全 文 ：　　
草坪园艺 几种重金属离子对高羊茅种子萌发及　　生理活性的响应　　
李德明 ,张秀娟 ,李改华 ,邓丹凤 ,邹恒
(长江大学园艺园林学院 , 湖北荆州 434025)
摘要:试验以高羊茅 Festuca arundinacea“凌志 1 号”种子为材料 ,研究了镉(Cd2+)、铜(Cu2+)、汞(Hg 2+)对
种子萌发和幼芽细胞膜透性以及其体内过氧化氢酶(CAT)活性的影响。结果表明 , 0.5 和 5 mg/ L Hg2+极
显著地促进萌发(P<0.01), 50 mg/ L Cu2+极显著地抑制萌发(P<0.01), 500 mg/ L 各离子均显著抑制种
子萌发(P<0.05)。随处理的质量浓度逐渐增加 , 幼芽细胞膜透性逐渐增加。 0.5 mg/ L 的质量浓度下 ,
Cu2+和 H g2+处理幼芽细胞膜透性显著低于对照(P<0.05);5 和 50 mg/ L的质量浓度下 , Hg 2+处理细胞膜
透性最大;500 mg/ L的质量浓度下 , Cu2+处理细胞膜透性最高。幼芽 CA T 的影响均表现为随质量浓度增
加而逐渐升高 ,在 0.5 mg/ L 的质量浓度下 , Cu2+处理 CAT 活性相对较高;在 5 mg/ L 的质量浓度下 , Hg 2+
处理 CAT 活性相对较高;在 50 mg/ L 的质量浓度下 , Cu2+和 Hg 2+处理 CAT 活性相对高于 Cd2+处理;在
500 mg/ L 的质量的浓度下 , Cu2+处理 CAT 活性相对较高。发芽率与细胞膜透性间存在较强的相关关系 ,
发芽率和细胞膜透性与 CAT 呈负相关。综合分析几种重金属离子对高羊茅种子萌发的影响 , Cd2+对高羊
茅的毒害作用最大 , Cu2+最小。
关键词:重金属离子;高羊茅;种子萌发;细胞膜透性;过氧化氢酶
中图分类号:Q945.12;S688.4　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-0629(2008)06-0098-05
＊ 　城市土壤重金属一部分来源于成土母质 ,另一
部分则为人为输入[ 1] ,如在北京土壤中铬(Cr)、镍
(Ni)主要受成土母质的影响[ 2] 。汽车尾气排放 、
轮胎添加剂中的重金属均可影响到土壤中铅
(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)的含量 ,且这些元素的积累
量都与交通流量有关[ 3] 。另外 ,城市生活垃圾与
工业废弃物的堆放及填埋对其附近城市土壤中重
金属的含量与形态特征有着明显的影响[ 1] 。有研
究表明 ,城市及郊区附近土壤中重金属元素的含
量与形态分布特征和垃圾 、废弃物中的重金属含
量及其有效态含量呈明显的正相关[ 4 , 5] ,污水 、污
泥的大量使用也明显影响到城市土壤中的重金属
组成与含量[ 6] 。有研究表明 , 镉(Cd)、Cu 、汞
(Hg)在环境中普遍存在 ,是对动植物及生态平衡
影响较大的重金属[ 7 , 8] 。城市工业的不断发展 ,
使城市生态中金属污染以复合的形式蔓延[ 9] 。关
于重金属对植物(蔬菜以及粮食作物[ 10] )的影响
已有较多报道 ,有研究指出 ,过高重金属浓度严重
影响了早熟禾 Poa pratensis 正常的新陈代谢能
力[ 11] 。试验材料高羊茅 Festuca arundinacea 是
禾本科羊茅属多年生草本植物 ,为冷季型禾本科
中抗热 、耐旱性最强的草种 ,该草种是华中地区一
些省市重要的草坪草之一[ 12] ,对城市绿化 、美化
及社会服务起着重要作用 。关于高羊茅对生态环
境因子的适应性已有较多研究[ 13-15] ,但重金属对
高羊茅生长及生理效应的研究尚报道不多。
1　材料与方法
1.1试验品种及药品　试验用高羊茅(“凌志 1
号”)种子于 2005年 10 月购于湖北荆州荆楚种
业 ,试验前精心挑选饱满种粒。试验用重金属离
子分 别 为:Cd2+ (CdSO 4 · 8H2O)、 Cu2+
(CuSO 4 ·5H 2O)、Hg2+(HgSO 4 · 7H 2O);每种
离子均设 0.5 、5 、50 、500 mg/L 4个处理和蒸馏水
(dH2O)对照(CK)。所有药品均用 dH 2O 配制 。
1.2 试验方法
1.2.1 高羊茅种子萌发的测定 　干净培养皿
98
6/2008 草　业　科　学PRATACULTURAL SCIENCE 25卷 6 期Vo l.25.No.6
＊收稿日期:2007-06-26
基金项目:长江大学博士启动基金(2007018)
作者简介:李德明(1972-),男 ,湖北武汉人 ,工程师 , 博士 ,主要从
事植物矿质营养 、逆境生理生化及发育和园林植物应
用研究与教学。 E mail:lidm n@163.com
99　
( 10 cm)铺 2层滤纸 ,量取20 mL 配制好的重金
属离子溶液分别倒入对应培养皿中 ,随后放入
300粒种子并用玻璃棒将其铺平 ,上盖一层滤纸 ,
最后盖上培养皿 ,每处理重复 3次。将内含种子
的培养皿放入 25 ℃培养箱中(长江大学园艺园林
学院实验室),4 d后统计各培养皿发芽数。
1.2.2高羊茅种子细胞膜相对透性的测定　采用
李德明等[ 16] 方法 ,取已萌动的种子 ,用 dH 2O 清
洗 3次 ,然后用滤纸将种子吸干 。取干净的幼芽
0.25 g ,放入干燥的 50 mL 锥形瓶中并加 15 m l
dH 2O 密封浸泡 24 h 以上 ,用 DDS-11A 型电导
率仪测定电导率(E1),然后在 80 ℃下水浴 30
min ,冷却并振荡 30 min 后测定电导率(E2),细
胞膜相对透性(P)=(E1/E2)×100%。
1.2.3 高羊茅幼芽过氧化氢酶(CA T)活性的测定
　取萌发的种子 0.3 g ,加入 3 mL 25mmol/L 的
磷酸缓冲液(PBS)(pH 7.8 ,含 0.2 mmo l/L 乙二
胺四乙酸(EDTA),最后加入 2%的不溶性吡咯
烷酮(PVP)研磨 , 4 000 r/min离心 30 min ,取上
清溶液 , 4 ℃保存 ,采用 Cakmak 等[ 17] 方法测定
CA T 活性 。
1.2.4 数据分析　采用 DPS 数据分析软件对种
子萌发 、生理指标进行 0.05和 0.01水平上的显
著性检验 。
2　结果与分析
2.1 重金属离子对高羊茅发芽的影响　几
种重金属离子对高羊茅种子发芽影响明显不同
(表 1)。低质量浓度下(0.5和 5 mg/L), Hg 2+处
理发芽率高(且表现为略加促进萌发),Cu2+处理
发芽率最低;高质量浓度处理时(50 mg/L),Cu2+
极显著地抑制高羊茅种子萌发(P <0.01),其它
几种重金属离子抑制效果不明显;50 mg/L 质量
浓度下 ,Cu2+的发芽率仍然最低。极高质量浓度
处理时(500 mg/L),重金属离子对种子萌发抑制
作用甚至达到显著水平(P <0.05),都没有发芽
的现象。
2.2 重金属离子对高羊茅幼芽细胞膜相对
透性的影响　由表 2可知 ,不同重金属离子对
高羊茅幼芽细胞膜透性的影响差异极显著(P <
0.01),且各重金属离子均表现为随处理浓度增加
细胞膜透性逐渐增加 ,表明各重金属离子对细胞
膜的伤害存在剂量效应 。0.5 mg/L 低质量浓度
下 ,Cd2+处理细胞膜透性最低 ,而 Cu2+ 、Hg2+处
理均造成幼芽细胞膜透性显著高于对照(P <
0.05);5 mg/L 质量浓度下 , Cu2+处理细胞膜透
性最低 , Hg 2+最高;50 mg/L 质量浓度下 , Cu2+处
理细胞膜透性最低 , Hg2+处理最高;500 mg/L 质
量浓度下 , Hg2+处理高羊茅细胞膜透性最低 ,
Cu2+处理细胞膜透性最高 。试验中 , Cu2+处理在
表 1　不同重金属离子对高羊茅种子发芽的影响
质量浓度
(mg/ L) Cu2+ H g2+ Cd2+
0
291.67aA ±
3.06
291.67aA ±
3.06
291.67aA ±
3.06
0.5 288.00aA ±
4.58
299.00aA ±
1.00
285.00abAB ±
2.00
5
284.33aA ±
3.06
298.00abA ±
1.00
292.00abAB ±
2.65
50
273.00aA ±
5.00
280.00aA ±
6.24
288.00aB±
7.81
500 0bB±0.00 0bB±0.00 0bB ±0.00
　注:同行不同小写字母间差异显著(P<0.05);同行不
同大写字母间差异极显著(P<0.01)。下同。
表 2　不同重金属离子对高羊茅幼芽细胞膜透性的影响
质量浓度
(mg/ L) Cu2+ H g2+ Cd2+
0
65.83aA ±
4.07
65.83aA ±
4.07
65.83aA ±
4.07
0.5 81.05aB±
5.98
80.05ab±
2.47
74.68aB±
6.13
5
83.17ab ±
8.07
91.65aB ±
3.62
85.23abA ±
1.71
50
84.39ab ±
5.36
96.43abAB ±
3.05
88.41aA ±
3.88
500
93.88abAB±
6.05
53.87abAB ±
6.66
73.41abB ±
3.87
6/2008 草　业　科　学(第 25 卷 6 期)
100　
500 mg/L 时细胞膜透性很高的可能原因是该处
理致使高羊茅种子萌动和刚萌动的种子受到严重
损伤 ,进一步表明高质量浓度下 Cu2+对高羊茅种
子萌发毒害较大 。
2.3 重金属离子对高羊茅的过氧化氢酶
(CAT)活性的影响　由图 1可知 ,几种不同重
金属离子对高羊茅幼芽 CA T 活性影响明显不
同。在 0.5 mg/L 的质量浓度下 ,Cu2+处理 CA T
活性较高 , Hg2+和 Cd2+处理 CA T 活性相对较
低;5 mg/ L 质量浓度下 , Cu2+和 Cd2+处理 CA T
的活性较低 , Hg2+处理活性相对较高;50 mg/L
质量浓度下 ,Cu2+和 Hg2+处理 CA T 的活性明显
高于 Cd2+处理;500 mg/L 质量浓度下 ,由于种子
基本没有萌发 ,各重金属处理后 CAT 活性表观
上降低 ,进一步从生理角度揭示重金属对高羊茅
种子萌发存在剂量效应 。比较 0.5 ～ 5 mg/ L 质
量浓度下各重金属离子对高羊茅幼芽 CAT 活性
大小的影响可知 , Cd2+对高羊茅的毒害相对较
大。
图 1　重金属离子对高羊茅幼芽 CA T 活性的影响
2.4发芽率 、细胞膜相对透性和过氧化氢酶
活性相关性分析　通过分析 ,高羊茅 CA T 活
性与细胞膜相对透性存在负相关(-0.194 35);
高羊茅种子的发芽率与 CA T 活性也存在负相关
(-0.299 13);发芽率与细胞膜相对透性是正相
关(0.218 318);但均不显著 。
3　结果与讨论
试验通过几种常见的重金属对高羊茅种子萌
发及细胞膜透性和 CAT 活性的响应测定 ,为高
羊茅种植环境提供必要的理论指导 。结果表明 ,
对于高羊茅种子萌发 ,不同重金属离子以及不同
质量浓度影响效果不同:低质量浓度 Hg2+(0.5
和 5 mg/L)极显著地促进高羊茅种子萌发 ,较高
质量浓度 Cu2+(50 mg/L)极显著地抑制萌发 ,各
离子高质量浓度下(500 mg/ L)均显著抑制种子
萌发 。幼芽细胞膜透性 ,随处理浓度逐渐增加而
增加;在不同处理下各重金属离子对幼芽细胞膜
的伤害略有差异(0.5 mg/ L ,Cu2+和 Hg2+处理幼
芽细胞膜透性显著低于对照;5 和 50 mg/L ,
Hg
2+处理细胞膜透性最大;500 mg/ L ,Cu2+处理
细胞膜透性最高)。幼芽 CA T 活性的影响也表
现为随质量浓度增加而逐渐升高 ,在不同浓度下
各离子的响应存在差异:在 0.5 mg/L 时 ,Cu2+处
理 CA T 活性相对较高;在 5 mg/L 时 , Hg2+处理
CA T 活性相对较高;50 mg/L 时 , Cu2+和 Hg2+
处理 CA T 活性相对高于 Cd2+处理;500 mg/L
时 ,Cu2+处理 CA T 活性相对较高。发芽率与细
胞膜透性间存在较强的相关关系 ,发芽率和细胞
膜透性与 CAT 负相关 。综合发芽率 、细胞膜透
性以及 CA T 活性评价参试各重金属离子对高羊
茅萌发的毒害 , Cu2+对高羊茅种子萌发毒性相对
比较小 , Cd2+的毒性最大;500 mg/ L 处理时 ,高
羊茅均无发芽现象 ,说明土壤中重金属超过 500
mg/L 时 ,高羊茅种子无法生存。
细胞膜透性是反映细胞受伤害程度的一项重
要生理指标[ 17] ,细胞膜透性的大小也跟植物的生
长有着重要的关联[ 18] 。试验中随 Cd2+ 、Cu2+和
Hg
2+重金属离子处理质量浓度增加 ,高羊茅幼芽
细胞膜透性也逐渐增加。细胞膜透性越大表明细
胞内含物流失越严重 。对高羊茅幼芽的毒害作用
就越大。CA T 是植物体内普遍存在的 、活性较高
的一种酶 ,它与呼吸作用 、光合作用及生长素的氧
化等都有密切关系[ 19] , CA T 对重金属胁迫比超
氧化物歧化酶(SOD)等其它植物体内活性氧清除
系统中的酶更为敏感[ 20] 。试验表明 ,不同质量浓
度的重金属离子对高羊茅体内 CA T 活性存在不
同影响。在低质量浓度时 , Cu2+对 CA T 的活性
较低说明该处理下 Cu2+对高羊茅的毒害作用较
小 , Hg 2+和 Cd2+处理时 CA T 的活性有显著的增
PRATACULT URAL SCIENCE(Vo l.25.No.6) 6/ 2008
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加。在高处理浓度处理下(50 mg/L),3种重金属
离子对 CA T 的活性都有抑制作用。其中 Cd2+的
毒性最大 , Hg2+最小。CAT 活性越强 ,表示该处
理重金属离子对高羊茅的毒害作用越大 。试验还
表明 ,随着重金属离子的质量浓度的升高 ,高羊茅
幼芽体内的 CA T 的活性会逐渐升高 ,重金属离
子的质量浓度达到或高过一定的阈值(50 mg/L)
后 ,由于种子受到严重伤害而基本不能萌发 ,
CA T 活性不能表达幼芽所受的生理伤害程度。
综合高羊茅种子萌发 、幼芽细胞膜相对透性及
CA T 活性 ,Cd2+对高羊茅的毒害作用最大 , Cu2+
最小 。试验主要针对高羊茅种子萌发进行 ,并非
模拟土培试验 ,因此 ,试验处理浓度参照李德明
等[ 16]研究重金属对小白菜 Brassica chinensis 种
子萌发的生理影响而设置 。我国城市土壤 Cd2+ 、
Hg2+和 Cu2+的质量浓度范围分别是 0.09 ～ 4.0 、
0.16 ～ 0.46和20.02 ～ 87.90 mg/L[ 21] ,依据本试
验结果 ,高羊茅及其他草坪草种子能够在我国被
重金属污染的城市土壤中萌发 。但是 ,草坪草种
在城市污染土壤中的生态效应以及采用物理 、化
学或生物工程手段改良草种 ,使其富集重金属达
到环境治理目的将是以后城市草坪研究的内容之
一。
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6/2008 草　业　科　学(第 25 卷 6 期)
102　
Effects of heavy metal ions on germination and physiological
activity of Festuca arundinacea Seed
LI De-ming , ZHANG Xiu-juan , LI G ai-hua , DENG Dan-feng , ZOU Heng
(College of Ho rticul ture and Gardening , Yang tze U niversi ty , Jinzhou 434025 , China)
Abstract:The ef fects of three heavy me tal ions including Cd2+ , Cu2+ and Hg 2+ on seed germinat ion ,
shoo t cell membrane permeability and CA T enzyme activity of Festuca arund inacea we re investig ated.
The result show ed that 0.5 mg/L and 5 mg/ L Hg2+ promoted seed germination signif icantly (P <
0.01), 50 mg/L Cu2+ signif icantly inhibited the germination(P<0.01), 500 mg/ L concentration of
these three ions significant ly inhibi ted the germination significant ly(P<0.05).With the increasing of
ions concentra tions , membrane permeability of tall fescue increased g radually.Under 0.5 mg/ L Cd2+
or Hg2+ t reatments , membrane permeability significant ly decreased (P <0.05).Hg2+ caused the
highest membrane permeability under 5 mg/ L &50 mg/ L treatments.The membrane permeability of
Cu2+ treatment w as the highest under 500 mg/L concentrat ion.With increasing concentrations of
heavy metal ions , the ca talase (CA T)activi ty increased gradually.Under 0.5 mg/ L concentrat ion ,
CA T activi ty of Cu2+ t reatment w as highe r cor respondingly .Under 5 mg/ L concentration , CA T ac-
tivity of Hg
2+
t reatment was higher.Under 50 mg/L concentration , CA T activities o f Cu2+ and Hg2+
t reatments were highe r than that of Cd
2+.CA T activi ty of Cu2+ t reatment w as higher unde r 500 mg/L
concentration.Germination ra te co rrela ted to membrane permeability , both w ere negatively cor related
to CA T act ivity .The to xicity o f Cu2+ to seed germination w as the lightest and the Cd2+ was the most
serious.
Key words:Heavy metal ions;Festuca arundinacea;seed germina tion;membrane permeability ;catalase
(CAT)
林芝地区规范虫草采集工作管理办法
2008年 ,林芝地区严格按照“一手抓稳定 ,一手抓发展”的要求 ,将稳定与环保确立为虫草采集
管理工作的根本方针 ,努力做到平安 、有序 、依法 、科学采集。
素有“西藏江南”之称的林芝地区虫草丰富 ,可采面积达 62.47万 hm2 ,同时存在采集人员众多
的客观因素。4-6月是虫草采集的黄金时期 。为确保虫草采集工作的稳定有序进行 ,进一步加强
草原生态环境保护 ,并实现冬虫夏草资源的可持续利用 ,林芝地委 、行署决定 ,在确保稳定的基础
上 ,按照“谁主管 、谁负责”的原则 ,进一步强化社会治安管理措施 ,进一步建立健全冬虫夏草采挖季
节群体性事件应急处置机制 ,努力做到平安采集 、有序采集 、依法采集 、科学采集 ,坚决防止出现大
的治安或影响社会稳定事件的发生 ,最大限度地减少不和谐因素。
同时 ,在环境保护方面 ,2008年林芝地区特别规定了一系列非常严格的措施 。规范冬虫夏草
采集工具 ,提倡使用传统的小型工具采集 ,并及时进行回填 ,对草原生态环境有较大破坏力的采集
工具禁止使用 ,并进行追缴;对生活垃圾 ,特别是难以分解的工业制品要带出采集地 ,集中进行无害
化处理;设立破坏草原生态环境的举报电话 ,坚决查处破坏草原生态环境的违法违纪行为 ,确保草
原生态环境得到有效保护;加强草原植被恢复费的收取 、使用和管理工作 ,严格建立资金管理制度 ,
实行专账核算 、专户管理 、专款专用的资金“三专”制度 ,严禁挤占 、挪用 、截留 、套用草原植被恢复
费 ,切实做到取之草原 、用之草原 。
PRATACULT URAL SCIENCE(Vo l.25.No.6) 6/ 2008