全 文 ：第 37卷 第 8期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.37 No.8
2009年 8月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Aug.2009
废电池浸出液对青萍(Lemnaminor)生长的影响 1)
宋关玲　马汇泉　宋新华
(山东理工大学 ,淄博 , 255049)
　　摘　要　为了研究青萍(Lemnaminor)是否可以应用于有废电池污染的富营养化地表水体的治理和生态修复
中 , 用不同倍数稀释的废电池浸出液处理 3d的青萍作为试验材料 , 研究了在短期培养条件下 , 废电池浸出液对青
萍生长的影响 , 并测定了抗氧化系统的几种酶(POD、CAT、SOD)的活性以及可溶性蛋白质量分数的变化。研究表
明:青萍对废电池浸出液很敏感 ,低质量浓度的废电池浸出液可以使青萍中活性氧的含量增高 ,高质量浓度的废电
池浸出液可以使青萍抗氧化酶系统紊乱 ,该植物在有废电池污染的水体中应该慎重应用 。
关键词　废电池液;青萍(Lemnaminor);保护酶;水体修复
分类号　X5EffectofUsedBatteryLixiviumonGrowthofLemnaminor/SongGuanling, MaHuiquan, SongXinhua(CollegeofLifeSciences, ShandongUniversityofTechnology, Zibo255049, P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversi-ty.-2009, 37(8).-15 ～ 16, 25Anexperimentwasconductedtostudytheefectofusedbaterylixiviumonthegrowthofduckweed(LemnaminorL.)plantsinordertodiscusswhetherduckweedcouldbeusedintherestorationofwaterbodypolutedbyusedbateries.Duckweedwascultivatedindiferentconcentrationsofusedbaterylixiviumfor3 days.Solubleproteincontentandactivi-tiesofperoxidase, catalaseandsuperoxidedismutaseweremeasured.Resultsshowedthatduckweedwasverysensitivetothiskindofpollution.Lowconcentrationsofusedbatterylixiviumresultedintheaccumulationofhighconcentrationofac-tiveoxygeninthecellsofduckweed, whiletheoxidativeenzymesystemofduckweedwasdisorganizedwhenthisplantwasexposedtohighconcentrationsofusedbaterylixivium.Applicationofduckweedtowaterbodyrestorationwithcadmiumpollutionshouldbecarefulyconsidered.Keywords　Usedbatteries;Lemnaminor;Protectiveenzymes;Waterbodyrestoration
　　水体污染一直是世界上面临的主要环境问题之一 , 利用
无二次污染的水生植物净化和修复水体是水体污染治理研究
的热点。浮萍科植物是在以大型水生植物为主的污水处理系
统中利用较多的类群之一 [ 1-2] 。原因是浮萍科植物具有繁殖
速度快 、N和 P含量高 、生长范围广 、适应性强 、容易收获等特
点。在国外的水体治理中早已经得到了广泛的应用 [ 3-4] , 国
内相对来说在该方面的研究很少 , 更没有具体的应用。日常
所用的普通干电池 , 主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池 2
类 , 它们都含有汞 、锰 、镉 、铅 、锌等各种金属物质 ,废旧电池被
遗弃后 , 电池的外壳会慢慢腐蚀 , 其中的重金属物质会逐渐渗
入水体和土壤 ,对水生和陆生生态系统造成严重的危害。本文在
实验室模拟的情况下研究了废电池浸出液对浮萍科常见植物青
萍(Lemnaminor)生长情况的影响 ,目的在于分析该植物是否适
合应用于有该类污染物污染水体的治理和生态修复。
1　材料与方法
材料来源:青萍(Lemnaminor)采自山东省淄博市周村
区。在试验前 1周 , 先到野外采集野生青萍 ,取回的青萍经流
水清洗后放在大水族箱中进行实验室内扩大繁殖 , 使其适应
室内的生长条件 , 扩大培养 7d后用于试验。
废电池浸出液的制备:取华太牌七号废旧电池 4节 , 用外
力砸破外壳 , 将内部物质放在盛有自来水的烧杯中浸泡 3d,
每天用玻璃棒搅拌 1次 ,浸泡时用塑料薄膜封口防止蒸发 , 3
d后将溶液过滤 , 定容至 1 000 mL, 转移至棕色容量瓶中备
用。并用原子吸收分光光度计测定主要的重金属含量。
培养条件:分别取用滤纸吸干 5min的青萍 3g, 置于自来
水中(对照)和用自来水稀释一定倍数的废电池液中进行培
养。废旧电池液的稀释倍数为 Ⅰ级(稀释 500倍)、Ⅱ级(稀释
1)山东省自然科学基金项目(Y2008B67)和山东理工大学博士
科研启动项目(0640041)。
第一作者简介:宋关玲 ,女 , 1971年 11月生 ,山东理工大学生命
科学学院 ,副教授。
收稿日期:2008年 9月 9日。
责任编辑:潘　华。
100倍)、Ⅲ级(稀释 50倍)、Ⅳ级(稀释 10倍)、Ⅴ级(不稀
释)。每组培养实验均设置 3个重复。置于培养温度为 20 ～
22℃,光照强度为 2 000lx,光照时间为 12h,湿度为 60%的人工
光照气候箱中培养。培养 3d后用于取样测定相应理化指标。
分析方法:酶液的制备 、可溶性蛋白质量分数的测定 、过
氧化物酶(POD)活性 、过氧化氢酶(CAT)活性 、超氧化物歧化
酶(SOD)活性测定参见参考文献 [ 5] 。
数据统计方法:试验所得的数据用 SPSS13.0统计分析软
件进行 ONE—WAYANOVA方差分析。
2　结果与讨论
2.1　废电池浸出液中主要重金属质量浓度
利用原子吸收分光光度计测定的废电池浸出液所含有的
主要重金属铅的质量浓度是 0.200 9mg/L, 镉的质量浓度是
0.324 7mg/L, 镍的质量浓度是 0.117 5mg/L。由测定数据可
以看出 ,废电池浸出液中重金属所含质量浓度很高 ,这应该是
废电池对环境造成污染的主要原因。
2.2　废电池浸出液对青萍可溶性蛋白质量分数的影响
废电池浸出液对青萍可溶性蛋白质量分数的影响见表 1
所示。在本研究所设计的废电池浸出液质量浓度下 , 青萍可溶
性蛋白的质量分数同对照相比均明显降低 ,培养液中含有废电
池浸出液的质量浓度越高青萍可溶性蛋白的质量分数越低 , 废
电池浸出液质量浓度为Ⅲ级时可溶性的质量分数就降低了 37.
28×10-3。组间方差分析 P<0.01,组间差异十分显著。
可溶性蛋白具有强的亲水胶体性质 , 能增强细胞的持水
力 ,减少环境条件对原生质体的伤害。废电池浸出液存在条
件下 ,青萍可溶性蛋白质量分数降低 ,这表明该条件下青萍细
胞持水性降低 ,原生质体很容易受到伤害 ,同时也说明细胞利
用 N源的能力降低 , 说明在本试验所设计的质量浓度下 , 青
萍生长均受到了严重的影响。培养液中含有废电池浸出液的
质量浓度越高 ,青萍可溶性蛋白的质量分数越低 ,这也说明了
这种胁迫随着废电池浸出液质量浓度的升高而加剧 。
2.3　废电池浸出液对青萍的保护酶活性影响
活性氧(ROS)包括超氧阴离子自由基 、羟自由基 、过氧化
氢及单线态氧等种类。在细胞代谢过程中 , 如光合成 、光呼
吸 、脂肪酸氧化和衰老过程中都可能自然产生 ROS。它们具
有很强的氧化能力 , 对许多生物大分子有破坏作用。植物体
内具有自由基清除系统 , 在正常情况下 , 细胞内活性氧的产生
与清除处于一种动态平衡 , 不会引起伤害;在胁迫的条件下 ,
活性氧的含量升高从而形成氧化胁迫 ,同时植物也可以依靠
自身的可以清除活性氧的各种抗氧化酶(如 POD、CAT和
SOD)来保护细胞抵御活性氧的攻击 , 抑制膜脂过氧化;但当
受到逆境胁迫时 , 平衡遭到破坏 ,自由基产生和积累超过一定
的临界值时 , 就会发生膜伤害 , 甚至导致植物死亡。生物氧自
由基代谢及其生理作用的理论知识已经被广泛应用于各生命
学科领域的研究 , 活性氧构成氧化胁迫毒害细胞的现象也几
乎是一种共识。通常一些氧化酶活性的变化也被公认为植物
遭受氧化胁迫程度的重要标志 。本文研究了废电池浸出液对
青萍 SOD、CAT、POD活性的影响 , 旨在从保护酶活性的变化
分析该污染物对青萍生长的影响。
表 1　废电池浸出液对青萍可溶性蛋白质量分数的影响
电池液稀释倍数 蛋白质量分数 /10-3 电池液稀释倍数 蛋白质量分数 /10-3
对照 11.2125 Ⅲ 7.0316
Ⅰ 10.1220 Ⅳ 5.7013
Ⅱ 8.3143 Ⅴ 4.2284
　　注:对照为自来水;Ⅰ级(稀释 500倍)、Ⅱ级(稀释 100倍)、Ⅲ级(稀释 50
倍)、Ⅳ级(稀释 10倍)、Ⅴ级(不稀释)。
废电池浸出液对青萍 SOD、CAT、POD活性的影响见表
2。废电池浸出液的存在 ,使青萍 SOD的活性明显升高 , 并且
废电池浸出液的质量浓度越高 ,青萍 SOD的活性越大。组间
方差分析 P<0.01,组间差异十分显著。
SOD是一种广泛存在于生物界的金属酶类 , 其存在与细
胞的需氧代谢密切相关。SOD作为植物抗氧化系统的第一道
防线 , 清除细胞中多余的超氧根阴离子 [ 6] 。植物体 SOD活性
的升高代表着细胞内积累了高质量浓度的超氧根阴离子 , 植
物可以通过提高其体内 SOD的活性来对超氧根阴离子的质
量浓度进行调节。青萍 SOD活性随废电池浸出液质量浓度
升高而升高 , 这表明废电池浸出液对青萍造成了一定的环境
胁迫 , 青萍细胞内积累了高质量浓度的超氧根阴离子。青萍
通过提高细胞内 SOD酶的活性来清除细胞内积累的高质量
浓度的超氧根阴离子 ,减轻超氧根阴离子对细胞造成的氧化
伤害。 SOD酶活性一直升高的趋势同样表明 , 细胞清除超氧
根阴离子的能力一直呈增强的趋势。
表 2　废电池浸出液对青萍保护酶活性的影响
电池液稀
释倍数
SOD活性 /
U· mg-1
CAT活性 /
U· mg-1· min-1
POD活性 /
U· mg-1·min-1
对照 60.076 7 34.333 3 853.303 1
Ⅰ 72.743 9 57.676 8 915.000 0
Ⅱ 80.396 0 40.125 6 1 003.838 0
Ⅲ 87.904 8 46.666 7 953.328 9
Ⅳ 108.493 3 26.085 2 910.012 0
Ⅴ 149.810 4 20.301 2 833.401 8
　　注:对照为自来水;Ⅰ级(稀释 500倍)、Ⅱ级(稀释 100倍)、Ⅲ级
(稀释 50倍)、Ⅳ级(稀释 10倍)、Ⅴ级(不稀释)。
青萍细胞内 CAT活性的变化随培养条件中废电池浸出
液质量浓度的增高出现先增高后降低的趋势。当废电池浸出
液为质量浓度Ⅲ(稀释 50倍)时 CAT活性最高 , 高于该质量
浓度时 CAT的活性开始明显降低 , 当废电池浸出液为质量浓
度Ⅳ(稀释 10倍)时 CAT活性就明显低于对照。组间方差分
析 P<0.01,组间差异十分显著。
CAT是一种含 Fe的血蛋白酶类 , 能催化 H2O2分解成水
和氧 [ 7] , 因此与植物代谢强度及抗逆能力密切有关 , CAT具
有清除植物体内活性氧 、维持质膜稳定性的作用。细胞 CAT
的活性是 H2O2转化的一重要信号。相对低质量浓度的废电池浸出液引起青萍 CAT活性的升高 , 说明此时植物细胞遭受
一定程度的氧化伤害 ,细胞中积累了高质量浓度的 H2O2 , 植
物细胞提高 CAT的活性将 H2O2转化成对细胞无害的水 , 从而减轻废电池浸出液对细胞的伤害。当废电池浸出液的质量
浓度超过大于 50倍稀释时青萍细胞 CAT活性开始降低 , 说
明此时构成的氧化胁迫已经很严重 , 细胞清除 H2O2 的调节能力已经开始下降。当废电池浸出液的质量浓度超过大于
10倍稀释时青萍细胞 CAT活性低于对照说明此时细胞已经
遭受到了非常严重的氧化伤害 , 细胞内积累的高质量浓度的
H
2
O
2
无法清除 ,该植物无法在此胁迫下存活。
青萍细胞内 POD活性的变化规律类似于 CAT的变化规律 ,
也是出现随培养条件中废电池浸出液的质量浓度增高出现先增
高后降低的趋势 ,当废电池浸出液质量浓度为Ⅱ(稀释 100倍)时
POD活性最高。组间方差分析 P<0.01,组间差异十分显著。
POD是一种涉及到植物生长 、发育以及代谢等的一类
酶 ,它们影响植物体内木质素和乙烯的合成 、IAA的分解 , 同
时也参与植物体内对病菌 、伤害等的防御和保护作用 [ 8] 。 该
类酶位于细胞质 、液泡 、细胞壁以及细胞外空间 , 利用愈创木
酚为电子供体在不同的有机和无机底物氧化过程中清除
H2O2 ,减轻过氧化氢对有机体的伤害。本研究中的数据表明低质量浓度的废电池浸出液对青萍造成了一定的氧化伤害 ,
此时细胞提高 POD的活性来清除细胞质 、液泡 、细胞壁以及
细胞外空间中的 H2O2 , 减轻过氧化氢对机体的伤害 , 这种调节能力在废电池浸出液质量浓度为Ⅱ时达到最大 , 高于该质
量浓度的废电池浸出液由于对细胞的毒害效应过大 , 青萍通
过升高 POD活性来减低细胞伤害的能力下降。
由青萍保护酶活性随模拟培养条件下废电池浸出液的质
量浓度变化而变化的数据可以看出 , 在本研究所设计的几种
废电池浸出液的质量浓度下 , 青萍 SOD活性一直升高 , CAT
在废电池浸出液质量浓度为Ⅲ时达到最大 , 在废电池浸出液
质量浓度为Ⅳ时就低于对照。 POD活性在废电池浸出液质
量浓度为Ⅱ时达到最大 , 高于该质量浓度的废电池浸出液青
萍 POD活性降低。这些数据表明高质量浓度的废电池浸出
液存在的条件下 , 青萍保护酶调节出现了不同步显现 ,这通常
是植物遭受严重氧化伤害的标志。保护酶活性的变化规律说
明了废电池浸出液对青萍的毒害效应很强 , 在本研究所设计
的质量浓度下 ,最低的质量浓度就可以使青萍受到氧化伤害 ,
质量浓度高时保护酶活性调节出现不同步 , 植物受到的氧化
伤害已经很严重。由于废电池中成分含量比较复杂 , 其对植
物的伤害很可能存在复合效应 , 该方面的机理还有待于研究。
3　结论
废电池浸出液对水生生态系统中常见植物青萍的毒害作
用较大。青萍在低质量浓度废电池浸出液存在的条件下 , 细
胞遭受到一定的氧化伤害 , 可溶性蛋白质量分数明显降低 , 几
种保护酶活性明显升高;当模拟环境中有高质量浓度的废电
池液浸出时 ,青萍保护酶活性出现调节不同步 ,植物氧化伤害
严重 ,短期就可以使植物死亡。该植物在有废电池污染的水
体进行修复应该慎重应用 ,在该类水体应该选择对该污染耐
性较强的植物进行治理和生态修复。
参　考　文　献
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16 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 37卷
现 [ 12 , 35] , 繁殖体后代的大小随母株的增大呈显著的正相关关
系 , 与本文的研究结果一致。无论以生物量还是基径衡量缺
苞箭竹母株的大小 , 都与当年生立竹基径都呈显著的回归关
系 , 表明缺苞箭竹母株能在个体水平上影响克隆繁殖。但是 ,
当年生立竹的高度在各林冠环境下没有表现出和母株相同的
趋势 , 仅是在大林窗环境中显著低于其他林冠环境 , 原因尚需
做进一步调查。当间隔子主要功能是充当贮藏器官时 ,基株
必须先满足资源吸收结构的生长 , 在资源允许的情况下才开
始间隔子的生长 [ 36] 。本研究中 ,各个林冠环境下间隔子大小
和母株大小的回归关系显著 , 暗示了大的母株能把更多的光
合产物传递给间隔子 ,间隔子再把营养物质传递给更新芽以
支持其萌发和生长 , 从而形成当年生立竹。说明母株对当年
生立竹的影响 , 是通过间隔子实现的。
大熊猫主食竹的克隆生长深刻影响了亚高山针叶林的结
构与功能。同时 , 大熊猫主食竹的生长受到了亚高山针叶林
时空异质性的影响 , 由于条件的限制 ,本文只考虑了环境空间
异质性对大熊猫主食竹的影响 ,并没有考虑时间异质性对大
熊猫主食竹克隆生长的影响 , 也没有考虑在克隆生长的各个
阶段 , 母株对其的影响有无变化 ,如母株大小是否影响当年生
立竹的出生率 , 死亡率和存活率。 关于空间异质性对缺苞箭
竹的影响 , 本文重点探讨了自然状态下不同林冠环境对缺苞
箭竹克隆生长的影响 , 而随着光照的改变 , 温度和湿度等环境
因子也会发生变化。关于这些因子以及其交互作用对缺苞箭
竹的影响 , 仍需做进一步的研究。
参　考　文　献
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