全 文 ：江苏农业学报( Jiangsu J． of Agr． Sci． ) ，2015，31( 4) : 883 ～ 886
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朱 健，张志红，范菲菲，等． 铜胁迫对海菜花幼苗生理特征的影响［J］．江苏农业学报，2015，31( 4) : 883-886．
doi: 10． 3969 / j． issn． 1000-4440． 2015． 04． 027
铜胁迫对海菜花幼苗生理特征的影响
朱 健1， 张志红1， 范菲菲2， 赵丽华1
( 1．贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025; 2．贵州省土壤肥料研究所，贵州 贵阳 550006)
收稿日期: 2014-12-03
基金项目:贵州省科学技术基金项目［黔科合 J字( 2012 ) 2104; 黔科
合 J字 LKN( 2013) 27］
作者简介:朱 健( 1981-) ，男，四川宜宾县人，硕士，高级实验师，主
要从事污染生态效应研究。 ( E-mail ) zhujian2009@ 126．
com
摘要: 本研究采用营养液培养法，研究了 Cu2 + 胁迫对海菜花幼苗生理生化指标的影响。结果表明，0. 01
mg /L、0. 05 mg /L、0. 10 mg /L、0. 20 mg /L和 0. 40 mg /L浓度的 Cu2 +胁迫处理显著降低海菜花幼苗叶片中叶绿素 a、
叶绿素 b、总叶绿素及类胡萝卜素含量。随着 Cu2 +浓度的增加，超氧化歧化酶( SOD) 、过氧化物酶( POD) 活性、可
溶性蛋白质、叶片中 Cu2 +含量先升高后降低;过氧化氢酶( CAT) 呈持续降低趋势，且与对照差异显著。
关键词: 铜; 海菜花; 叶绿素; 抗氧化酶系统; 可溶性蛋白质
中图分类号: S634． 3 文献标识码: A 文章编号: 1000-4440( 2015) 04-0883-04
Physiological responses of Ottelia acuminatas seedlings to exogenous copper
stress
ZHU Jian1， ZHANG Zhi-hong1， FAN Fei-fei2， ZHAO Li-hua1
( 1． College of Ｒesources and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China; 2． Guizhou Institute of Soil and Fertilizer，Guiyang
550006，China)
Abstract: Effects of Cu2 + on physiological and biochemical indices of Ottelia acuminatas were studied by means of
nutrient solution culture． The exogenous Cu2 + with varieties of concentrations ( 0. 01 mg /L，0. 05 mg /L，0. 10 mg /L，0. 20
mg /L and 0. 40 mg /L) exhibited inhibitory effects on chlorophyll contents and carotinoid content in O． acuminatas leaves．
The activities of superoxide dismutase( SOD) ，peroxidase( POD) ，soluble protein and leaf Cu2 + contents showed an in-
crease-first-and-deerease-afterwards response to the increase of exogenous Cu2 + concentration，however，the activity of
catalase( CAT) was continuously decreasing，indicative of intolerance of O． acuminatas to copper stress．
Key words: copper; Ottelia acuminatas; chlorophyll; antioxidative enzyme system; soluble protein
农业生产过程中使用的大量高铜杀菌剂、工业
废水、矿山排水等多种原因导致水体中铜污染日益
加剧。铜作为植物生长所必需的一种微量元素，人
们对其营养功能已有较为完整的认识。但植物正常
生长所需要的铜量很少，当过量铜被植物吸收后，会
对植物产生毒害作用，抑制植物的生长发育甚至死
亡［1-2］。
海菜花属于水鳖科，是中国特有三级重点保护
高原淡水植物，其生长对水质要求很高，对水生生态
系统具有重要的生态作用［3］。受水质恶化的影响，
中国海菜花的分布急剧减少，而重金属对海菜花生
理的影响还鲜见报道。因此，本研究模拟重金属铜
对海菜花生长的生理影响，探讨铜对海菜花的毒性
机制，以期为保护和恢复海菜花提供理论依据。
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1 材料与方法
1． 1 试验材料
供试海菜花幼苗采自贵州省贵阳市花溪区花溪
河平桥段。各分析纯、生化纯试剂都用超纯水配制。
1． 2 试验设计
将采集的海菜花幼苗用自来水、超纯水洗净，
1 /10浓度 Hoagland 营养液驯养 7 d。在 1 /10 浓度
Hoagland培养液中加入 CuSO4，使添加外源 Cu
2 +浓
度分别为: 0、0. 01 mg /L、0. 05 mg /L、0. 10 mg /L、
0. 20 mg /L、0. 40 mg /L。选取长势一致的海菜花幼
苗分别植入 Cu2 +溶液中进行胁迫处理。试验于温
度 20 ℃，相对湿度 80%，光照 14 h /d的恒温温室中
进行。每天添加适量的超纯水补偿损失水分，培养
7 d后测定相同叶龄叶片中叶绿素、类胡萝卜素、可
溶性蛋白质以及叶片中 Cu2 +含量以及超氧化物歧
化酶 ( SOD ) 、过氧化物酶 ( POD ) 和过氧化氢酶
( CAT) 活性。3 次重复。
1． 3 分析方法
1． 3． 1 叶绿素、类胡萝卜素含量测定 取处理幼苗
相同叶龄相同部位叶 0. 5 g，以 80%丙酮提取，用分
光光度计测定 663 nm、645 nm、470 nm吸光度［4］。
1． 3． 2 SOD、POD、CAT 活性和可溶性蛋白质含量
测定 取处理植株相同叶龄叶片，加入少量 0. 1
mol /L( pH =7. 8) 的磷酸缓冲液，置冰浴研磨匀浆，
离心( 12 000 r /min，4 ℃，15 min) ，上清液用于酶活
性与可溶性蛋白质含量的测定。SOD 活性测定采
用 NBT光化还原法［4］，POD活性测定采用愈创木酚
法［4］，CAT 活性测定采用南京建成科技有限公司
CAT试剂盒测定。可溶性蛋白质含量测定采用考马
斯亮蓝 G-250 法［5］。
1． 3． 3 铜含量测定 将处理后的叶片自然风干，研
磨，取 0. 05 g 样品加 4 ml 硝酸、1 ml 高氯酸消解，
1%硝酸定容至 25 ml，电感耦合等离子体质谱测定
Cu2 +含量。
1． 4 数据处理与分析
所得数据用 SPSS13． 0 进行统计分析，变化趋势
图用 origin7． 0 绘制。
2 结果与分析
2． 1 铜胁迫对海菜花幼苗叶片光合色素含量的影响
植物叶片光合色素含量与光合作用强度等因素
密切相关，因此常用光合色素含量的高低来表征植
物在逆境条件下受伤害的程度。由表 1 可知，海菜
花幼苗叶片中叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素、类胡萝
卜素随着 Cu2 +处理浓度的增加而逐渐降低，且均与
对照差异显著 ( P ＜ 0. 05 ) 。当溶液中 Cu2 +处理浓
度达到 0． 4 mg /L时，海菜花幼苗的叶绿素 a、叶绿素
b、总叶绿素、类胡萝卜素分别比对照降低了
36. 7%、40. 8%、37. 9%、38. 8%，叶片出现黄化现
象。说明，高浓度的 Cu2 +降低了海菜花幼苗叶片中
光合色素含量，减弱其光合作用强度，抑制海菜花幼
苗的生长。
表 1 Cu2 +胁迫对海菜花幼苗叶片光合色素含量的影响
Table 1 The contents of photosynthetic pigment of Ottelia acuminata affected by different concentrations of Cu2 +
Cu2 +浓度
( mg /L)
叶绿素 a
( mg /g)
叶绿素 b
( mg /g)
叶绿素 a +叶绿素 b
( mg /g)
类胡萝卜素
( mg /g)
CK 0． 724 ± 0． 112a 0． 284 ± 0． 038a 1． 008 ± 0． 150a 0． 281 ± 0． 037a
0． 01 0． 549 ± 0． 160b 0． 210 ± 0． 047b 0． 759 ± 0． 206b 0． 213 ± 0． 054b
0． 05 0． 462 ± 0． 028b 0． 178 ± 0． 010b 0． 640 ± 0． 037b 0． 182 ± 0． 012b
0． 10 0． 461 ± 0． 040b 0． 170 ± 0． 004b 0． 631 ± 0． 07b 0． 177 ± 0． 005b
0． 20 0． 465 ± 0． 018b 0． 170 ± 0． 005b 0． 634 ± 0． 024b 0． 179 ± 0． 005b
0． 40 0． 458 ± 0． 028b 0． 168 ± 0． 009b 0． 626 ± 0． 026b 0． 172 ± 0． 008b
同一列不同小写字母表示差异显著( P ＜ 0． 05) 。
2． 2 铜胁迫对海菜花幼苗抗氧化系统酶活性的影
响
SOD是植物保护系统中重要的酶之一，在消除
氧化物自由基和减轻膜伤害方面起着重要作用［6］。
由表 2 可以看出，海菜花幼苗叶片中 SOD 活性随
Cu2 +处理浓度的增加先升高后降低。在 0. 01 mg /L
488 江 苏 农 业 学 报 2015 年 第 31 卷 第 4 期
Cu2 +处理时，SOD活性最大，比对照提高 74. 8%，且
与对照差异显著，超过此浓度，SOD 活性开始下降，
在 0. 40 mg /L Cu2 +处理时，达到最低，仅为对照组
的 16. 7%，也与对照差异显著。
经 Cu2 +胁迫处理后，POD 活性的变化趋势与
SOD一致，随 Cu2 +处理浓度的升高呈现先上升后下
降的趋势。Cu2 +浓度为 0． 01 mg /L时，POD 活性达
最大值，比对照高 46． 1% ;超过此浓度 POD 活性开
始下降，在 0． 40 mg /L Cu2 +时，为对照组的 81． 6%。
与 Cu2 +胁迫后 SOD、POD 活性变化趋势不同，
Cu2 +胁迫对叶片中的 CAT 活性具有明显的抑制效
应。海菜花叶中 CAT 活性随 Cu2 +处理浓度的升高
而降低，各处理组均与对照组差异显著( P ＜ 0. 05) 。
当 Cu2 +处理浓度 0. 40 mg /L时，CAT 活性仅为对照
组的 58. 0%。
表 2 Cu2 +对海菜花幼苗叶片抗氧化系统酶活性的影响
Table 2 The activity of antioxidative enzyme of O． acuminata af-
fected by different concentrations of Cu2 +
Cu2 +浓度
( mg /L)
SOD活性
( U /g，FW)
POD活性
［U / ( g·min) ，FW］
CAT活性
( U /mg，FW)
CK 23． 4 ± 5． 8b 38． 0 ± 8． 6b 38． 8 ± 5． 5a
0． 01 40． 9 ± 4． 0a 55． 5 ± 8． 9a 21． 5 ± 3． 9b
0． 05 19． 3 ± 2． 2b 38． 3 ± 6． 0b 24． 1 ± 7． 4b
0． 10 17． 7 ± 2． 1b 31． 0 ± 4． 5b 20． 2 ± 2． 6b
0． 20 9． 3 ± 0． 9c 30． 0 ± 9． 5b 24． 8 ± 6． 9b
0． 40 3． 9 ± 1． 9c 31． 0 ± 4． 5b 22． 5 ± 2． 2b
同一列不同小写字母表示差异显著( P ＜ 0． 05) 。
2． 3 铜胁迫对海菜花幼苗叶片可溶性蛋白质含量
的影响
植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代
谢活动的酶类，其含量是了解植物生理特征的一个
重要指标。由图 1 可知，海菜花幼苗叶片中可溶性
蛋白质含量随 Cu2 +胁迫浓度的增大呈先增后降趋
势，且均高于对照组，与对照差异显著 ( P ＜ 0. 05 ) 。
Cu2 +浓度 0. 10 mg /L处理的可溶性蛋白质含量达到
最高，比对照提高了 85. 3%。由此可见，铜胁迫处
理后，海菜花幼苗叶片可能会产生某些抗性蛋白酶
以抵御外界胁迫，减少 Cu2 +对植株的损伤。
2． 4 铜胁迫对海菜花幼苗叶片富集铜的影响
铜胁迫处理 7 d 后，各处理组海菜花幼苗叶片
中的 Cu2 + 含量均高于对照组，且差异显著 ( P ＜
0. 05) ( 图 2) 。Cu2 +处理浓度 0. 20 mg /L时，海菜花
图 1 Cu2 +胁迫对海菜花幼苗叶片可溶性蛋白质含量的影响
Fig． 1 Protein contents affected by different concentrations of
Cu2 +
幼苗叶片 Cu2 +含量达到最大值，为 208． 9mg /kg( 干
质量) ，其含量是对照的 13. 66 倍。当 Cu2 +浓度为
0. 40 mg /L时，海菜花幼苗叶片中的 Cu2 +含量出现
下降，但是叶片中的铜富集量较对照仍然很高，为对
照的 10. 66 倍。
图 2 Cu2 +胁迫对海菜花幼苗叶富集 Cu2 +的影响
Fig． 2 Cu2 + accumulation in Ottelia acuminata leaves
3 讨 论
植物叶片中的光合色素含量是反映植物光合作
用强弱的重要指标，可以表征逆境胁迫因子对植物
组织造成的影响［7-10］。本试验结果表明，Cu2 +胁迫
显著降低了海菜花幼苗叶片中叶绿素 a、叶绿素 b
和类胡萝卜素含量，阻碍了叶绿素的合成，抑制海菜
花幼苗的生长，这与 Cu2 +胁迫对多花黑麦草叶绿素
的影响规律一致［11］。其原因可能是: 首先，高含量
Cu2 +抑制了 PSⅡ的电子传递过程，减弱了光合作用
强度［12］，减少了叶绿素的合成;其次，Cu2 +胁迫增加
活性自由基的产生而氧化叶绿素，导致叶绿素含量
588朱 健等: 铜胁迫对海菜花幼苗生理特征的影响
的降低，最终引起光合速率的下降［13］;再次，可能是
海菜花幼苗摄入过量的 Cu2 +与叶绿素合成的某些
酶( 原叶绿素酸酯还原酶、胆色素原脱氨酶、8-氨基
乙酰丙酸合成酶) 的-SH 结合，改变了酶的构象，使
酶失活，进而造成光合色素含量的下降［14］。
SOD、POD和 CAT共同组成植物体内的抗氧化
酶系统，能有效地消除氧自由基，维持细胞内固有的
自由基代谢平衡［15］。随着 Cu2 +处理浓度的增加，
SOD和 POD活性都是先上升后下降，这与 Cu2 +胁
迫后三叶草、狗牙根、双汇雀稗等叶片中 SOD、POD
酶活性变化规律一致［16］。而海菜花幼苗中 CAT 活
性与 SOD、POD 酶活性变化规律不一样，整体表现
出下降趋势。由此可见，低浓度 Cu2 +胁迫引起海菜
花幼苗体内自由基的增加，激活了海菜花幼苗体内
的 SOD、POD酶活性，而 CAT活性被抑制，歧化反应
产生的 H2O2不能有效的被 CAT 清除，保护植物细
胞抗氧化酶系统失衡，致使海菜花幼苗生理代谢紊
乱，加速其细胞的衰亡，对海菜花幼苗生长产生抑制
效应。
在逆境条件下，植物体内正常的蛋白质合成会
受到抑制，但会被诱导出一些新蛋白质的产生;但当
胁迫加重时，细胞结构受损，蛋白质合成受阻［17］。
本研究中，低浓度 Cu2 +处理的海菜花幼苗叶片可溶
性蛋白质含量升高主要是由于抗性蛋白的产生，高
浓度 Cu2 +处理时，植物细胞受损，蛋白合成受阻，可
溶性蛋白质含量下降，这与孙天国等人的研究结果
一致［17］。
本研究中，在 0. 01 mg /L、0. 05 mg /L、0. 10
mg /L和 0. 20 mg /L的 Cu2 + 处理时，海菜花幼苗对
Cu2 +的富集量随外源 Cu2 +浓度的增加而增大，当
Cu2 +浓度大于 0. 20 mg /L时，由于海菜花幼苗的生
长受到严重抑制，根的吸收和转运能力降低，使叶片
中 Cu2 +含量降低，这与可溶性蛋白质含量的变化趋
势一致。
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( 责任编辑:陈海霞)
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