全 文 ： 69王　学等: 外源亚精胺对荇菜抗Hg2+胁迫能力的影响 1期
2003-04-03收到, 2003-10-20接受。
国家自然科学基金项目（No.30370083）和教育部科学技术研究
重要项目（No.01043）及江苏省重点实验室开放基金资助。
*E-mail:wangxue_77@tom.com;Tel:13813009359
外源亚精胺对荇菜抗Hg2+胁迫能力的影响
王　学*　施国新　马广岳　徐勤松　Rafeek Khaled　胡金朝
(南京师范大学生命科学学院，南京210097）
摘要: 3 mg/L的Hg2+降低了叶内亚精胺(spermidine,
Spd)、精胺(spermine,Spm)含量，促进了腐胺
(putrescine,Put)合成，喷施Spd可提高叶内Spd、Spm
含量，对Put含量则在低浓度下使其下降、高浓度(将
近1 mmol/L)下使之上升。3 mg/L的Hg2+可显著降低
SOD、CAT、APX活性，提高O2－?产生速率，导致膜脂过
氧化物（MDA）过量积累，造成叶绿素、可溶性蛋白大
幅度下降。而喷施Spd可减轻Hg2+处理的这些作用，喷
施的最适浓度为0.1~0.5 mmol/L。
关键词：荇菜；Hg2+胁迫；腐胺；亚精胺；精胺
中图分类号：Q945
　　多胺是一类广泛存在于动物、植物和微生物
体内的具有生理活性的低分子量脂肪族含氮碱。
腐胺、亚精胺、精胺是植物体内较常见的3种多
胺，与植物生长发育关系密切(Kakkar等2000)。
环境胁迫可诱导植物体内积累大量多胺，这些物
质在稳定细胞膜、核酸及蛋白质等大分子物质的
构象上起重要作用(Bouchereau等1999)。外施适
量浓度的多胺能在一定程度上缓解盐（Prakash和
Prathapasenan 1988）、除草剂（Chang和Kao
1997）、高温（Murkowski 2001）等逆境胁迫。
但目前这一方面的研究主要集中于陆生植物，对
于多胺能否缓解逆境对水生植物的胁迫则研究甚
少，也尚未见用外源多胺缓解重金属胁迫的报告。
重金属是造成水体恶化的重要因素之一，其
毒害作用日益引起人们的关注，有关这方面的报告
较多（Mascher等 2002），但对于如何解除重金
属毒害的研究却鲜有报告。本文以水生植物荇菜为
材料，用毒性较强的重金属汞处理，研究了外源亚
精胺对汞胁迫下叶内一些酶（S O D、A P X、
CAT、PO D）活性，O 2¯· 产生速率，MDA、可
溶性蛋白、叶绿素及多胺含量的影响，以期为探寻
缓解重金属胁迫的途径提供参考。
1　材料与方法
1.1　材料和培养
　　荇菜[Nymphoides peltatum(Gm .) Kuntze]，龙
胆科荇菜属植物。采自江苏东山太湖水域，将其
移植于水生植物培育池中培养。
　　实验前，将材料放在Forma3744培养箱内无
底泥的大玻璃缸中，用自来水预培养，光照周期
为12 h/12 h,光暗温度25℃/18℃，光照强度70
μmol photons m-2 s-1。7 d后选取生长健壮的植株
（实验前便确定好大小、颜色等较一致的成熟叶
作为各项生理指标的待测叶片）分成2组。对照
组：用1/10 Hoagland培养液水培；Hg2+处理组：
用含Hg2+ 3 mg/L的1/10 Hoagland培养液处理。
两组皆用0、0.05、0.1、0.5、1、5 mmol/L的
亚精胺溶液于每天的7:00和19:00各向叶面喷施一
次，第5天取样测定，实验重复3次。
1.2　多胺含量的测定
　　采用刘俊等(2002)的方法。
1.3　酶活性的测定
　　SOD活性测定采用Oyanagui(1984)的方法,其
活性单位为:每mL反应液中SOD抑制率达50%时
所对应的S O D量为一个亚硝酸盐单位（NU）。
CAT活性测定采用Πоцинок （1981）的方法。
POD活性测定采用Maehly(1955)的方法。APX活
性测定采用沈文飚和徐朗莱(1996)的方法。
1.4　O2－?产生速率的测定
　　采用王爱国和罗广华(1990)的方法。
1.5　MDA含量的测定
　　采用Heath和Parker(1968)的硫代巴比妥酸
（TBA）比色法。
1.6　叶绿素含量的测定
　　采用Arnon(1949)的方法。
1.7　可溶性蛋白含量的测定
　　采用Bradford(1976)的方法，以牛血清白蛋白
7 0 30卷 植物生理与分子生物学学报
图 1　外源Spd对荇菜叶片内多胺含量的影响
Fig.1　Effects of exogenous spermidine on the polyamine
contents of Nymphoides peltatum leaves
图 2　外源Spd对荇菜叶片一些酶活性的影响
Fig.2　Effects of exogenous spermidine on some enzyme activity
of Nymphoides peltatum leaves
(BSA)为标准蛋白。
2　结果
2.1　外源亚精胺（Spd）对荇菜叶片内多胺含量
的影响
　　单一Hg2+ 3 mg/L处理极显著地提高了叶内Put
含量，降低了Spd、Spm含量。两处理组的Put
含量皆随喷施Spd浓度的升高先降后升，而叶内
Spd、Spm含量则随喷施Spd浓度的加大而逐渐升
高。Hg2+处理组叶内的Put、Spd变化幅度均大
于对照组(图1)。
2.2　外源Spd对荇菜叶片一些酶活性的影响
　　由图2可见，3 mg/L的Hg2+显著降低了SOD、
APX、CAT的活性。而喷施低浓度的Spd则可提
高这三种酶的活性，且在低浓度范围内随喷施
Spd浓度的提高，三种酶活性逐步上升；当Spd
浓度高于0.1 mmol/L时，SOD、APX活性逐步
71王　学等: 外源亚精胺对荇菜抗Hg2+胁迫能力的影响 1期
图 3　外源Spd对荇菜叶片O2－?产生速率的影响
Fig.3 　Effects of exogenous spermidine on O2－ ? generation rate
of Nymphoides peltatum leaves
图 4　外源Spd对荇菜叶片MDA含量的影响
Fig.4　Effects of exogenous spermidine on MDA content of
Nymphoides peltatum leaves
图 5　外源Spd对荇菜叶片叶绿素含量的影响
Fig.5　 Effects of exogenous spermidine on chlorophyll content
of Nymphoides peltatum leaves
下降。而CAT活性则在Spd 0.1～0.5 mmol/L之
间始终处于上升趋势,当外源Spd接近1 mmol/L时
才开始下降。
　　与这三种酶不同，Hg2+ 3 mg/L极显著地提高
了POD的活性，而喷施Spd则可使其活性降低。
各浓度的外源Spd对正常生长的植物体内的POD
活性影响均较小，但对 Hg2+胁迫下的植物体内的
POD活性影响极大，在0～0.1 mmol/L范围内，
随外源Spd浓度的提高，Spd对POD活性的抑制
程度逐渐加大，当喷施浓度过高（0.5～5 mmol/
L）时,其抑制程度反而降低。
2.3 外源Spd对荇菜叶片O2－?产生速率的影响
　　O2－?伤害植物的机理之一在于参与启动膜脂过
氧化或膜脂脱酯作用(吕庆和郑荣梁1996)，从而
破坏膜结构。由图3可见，Hg2+处理4 d后叶内
O2－凡 俾始 灾 奶岣撸 馐㏒pd可降低O2－?产生
速率。用低浓度的Spd喷施无汞胁迫的植物也可
使O2－?的产生速率微微下降，但5 mmol/L的Spd
处理植物却促进了O2－?的产生，表现出伤害效
应。
2.4　外源Spd对荇菜叶片MDA含量的影响
　　MDA是膜脂过氧化作用的最终产物，是膜系
统受害的重要标志之一（陈少裕1991）。由图4
可见， Hg2+处理可以显著增加叶内MDA的含量，
而喷施Spd则可减弱Hg2+提高MDA含量的作用，
从而对膜系统起着一定的保护功能。外源Spd在
低浓度范围内（0.05～1 mmol/L）,可使MDA含
量随其浓度的增加逐渐降低，然而当外源Spd浓
度接近5 mmol/L时，却使MDA含量又略有增加。
2.5　外源Spd对荇菜叶片叶绿素和可溶性蛋白含
量的影响
　　重金属毒害植物的一个重要特征是引起植物叶
绿素减少、蛋白质含量降低，从而使植物失绿。
本实验中3 mg/L 的Hg2+显著降低了荇菜叶内叶绿
素和可溶性蛋白的含量，而喷施Spd则提高了叶
绿素、蛋白质的含量。其中在0～0.5 mmol/L范
围内，两处理组叶绿素含量随外源Spd浓度的加
大逐渐升高，当外源Spd浓度过高（将近1 mmol/
L）时，叶绿素含量不再随其浓度的增加而升高
（图5）。外源Spd也可在低浓度（0～0.1 mmol/
L）范围内使可溶性蛋白含量急剧增加，但浓度
过高（0.05～ mmol/L）时，却使其含量又逐
渐降低，尤其是Hg2+处理组（图6）。
3　讨论
　　本实验中，3 mg/L的 Hg2+ 降低了荇菜叶内
7 2 30卷 植物生理与分子生物学学报
Spd、Spm含量，促进了Put的合成（图1）。
而外施低浓度的Spd（0.05～0.5 mmol/L）则提
高了Spd、Spm的含量，降低了Put含量。Spd、
Spm含量的提高可能是由于外源Spd诱导二者合成
或者是外源Spd进入叶片细胞，并由Spd向Spm
转化所致；Put含量的降低则可能是外源Spd降低
了Hg2+ 提高Put含量的作用。当外源Spd浓度过
高（5 mmol/L）时，Spd便在荇菜叶内急剧积
累，尤其是Hg2+处理组，过高的Spd向Spm、
Put转化，从而导致Spm、Put也随之升高。体
外实验表明，当向荇菜叶片酶液中加入的Spd浓
度高于0.1 mmol/L时，它便对SOD等抗氧化酶产
生抑制作用，而且浓度越高抑制作用越强（另文
发表），这可能是喷施过高的外源Spd不再缓解
荇菜Hg2+ 毒害的缘故。
　　喷施0.1～0.5 mmol/L的Spd显著提高了
SOD、CAT、APX的活性（图2），增强了植
物的抗氧化能力，降低了O2－?产生速率（图3）。
喷施Spd使O2－?产生速率降低的另一种机制可能是
由于S p d直接清除自由基的作用增强的缘故
（Drolet等1986）。此外，质膜NADPH氧化酶
是产生活性氧的主要酶类（Harding等1997）,而
Spm可抑制 NADPH氧化酶的活性（Kitada等
产生。
　　从本实验的结果中我们还可以看出，当Spd
浓度达到1 mmol/L时，SOD、CAT、APX的活
性已开始回落，O2－凡 俾士 忌仙 玀DA
的含量仍在继续下降（图4），这说明MDA含
量的降低并不单纯是由Spd对SOD、CAT、APX
活性的提高和它对O2－返闹苯忧宄 饔靡约癝pm对
NADPH氧化酶的抑制作用造成，带正电荷的Spd
与膜上带负电荷的磷脂头部及其它带负电的基团结
合，稳定膜的结构，阻止膜脂过氧化作用
（Roberts等1986），也是一个很重要的机制。正
是由于Spd提高了类囊体膜的稳定性(Tiburcio等
1 9 9 3 )，才阻止了叶绿素从叶组织中损失
（Tiburcio等1994）。研究表明多胺可直接参与
细胞内蛋白质合成的调节，刺激蛋白质合成的各
个中间步骤，如激活一系列氨酰-tRNA合成酶与
核糖体结合，装备核糖体、稳定核糖体亚基，并
参与蛋白质合成的起始、延长、终止各个过程
（Tiburcio等1993）。多胺还可抑制酸性蛋白酶
和中性蛋白酶活性的提高（Balestreri等1987），
从而阻止Hg2+胁迫引起的蛋白含量的降低（图
6)。
　　POD除了参与H2O2的清除之外,还参与膜外活
性氧的产生(Kawano等1998)。本实验中，Hg2+
对POD活性有明显促进作用（图2），而未出现
抑制效应，这说明Hg2+进入植物组织后，通过影
响一系列的生理生化反应产生并积累了一些对机体
有害的过氧化物，随着POD底物浓度的增加，诱
导POD活性提高。而高活性的POD可能也是荇
菜叶内O2－坊 鄣囊桓鲋匾 颉Ｗ苤 琍OD活
性的提高对重金属逆境的适应机制比较复杂。而
外源Spd可极显著地降低Hg2+胁迫引起的POD活
性的提高，这从另一方面也证实了外源多胺可缓
解重金属胁迫。
　　综上所述，喷施适当浓度（0.1～0.5 mmol/
L）的外源Spd可增加叶内Spd、Spm含量，提
减少MDA含量，从而减轻Hg2+对荇菜的胁迫。
致谢：南京农业大学刘友良教授和刘俊博士等在本实验中
给予指导和帮助。
参 考 文 献
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图 6　外源Spd对荇菜叶片可溶性蛋白含量的影响
Fig.6 　Effects of exogenous spermidine on soluble protein
content of Nymphoides peltatum leaves
73王　学等: 外源亚精胺对荇菜抗Hg2+胁迫能力的影响 1期
1–15
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7 4 30卷 植物生理与分子生物学学报
Abstract: Effects of different exogenous
spermindine concentrations on the activities of
some enzymes(SOD, CAT, POD, APX), O2¯· gen-
eration rate, the MDA, chlorophyll, soluble pro-
tein and polyamine contents in leaves of
Nymphoides peltatum without Hg2+ stress or un-
der Hg2+ stress were studied. The results showed
that: (1) The spermidine(Spd) and spermine
(Spm) content dropped significantly under Hg2+
(3 mg/L) stress 4 d, while that of putrescine(Put)
was increased markedly(Fig.1). Exogenous Spd
could increase the Spd and Spm content in
leaves, while that of Put lowered at first and rose
later.(2) Hg2+ 3 mg/L decreased drastically the
activities of SOD, CAT and APX(Fig.2), in-
creased the O2¯· generation rate(Fig.3), led to the
accumulation of a large amount of MDA(Fig.4)
and loss of chlorophyll and soluble protein(Figs.
5,6). Exogenous Spd could enhance the activi-
ties of SOD, CAT and APX, decrease O2¯· genera-
tion rate and reduce the MDA content. In
addition, Spd could also decrease the loss of
chlorophyll and soluble protein content induced
by Hg2+ stress, enhance the ability of Nymphoides
peltatum to resist Hg2+ stress. The most suitable
concentration of Spd was in the range 0.1–0.5
mmol/L.
Key words: Nymphoides peltatum; Hg2+ stress; putrescine;
spermidine; spermine
Effects of Exogenous Spermidine on Resistance of Nymphoides peltatum
to Hg2+ Stress
WANG Xue*, SHI Guo-Xin, MA Guang-Yue, XU Qin-Song, Rafeek Khaled, HU Jin-Zhao
(College of Life Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210097)
This study was supported by the National Natural Science Founda-
tion of China(No.30370083), Key Program for Science and Technol-
ogy of Education Ministry of China (No.01043) and Key Laboratory
Open Foundation of Jiangsu Province.
*E-mail:wangxue_77@tom.com;Tel:13813009359