全 文 ：香根草对重金属铅离子的胁迫反应研究 3
韩　露 3 3 　张小平　刘必融
(安徽师范大学生命科学学院 安徽省重要生物资源保护与利用研究重点实验室 ,芜湖 241000)
【摘要】　研究了 Pb2 + 对香根草生理生态指标的影响. 结果表明 , 随水培液中 Pb2 + 浓度的增加 (0～8 mmol
·L - 1) ,香根草苗的生长受到严重影响 ;叶片电导率增大 ; SOD 活性先上升后下降 ,但均高于对照 ,其活性
与 Pb2 + 浓度呈正相关 ; POD 和 CA T 活性虽也是先上升后下降 ,但在高浓度 ( > 4 mmol·L - 1) 的 Pb2 + 处理
下 ,酶活性均低于对照 ,其酶活性与 Pb2 + 浓度呈显著负相关. 可以认为 ,酶活性升高是由于香根草苗对
Pb2 + 胁迫做出的应激反应 ,而高浓度 Pb2 + 却对香根草苗的保护酶活性有抑制作用.
关键词 　香根草 　无菌苗 　Pb2 + 　胁迫
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 11 - 2178 - 04 　中图分类号 　Q945178 文献标识码 　A
Response of Vetiveria zizanioides to Pb2 + stress. HAN Lu ,ZHAN G Xiaoping ,L IU Birong ( Province Key L abo2
ratory of Biological Resources Conservation and Utiliz ation , College of L if e Science , A nhui Norm al U niversity ,
W uhu 241000 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (11) :2178～2181.
The study on the eco2physiological indices of V. zizanioides under Pb2 + stress showed that with the increase of
Pb2 + concentration (0～8 mmol·L - 1) in water culture ,the growth of V . z iz anioides seedlings was badly influ2
enced. Their leaves’conductivity increased ,while SOD activity increased first and decreased then ,but still higher
than control. There was a positive correlation between SOD activity and Pb2 + concentration. POD and CA T ac2
tivities were also increased first and decreased then ,but when the Pb2 + concentration was > 4 mmol·L - 1 ,these
enzyme activities were lower than the control ,and had a significantly negative correlation with Pb2 + concentra2
tion. It was considered that the increase of enzyme activities was resulted from the adaptability of V . z iz anioides
stressed by Pb2 + ,while high concentration Pb2 + had an inhibitory effect on enzyme activities.
Key words 　V etiveria z iz anioides , Aseptic seedlings , Pb2 + stress.
3 国家自然科学基金项目 (49871078) 、安徽省教育厅自然科学基金
项目 (2003kj149)和安徽省重要生物资源保护与利用研究重点实验
室基金资助项目.3 3 通讯联系人.
2005 - 03 - 07 收稿 ,2005 - 06 - 20 接受.
1 　引 　　言
香根草 ( V etiveria z iz anioi des)为生长在热带地
区的多年生禾本科植物 ,具有适应性强、生物量大、
易种、好管等特点 ,被广泛用于水土保持、道路塌方、
滑坡治理、生态环境治理、退化生态系统的恢复、富
营养水体的净化 ,以及对重金属和污染物的生物恢
复和土壤基质的改良等方面[3 ,10 ,17 ] . 针对香根草的
这些特点 ,近些年来 ,人们在香根草对重金属的耐性
和富集能力方面做了诸多研究 ,也取得了一些成
果[6 ,16 ,18 ] .但对于香根草在重金属胁迫下的生理适
应机制 ,至今并没有做过深入考察.
细胞渗透性和保护酶活性是植物受到逆境或衰
老时机体做出胁迫反应的重要生理指标 ,能反映出
植物抗性能力的大小. Pb 是对植物产生毒害作用的
一种重要的重金属污染物 ,目前对其研究主要集中
在探讨植物对它的吸收、积累、自身生长发育、光合
呼吸及作物品质等方面[7 ,20 ] . 本文通过用不同浓度
Pb 离子水培液对香根草无菌苗进行处理 ,观察了香
根草苗的生长状况 ,研究了 Pb2 + 对香根草生理生态
指标的影响 ,测定了该处理下的香根草叶片细胞渗
透性和保护酶活性的变化 ,为揭示 Pb 对植物的危
害提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料与处理
为减少外界因素对试验的影响 ,将组培的香根草无菌苗
移栽到无污染的沙土里培养 3 个月后 ,取高 30 cm 左右、长
势相同的草苗作为试验材料.
对上述香根草苗进行水培处理. 处理液分为 5 组 ,每组
以 Hoagland 营养液为稀释液 ,1 次性加入 Pb (NO3 ) 2 母液 ,
使溶液中含 Pb 量 (以纯 Pb 计算)分别为 0、2、4、6 和 8 mmol
·L - 1 ,以培养液为对照. 用 500 ml 烧杯中分别加入上述处理
液 200 ml ,每杯放入 15 株香根草苗 ,设 3 个重复 ,处理 7 d ,
结果取 3 次重复实验的平均值. 培养条件 :室温平均为 18
应 用 生 态 学 报 　2005 年 11 月 　第 16 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2005 ,16 (11)∶2178～2181
℃;光照为自然光照. 考虑到 Hoagland 营养液中有一些阴离
子 (如 SO42 - )会与 Pb2 + 反应产生沉淀 ,使溶液中含 Pb 量偏
小 ,通过计算 ,在配制溶液时尽量减小了误差.
212 　研究方法
21211 植株外伤症状 　参考秦天才[13 ] 用目测估计的方法
(并稍作修改) ,将香根草植株的外伤症状分为 4 级 :正常生
长 (无伤害) ,目测不到伤害症状 ;轻度伤害 ,仅叶稍及中心部
位部分失绿或转为黄绿色 ;中度伤害 ,中心部位及外围叶不
同程度失绿 ;重度伤害 ,植株干枯 ,部分叶片焦黄失绿.
21212 细胞渗透性的测定 [16 ] 　取不同处理的香根草苗同一
功能区鲜叶片各 012 g ,用双蒸水迅速冲洗干净 ,用刀片将材
料切成 015 cm 长的小段 ,用双蒸水迅速冲洗 2 次 ,再用吸水
纸吸净表面水分 ,放入装有 40 ml 双蒸水的三角烧瓶中 ,于
电动震荡机上以 300 r·min - 1 的转速震荡 1 h ,过滤后用
DDS212 型电导仪测量其电导率.
21213 保护酶活性的测定 　超氧化物歧化酶 ( SOD) 活性按
陈建勋[2 ]的方法测定. 酶活力单位用抑制氮蓝四唑 (NB T) 光
化还原 50 %时所需酶量为 1 个酶活性单位 (U) ,然后再计算
出酶活性 ,以 U·mg - 1蛋白或 U·g - 1 ( FW) 表示. 过氧化物酶
(POD)活性采用 Poqinnock[12 ]的方法测定. 活性单位用 1 g
植物材料氧化愈创木酚的μg 数表示 (稍作修改 ,试剂作用时
间延长 2 min) .
过氧化氢酶 (CA T) 活性采用 Poqinnock[12 ]的方法测定.
活性单位用在 20 ℃条件下 ,1 min 内 1 g 植物材料分解的过
氧化氢的微克分子数表示.
3 　结果与分析
311 　Pb2 + 浓度对香根草生长的影响
香根草苗自处理的第 5 天起 ,第 3、4 和 5 处理
组均出现明显的受伤症状 ,其中第 3 处理组的部分
叶片颜色由绿转为黄绿 ;第 4 处理组的部分叶片已
不同程度地失绿 ; 8 mmol·L - 1 Pb2 + 浓度处理的香
根草苗受伤害最大 ,表现为部分叶片叶稍发黄 ,已出
现轻微干枯症状. 随着时间的推移 ,伤害症状愈加明
显与严重. 在第 7 天 ,第 5 处理组的小部分叶片已经
呈现出枯死现象 (表 1) .
表 1 　Pb2 +处理香根草苗外伤症状
Table 1 External symptoms of V. zizanioides stressed by Pb2 +
项目
Item
Pb2 + (mmol·L - 1)
0 2 4 6 8
症　状
Symptom
正常生长
Normal growth
正常生长
Normal growth
轻度伤害
Light injury
中度伤害
Secondary injury
重度伤害
Serious injury
312 　Pb2 + 浓度对香根草细胞膜透性的影响
从图 1 可以看出 ,随着浓度的增大 ,香根草苗的
电导率呈上升趋势 ,与 Pb2 + 浓度显著相关 ,相关系
数 r = 019375 ,回归方程为 y = 601395 + 61453x. 这
说明香根草苗在不同 Pb2 + 浓度的影响下 ,细胞膜受
到了不同程度的损害 ,导致细胞质外渗 ,以 8 mmol·
L - 1 Pb2 + 处理的香根草苗电导率最大.
图 1 　Pb2 +浓度对香根草细胞渗透性的影响
Fig. 1 Effect of Pb2 + on cell membrane permeability of V . zizanioides.
313 　Pb2 +浓度对香根草保护酶活性的影响
31311 SOD 活性的变化 　图 2 是在 Pb2 + 胁迫下香
根草的 SOD 活性变化. 从图 2 可以看出 ,在 Pb2 + 浓
度为 2 mmol·L - 1 时 , SOD 活性上升为对照组的
110199 % ,当 Pb2 + 浓度为 8 mmol·L - 1时降为谷值 ,
仅为对照组的 104161 %. SOD 活性与 Pb2 + 浓度的
相关系数 r = 013822 ,回归方程为 y = 012912 +
01005 x ,呈正相关.
图 2 　Pb2 +浓度对 SOD 酶活性的影响
Fig. 2 Effects of Pb2 + concentration on SOD activity of V . zizanioides.
31312 POD 活性的变化 　如图 3 所示 ,POD 活性在
Pb2 +浓度为 2 mmol·L - 1时达到峰值 ,接着下降 ,在
Pb2 +浓度为 8 mmol·L - 1时达到谷值 ,为对照组的
871869 % ,最低值低于对照组. 其与 Pb2 + 浓度的相
关系数 r = - 018201 ,回归方程 y = 4 81219 -
187142 x ,总体趋势与 Pb2 + 浓度呈负相关.
31313 CA T 活性的变化 　从图 4 可以看出 ,CA T 活
性的峰值也是出现在 Pb2 + 浓度为 2 mmol·L - 1时 ,
其值为对照组的 157193 % ,变化非常显著 ,但随
Pb2 +浓度的增加 ,活性陡然下降 ,在 Pb2 + 浓度为 8
mmol·L - 1时仅为对照组的 591874 % ,最高值与最
低值悬殊很大. CA T 活性与 Pb2 + 浓度的相关系数 r
= - 016807 ,回归方程 y = 863178 - 9214 x ,呈负相
关.
971211 期 　　　　　　　　　　　　　韩 　露等 :香根草对重金属铅离子的胁迫反应研究 　　　　　　　　　　　
图 3 　Pb2 +浓度对香根草 POD 和 CAT 活性的影响
Fig. 3 Effects of Pb2 + concentration on POD and CAT activity of V .
zizanioides.
4 　讨 　　论
细胞膜的主要功能是控制细胞与外界环境的物
质交换 ,这是因为细胞膜具有选择透性. 但是 ,随着
细胞生理状态的不同 ,物质的这种透过能力可以发
生相应的变化. 一旦细胞死亡 ,膜的选择透性也就随
之消失 ,物质便可以自由地通过[8 ] . 细胞膜的透性
可以反映出细胞的生理状态 ,是评价植物抗性能力
的重要指标之一. 由图 1 可见 ,香根草的电导率随着
Pb2 +浓度的增大而逐渐上升 ,这是由于 Pb 与细胞
膜蛋白的一些基团或磷脂分子的磷脂类物质反应 ,
造成膜蛋白的磷脂结构改变 ,致使细胞膜结构改变 ,
膜系统遭到破坏 ,透性增大 ,使细胞内的一些可溶物
质外渗 ,电导率增大的缘故. 随着 Pb2 + 浓度的增大 ,
香根草叶片的电导率变大 ,说明细胞膜被破坏的程
度加深.
许多逆境因子 (如寒冷、干旱、干燥、水淹、重金
属等)都能影响植物体内活性氧代谢系统的平衡 ,产
生大量的氧自由基. 氧自由基能启动膜脂过氧化或
膜脂脱脂化作用 ,从而破坏膜结构 ,使膜差别逆性消
失 ,导致一系列有害的生理变化[14 ,21 ] ,但植物细胞
同时也存在清除这些自由基的多种途径 ,两者形成
平衡体系. 植物体内的 SOD、POD、CA T 酶对这些氧
自由基和过氧化物起着清除作用 : SOD 将超氧化物
歧化为 H2O2 , POD 和 CA T 则催化 H2O2 形成 H2O ,
只有 SOD、POD 和 CA T 三者协同作用 ,才能使生物
自由基维持在一个低水平 , 从而防止自由基毒
害[1 ,15 ,20 ] .在外界 Pb2 + 的影响下 ,香根草苗体内的
保护酶活性呈现出一定的变化趋势.
SOD 是植物体内清除活性氧的关键酶 ,可清除
植物体内的超氧阴离子自由基 ,将氧阴离子自由基
歧化为 H2O2 ,减缓自由基对膜的伤害[4 ,5 ] . 由图 2
可见 ,SOD 活性呈上升趋势. 在外界 Pb2 + 的影响下 ,
香根草体内产生了大量的活性氧自由基 ,使 SOD 底
物增加 ,导致 SOD 活性上升 ,但随着 Pb2 + 浓度的增
大 ,植物体受害加重 , SOD 酶被破坏 ,受到抑制作
用 ,SOD 活性下降.
POD 是植物中普遍存在的一种氧化还原酶类 ,
参与植物体内的许多生理生化过程 ,具有许多非常
重要的生理功能. 已有许多报道 , POD 在细胞内在
自由基的消除、延缓衰老等方面发挥重要的作
用[11 ] .本实验中 ,POD 活性随胁迫时间的延长先上
升后下降 ,这可能是香根草对重金属胁迫的应激反
应 ,符合植物对胁迫反应的典型特征.
CA T 是和 POD 功能相似的酶类 ,都是催化
H2O2 形成 H2O. 比较图 3 和图 4 可以看出 ,两者的
变化也很相近 ,这可能与它们功能相似有关.
植物在受到外界逆境影响时 ,体内的保护酶活
性会发生一系列相应的变化. 结果表明 ,香根草在低
浓度 Pb2 + 的影响下 ,酶活性较对照组有所增加 ,但
随着 Pb2 + 浓度的增加 ,酶活性减弱. 分析其原因 ,香
根草在低浓度 Pb2 + 的影响下 ,体内采取各种措施 ,
提高抗性以适应不良环境 ,这是香根草苗对低浓度
的 Pb2 +胁迫做出的应激反应 ,但随着 Pb2 + 浓度的
增加 ,超过了香根草的耐受极限 ,植物体受到了严重
的损伤 ,其保护酶受到相应损害 ,甚至死亡 ,继而转
化为 Pb2 + 对香根草苗的抑制效应. 这与马文丽[9 ]用
Cd 处理乌麦种子萌发幼苗 ,研究其抗氧化酶活性变
化的结果相符.
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作者简介 　韩 　露 ,女 ,1979 生 ,硕士研究生. 主要从事植物
生态学研究 ,发表论文 3 篇. Tel : 13721039509 ; E2mail : han2
luer04 @163. com
181211 期 　　　　　　　　　　　　　韩 　露等 :香根草对重金属铅离子的胁迫反应研究