , 与植 物细胞
质膜等膜上蛋白结合 ,改变其构型 ,直接影响膜上结合蛋白的活性川 . 近来有关植物 cd 毒害的
研究报道不少 ,主要集中在对植物形态结构 、 生长发育及生理生化等方面的毒害损伤作用 . 植
物细胞膜上的 AT aP s e 在细胞正常的生理代谢过程中起着极 为重要的作用 ,被称为生 命之泵 ,
其在植物受到低温 、 盐碱等逆境胁迫过程 中发生的变化 , 已经引起人 们的关注囚 ,但其在重金
属胁迫下受到的影响及相伴发生的机体生理变化尚未见报道 ,而这可能涉及到 C d 等重金属毒
害植物的机制性能 . 本文以荐菜为材料 ,用不同浓度的重金属离子 C矛十 处理 ,研究其对膜上多
种类型 人T P a s e 活性的影响 , 并结合此过程中光合 、 呼吸速率的变化 ,探讨膜上 A」于as e 在 C d 胁
迫下发生变化而引起植物生理生化紊乱的机制 . 对一于研究重金属毒害植物的机制 ,筛选抗耐性
植物品种 ,进行重金属污染生物防治 ,净化水质及处理污染的土壤系统具有积极的意义 .
1 材料与方法
1
.
1 材料
实验材料为龙胆科存菜属植物蒋菜 (理冲 , ho id e, , eP lat t un ; (mG le
.
) 0
.
K tz e )
. 采集生长状况
相似的符菜植株洗净后 ,放人 :1 40 稀释的 H go lan d 培养液 中培养 48 1。 ,吸干水分称重 , 分别放
人含浓度为 O 、 】、 2 、 s n嚼 / L Cd CI : 的 Z L 培养液 ( p H S . 4) 内 , 于 25 ℃左右室温下培养 ,观察测定
预实验表明 , 大于 s m留L 处理组培养 10 d 后植株陆续死亡 ,故测定仅 限于 〔 s m酬 L 的若菜可
耐性范围内 .
1
.
2 方法
仕卜绿素提取 、 含量 (以每克鲜重计 )及叶绿素 a 和 b 比值的测定 ,参照张志良主编《植物生理
收稿 } ,期 : 20 1一 0 8一 05 .
从余项 目 : 国家自然科学从金资助项 目 〔39 7 ()乍陌 ) .
作者简介 : 陶明煊 , 19 70一 , 硕 匕 南京师范大 J学金陵女子学院讲师 ,从事果蔬保鲜的教 赞与研究 .
一 9 4 一
陶明煊 ,等 : C d 对荐菜光合 、 呼吸速率和 A r FI 〕ase 活性的毒害影响
学实验指导方法》 [’] 进行 ;光合速率 、呼吸速率的测定 ( 以每毫克蛋白计 ) ,参照周长芳等 s[] 的方法 .
A n 、 s 。 活性的测定 ,参照 氏电韶困的方法 ,采用南京建成生物工程研究所提供的 A l l 、 eS 试剂盒 .
2 结果与分析
2
.
1 C d 对叶绿素含量的影响
不同浓度 C矛 + 处理存菜 10 d 后 ,叶一片中叶绿素 a , 叶绿素 b 和叶绿素总含量都随浓度增大
而不断下降 ;5 1119 / L 时 , 分别 比对照下降 5 % 、 48 % 和 53 % . 在不同浓度 C矛+ 毒害下 , 叶绿素
盯b的比值变化不大 , 表明两者对 C矛十 的敏感性相近 ,相比之下 ,叶绿素 a 比 b 稍敏感 (图 1 ) .
s m酬L 培养的植株 ,初期叶绿素含量下降 ,此后叶绿素含量上升 , 6 一 s d 超过对照 ,随后其
含量急剧下降 (图 2 ) ,表明就叶绿素而言 , C矛` 的毒害是随 C矛十 在细胞内积累到一定程度而逐
渐呈现出来 的 .
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1 2
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图 1 不同浓度 C d平十 处理对蒋菜叶绿素含 t 的影响 图 2 2 . 5 m砂 L 臼 2+ 处理不同时间叶绿素含且 的变化
2
.
2 c d Z
十对若菜叶片光合 、 呼吸速率的影响
不同浓度 c子+ 处理若菜 10 d 后 , 1 1119 / L c矛十处理组光合速率略有提高 , 但随浓度 的增大
迅速下降 ,到 5 11 19 / L 时已下降到对照的 4 . 9 % (图 3 ) . s n lg / L 培养组不同时间的叶片光合速率
测定表明 ,光合速率随培养时间的加长先升后降 , 6 d 时达到最高 , 为对照的 1 . 51 倍 . 随后由于毒
害程度的加深而下降 , 到 s d 已急降至对照的 54 . 4% (图 4 ) , 与叶绿素含量的变化趋势相一致 .
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ǎ二妙lo-xt二à/错划如米
1 2
浓度 /( ,11 9/ 一 )
时 l司 /d
一 汰 ; 一奋 - 处理
图 3 不 同浓度 C d平+ 处理 10 d 光合速率的影响 图 4 5 1现 / L dC Z+ 处理 不同时间光合速率的变化
dC
Z + 处理荐菜 10 d 后 , 不 同浓度组 呼吸速率的变化趋势与光合速率类似 (图 5 ) , 但 1 和
2 11 1留 L处理组的呼吸速率显著高于对照 . s m盯 L 组培养不 同时间 ,其呼吸速率 4 一 s d 间高于对
照 (图 6 ) ,但随培养时间的加长 ,呼吸速率下降 , 但下降幅度较光合速率小 .
一 9 5 一
南京师大学报 ( 自然科学版 ) 第 2 5卷第 3期 ( 2 02年 )
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图 5不同浓度 〔 dZ十 处理 1 0 d呼吸速率的影响
2
.
3AP T别记 活性的变化
分布在植物细胞质膜 、 液泡膜 、 光合膜和线粒
体内膜等部位 的各种 AP T a se对于维持细胞的正
常生理功能起着极为重要作用 .处理 r o d后测定
结果表明 , 各种 A l于 a s e 对 C d Z十 非常敏感 , 在 毛 5
m留 I J c d , + 浓度范围内 , H + 一 AT asP e 、 M扩` 一 A T I协 e 、
C a “ + 一 A T p a s e 等活性都下降 , 其中 H 十 一 ATP a s e 活性
的下降最为明显 , Z m岁 L 处理组测定值分别是对
照的 39 . 4 % 、 41 . 5 % 、 4 7 . 7 % (图 7) . s n lg/ L 浓度处
0 1 2
浓度 l[/ 1岁l
口日十 ; . M g Z十 ; . C a 卜
图 7 不 同浓度处理若菜 A {即 as e 活性的变化
理不同时间测定结果表明 ,三种 ATP as e 活性在处理的前期呈激应性上升的趋势 ,于 4 d 时达到
最高 , 此后随处理天数的增加 , AT Pase 活性下降得很快 . 与 C矛 ` 处理过程 中蒋菜的光合 、 呼吸
等重要生理参数结合起来看 , A TP a s e 活性变化出现更早 (图 8 ( A ) 、 ( )B 、 ( C ) ) , 表明位于膜上的
各种 APT as e 对于进人细胞的 C子十 处于首先受到影响的位置 ,且极为敏感 .
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图 8 s m g / L 处理蒋菜 10 d 三种 A T p别犯 活性的变化
3 讨论
实验结果表明 ,荐菜对水体中的 c矛十 相当敏感 , 在 l m酬 L 、 Z l n g / L 浓度下 , 光合和呼吸作
用都有刺激性升高的现象 , 而在 s m群 L 的浓度下 , 符菜的光合 、 呼吸等短暂升高后 , 即呈明显
的回落状态 , 随处理时间的延长 ,受毒害损伤的现象越趋 明显 . 实验还表明 , 溶液中 C dZ + 浓度
越大 ,植物毒害损伤的现象出现得越早 . 有人把此现象解释为 C乎斗 在低浓度时对植物有积极
的 “ 刺激作用 ” . 这种 “ 刺激作用 ” 主要表现在 C矛+ 促进植物体内的过氧化氢酶 、 过氧化物酶和
陶明煊 , 等 : C d 对符菜光合 、 呼吸速率和 A皿b se 活性的毒害影响
酸性磷酸酶等的活性 〔7 】,促进三梭酸循环 , 产生能量 ,从而使光合作用和呼吸代谢等在逆境条
件下有异常升高的现象 , 但随着 C矛+ 在细胞 内的积累 , 特别是在膜系统上附着 的增加 , 叶绿
体 、线粒体等重要细胞器膜结构和功能遭受损伤和破坏 ,光合和呼吸作用等逐渐减弱仁“ 3 . 我们
的实验证实了 C矛+ 等重金属对机体的毒害是随着其在机体内的积累逐步呈现出来的 , 受到浓
度和时间双重因子的制约 .
c d Z
十 对植物细胞毒害机制方面的研究 ,前人已经做 了很多工作 沙 一川 . c矛十 在植物体内易
转移的特性 〔`2」使得细胞的膜系统特别是膜上的功能性蛋白更容易 、 更直接地受 到其伤害 . 已
有研究资料表明 , C矛+ 进人细胞后多呈结合态或吸附状态于蛋白质部分 , 膜上 的蛋 白尤其如
此 [’ 3 1 . H + 一
ATP
as 。 、 M扩气ATP as e
、
c矛* 一 ATP as 。 等在细胞的膜体系上广泛分布 ,它们维护着膜两
侧的 p H 梯度 , △。 H 干 及膜的极化状态 , 直接参与细胞的生理代谢 、 能量代谢 ,调节膜 内外 C扩`
等金属离子及分子的运输仁`4 1 ,调节 c扩` 一 c aM 系统控制的信号转导 ,与光调节 、 极性生长 、 分泌
等生理生化过程积极相关 [ `5〕 . 显然膜上 AT I〕as e 活性和功能受到刺激抑制和损伤 , 将会直接影
响细胞一系列的生理过程 . 在本实验 C矛十 毒害过程 中细胞光合 、 呼吸等代谢过程所受到的影
响 ,无论是初期的激应性上升还是以后 的回落或下降 , 都与膜上各种 A T P as e 活性的变化相对
应 , 但发生的变化均滞后于膜上 A T P a s e 活性变化 的进程 , 这一事实提示 : 包括 C d Z 十 在 内的重
金属对植物细胞的毒害机制中 ,对膜上 A T P a s e 的伤害是重要的一环 ,具有引起生理生化损伤
的连锁反应的作用 . 维护膜 的稳定性 、 维护膜蛋 白结构和功能的完整性 , 对生物机体抗御包括
重金属在 内的逆境因子胁迫具有重要的意义 . 对此工作我们将继续报告 .
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〔责任编辑 :孙德泉 ]
(上接第 93 页 )
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〔责任编辑 :孙德泉〕
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