全 文 ：第 31 卷第 4 期
2012 年 8 月
四 川 环 境
SICHUAN ENVIRONMENT
Vol. 31，No. 4
August 2012
· 试验研究 ·
收稿日期:2012-03-01
基金项目:中日合作日本丰田基金项目(Toyota Fund D01-B3-010)。
作者简介:毛晓茜(1982 －) ，女，湖南永州人，2006 年毕业于湖南农
业大学环境工程专业，硕士，研究方向为环境毒理学。
铜、镉、汞单一及其复合污染对少根紫萍的毒害研究
毛晓茜1，铁柏清2
(1. 湖南省环境监测中心站，长沙 410019;2. 湖南农业大学资源环境学院，长沙 410128)
摘要:通过实验室水培试验研究不同浓度处理水平下 Cu、Cd、Hg 单一及其复合污染对少根紫萍叶绿素及脯氨酸浓度
的影响。经观察分析，培养 4 天后，各处理组均呈现出不同程度的受害症状。同一浓度处理水平下，单一重金属污染
对少根紫萍叶绿素的生态毒性效应为 Cd ＞ Cu ＞ Hg。复合污染中 Cu + Cd和 Hg + Cu + Cd对叶绿素的影响则表现为协同
作用;Cd + Hg复合浓度≤6. 0 + 4. 0mg /L时表现为拮抗作用，复合浓度 ＞ 6. 0 + 4. 0mg /L 时表现为协同作用;Cu + Hg
复合浓度≤0. 4 + 4. 0mg /L时表现为协同作用;复合浓度 ＞ 0. 4 + 4. 0mg /L 时表现为拮抗作用。随处理浓度的递增，脯
氨酸含量均表现出一显著抗性峰，而后下降。
关 键 词:重金属;少根紫萍;单一污染;复合污染
中图分类号:X171. 5 文献标识码:A 文章编号:1001-3644(2012)04-0045-05
Study on Poison Effect of Pollution by Single One of Cu，Cd，Hg
and Their Combination on Spirodela Oligorrhiza
MAO Xiao-qian1，TIE Bo-qing2
(1. Hunan Environmental Monitoring Center，Changsha 410014，China;
2. College of Resources ＆ Environment，Agricultural University of Hunan，Changsha 410128，China)
Abstract:Through the water culture experiment in laboratory，the effect of pollution by single one of Cu，Cd，Hg and their
combination with different concentrations on the chlorophyll and proline concentration in the Spirodela Oligorrhiza were studied.
According to the observation and analysis，it found that after culture by four days every treatment appeared poisoning symptoms in
different degree. At the same concentration level，the poison effects of single metal on the chlorophyll of Spirodela Oligorrhiza
ranked as Cd ＞ Cu ＞ Hg. The poison of combination of Cu + Cd and Cu + Cd + Hg appeared synergistic effect;when the concen-
tration of Cd + Hg combination was less than or equal to 6. 0 + 4. 0 mg /L it appeared antagonist effect，otherwise it appeared
synergistic effect;when the concentration of Cu + Hg combination was less than or equal to 0. 4 + 4. 0 mg /L it appeared
antagonist effect，otherwise it appeared synergistic effect. With the increasing pollutant concentration，proline content appeared
an obvious antagonist peak，and then droped.
Keywords:Heavy metal;Spirodela Oligorrhiza;single pollution;combination pollution
少根紫萍 (Spirodela Oligorrhiza) ，属浮萍科，
紫萍属，是湖南分布极广的一个种，分布于稻田、
池沼、水塘、湖泊等水体中，该种植物生长期长，
一年四季可得。国外毒理学家指出浮萍是一种现
实、有效的环境监测类型植物［1 ～ 3］。随着工农业生
产的发展，水体中重金属造成的危害时有发生。目
前有关重金属污染问题已见诸报道，其中大多数研
究仅仅是针对单一重金属污染进行的，现行的水质
标准也只是根据单一重金属的毒性实验确定的［4］。
水体中实际存在着多种污染物，它们的作用无疑是
综合的，用重金属的单一毒性的实验结果往往不能
客观的反映污染物共存时对水生植物的危害程度，
必须研究毒物的联合毒性效应。本文以我国水体中
常见的重金属污染物铜、镉、汞为代表，以少根紫
DOI:10.14034/j.cnki.schj.2012.04.002
萍为研究对象，为利用少根紫萍监测水体污染提供
新的理论依据，进一步丰富了生态毒理学内容。
1 实验材料与方法
1. 1 实验材料的采集和培养
从未受污染的野外自然水体采集少根紫萍，将
其放入曝气澄清的自来水中驯养 3 d 后，将其放在
搪瓷盘中，加入培养液预备培养 7 d，所有处理材
料均置于一料型全封闭光照培养箱中，光照度为
3000 lx，温度为 (25 ± 2)℃。隔天向盘内添加培
养液以保持液面高度。于实验前取外形完好，形状
和大小都相近的三叶状萍体进行实验。
培养液为 Hoaglandy 培养液，配方［5］如表 1，
其中 FeEDTA 溶液:溶解 5. 57g FeSO4·7H2O 于
200ml蒸馏水，溶解 7. 45g;Na2EDTA 于 200ml 蒸
馏水。加热 Na2EDTA 溶液，加入 FeSO4. 7H2O 溶
液不断搅拌。冷却后，定量到 1L。
A － Z 溶液，H3BO3 2. 86mg /L，CuSO4·5H2O
0. 08 mg /L，ZnSO4·7H2O 0. 22mg /L，MnCl2·4H2O
1. 81 mg /L，H2Mo·4H2O 0. 09mg /L。
1. 2 实验试剂
CuSO4·5H2O、CdCl2、HgCl2 等均为分析纯。
表 1 Hoaglandy培养液配方
Tab. 1 Hoaglandy cultured fluid formulation
培养液 g /L M
KNO3 0. 51 0. 005
Ca(NO)3 0. 81 0. 005
FeSO4. 7H2O 0. 49 0. 002
KH2PO4 0. 136 0. 002
FeEDTA 1ml
A － Z溶液 1ml
Cu、Cd、Hg 按照离子浓度各配置 1000mg /L母液，
用培养液作稀释水，现用现配。另取一搪瓷盘置于
去离子水中培养作为对照。
1. 3 实验设计
1. 3. 1 单一毒物实验设计
单一毒物对少根紫萍生长的毒性效应。在预备
试验的基础上，设置 4 个浓度组，1 个对照组，以
培养液为稀释液。在培养皿中放入含不同浓度 Cu、
Cd、Hg的处理液，稀释浓度范围见表 2。每个培
养皿中放入 15 个植物体 (5 个三叶状体)。在 (25
± 2)℃相同于预备培养光照条件下加盖连续培养，
分别在 24h、48h、72h、96h 进行计数。
表 2 重金属种类与单一污染浓度设计［6，7］
Tab. 2 The heavy metals and designs of single pollution concentration (mg /L)
重金属种类 处理水平Ⅰ 处理水平 Ⅱ 处理水平Ⅲ 处理水平 Ⅳ 处理水平Ⅴ
Cu 0 0. 1 0. 2 0. 4 0. 8
Cd 0 2. 0 4. 0 6. 0 8. 0
Hg 0 1. 0 2. 0 4. 0 6. 0
1. 3. 2 复合毒物实验设计
复合毒物对少根紫萍生长的毒性效应。在预备
试验的基础上，设置 4 个浓度组，1 个对照组，以
培养液为稀释液。在培养皿中放入含不同浓度 Cu、
Cd、Hg的处理液，稀释浓度范围见表 3。每个培
养皿中放入 15 个植物体 (5 个三叶状体)。在 (25
± 2)℃相同于预备培养光照条件下加盖连续培养，
分别在 24h、48h、72h、96h 进行计数。
表 3 重金属种类与复合污染浓度设计［6，7］
Tab. 3 The heavy metals and designs of compound pollution concentration (mg /L)
重金属种类 处理水平Ⅰ 处理水平 Ⅱ 处理水平Ⅲ 处理水平 Ⅳ 处理水平Ⅴ
Cu + Cd 0 0. 1 + 2. 0 0. 2 + 4. 0 0. 4 + 6. 0 0. 8 + 8. 0
Cd + Hg 0 2. 0 + 1. 0 4. 0 + 2. 0 6. 0 + 4. 0 8. 0 + 6. 0
Cu + Hg 0 0. 1 + 1. 0 0. 2 + 2. 0 0. 4 + 4. 0 0. 8 + 6. 0
Cu + Cd + Hg 0 0. 1 + 2. 0 + 1. 0 0. 2 + 4. 0 + 2. 0 0. 4 + 6. 0 + 4. 0 0. 8 + 8. 0 + 6. 0
64 四 川 环 境 31 卷
1. 4 实验测试指标
1. 4. 1 植物体数 (生长指标)
每日记录少根紫萍的植物体数，为避免主观判
断，只要新的植物体伸出母体的边缘，就计算在
内。对于老化而死亡及失去色素，变白变黄的个
体，不记录。少根紫萍植物体数的增加表示少根紫
萍的生长。各浓度组与对照组的差值表示毒性效
应。
1. 4. 2 叶绿素含量及脯氨酸含量
叶绿素含量的测定参照张彤方法［3］，略有改
动，单位:mg /L。将容器中已称量的少根紫萍放
入研钵中，加入 4mL 90%丙酮并研磨 5min ，充分
捣匀，将匀浆液转入 10mL 具塞刻度离心管中，并
把荡洗匀浆器的丙酮同样转入离心管，之后用丙酮
稀释到 10mL ，置于 4 ℃冰箱中静置提取 72h ，取
出 2000r /min 离心 10min ，取上清液，于波长 663nm、
645nm、630nm 和 750nm 处测定其吸光值，光程为
1cm。叶绿素 a 含量以匀浆液中叶绿素 a 的浓度
(Ca)表示，其计算式为:
Ca = 11. 64 × OD663 － 2. 16 × OD645 + 0. 10 ×
OD630 + 9. 85 × OD750。
脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法［8］，单
位:μg /mL。取鲜叶片 0. 5g，剪碎后放入试管中，加
5mL 3%磺基水杨酸溶液，于沸水中浸提 10 分钟，冷
至室温。吸取提取液 2mL 于试管中，再加入 2mL
水、2mL 冰乙酸和 4mL 2. 5% 酸性茚三酮溶液
(以 3∶ 2的冰乙酸和 6mol /L磷酸为溶剂进行配制) ，
置沸水浴中显色 60min，冷却后，加入 4mL 甲苯，用
漩涡振荡器震荡，以萃取红色物质。静置后，吸取甲
苯层于分光光度计 520nm波长处比色。
2 结果讨论
2. 1 Cu、Cd、Hg对少根紫萍外部形态的影响
处理 4 天后发现，少根紫萍对照组根系发达，
叶片翠绿，生长正常。单一处理中，Cu 出现失绿
现象，根系大量脱落;Hg 叶片逐渐发黑;Cd 叶片
失绿。实验观察其受害症状发现，受 Cu 毒害的少
根紫萍主要是叶片失绿现象严重，脱根不明显;受
Cd毒害的少根紫萍叶片完全失绿发白，叶片边缘
的零星坏死斑范围随浓度加大逐步扩大;受 Hg 毒
害的少根紫萍主要表现为叶片边缘失绿以及根系变
短。据此分析，可能 Cd 毒害主要作用于植物的叶
绿体，而 Cu、Hg毒害对叶绿体影响较小。
2. 2 Cu、Cd、Hg 单一污染及复合污染对少根紫
萍叶绿素浓度的影响
叶绿素含量减少是衡量叶片衰老重要的生理指
标［9］，Somashekaraish B V等［10］认为叶绿素含量的
降低主要是由于重金属离子作用于叶绿素生物合成
途径中几种酶的肽链中富含 － SH 的部分，抑制了
酶活性从而阻碍了叶绿素的合成。
2. 2. 1 Cu、Cd、Hg 单一污染对少根紫萍叶绿素
浓度的影响
图 1 表明，随着处理浓度的增加，Cu、Cd、
Hg单一污染处理后少根紫萍叶绿素含量与对照组
相比均呈下降趋势，但 Cd 的下降趋势最为明显，
可见不同浓度梯度下 Cd 毒害对少根紫萍叶绿素的
影响较大对叶绿素的破坏作用较大，而 Cu 和 Hg
毒害对少根紫萍叶绿素的影响较小。相同浓度下少
根紫萍叶绿素含量降幅依次为 Cd ＞ Cu ＞ Hg。
图 1 Cu、Cd、Hg单一污染对少根紫萍叶绿素含量的影响
Fig. 1 The single pollution effect of Cu，Cd and Hg on
the Chlorophyll content in Spirodela Oligorrhiza
2. 2. 2 Cu、Cd、Hg 复合污染对少根紫萍叶绿素
浓度的影响
由图 2 可知，Cu + Cd 复合污染少根紫萍叶绿
素含量比 Cu、Cd 单独污染的叶绿素含量有所减
少，表现为协同作用。
图 2 Cu、Cd单一污染及复合污染对
少根紫萍叶绿素含量的影响
Fig. 2 The pollution effects of single one of Cu，Cd
and their combination pollution on the
chlorophyll content in Spirodela Oligorrhiza
744 期 毛晓茜等:铜、镉、汞单一及其复合污染对少根紫萍的毒害研究
图 3 Cd、Hg单一污染及复合污染对
少根紫萍叶绿素含量的影响
Fig. 3 The pollution effects of single one of Cd，Hg
and their combination pollution on the
chlorophyll concentration in Spirodela Oligorrhiza
由图 3 可知，Cd + Hg 复合浓度≤6. 0 + 4. 0
mg /L时，叶绿素含量高于 Cd 处理组，低于 Hg 处
理组，表现为拮抗作用;Cd + Hg复合浓度 ＞ 6. 0 +
4. 0 mg /L 时，叶绿素含量明显低于 Cd 处理组和
Hg处理组，表现为协同作用。
图 4 Cu、Hg单一污染及复合污染对
少根紫萍叶绿素含量的影响
Fig. 4 The pollution effects of single one of Cu，Hg
and their combination pollution on the
chlorophyll content in Spirodela Oligorrhiza
由图 4 可知，Cu + Hg 复合浓度≤0. 4 + 4. 0
mg / L时，叶绿素含量低于Cu处理组和Hg处理
图 5 Cu、Cd、Hg单一污染及复合污染对
少根紫萍叶绿素含量的影响
Fig. 5 The pollution effects of single one of Cu，Cd，Hg
and their combination pollution on the
chlorophyll content in Spirodela Oligorrhiza
组，表现为协同作用;Cd + Hg 复合浓度 ＞ 0. 4 +
4. 0 mg /L 时，叶绿素含量高于 Cu 单独污染处理
组，低于 Hg单独污染处理组，表现为拮抗作用。
由图 5 可知，Cu + Cd + Hg 复合污染少根紫萍
叶绿素含量比 Hg、Cu、Cd单独污染的叶绿素含量
有所减少，表现为协同作用。
2. 3 Cu、Cd、Hg对少根紫萍脯氨酸含量的影响
脯氨酸作为重要的渗透调节物质，它的积累可
能一方面是细胞结构和功能遭受伤害时机体作出的
反应［11］，另一方面也是植物在逆境下的适应性表
现，是一种防护效应［12］。因此可作为鉴定植物相
对抗性的指标。随处理浓度的递增，少根紫萍的脯
氨酸含量均表现出一显著抗性峰，可以认为是与清
除体内因胁迫而产生的大量活性氧作用有关。
由图 6 可知，Cu、Cd、Hg 单一污染及复合污
染对少根紫萍脯氨酸含量有不同程度的积累，
0. 4mg /L Cu 处理时达到峰值，高于对照 48. 3%;
Cd的峰值在 4. 0mg /L 处理组，高于对照 34. 5%;
6. 0mg /L Hg 处理时达到峰值，高于对照 48. 3%。
Cu + Cd 处理组在 0. 2 + 4. 0mg /L 处理组时达到峰
值，高于对照 51. 7%;Cd + Hg 处理组在 2. 0 +
1. 0mg /L 处理组时达到峰值，高于对照 37. 9%;
Cu + Hg 处理组在 0. 4 + 4. 0mg /L 处理组时达到峰
值，高于对照 60. 3%;Cu + Cd + Hg 处理组在 0. 4
+ 6. 0 + 4. 0 mg /L 处理组时达到峰值，高于对照
44. 8%。各处理系列脯氨酸含量达到峰值后均有不
同程度的下降，但仍高于对照，具一定协同性。
图 6 Cu、Cd、Hg单一污染及复合污染对
少根紫萍脯氨酸含量的影响
Fig. 6 The pollution effects of single one of Cu，Cd，Hg
and their combination pollution on the
proline content in Spirodela Oligorrhiza
3 小 结
综上所述，叶绿素是较好的植物分子生态毒理
学指标，能较灵敏、准确地指示植物的受伤程度。
采用叶绿素作为观测指标，可排除实验过程中其他
84 四 川 环 境 31 卷
因素的干扰，更直观地反映由重金属污染物引起的
对植物的伤害。
Cu、Cd、Hg单一及复合污染对少根紫萍的毒
害存在典型的计量 －效应关系。单一污染对少根紫
萍叶绿素毒性大小依次为 Cd ＞ Cu ＞ Hg。复合污染
中 Cu + Cd和 Hg + Cu + Cd 对叶绿素的影响则表现
为协同作用;Cd + Hg 复合浓度≤6. 0 + 4. 0 时表现
为拮抗作用，复合浓度 ＞ 6. 0 + 4. 0 时表现为协同
作用;Cu + Hg复合浓度≤0. 4 + 4. 0 时表现为协同
作用，复合浓度 ＞ 0. 4 + 4. 0 时表现为拮抗作用。
Cu、Cd、Hg单一污染及复合污染的各处理系列脯
氨酸含量达到峰值后均有不同程度的下降，但仍高
于对照，具一定协同性。
参考文献:
［1］ Wang W． Review:Literatures review on duckweed toxicity testing
［J］． Environ Rev，1990，52:7-22．
［2］ Wang W． Literature review on higher plants for toxicity testing
［J］． Wat，Air and Soil Pollut，1991，59:381-400．
［3］ 张 彤，金洪钧． 用浮萍试验检测四种污染物的植物毒性
［J］．中国环境科学，1995，15(4) :266-270．
［4］ 奚旦立，等．环境监测［M］．北京:高等教育出版社，1996．
［5］ Liu P，Yang Y A． Effects of molybdenum and boron on membrane
lipid peroxidation and endogenous protective systems of soybean
leaves［J］． Acta Botsin，2002，42(5) :461-466．
［6］ 宋玉芳． 土壤重金属对白菜种子发芽与根伸长抑制的生态毒
性效应［J］．环境科学，2002 ，23(1) :103-107．
［7］ 张 莉，王友保，刘登义．利用浮萍检测 Cu、As 及其复合污染
的植物学毒性［J］．安徽师范大学学报(自然科学版) ，2001，
24(4) :152-156．
［8］ 邹 琦．植物生理学实验指导［M］． 北京:中国农业出版社．
2001．
［9］ 严重玲，李瑞智，钟章成模拟酸雨对绿豆、玉米生理生态特
性的影响［J］，应用生态学报，1995，6(S1) :124-131．
［10］ Somashekaraish B V，Padmaja K，Prasad R K． Phytoxicity of
Cadmium ions on germination seedling seedling of mung bean:In-
volvement of lipid peroxides in chlorophyll degradation［J］．
Physiol，Plant，1992，85:85-89．
［11］ 汤章城．逆境条件下植物脯氨酸的积累及其可能意义［J］．植
物生理学通讯，1984，(1) :15-21．
［12］ 卞咏梅，陈树元，刘绍考，谢明云． 大气氟污染对某些植物脯
氨酸的影响［J］．植物生理学通讯，1988，(6) :19-21．
944 期 毛晓茜等:铜、镉、汞单一及其复合污染对少根紫萍的毒害研究