全 文 ：马蹄金叶片中铜、铅含量及其对生理指标的影响 3
李　君　周守标 3 3 　黄文江　王广林
(安徽师范大学生命科学学院 ,芜湖 241000)
【摘要】　研究了草坪草马蹄金对不同污染土壤的 Cu、Pb 含量. 结果表明 ,马蹄金体内 Cu 含量 (4418 mg·
kg - 1)高于 Pb 含量 (25159 mg·kg - 1) 1 两种元素在体内的分布特征是根、茎 > 叶 ( P < 0105) ,并随着土壤内
重金属含量增加而增加 ,但富集系数呈下降趋势 ;马蹄金对 Cu 的富集系数 (01784) 高于 Pb 的富集系数
(01465) . 自然状态下不同程度 Cu、Pb 复合污染对马蹄金叶片细胞膜及细胞保护系统的影响结果表明 , 随
着 Cu、Pb 浓度增加 ,叶片内叶绿素 a、叶绿素 a/ b 分别由 11610 mg·g - 1 FW 和 41100 下降到 11017 mg·g - 1
FW 和 21299 ;SOD 活性先升高至 1061494 U·g - 1 FW ,随后下降至 861258 U·g - 1 FW ; POD 活性则逐渐增
加 ;而细胞膜透性变化不明显.
关键词 　Cu、Pb 污染 　马蹄金 　富集 　生理指标
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 12 - 2355 - 04 　中图分类号 　Q945179 　文献标识码 　A
Cu and Pb contents in Dichondra repens leaf and their effects on its physiological indexes. L I J un , ZHOU
Shoubiao , HUAN G Wenjiang , WAN G Guanglin ( College of L if e Science , A nhui Norm al U niversity , W uhu
241000 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (12) :2355～2358.
This paper analyzed the contents of Cu and Pb in Dichondra repens grown on Cu and Pb contaminated soil to de2
termine if this plant is a hyperaccumulator of two elements. The results indicated that total content of Cu (4418
g·kg - 1) in the plant was higher than that of Pb (25159 g·kg - 1) ,and the contents of two elements were higher
in roots and stems than in leaves and increased with increasing soil contamination. The accumulation coefficient of
Cu (01784) was higher than that of Pb (01465) . With the increasing concentrations of two heavy metals ,the
chlorophyll a content and chlorophyll a/ b ratio in leaf decreased ,the SOD activity increased to the peak and de2
creased subsequently ,while the POD activity always maintained an increasing trend. The membrane permeability
of cell was not significantly varied.
Key words 　Cu and Pb pollution , Dichondra repens , Accumulation , Physiological index.
3 国家自然科学基金重大项目 (90102011) 、安徽省自然科学基金项
目 (00042415)和安徽省重点学科资助项目.3 3 通讯联系人.
2004 - 04 - 10 稿 ,2004 - 08 - 16 接受.
1 　引 　　言
随着矿山的大量开采和冶金工业的迅速发展 ,
大量重金属元素通过各种途径进入土壤 ,导致严重
的重金属污染. 近年来 ,随着重金属污染土地植物修
复技术[16 ,26 ]的兴起 ,对超富集植物和耐重金属植物
的发现和研究已日益引起重视. 目前发现的绝大多
数的超富集植物生长缓慢、生物量小 ,不适宜大面积
污染土壤的修复. 为此 ,继续寻找开发生物量大、生
长迅速、富集重金属能力强的植物是植物修复技术
走向工程应用的首要任务.
马蹄金 ( Dichondra repens) 是阔叶类草坪草 ,原
产于美国 ,1980 年由广州市引进. 该草以低矮致密、
叶形美观、绿期长、繁殖容易、生长迅速、抗逆性强等
优点在长江流域、淮河流域乃至黄河流域大面积推
广种植[25 ] . 有关马蹄金草坪草的光合特性和养护管
理等方面的研究已有报道[31 ] ,但其对重金属污染的
吸收、累积、分布和耐受能力 ,以及重金属对其的生
物毒性尚未见报道. 本文对种植在安徽省芜湖市不
同污染土壤上的马蹄金 Cu、Pb 含量进行了测定 ,探
明其不同部位对 Cu、Pb 的吸收与富集能力 ,旨在为
筛选土壤重金属污染修复植物及重金属元素在生态
系统中的循环过程研究积累基础资料 ,探索重金属
对植物毒害机理及植物对重金属污染耐性机理 ,以
期为植物修复技术提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
2003 年 9 月中旬在距离芜湖市冶炼厂 (SM4) 115 km 处
的经济开发区 (SM3) 、315 km 的安徽师范大学校园内 (SM2)
和 415 km 的神山 ( SM1 ) 生境一致处设点采样. 挖取植株及
其根部土壤带回实验室以供分析测定. 以神山 ( SM1 ) 为对
照.
212 　研究方法
21211 样品前处理 　土壤样品除去杂质置于 85 ℃恒温箱中
应 用 生 态 学 报 　2004 年 12 月 　第 15 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2004 ,15 (12)∶2355～2358
干燥至恒重 ,研磨 ,并过 100 目筛. 植物样品先用自来水洗去
尘土和杂草 ,再用蒸馏水冲洗 3 遍 ,分别取其地上部分 (叶)
和地下部分 (根茎) 置于 105 ℃烘箱中杀青 30 min ,然后于
80 ℃下烘干至恒重 ,研磨 ,备用. 样品均设 3 次重复 ,取其平
均值.
21212 样品消化及测定 　采用湿法消化法测定 [12 ] ,测定结
果以占干重表示 (mg·kg - 1) . 样品中 Cu、Pb 含量用日立 Z2
8000 火焰原子吸收光谱仪测定. 富集系数按富集系数 = 器
官重金属含量/ 土样中重金属元素的含量计算.
21213 生理指标测定 　叶绿素 a、b 含量采用分光光度法 [30 ]
(752N 型分光光度计 ,上海生产) ,用 80 %丙酮研磨提取 ,于
663 和 645 nm 处测定光密度 (mg·g - 1 FW) ;细胞膜透性采用
电导仪 (DDS211A 型 ,上海生产) 法[33 ]测定 ; POD 活性以愈
创本酚为过氧化酶底物采用分光光度法[33 ] 测定 ( U·g - 1
FW) ;SOD 活性按张志良 [30 ]方法测定 (U·g - 1 FW) .
3 　结果与讨论
311 　土壤重金属含量
本研究中 4 个样点均未受到废水废渣影响 ,附
近除冶炼厂外没有其他污染源. 而冶炼厂排放的废
气中 ,Cu、Pb 污染严重[26 ] . 为此 ,对 Cu、Pb 两种重
金属进行了测定 (表 1) . 由表 1 可见 , SM2 、SM3 、
SM4 样点中 Cu 污染严重 ,是背景值的[6 ] 1～5 倍 ,
SM1 、SM3 、SM4 中 Pb 超标 ,是背景值的 1～115 倍.
样点的 Cu 污染主要来自冶炼厂排放的废气 ,而 Pb
污染除了部分来自冶炼厂外 ,还有部分来自机动车
辆排放的尾气[13 ] ( SM1 、SM3 处于交通道路区) . 尼
梅罗综合指数 ( P)计算发现 ,SM1 ( P = 1100) 处于清
洁级、SM2 ( P = 1114) 属于轻污染、SM3 ( P = 2131)
属于中污染、SM4 ( P = 4123)属于重污染.
表 1 　不同土壤中 Cu、Pb浓度 3
Table 1 Concentration of Cu and Pb in four sites( mg DW·kg - 1)
元素
Element
SM1 SM2 SM3 SM4 土壤背景值
Background values
of soil
Cu 15108 ±5128 25123 ±3124 52153 ±2162 104165 ±12103 20160 ±1114
Pb 28185 ±2145 23136 ±0186 40175 ±1154 32125 ±3145 26160 ±12143 平均数 ±标准差 Mean ±SD. 下同 The same below.
312 　马蹄金中重金属分布和积累
由表 2 可以看出 ,马蹄金体内 Cu 含量高于 Pb
含量. 其分布规律为根、茎 (地下部分) > 叶 (地上部
分) ,与郭水良[12 ]的研究结果相一致. 依据 Baker 和
Brooks[2 ]1983 年提出的参考值 ,马蹄金不属于 Cu、
Pb 超积累植物. 与 38 种杂草的平均富集系数比较
发现[12 ] ,马蹄金对 Cu 的富集系数大于其中的大部
分杂草 ,而对 Pb 的富集系数则小于大部分杂草. 比
较富集系数发现 ,生长在含 Cu 量最低的 SM1 土壤
上的马蹄金对 Cu 的富集系数较生长在含铜量较高
土壤上的马蹄金大 ,但叶和根茎内的实际含 Cu 量
并不高. Cu 是植物生长发育的必需营养元素 ,生长
在含 Cu 量低的土壤上的马蹄金是否需要从土壤中
吸收足够的 Cu 以满足生长需要 ? 因此 ,仅凭富集
系数的大小来认定植物富集能力有待商榷.
表 2 　不同样点植物中 Cu、Pb含量和富集系数
Table 2 Contents and accumulation coeff icients ( AC) of Cu and Pb in
samples of four sites( mg·kg - 1)
项目
Items
叶
Leaf
富集系数
AC
根茎
Root and
stem
富集系数
AC
L/ R
Cu SM1 18105 ±1121 11197 19165 ±2165 11303 01919
SM2 16115 ±2157 01640 23195 ±0196 01949 01674
SM3 17185 ±3196 01340 29135 ±1146 01559 01608
SM4 20135 ±1156 01194 33185 ±7172 01323 01601
平均 Average 18110 01593 26170 01784 01701
Pb SM1 11128 ±2163 01391 12172 ±2123 01441 01887
SM2 9139 ±0155 01402 11101 ±1102 01471 01853
SM3 13120 ±3146 01323 17190 ±2108 01439 01737
SM4 10145 ±118 01324 16140 ±2149 01509 01637
平均 Average 11108 01360 14151 01465 01779
L/ R :转运系数 Translocation factor , the element content in leaves/ the element
content in root and stem ; AC: Accumulation coefficient : The element content in
leaves or in root and stem / the element content in soil.
　　试验结果表明 ,随着土壤中 Cu、Pb 含量的增
加 ,马蹄金对 Cu、Pb 的吸收积累也随之增加 ,说明
植物体内 Cu、Pb 污染程度与土壤污染程度的顺序
具一致性 ;同时也说明植物对重金属污染具有一定
的适应性. 近年来 ,人们热衷于寻找超积累植物[17 ] ,
但目前发现的绝大多数的超积累植物虽然吸收重金
属能力强 ,但生物量却很小 ,生长缓慢[11 ,24 ] . 马蹄金
虽然不是超积累植物 ,但繁殖容易、抗逆性强、生长
迅速. 据测定 ,生长 3 个月的草坪面积是原草坪面积
的 14 倍[25 ] . 根据生物的适应性原理 ,对这些生物量
大、抗逆性强、具有富集重金属潜力的物种进行人工
驯化 ,从而筛选出高效的重金属富集植物.
马蹄金对 Cu、Pb 的吸收积累随着土壤含量增
加而增加 ,但富集系数却呈下降趋势 ,说明植物在受
到重金属胁迫时存在某种”避性”机理[20 ,23 ] ,体内可
能产生了某种物质与金属转运蛋白相互作用 ,抑制
重金属离子的摄入和转运过程[4 ] . 拒绝吸收重金属
离子是植物抗重金属重要途径之一 ,借此可以降低
细胞内重金属离子的浓度 ,防止其毒害作用.
由表 2 还可以发现 ,同一种植物不同器官对重
金属的富集系数不同 ,两种重金属均是地下部分的
富集能力强. 就其平均值而言 ,马蹄金对 Cu 的富集
系数大于对 Pb 的富集系数 , Pb 的转运系数略大于
Cu 的转运系数.
6532 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 1 　Cu、Pb 对马蹄金叶片叶绿素含量的影响
Fig. 1 Effects of Cu and Pb on chlorophyll content in Dichondra repens leaves from different sites.
313 　Cu、Pb 对马蹄金叶片叶绿素含量的影响
由图 1 可见 ,随着污染的加重 ,叶绿素 a 下降极
显著 ( P < 0101) ,a/ b 比值亦随之下降 ( P < 0101) ,
与前人研究相一致[15 ,19 ,22 ,27 ] . 但叶绿素 b 更易受到
破坏或先降解. 采用多元回归分析法拟合 Cu、Pb 复
合污染条件下的叶绿素 a 与 Cu、Pb 含量之间的关
系 ,结果表明 , Y = - 01982 X1 - 01011 X2 ( P =
01001) . X1 、X2 分别为 Cu、Pb 含量. 从上述标准回
归模型可看出 ,Cu、Pb 之间对叶绿素 a 的下降表现
出一定的协同效应 ,其中 Cu 的影响大于 Pb. Al2
berte[1 ]认为 ,逆境胁迫下叶绿素含量降低的主要原
因是叶绿体片层中捕光 Chlalb2Pro 复合体合成受到
抑制. 植物体内摄入过量的 Cu 很可能与合成此过
程的某些酶 (原叶绿素酸脂还原酶、δ2氨基乙酰丙酸
合成酶、胆色素原脱氨酶[21 ])的疏基结合 ,改变了酶
的构象 ,使酶失活 ,进而造成叶绿素含量的下降.
314 　Cu、Pb 对马蹄金叶片细胞膜透性的影响
叶片外渗液电导率的变化在一定程度上反映了
植物叶片受害后的生理变化 ,与植物的伤害程度和
抗性强弱密切相关[18 ] ,由图 2 可见 ,4 个样点的相
对电导率无显著性差异 ,与叶片外观完好一致. 这表
明 Cu、Pb 污染对植物的细胞膜还未造成太大伤害 ,
说明该植物抗性较强.
315 　Cu、Pb 对马蹄金叶片 SOD、POD 酶活性影响
由图 3 可以看出 ,随着土壤中 Cu、Pb 浓度的增
加 , SOD 活性先上升后下降 ; POD 活性呈现上升趋
势 . 这与其他重金属对 SOD 、POD活性影响相一
图 2 　Cu、Pb 对马蹄金叶片细胞膜透性的影响
Fig. 2 Effects of Cu and Pb on permeability of plasma membrane in Di2
chondra repens leaves from different sites.
　
图 3 　Cu、Pb 对马蹄金叶片 SOD(a) 、POD(b)活性的影响
Fig. 3 Effects of Cu and Pb on the activity of SOD (a) and POD (b) in
Dichondra repens leaves from different sites.
致[5 ,14 ,27 ,29 ,32 ] . POD、SOD 酶是抗氧化酶系统中最
有效的抗氧化酶之一. 其协同作用能将 O2 - 和 H2O2
转化为 H2O 和 O2 ,减少活性氧自由基对细胞膜系
统的伤害[7 ,8 ] . 在 Cu、Pb 胁迫下 , POD、SOD 酶活性
发生上述变化可能是因为进入植物体的重金属参与
了氧化还原循环[9 ] ,引起活性氧的变化 ,在一定浓
度范围内 ,活性氧作为信号分子[3 ]可能促进 POD、
SOD 酶活性. 随着 Cu、Pb 浓度的增大 ,当活性氧浓
度达到一定临界值时 ,首先抑制 SOD 酶活性[26 ] .
SOD 酶活性的降低与细胞膜系统的损伤有一定的
关系 ,并随伤害加重 POD 活性最终会降低. 本实验
中 SOD 酶活性的降低较慢 ,受中污染的 SM3 虽较
SM2 降低但仍略高于对照 SM1 ,受重污染的 SM4 仅
比对照 SM1 降低 12123 %. 一般认为 ,抗性强的植物
SOD 酶活性降低程度小. POD 作为活性较高的适应
性酶能够反映植物对外界环境的适应性 ,本实验中
POD 酶活性在 SM3 、SM4 处持续上升 ,说明马蹄金
对于 Cu 和 Pb 污染具有一定抗性.
4 　结 　　论
　　芜湖市冶炼厂周边地区受 Cu、Pb 污染严重 ,且
Cu 污染重于 Pb 污染 ;周围农田应种植对这两种重
金属富集少的农作物和蔬菜 ;在其厂区应种植 Cu、
Pb 富集系数高的植物种类. 马蹄金作为草坪草 ,由
于其对 Cu 具有一定的富集能力 ,可以种植在 Cu 污
染土壤中 ,以达到净化土壤目的. 植物体受 Cu 的伤
753212 期 　　　　　　　　　　　李 　君等 :马蹄金叶片中铜、铅含量及其对生理指标的影响 　　　　　　　　　　　
害重于 Pb ,马蹄金是通过改变 POD、SOD 活性来减
轻 Cu、Pb 的毒害. 此外 ,马蹄金还是一味治疗黄疸
型肝炎、痢疾、水肿等疾病的民族药[10 ] . 作为中药
材 ,则不宜种植在含 Cu 污染严重的土壤内 ,以避免
对人体造成伤害.
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作者简介 　李 　君 ,女 ,1971 年生 ,在读硕士生 ,讲师 ,主要
从事植物生理生态学研究 ,发表论文 2 篇. E2mail :caiyafeinau
@21cn. com
8532 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷