全 文 ：　第 13 卷第 2 期　 　江苏环境科技　 2000 年 6 月
海三棱 草及水莎草镉结合体初探
王　音 　顾泳洁　(华东师范大学环境科学与技术系　上海　200062)
摘　要　以海三棱 草和水莎草为研究对象 ,人工环境下用镉诱导 , 探讨它们的镉结合体形成情况 , 结果显示海三棱 草对
镉较敏感。可进一步研究其镉结合体 ,作为监测重金属污染的生态毒理学指标。
关键词　海三棱 草　水莎草　镉结合体
Preliminary Inguiry of Cadmium Combination with Scirpus X Mariqueter and Juncellus Serotinus
Wang Yin , Gu Yongjie
Abstract　 Taking Scirpus X Mariqueter and Juncelltes Sero tinus as investig ation object and cadmium as inducer under man-made en-
vironment , their cadmium combinations tormation conditions are discussed.The result show s that Scirpus X Mariqueter is more sensi-
tiv er to cadmium.Further investigation of cadmium combination can be done for monitoring ecotox ico logy target of heavy me tal pollu-
tio n.
Key words　Scirpus X Mariqueter　　Juncelltes Serotinus　　Cadmium combination
1　前　言
重金属污染已涉及到生态系统的各个层次 ,作
为一类特殊的生态系统———滩涂湿地 ,也不例外。
其特有的湿地植物是该生态系统的初级生产者 ,为
其它生物提供了觅食 、栖息 、繁殖的场所 ,作为食物
链的最前端 ,它们是重金属进入食物链的基本入口。
自80年代初以来 。许多科学家对有关植物对重金
属的响应及解毒机制进行了深入的研究。植物的金
属结合蛋白(肽)被认为担任了其对重金属解毒的主
要功能 ,不同于人类和哺乳动物的金属硫蛋白(met-
allothionein ,简称 MT)。已发现的植物的金属结合
体———蛋白(肽)是类金属硫蛋白(metallothioneins-
like ,简称类 MT)和植物螯合素(phytochelatin ,简称
PC)。目前虽仍有植物类 MT 的报道[ 1] ,多数人认
为植物结合重金属离子的主要化合物就是 PC 类 ,
MT 可能是由于不纯或小肽螯合而成。PC 不同于
哺乳动物 MT ,是非基因调控的。有学者指出 PC可
作为一种生物指标来监测重金属污染 。若用此生态
毒理学指标对重金属污染作早期预警 ,对于保护滩
涂湿地无疑是十分有益的 。本文选取上海海边滩涂
湿地主要优势种海三棱 草和少数种水莎草作为研
究对象 ,对其金属结合体做了些初步的研究 ,为进一
步探讨作铺垫。
2　材料与方法
2.1　主要试剂与仪器
CdCl2(A .R)　浙江东方化工厂 ,
Tris(B .R)　上海伯奥生物科技有限公司 ,
HCl(G.R)　上海振兴工厂 ,
葡聚糖凝胶Sephadex G -75 　Pharmacia公司 ,
8802型紫外检测仪　温州孚华仪器厂 ,
电感耦合等离子发射光谱仪(ICP -AES)(Plas-
mazw o)Perkin-Elmer公司 ,
752C型紫外可见分光光度计　上海第三分析
仪器厂。
2.2　试验植物及金属结合蛋白的诱导
1999年 11月下旬在上海浦东国际机场外围 6
隔堤取样。选取中潮带优势种海三棱 草和少数种
水莎草为样本 ,作(20×20)cm 样方 ,深 20 cm ,连土
带回实验室。
样本用自来水洗净土壤 ,放入 (14 ×50)cm
的标本缸 ,加 2L 水(自来水放硫代硫酸钠后静置
2d),将样本下 1/3浸入 ,驯化 24h 。然后 ,每天加入
一定量的 CdCl2 , 使水中 Cd 浓度为(20 , 40 , 60)
μmol/L ,最后达到 80 μmol/L 。设一个对照 ,三个平
行样。最后一次加 CdCl2 后隔天取出样本 。分离根
系组织 ,自来水充分冲洗 ,在 10 μmol/LEDTA-Na2
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王　音 ,女 , 1975 年出生 , 硕士研究生 ,研究方向为污染生态学 , 曾发表论文 1 篇。
　第 13 卷第 2 期 王　音/海三棱 草及水莎草镉结合体初探 2000 年 6 月
溶液中洗去吸附在根表面的金属离子 ,再用自来水
和蒸馏水充分冲洗 ,纱布吸干表面水分 ,称重(FW),
装入塑料袋 ,放入-20℃冰箱冷冻备用 。
2.3　金属结合体的分离
取出冰冻根系组织 ,按 1∶1 .5(w/V)的比例加
入预冷的 0.02 mol/LTris-HCl(pH8.6)缓冲液(含
0.01 mol/L 2 -巯基乙醇),冰浴匀浆[ 2] 。匀浆液
80℃水浴 10min后 ,以 10 000 g , 4 ℃,离心 30min ,
取上清液置-20℃冷冻过夜 ,次日取出后解冻 ,上清
液 20 000 g , 4 ℃,离心 30min ,取 0.1 mL 上清液上
Sephadex G -75柱 ,室温下层析分离 ,用 0 .02 mol/
L Tris-HCl(pH8 .6)缓冲液洗脱 ,OD254 nm 紫外
检测 ,自动分步收集器每 6min一管收集洗脱液。洗
脱液按管测定 OD254 nm 、OD280 nm的吸光度。
2.4　金属含量测定
洗脱液按管用电感耦合等离子发射光谱仪
(ICP—AES)测 Cd ,Zn的含量 。
3　结　果
加入 CdCl2 后的三天起 ,海三棱 草的叶逐渐
变黄 ,到诱导结束时其叶几乎全都变黄 ,甚至枯萎。
水莎草的叶直至诱导结束仍以绿色为主 ,只出现少
数黄斑。
以海三棱 草根系粗提液 Sephadex G -75 洗
脱液 OD254 nm 、OD280 nm的吸光度作图。两者都
有两个峰 , 1 峰为外水体积 ,即大分子蛋白 ,两样本
的差别主要在 2峰 ,诱导样比对照高 2.5个百分点
(图未列出)。金属结合蛋白(肽)由于其特殊结构 ,
金属-巯基键的存在 ,使其在 254 nm 处有特异吸收
峰 ,而 280 nm 处吸光度相对较低。据此 ,可初步判
断 2峰为金属结合蛋白(肽)。提取液按管用 ICP-
AES 测金属含量的结果如图 1所示(对照未列出)。
图 1　海三棱 草根系粗提液的 Sephadex G-75凝胶层析图
(紫外检测仪洗脱图)
(层析柱: 1.6×50 cm , 洗脱液:0.02 mol/ L
T ris-HCl , pH8.6 ,流速:36 m L/h)
2峰有高Cd含量 ,最高达 0.536 ppm ,而对照样
此峰基本没有 Cd存在 ,进一步证实 2峰为要寻找的
金属结合蛋白(肽)。诱导样 1峰的 Cd含量也很高 ,
甚至比 2峰还高 ,原因是此峰中大分子蛋白螯合金
属的缘故 。
图 2　海三棱 草根系粗提液的 Sephadex G-75凝胶层析图
(层析柱: 1.6×50 cm , 洗脱液:0.02 mol/ L
T ris-HCl , pH8.6 ,流速:40 m L/h)
水莎草根系提取液的洗脱液 254 nm 、280 nm 检
测结果如图 2所示(对照未列出)。同样 ,对照样和
诱导样的 2峰差别较大 ,诱导样比对照样高 72%,诱
导样 A254/A280 比值为 1.85 ,呈现金属结合蛋白
(肽)典型特征 。水莎草样的金属测定结果也在图 2
中显示 ,诱导样 2 峰对应 Cd峰 ,对照样此峰基本没
有Cd存在 ,没有Cd峰。由此 ,可判定2峰为金属结
合蛋白(肽)。
4　讨　论
重金属对植物的毒性取决于其形态 、价态 、浓
度 、环境因子和金属间的相互作用 ,也因不同的植物
种类而不同 ,植物对重金属的吸收与运输 、在体内各
部位的分配 、与体内物质的结合形态有关[ 3] [ 4] 。大
量研究已表明 ,只有离子态的重金属才能对植物构
成危害。植物对重金属关键性的抗性机制是由存在
于细胞内的金属结合蛋白(肽)所担负。Cd是此类
物质的最好诱导者 ,故本实验采用 CdCl2 诱导 。
从表观结果看 ,水莎草对 Cd的耐性较强 ,海三
棱 草则相对较弱 。两者诱导样和对照样都有 2
峰 ,诱导后此峰增高 ,由此推断 ,此峰是金属结合肽
———植物螯合素(PC)可能性更大(有关工作正在进
行中)。1峰大分子蛋白峰也有大量的 Cd ,是苹果酸
脱氢酶等[ 5]系列物质螯合 Cd的缘故 。2峰 Cd 含量
较少可能是外加 Cd浓度较低及诱导时间不够所致。
随Cd浓度增加 ,其结合蛋白(肽)结合的 Cd量也增
加 ,进一步限制 Cd 与一些酶等物质结合 ,阻止 Cd
—8—
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以自由态存在。至一定量时 , 此蛋白(肽)增加不明
显 ,达到饱和 ,这是植物出现 Cd 害症兆的主要原
因[ 1] [ 8] 。海三棱 草在诱导结束时叶几乎全变黄甚
至枯死 ,其 2峰 Cd含量高出水莎草的 18倍 ,水莎草
在诱导结束时几乎没有 Cd害现象 ,其 2峰 Cd最高
量也只有 0.03×10-6 ,这和上述原理一致 。海三棱
草呈严重的 Cd 危害 ,其大分子蛋白峰的 Cd最高
达1.685 ×10-6。在同样的环境下 ,水莎草细胞中
的Cd少多了 ,其 1峰 2峰的 Cd都较海三棱 草的
少 ,是细胞壁中的果胶质阻止了 Cd的进入还是耐性
缘故 ,需进一步实验了解 。可推测海三棱 草对 Cd
危害阈值较低 ,更为敏感 ,与之相比 ,水莎草对 Cd耐
受性较强 。
以前对植物金属结合体的研究主要集中于高浓
度背景下[ 6] ,若要用作生态毒理学指标监测环境 ,对
重金属污染作出早期预警 ,必须在低金属浓度下就
发挥作用。目前 ,许多研究者正从事此方面的工作。
B .A.Ahner 已证实 PC对重金属尤其是 Cd很敏感 ,
存在典型的剂量效应关系 ,在 10-12MCd 环境中就
有PC产生[ 7] ,故我们采用较低的 Cd浓度诱导。此
浓度对海三棱 草过高了 ,其降低浓度或延长加 Cd
间隔需作进一步研究 。
最近 M rris G A等进行了植物金属结合蛋白基
因的研究[ 9] ,有学者认为短期浓度的重金属解毒靠
PC ,而长期的解毒机制转向更稳定的基因调节 ,即
MT 水平 。也有实验结论是实验室和野外数据标志
PC是一对金属暴露的很好的定量指示物[ 10] 。无论
怎样 ,目前看来 PC 能准确地反映环境中的重金属
(尤其是 Cd)的含量 ,而且在低浓度下此指标同样稳
定。从本实验可知 ,海三棱 草可作为研究 PC 监
测滩涂湿地重金属污染的植物 ,以作早期预警 ,这对
保护湿地有很重要意义。
参　考　文　献
1　何笃修 ,罗建沅 , 全　胜.用 HPLC 反相柱层析纯化玉米
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(收稿日期:2000-02-25)
喝易拉罐小心喝出病
　　饮料替代白开水 ,易拉罐替代瓶装饮料已经成了部分家庭消费的习惯 。但是 ,医学专家最近指出:不宜
常饮易拉罐饮料 ,儿童尤其应该注意 ,谨防带来副作用 。
　　易拉罐具有重量轻 、体积小 、不易破碎 、便于携带的优点 ,所以备受人们青睐 。易拉罐由铝合金作为材
料 ,内层涂有一层有机涂料 ,使铝合金与饮料隔离 。可是 ,若加工过程中部分罐壁保护性涂料没有完全涂盖 ,
则会导致铝合金与饮料接触 ,铝逐渐溶于饮料中。儿童经常喝易拉罐易使铝摄入量过多 ,以致引发疾病 。
　　科研人员曾调查过 52种饮料 ,结果发现易拉罐比瓶装饮料铝含量高出 3 ～ 6倍 。而铝的摄入量过多造成
智力低下 ,行为异常 ,还会抑制机体对磷的吸收 ,干扰体内正常的钙磷代谢 ,不利于儿童牙齿和骨骼的发育 。
　　另外 ,摄铝过多 ,还会导致机体免疫力下降。铝对人体的危害是多方面的 ,为此世界卫生组织把铝确定
为食品污染物并要求加以控制 。 (盐城市　胡忠英供稿)
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