全 文 ：铅和镉污染对大羽藓生理特性的影响 3
魏海英　方炎明 3 3 　尹增芳
(南京林业大学森林资源与环境学院 ,南京 210037)
Effects of Pb2 + and Cd2 + pollution on physiological characteristics of Thuidium cymbif olium. WEI Haiying ,
Fang Yanming , YIN Zengfang ( College of Forest Resource and Envi ronmental Science , N anjing Forest ry U ni2
versity , N anjing 210037 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (5) :982～984.
This paper dealt with the effects of Pb2 + ,Cd2 + and their combined pollution on the contents of chlorophyll ,
potassium and calcium in Thuidium cymbif olium . The results showed that except at 0. 1 mg Cd2 + ·L - 1 , the
chlorophyll content decreased with increasing Pb2 + and Cd2 + concentrations ,which was 18 % of the control at
100 mg Cd2 + ·L - 1 ,and decreased by 48. 6 % at 200 mg Pb2 + ·L - 1 . The potassium and calcium contents also de2
creased with increasing pollutants concentrations ,being decreased by 61. 1 % at 100 mg Cd2 + ·L - 1 . Cd2 + had a
stronger toxicity than Pb2 + ,and the toxicity of their combined pollution was stronger than that of each pollu2
tant . Pb2 + could increase the toxicity of Cd2 + .
Key words 　Lead , Cadmium , Thuidium cymbif olium , Physiological characteristics.
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 05 - 0982 - 03 　中图分类号 　Q9481116 　文献标识码 　A
3 国家自然科学基金资助项目 (30070155) .3 3 通讯联系人. Tel :025285427185 ; E2mail :jwu4 @njfu. edu. cn
2004 - 03 - 05 收稿 ,2004 - 07 - 05 接受.
1 　引 　　言
随着经济的迅猛发展 ,各种工农业生产和家庭消费以及
人类对重金属的开采、冶炼、加工及制造等引起的重金属在
环境中的释放 ,严重地污染了土壤、水质和大气 ,导致环境恶
化 ,给社会、经济和人民生活造成了严重的危害. 据统计 ,目
前人类活动引起的 Pb、Cd 的人为释放量是自然释放量的 12
倍和 5 倍 ,其它重金属元素的人为释放量也超过自然释放量
或与自然释放量持平 [4 ] . 关于重金属特别是 Pb、Cd 对植物
体的影响研究多为单一污染胁迫研究 ,受试植物多为农作
物、蔬菜等[2 ,6 ,8～11 ] . 研究多集中在受试植物的外表症状、生
物量变化等方面 ,关于重金属引起植物超微结构变化的研究
也有报道[12 ,15 ,16 ] ,而以营养元素 K、Ca 变化为研究对象的
报道却不多[18 ] . K、Ca 是植物体生长发育必需的营养元素 , K
在植物体内主要起酶催化剂、促进蛋白质和碳水化合物的合
成与运输作用 ; Ca 是植物体内生理生化反应的主要调控
者[7 ] ,可维持细胞膜结构的稳定性 ,对植物的抗病性具有一
定作用. 大羽藓 ( Thuidium cymbif olium ) 属羽藓科大羽藓
属 ,在我国大部分地区都有分布 ,易于推广. 本文以 Pb、Cd
作为胁迫因子 ,通过对植物总叶绿素、K、Ca 含量的变化研
究 ,揭示 Pb、Cd 污染胁迫对大羽藓一些生理特性的影响 ,为
藓类监测大气重金属污染提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
大羽藓采自环境状况良好的浙江龙王山自然保护区
(119°23 E ,30°23′N) . 材料采集后 ,用自来水洗净 ,再用去离
子水冲洗 ,然后在去离子水中培养 3 d ,待植物体生长正常且
各培养生长状况基本相同后 ,用不同浓度的 Pb、Cd 溶液浸
没培养 , Pb (以纯 Pb 计) 浓度为 10、100 和 200 mg·L - 1 ,Cd
(以纯 Cd 计)浓度为 011、110、10 和 100 mg·L - 1 . 实验设 20
个组合 ,1 个对照 (表 1) . 处理 15 d 后测定总叶绿素、K和 Ca
含量.
表 1 　试验设计
Table 1 Experimental design( mg·L - 1)
Pb Cd
0 011 110 10 100
0 0 011 + 0 110 + 0 10 + 0 100 + 0
10 0 + 10 011 + 10 110 + 10 10 + 10 100 + 10
100 0 + 100 011 + 100 110 + 100 10 + 100 100 + 100
200 0 + 200 011 + 200 110 + 200 10 + 200 100 + 200
212 　研究方法
叶绿素测定[19 ]采用乙醇、丙酮 1∶1 混合液提取 ,用 722
型光栅分光光度计测定 (mg·g - 1 FW) ; K、Ca 含量测定参见
GB7887287. 待测液制备[13 ] :准确称取 015000 g 烘干样品 ,
放置于 50 ml 三角瓶内加 2、3 滴去离子水湿润样品 ,加入 10
ml 硝酸、高氯酸 (5∶1)混合酸 ,先低温 (约 100 ℃) 消煮 12 h ,
然后升高温度至瓶内消煮液保持微小气泡逸出 ,消化至大量
白烟冒尽 ,取下三角瓶稍冷 ,再加 2 ml 硝酸 (1∶1) 加热溶解
残留物 ,将瓶内剩余物用去离子水洗入 25 ml 容量瓶 ,冷却
定容 ,摇匀过滤待用 ,同时做空白对照. 制备液用电感耦合等
离子体发射光谱 ICP24300DV 分析法测定 K、Ca 含量.
3 　结果与讨论
311 　Pb、Cd 单一及复合污染对大羽藓中总叶绿素含量影响
　　由图 1 可以看出 ,除较低浓度 (Cd 011 mg·L - 1)处理外 ,
应 用 生 态 学 报 　2005 年 5 月 　第 16 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2005 ,16 (5)∶982～984
Pb、Cd 单一处理对大羽藓中总叶绿素含量的影响具有相同
的趋势. 随着浓度增加 ,总叶绿素含量不断减少 ,且减少量逐
渐增加 ,说明在 Cd 011 mg·L - 1时 ,Cd 促进了叶绿素合成 ;但
随着处理浓度的增加 ,叶绿素合成受阻 ,可能是由于 Cd 进入
植物细胞 ,抑制了叶绿素合成酶的活动. 而随着处理浓度的
增加 ,破坏了叶绿体的结构 ,使叶绿素含量不断减少 [11 ] . 在
Pb 100 mg·L - 1处理中 ,总叶绿素含量为 0117 mg·g - 1 ,仅为
对照的 5515 % ,而 Cd 100 mg·L - 1处理中 ,总叶绿素的含量
为 0113 mg·g - 1 ,为对照的 1810 % (表 2) . 在复合污染处理
中 ,总叶绿素含量也随着处理浓度的增加大幅下降. 在 011
～10 mg·L - 1的 Cd 处理中加入不同浓度的 Pb 时 ,总叶绿素
图 1 　Pb(a) 、Cd(b)单一污染对大羽藓总叶绿素含量的影响
Fig. 1 Effect of Pb(a) and Cd(b) single pollution on the chlorophyll con2
tents.
含量呈直线下降 ;当 10 mg·L - 1 Pb 加入 Cd 处理中 ,总叶绿
素含量开始下降 ,到 Pb、Cd ( Pb 200 mg·L - 1 、Cd 100 mg·
L - 1)最大组合处理时 ,总叶绿素含量仅为对照的 1513 % ,比
较单一处理和复合处理对总叶绿素含量的影响发现 ,复合处
理中总叶绿素的减少量均大于单一处理. 该趋势与 Pb、Cd
在大羽藓体内的协同累积 [12 ]相吻合.
312 　Pb、Cd 单一及复合污染对大羽藓营养元素含量的影响
随着 Pb、Cd 对大羽藓的伤害 ,植株体外表表现出一定
胁迫症状的同时 ,植株体中的营养元素含量也发生了相应改
变.在植株体受到重金属伤害后 ,植株体中的 K+ 会大量外
流 ,造成植株体严重缺 K[3 ] . 由表 2 可见 ,在 Pb、Cd 单一污染
处理中 ,大羽藓 K含量随着处理浓度的增加而逐渐减少 ,在
Pb 10 mg·L - 1 、Cd 011 mg·L - 1 、Cd 110 mg·L - 1低浓度时 K
含量减少缓慢 ,而在 Pb 100 mg·L - 1 、Pb 200 mg·L - 1 、Cd 100
mg·L - 1高浓度时减少量加大 ,呈直线下降趋势. 在复合污染
处理中 ,大羽藓中的 K在 Pb 10 mg·L - 1 + Cd 110 mg·L - 1
较 Pb 10 mg·L - 1 + Cd 1011 mg·L - 1处含量有所回升 ,然后
又开始减少 ,且减少速度加快 ,随着加入 Cd 中的 Pb 浓度增
加 ,大羽藓中 K的减少量逐渐增加.
许桂莲等[15 ]在研究 Zn、Cd 对小麦幼苗吸收营养物质的
影响时发现 ,Cd2 + ≥015 mg·L - 1时茎叶体中 Ca2 + 含量有明
显的下降趋势 ,且随着 Cd2 + 浓度的增加减少更趋明显 [1 ] . 由
表 2 可以看出 ,在 Pb 单一污染处理中 ,Ca 含量在 Pb 10 mg·
L - 1较对照略有上升 ,随之大幅度下降 ,而在 Cd 的单一处理
中 ,Ca 含量从低浓度已开始下降 ,到 Cd 100 mg·L - 1仅为对
照的 75 % ,与 Cd、Ca 在植物体内竞争结合位点的理论相吻
合.在复合污染中 ,Ca 的含量呈下降趋势 ,且减少量明显高
于单一污染处理 ,在 Pb 200 mg·L - 1 + Cd 100 mg·L - 1处理
中 ,Ca 含量仅为对照的 57 %.
表 2 　Pb、Cd单一及复合污染对大羽藓叶绿素、K和 Ca 含量的影响3
Table 2 Effect of Pb ,Cd single and joint pollution on the chlorophyll , Kand Ca contents of T. cymbif olium( mg·g - 1FW)
含　量
Content
Pb
(mg·L - 1)
Cd (mg·L - 1)
0 011 110 10 100
叶绿素 0 0172 0184 ( + 0112) 0157 ( - 0115) 0155 ( - 0117) 0113 ( - 0159)
Chlorophyll 10 0155 ( - 0117) 0150 ( - 0122) 0142 ( - 0130) 0123 ( - 0149) 0121 ( - 0151)
100 0140 ( - 0132) 0133 ( - 0139) 0127 ( - 0145) 0117 ( - 0155) 0115 ( - 0157)
200 0137 ( - 0135) 0130 ( - 0142) 0123 ( - 0149) 0114 ( - 0158) 0111 ( - 0161)
K 0 5130 5140 5120 3155 2109
10 4179 5115 5140 3152 2150
100 4143 4198 4101 3162 2137
200 2154 3174 2142 3122 2101
Ca 0 10110 9175 9135 9115 7160
10 10130 9155 10105 7190 6185
100 7175 7150 6190 6143 6125
200 6180 6170 6155 5190 51863 Pb 和 Cd 污染培养 15 d 　Pb and Cd solution for 15 days.
4 　结 　　论
411 　低浓度 (Cd 011 mg·L - 1) 的 Cd 促进了叶绿素的合成 ,
但处理浓度为 Cd 110 mg·L - 1时总叶绿素含量已开始下降 ,
尤其是在复合污染处理中 ,随着 Pb、Cd 处理浓度的加大 ,大
羽藓总叶绿素含量减少 ,表明总叶绿素含量变化可以作为藓
类植物监测大气重金属污染的一个生理指标 ,来定性地指示
一个地区的大气重金属污染状况.
412 　处理中苔藓植物体内的 K含量随着单一及复合污染处
理浓度的增加而逐渐减少 ,缺 K可能加速大羽藓植株体的死
亡. Ca 在低浓度处理中含量减少不明显 ,但随着重金属处理
浓度的增加 ,Ca 含量开始减少 ,而且与 Cd 累积量表现出一
定相关性.
3895 期 　　　　　　　　　　　　　　魏海英等 :铅和镉污染对大羽藓生理特性的影响 　　　　　　　　　　　
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作者简介 　魏海英 ,女 ,1976 年生 ,博士生. 主要从事苔藓生
态学与分子系统学研究 ,发表论文数篇. E2mail : why. 78 @
163. com
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