全 文 ：第 34 卷第 6 期
2014 年 6 月
环 境 科 学 学 报
Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 34，No． 6
Jun．，2014
基金项目:国家自然科学基金项目(No． 70901035，31071350)
Supported by the National Natural Science Foundation of China (No． 70901035，31071350)
作者简介:白雪(1986—) ，女，E-mail:baixue19861009@ sina． com;* 通讯作者(责任作者)，E-mail:wmxcau@ 163． com
Biography:BAI Xue(1986—) ，female，E-mail:baixue19861009@ sina． com;* Corresponding author，E-mail:wmxcau@ 163． com
DOI:10． 13671 / j． hjkxxb． 2014． 0501
白雪，陈亚慧，耿凯，等． 2014．镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布［J］．环境科学学报，34(6) :1600-1605
Bai X，Chen Y H，Geng K，et al． 2014． Accumulation，subcellular distribution and chemical forms of cadmium in Viola tricolor L．［J］． Acta Scientiae
Circumstantiae，34(6) :1600-1605
镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布
白雪，陈亚慧，耿凯，刘建国，王明新*
常州大学环境与安全工程学院，常州 213164
收稿日期:2013-09-09 修回日期:2013-10-10 录用日期:2013-10-10
摘要:通过营养液培养实验，研究了在不同 Cd浓度(0、0． 01、0． 05、0． 1、0． 2、0． 3、0． 4 mmol·L－1)处理下，三色堇地下部和地上部中 Cd 的含量
与积累特征，进一步分析了 Cd在三色堇体内的亚细胞分布特征和化学形态分布特征．结果表明，三色堇体内 Cd积累量随着 Cd 浓度的增加而
不断增加，对 Cd具有很高的积累能力，是一种潜在的 Cd超富集植物．三色堇地下部和地上部大部分的 Cd 分布在可溶组分和细胞壁中，而在
细胞器中的分布较少．随着 Cd处理浓度的增加，地下部细胞壁中镉的分配比例呈增加趋势．植株中大部分的 Cd 以乙醇提取态和水取提态存
在，随着 Cd处理浓度的增加，地上部中活性强、毒性较高的乙醇提取态和水提取态 Cd 分配比例总和减少，而活性较弱、毒性较低的氯化钠提
取态和醋酸提取态 Cd分配比例增加，这有利于降低总镉的相对毒性．因此，液泡区隔化、细胞壁固持和化学形态转化可能是三色堇应对 Cd胁
迫的重要耐性机制．
关键词:三色堇;镉;积累;亚细胞分布;化学形态
文章编号:0253-2468(2014)06-1600-06 中图分类号:X53 文献标识码:A
Accumulation，subcellular distribution and chemical forms of cadmium in Viola
tricolor L．
BAI Xue，CHEN Yahui，GENG Kai，LIU Jianguo，WANG Mingxin*
College of Environmental ＆ Safety Engineering，Changzhou University，Changzhou 213164
Ｒeceived 9 September 2013; received in revised form 10 October 2013; accepted 10 October 2013
Abstract:A hydroponic experiment was conducted to investigate the accumulation，subcellular distribution and chemical forms of Cd in the root and leaf
of Viola tricolor L． with different Cd treatments (0，0． 01，0． 05，0． 1，0． 2，0． 3 and 0． 4 mmol·L－1)． The results showed that Cd accumulation
increased in Viola tricolor L． with elevating cadmium supply and was identified as new potential hyperaccumulator with high accumulation capacity of Cd．
Majority of total Cd was found in soluble fraction and cell wall in the roots of plant，while only a small quantity of Cd distributed in organelles． As to
chemical forms distribution of Cd，a large quantity of Cd existed in water-and ethanol-extractable forms both in root and shoots of plant． In addition，with
increasing Cd supply in the medium，the Cd accumulation percentages in NaCl-and HAc-extractable fractions increased，whereas Cd extracted by ethanol
and water decreased． Therefore，cell wall binding，vacuolar compartmentalization and transferring of chemical forms were supposed to be the main
tolerance mechanisms to Cd for Viola tricolor L． with Cd stress．
Keywords:Viola tricolor L．;Cd;accumulation;subcellular distribution;chemical forms
1 引言 (Introduction)
近年来，由于工业“三废”的不合理排放以及农
药化肥不合理的使用，导致土壤中的重金属 Cd 含
量急剧增加． Cd 是生物毒性最强的重金属之一，它
在土壤中的迁移能力较强，植物可利用性较高，其
对作物的毒害不仅使农产品产量下降，还容易累积
在可食部分，从而进入食物链，对人类的健康构成
潜在威胁(Peng et al．，2008;Sterckeman et al．，
2009)．
重金属污染土壤的物理、化学修复技术成本高
昂，因此基于超积累植物种植的植物修复技术因其
6 期 白雪等:镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布
有费用低廉和不破坏土壤结构等特点而受到关注．
然而，如果超积累植物不具有市场价值则难于大面
积推广，采用花卉植物修复重金属污染土壤由于兼
具有环保、景观和市场价值而有较好的应用前景．许
多研究表明，紫茉莉、金盏菊、龙葵、孔雀草等花卉植物
均对 Cd 具有较强的积累能力(Liu et al．，2008;Wei
et al．，2010;Sun et al．，2011)．然而，我国幅员辽阔，重
金属污染土壤广泛分布于全国各地，采用花卉植物修
复重金属污染土壤迫切需要重金属积累能力强、适宜
性广的花卉品种，并深入研究花卉植物对重金属污染
胁迫的耐性机制与积累机理．
三色堇(Viola tricolor L．)是堇菜科堇菜属花卉
植物，较耐寒，喜凉爽，能在较低温度(0 ～ 5 ℃)条件
下开花，在长江以南的大部分地区可以作为越冬花
卉植物，在北方地区可以作为早春的花坛植物，适
应性强，易于管理，因此在全国各地公园、花坛冬春
两个季节得到广泛栽培． 作者前期研究发现三色堇
对镉具有较好的积累能力，本文进一步采用营养液
培养方式，研究 Cd 在三色堇不同组织中的富集规
律、亚细胞分布以及化学形态特征，旨在探索该植
物对 Cd的积累特征与耐性机理，为利用该植物修
复镉污染土壤提供科学依据．
2 材料与方法 (Materials and methods)
供试植物三色堇购于花木市场，约生长 2 个月
左右，选择长势良好和生长一致的植株(平均株高
10 cm，平均鲜重 4． 5 g，植株镉含量未检出)，用自来
水洗净后移至 1 /4 Hoagland 营养液中进行培养，试
验容器为 28 cm×19 cm×8 cm的塑料盆，每盆移栽 6
个植株，植株在 1． 5 L 营养液中平衡 3 d 后进行 Cd
处理． Cd 处理浓度分别为:CK(0 mmol·L－1)、T1
(0. 01 mmol·L－1)、T2(0． 05 mmol·L－1)、T3(0. 1
mmol·L－1)、T4(0． 2 mmol·L－1)、T5(0． 3 mmol·
L－1)、T6(0． 4 mmol·L－1)，每个处理重复 3 次，每 4 d
更换 1 次营养液，连续通气，处理 8 天后收获全部植
株．先用自来水将植株冲洗干净，再用 20 mmol·L－1
Na2-EDTA浸泡 30 min，去除根系吸附的 Cd，自来水
冲洗 3 ～ 4 次，最后用去离子水润洗，吸干表面水分，
分成地下部和地上部两个部分． 地下部和地上部再
分成两部分，一部分保存于－20 ℃冰箱内备用，分别
用于测定植株亚细胞组分镉含量和不同化学形态镉
含量，另一部分 105 ℃杀青 30 min，然后 75 ℃烘箱内
烘干至恒重，最后用研钵粉碎用于重金属 Cd 含量的
测定．
2． 2 植物亚细胞组分的分离
采用在 Weigel 和 Jger(1980)和 Gabbrielli 等
(1990)的方法基础上加以改进的差速离心法分离
不同的细胞组分:取出预处理好的冰冻植物样，称
取 2 g剪碎，用植物样品与提取液(0． 25 mol·L－1 蔗
糖+1 mmol·L－1 二硫赤藓糖醇+50 mmol·L－1Tris-HCl
缓冲液(pH 7． 5) )按 1∶10 的比例迅速将样品研磨
成匀浆．研磨时先放入少量提取液，将大块的植物
样品尽量磨细后，再加入大量的提取液磨成匀浆，
然后转移到 50 mL 离心管中，在高速冷冻离心机
(德国赛默飞 Multifuge X1Ｒ 型)中以 3000 r·min－1
离心 30 s，下部沉淀和底层碎片为细胞壁组分
(F1)．得到的上清液在 10000 r·min－1 离心分离 30
min，下部沉淀为细胞器组分(F2) ，上清液为可溶组
分(F3) ，全部操作在 4 ℃下进行．
2． 3 植物体内的化学形态分析
采用不同极性化学试剂逐步提取法(许嘉琳
等，1991) ，具体操作如下:准确称取 2 g 预先冰冻好
的样品，加入 20 mL 提取液研磨成匀浆并转入 50
mL 离心管中，在 25 ℃ 恒温振荡 22 h 后，5000
r·min－1 离心 10 min．倒出上清液，再加入 10 mL 的
提取剂，25 ℃恒温振荡 1 h，5000 r·min－1 离心 10
min，倒出上清液，合并两次上清液．采用下列 5 种提
取剂依次逐步提取:80% 乙醇(FE)，去离子水
(FW )，1 mol·L
－1 NaCl 溶 液 (FNaCl )，2% HAc
(FHAc)，0． 6 mol·L
－1 HCl(FHCl)，最后为残留态
(FＲ)．不同提取剂提取不同形态的化合物(周建民
等，2007;Wang et al．，2008):去离子水主要提取水
溶性有机酸盐和一代磷酸盐等结合态重金属，80%
乙醇提取以硝酸盐、氯化物为主的无机盐和氨基酸
盐结合态重金属等，1 mol·L－1 NaCl 溶液提取果胶酸
盐和与蛋白质结合态或呈吸附态的重金属等，2%
HAc提取难溶于水的磷酸盐结合态重金属，0． 6 mol
·L－1 HCl提取重金属草酸盐等．
2． 4 样品中 Cd含量测定
称取粉碎干样0． 2 g放入消解罐，加入硝酸和过氧
化氢，采用微波消解仪(上海新仪公司 MDS-8G型)进
行微波消解，消解后样品定容到 50 mL 容量瓶中，最后
采用原子吸收光谱仪(德国耶拿公司 novAA300 型)测
定其 Cd含量．亚细胞分离和化学形态分析后的样品，
以提取剂作为空白，上清液定容过滤后直接测定 Cd含
量，沉淀和残渣部分用上述方法进行微波消解后原子
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环 境 科 学 学 报 34 卷
吸收光谱仪测定其 Cd含量．
2． 5 数据统计与分析
实验数据采用 SPSS 19． 0 软件中的 one-way
ANOVA 模块进行方差分析和显著性检验，采用 LSD
对数据进行多重比较，显著性水平设定为 α = 0． 05．
三色堇对 Cd 从地下部到地上部的转移能力采用转
移系数来分析，转移系数是指地上部 Cd 含量与地
下部 Cd含量的比值．
3 结果与分析(Ｒesults and analysis)
3． 1 Cd胁迫对三色堇 Cd吸收的影响和转移特征
对三色菫地下部和地上部中的镉含量分析结
果表明(表 1)，随着 Cd 处理浓度的提高，三色堇地
下部和地上部中的 Cd含量均不断增加．在 Cd 浓度
为 0． 01 mmol·L－1 时，植株地上部和地下部的 Cd 含
量均为最低，但地上部镉含量已经超过了 Cd 超富
集植物地上部 Cd 含量的参考值(100 mg·kg－1)． 当
处理浓度增加到 0． 4 mmol·L－1 时，植株地上部和地
下部 Cd含量达到最大值，两者分别是低浓度(0． 01
mmol·L－1)时的 9． 6 倍和 10． 7 倍．因此，可以认为三
色堇是一种潜在的 Cd超富集植物．
转移系数可以反映重金属由地下部向地上部
转运能力的大小，更为严格的重金属超富集植物标
准要求植物地上部分的重金属含量要高于地下部，
即转移系数大于 1． 本研究中，在不同镉胁迫水平
下，三色堇的转移系数介于 0． 45 ～ 1． 11 之间，Cd 处
理浓度为 0． 05 mmol·L－1 时，转运系数达到最高值1．
11，处理浓度为 0． 2 ～0． 4 mmol·L－1 时，转运系数没有
显著差异，表明三色菫对低浓度的 Cd 具有更高的转
运效率，可能是由于高浓度处理时三色堇把 Cd更
多地固持在地下部，限制其向地上部转移，从而能
够减轻 Cd 对地上部光合组织的损伤，缓解重金属
对植物生命活动的不良影响．
表 1 不同 Cd 浓度处理下三色堇中的 Cd含量
Table 1 Content of Cd in Viola tricolor L． under different Cd treatments
Cd处理 /
(mmol·L－1)
Cd含量 /(mg·kg－1)
地上部 地下部
转移系数
0． 01 118． 98±12． 48c 202． 20±98． 42d 0． 59±0． 39bc
0． 05 416． 22±16． 36b 376． 24±17． 14cd 1． 11±0． 33a
0． 1 520． 72±31． 26b 571． 39±53． 21c 0． 91±0． 06b
0． 2 569． 72±109． 77b 1260． 86±65． 5b 0． 45±0． 02c
0． 3 988． 97±204． 78a 2134． 11±219． 95a 0． 46±0． 07c
0． 4 1143． 64±308． 67a 2164． 99±220． 42a 0． 53±0． 11c
3． 2 三色堇中 Cd的亚细胞分布
Cd在三色堇地下部和地上部亚细胞各组分中
的分布均表现为可溶组分＞细胞壁＞细胞器(表 2)．
地上部 Cd 主要分布在以液泡为主的可溶组分中，
占总量的 49． 5% ～ 65． 9%，其次为细胞壁中，占总
量的 29． 6% ～42． 9%，细胞器中镉含量不到 8% ．地
下部细胞壁和可溶组分的 Cd 含量占 87． 8% ～ 96．
2% ．可见，在三色堇体内 Cd 主要分布在可溶组分
和细胞壁中，细胞器中的含量较少，因此对植株的
生命活动影响较小，从而使得三色堇对镉污染胁迫
具有较好的耐性．
随着营养液 Cd含量的增加，三色堇地下部和地
上部各亚细胞组分中 Cd 含量均呈逐渐增加趋势．随
着镉浓度的提高，地下部细胞壁中镉的分配比例逐渐
增加，而可溶组分中镉的分配比例有所下降．这表明
随着 Cd胁迫程度的增加，细胞壁对 Cd的固持
表 2 Cd在三色堇中的亚细胞分布
Table 2 Subcellular distribution of Cd in Viola tricolor L．
部位
Cd处理 /
(mmol·L－1)
Cd含量 /(mg·kg－1)
F1 F2 F3
分配比例
F1 F2 F3
地上部 0． 01 6． 39±1． 60c 0． 97±0． 31c 14． 23±1． 03d 29． 6% c 4． 5% a 65． 9% a
0． 05 8． 66±2． 59c 1． 54±0． 61c 13． 27±3． 03d 36． 9% b 6． 6% a 56． 5% b
0． 1 24． 72±3． 77b 4． 39±1． 01ab 28． 55±2． 67c 42． 9% a 7． 6% a 49． 5% c
0． 2 22． 45±5． 52b 2． 64±1． 45bc 31． 48±4． 18c 39． 7% ab 4． 7% a 55． 6% b
0． 3 27． 77±2． 87ab 4． 80±3． 33ab 42． 91±4． 60b 36． 8% b 6． 4a 56． 8% b
0． 4 33． 06±0． 93a 5． 73±0． 62a 51． 52±2． 27a 36． 6% b 6． 3% a 57． 1% b
地下部 0． 01 16． 07±4． 31d 2． 64±0． 55c 50． 02±16． 28c 23． 4% c 3． 8% c 72． 8% a
0． 05 23． 7±2． 74cd 3． 58±0． 52c 49． 73±9． 01c 30． 8% b 4． 6% c 64． 6% b
0． 1 52． 65±8． 97c 8． 46±0． 55c 76． 00±11． 34c 38． 4% a 6． 2% bc 55． 4% c
0． 2 101． 94±20． 96b 22． 84±3． 93b 123． 65±35． 10b 41． 0% a 9． 2% ab 49． 8% c
0． 3 120． 91±22． 05b 40． 46±6． 73a 170． 37±24． 33a 36． 4% ab 12． 2% a 51． 4% c
0． 4 158． 29±31． 15a 42． 27±14． 61a 188． 78±42． 75a 40． 7% a 10． 9% a 48． 5% c
2061
6 期 白雪等:镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布
作用在增强，这有利于降低 Cd 的移动性，从而限制
Cd从地下部向地上部转移，减轻镉胁迫对地上部的
损害．
3． 3 Cd在三色堇中的化学形态分布
由表 3 可知，在不同浓度 Cd 胁迫下，三色堇地
下部和地上部中 Cd 的化学形态基本均表现为乙醇
提取态和去离子水提取态 Cd 含量较大，而残渣态
含量很小，表明三色堇地下部和地上部中 Cd 主要
以无机盐及氨基酸盐和水溶性有机酸盐形式存在，
而以其它几种形态存在的 Cd 含量则相对较低． 相
对而言，水提取态和乙醇提取态的重金属活性相对
较高，毒性较大，通常称之为“活性态”，而以醋酸提
取态、盐酸提取态和残渣态存在的重金属其活性较
低、毒性较小，通常称之为“惰性态”．三色堇地下部
和地上部中的 Cd 在不同胁迫水平下大多以活性态
存在，因此对三色堇生长活动存在较大的潜在影响．
随着营养液 Cd 浓度的不断增加，三色堇地下
部乙醇提取态 Cd 和水提取态 Cd 的分配比例之和
总体上逐渐减少，而 NaCl提取态的分配比例则不断
增加，最高达到 29． 6%;在三色堇地上部，随着 Cd
浓度的增加，乙醇提取态 Cd 和水提取态 Cd 的分配
比例之和不断减少，NaCl 提取态 Cd 和醋酸提取态
Cd分配比例之和不断增加，最高达到 43． 0% ．其原
因可能是随着营养液 Cd的增加，地下部 Cd 由移动
性较强的无机盐和水溶性有机酸盐形态向迁移性
较弱的果胶酸盐和与蛋白质结合态 Cd 转化，从而
减轻活性较强的 Cd 对三色菫生命活动的干扰和
损害．
表 3 Cd在三色堇中的化学形态分布
Table 3 Cd distribution of chemical forms in Viola tricolor L．
部位
Cd处理 /
(mmol·L－1)
Cd含量 /(mg·kg－1)
FE FW FNaCl FHAc FHCl FＲ
地上部 0． 01 12． 56±3． 68(53． 6%)b 6． 55±2． 84(27． 9%)c 1． 41±0． 85(6． 0%)c 2． 01±1． 12(8． 6%)d 0． 54±0． 67(2． 3%)c 0． 36±0． 12(1． 6%)d
0． 05 20． 10±6． 71(54． 5%)ab 8． 66±5． 61(23． 5%)bc 2． 23±1． 00(6． 0%)c 2． 19±0． 37(5． 9%)d 2． 53±0． 95(6． 8%)b 1． 21±0． 19(3． 3%)a
0． 1 19． 99±10． 34(46． 2%)ab10． 28±5． 60(23． 7%)bc 4． 94±1． 22(11． 4%)c 4． 60±1． 70(10． 6%)c2． 41±0． 50(5． 6%)bc 1． 07±0． 04(2． 5%)a
0． 2 28． 10±7． 98(60． 5%)a 10． 47±5． 13(22． 6%)bc 2． 2±1． 13(4． 7%)c 2． 32±0． 53(5． 0%)d 2． 32±0． 61(5． 0%)bc 1． 01±0． 13(2． 2%)ab
0． 3 32． 25±8． 69(37． 6%)a 22． 51±10． 03(26． 2%)a 15． 28±3． 96(17． 8%)b11． 72±0． 27(13． 7%)b3． 24±1． 61(3． 8%)ab 0． 75±0． 09(0． 9%)c
0． 4 31． 11±5． 96(31． 8%)a 19． 14±8． 54(19． 6%)ab 24． 69±2． 00(25． 2%)a17． 39±2． 25(17． 8%)a4． 62±1． 65(4． 7%)a 0． 84±0． 09(0． 9%)bc
地下部 0． 01 6． 17±1． 91(32． 3%)f 8． 40±2． 96(44． 0%)d 1． 52±0． 88(7． 9%)d 2． 32±0． 97(12． 2%)d0． 31±0． 16(1． 6%)c 0． 36±0． 04(1． 9%)c
0． 05 19． 28±2． 57(37． 7%)e 19． 60±4． 73(38． 3%)d 4． 76±1． 12(9． 3%)d 5． 81±1． 38(11． 4%)cd1． 21±0． 64(2． 4%)c 0． 49±0． 21(1． 0%)bc
0． 1 39． 42±4． 61(34． 0%)d39． 68±1． 81(34． 3%)c 14． 82±0． 94(12． 8%)cd14． 11±1． 65(12． 2%)bc 7． 21±2． 13(6． 2%)b 0． 56±0． 26(0． 5%)bc
0． 2 84． 84±0． 93(37． 6%)c 69． 86±1． 86(30． 9%)b 36． 52±12． 29(16． 2%)bc16． 57±3． 06(7． 3%)b16． 28±4． 58(7． 2%)a 1． 67±0． 48(0． 7%)a
0． 3 136． 95±4． 30(41． 9%)b102． 11±22． 47(31． 3%)a 55． 04±32． 20(16． 9%)b19． 15±6． 30(5． 9%)b11． 63±3． 69(3． 6%)b 1． 76±0． 73(0． 5%)a
0． 4 160． 76±7． 59(37． 1%)a 97． 78±1． 99(22． 6%)a 128． 15±6． 71(29． 6%)a34． 23±9． 87(7． 9%)a11． 15±1． 07(2． 6%)b 1． 14±0． 46(0． 3%)ab
注:括号中数字表示该组分占总量的比例．
4 讨论 (Discussion)
本研究通过营养液培养试验证实了三色堇可
以超量吸收 Cd，其地上部 Cd含量显著超过 Cd超富
集植物的临界标准，因此可以认为三色堇是一种新
的潜在 Cd超富集植物．由于三色堇是目前我国冬、
春两季南、北方均广泛栽培的花卉植物，具有广泛
的适应性和产业基础，因此在镉污染土壤修复中具
有潜在的应用前景，但其对于土壤中镉的富集与转
运能力还有待进一步深入研究．
细胞壁固持和液泡区隔化可能在植物对重金
属的耐性、解毒和超积累方面起着主要作用
(Küpper et al．，2000;Cosio et al．，2004;Zhang
et al．，2011)． 例如，皖景天(Sedum jinianum)在 Cd
处理浓度 10 μmol·L－1 时，细胞内的 Cd 主要分布在
可溶组分，在高浓度处理时，皖景天根、茎和叶的细
胞壁中 Cd分布比例增加，而可溶组分 Cd 分布比例
相对减少(周守标等，2008);长柔毛委陵菜体内的
Cd主要分布在细胞壁和可溶组分中，且叶片中
90%以上原生质体中的 Cd 富集在液泡中(周小勇
等，2008;Qiu et al．，2011);美洲商陆中 53． 7% ～
68． 3%的 Cd 储存在细胞可溶组分中，其次是细胞
壁(Fu et al．，2011)． 本研究中三色堇地下部和地
上部中 48． 5% ～ 72． 8%的 Cd 分布在可溶组分中，
其次在细胞壁中，这表明可溶组分和细胞壁也是三
色堇储存 Cd 的两个最重要位点． 此外，随着 Cd 含
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环 境 科 学 学 报 34 卷
量的提高，Cd在三色堇地下部细胞壁的分配比例逐
渐提高，这说明细胞壁对 Cd 的固持作用可以有效
阻滞 Cd从地下部向地上部迁移．
植物体内的重金属活性、毒性和迁移能力与重
金属在植物体内的化学形态有关． 由于重金属在极
性不同提取剂中的溶解度有很大差别，许多研究采
用乙醇、去离子水、氯化钠、醋酸、盐酸等极性不同
的提取剂，顺序性提取植物组织中重金属的结合形
态．结果表明不同植物类型中重金属的化学形态分
布特征存在一定差异． 例如，小飞扬草、小麦和水稻
叶片和根系中的 Cd 均以氯化钠提取态为主(许嘉
琳等，1991;于辉等，2008;钟海涛等，2013);Cd 处
理长柔毛委陵菜，叶柄和根系中的 Cd 主要以 NaCl
提取态存在，但叶片中的 Cd 主要以水提取态占优
势 (周 小 勇 等，2008) ;美 洲 商 陆 (Phytolacca
Americana L．)茎和叶片中，NaCl 提取态占绝对优
势，而在根系中，乙醇提取态 Cd 含量最高(Fu
et al．，2011)．本研究中，三色堇地下部和地上部中
的 Cd主要以乙醇提取态和去离子水提取态存在，
这可能与三色堇地下部和地上部中 Cd 主要分布在
植物可溶组分有关． 随着提取剂极性的不断增强，
所提取出的重金属结合形态在植物体内的迁移能
力和毒性不断降低(许嘉琳等，1991;周小勇等，
2008)．如 HAc提取的难溶于水的重金属磷酸盐和
NaCl提取的牢固吸附于细胞壁上的果胶酸盐、与蛋
白质结合态的重金属，其迁移能力和毒性低于以硝
酸盐、氯化物等无机盐和氨基酸盐形态存在的重金
属．本研究中，随着 Cd 处理浓度的增加，三色堇体
内活性强的乙醇和去离子水提取态的 Cd 分配比例
呈下降趋势，而活性较弱的 NaCl 提取态 Cd 分配比
例呈上升趋势，这可能因为 Cd 对蛋白质或其他有
机化合物中的巯基和蛋白质的侧链有很强的亲合
力(Braude et al．，1980)，所以导致更多的 Cd2+与
果胶酸和蛋白质等配位基团络合，滞留在植物的细
胞壁中，从而降低细胞内游离态 Cd 和活性较强结
合形态 Cd 含量，减轻 Cd 对植物的毒害作用
(Ｒauser，1995;Schmger et al．，2000)，增强植物对
Cd的耐性，这可能是三色堇应对 Cd 污染胁迫的另
一重要耐性机制．
5 结论 (Conclusions)
1)三色堇对 Cd具有很强的积累能力，Cd 积累
量随着 Cd 浓度的增加而不断增加，营养液培养条
件下，其地上部镉含量远大于超富集植物的临界含
量，因此可以认定三色堇是一种潜在的 Cd 超富集
植物．
2)在 Cd污染胁迫条件下，三色堇地下部和地
上部中的 Cd 主要分布在可溶组分中，其次是细胞
壁，细胞器中含量很少，因此液泡区隔化和细胞壁
固持是三色堇应对 Cd胁迫的重要耐性机制．
3)随着 Cd 胁迫的增加，三色堇地下部和地上
部中活性较强、毒性较高的乙醇提取态和水提取态
Cd分配比例总和减少，而活性较弱、毒性较低的 Cd
提取态分配比例增加，这有利于降低镉对植株的相
对毒性，因此化学形态转化可能也是三色堇应对 Cd
胁迫的重要耐性机制之一．
责任作者简介:王明新(1979—)，博士，副教授，硕士生导
师，研究领域为污染土壤修复，主持和参加国家和地方科研
项目十余项，发表学术论文 40 余篇．
参考文献(Ｒeferences):
Braude G L，Nash A M，Wolf W J， et al． 1980． Cadmium and lead
content of soybean products［J］． Journal of Food Science，45(5) :
1187-1189
Cosio C，Martinoia E，Keller C． 2004． Hyperaccumulation of Cadmium
and Zinc in Thlaspi caerulescens and Arabidopsis halleri at the leaf
cellular level［J］． Plant Physiology，134(2) :716-725
Fu X P，Dou C M，Chen Y X，et al． 2011． subcellular distribution and
chemical forms of cadmium in Phytolacca Americana L．［J］． Journal
of Hazardous Materials，186(1) :103-107
Gabbrielli Ｒ，Panddfini T，Vergnano O，et al． 1990． Comparison of two
serpentine species with different nickel tolerance strategies［J］．
Plant and Soil，122(2) :271-277
Küpper H，Lombi E，Zhao F J，et al． 2000． Cellular compartmentation
of cadmium and zinc in relation to other elements in the
hyperaccumulator Arabidopsis halleri［J］． Planta，212(1) :75-84
Liu J N，Zhou Q X，Sun T， et al． 2008． Growth responses of three
ornamental plants to Cd and Cd – Pb stress and their metal
accumulation characteristics［J］． Journal of Hazardous Materials，
151(1) :261-267
Peng K J，Luo C L，You W X， et al． 2008． Manganese uptake and
interactions with cadmium in the hyperaccumulator-Phytolacca
Americana L．［J］． Journal of Hazardous Materials，154(1 /3) :
674-681
Qiu Ｒ L，Thangavel P，Hu P J， et al． 2011． Interaction of Cadmium
and Zinc on accumulation and sub-cellular distribution in leaves of
hyperaccumulator Potentilla griffithii ［J］． Journal of Hazardous
Materials，186(2 /3) :1425-1430
Ｒauser W E． 1995． Phytochelatins and related peptides． Structure，
biosynthesis， and function［J］． Plant Physiology， 109 (4) :
4061
6 期 白雪等:镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布
1141-1149
Schmger M E V，Oven M，Grill E． 2000． Detoxification of arsenic by
phytochelatins in plants［J］． Plant Physiology，122(3):793-802
Sterckeman T，Carignan J，Srayeddin I，et al． 2009． Availability of soil
cadmium using stable and radioactive isotope dilution ［J］．
Geoderma，153(3 /4) :372-378
Sun Y B，Zhou Q X，Xu Y M， et al． 2011． Phytoremediation for
contaminated soils of benzo［a］pyrene (B［a］P)and heavy metals
using ornamental plant Tagetes patula．［J］． Journal of Hazardous
Materials，186(2 /3) :2075-2082
Wang K S，Huang L C，Lee H S， et al． 2008． Phytoextraction of
cadmium by Ipomoea aquatica (water spinach) in hydroponic
solution:Effects of cadmium speciation［J］． Chemosphere，72(4) :
666-672
Wei S H，Li Y M，Zhou Q X， et al． 2010． Effect of fertilizer
amendments on phytoremediation of Cd-contaminated soil by a newly
discovered hyperaccumulator Solanum nigrum L．［J］． Journal of
Hazardous Materials，176(1 /3) :269-273
Weigel H J，Jger H J． 1980． Subcellular distribution and chemical form
of cadmium in bean plants［J］． Plant Physiology，65(3) :480-482
许嘉琳，鲍子平，杨居荣，等． 1991． 农作物体内铅、镉、铜的化学形
态研究［J］． 应用生态学报，2(3) :244-248
于辉，杨中艺，杨知建，等． 2008． 不同类型镉积累水稻细胞镉化学
形态及亚细胞和分子分布［J］． 应用生态学报，19(10) :
2221-2226
Zhang J，Tian S K，Lu L L， et al． 2011． Lead tolerance and cellular
distribution in Elsholtzia splendens using synchrotron radiation micro-
X-ray fluorescence［J］． Journal of Hazardous Materials，197:
264-271
钟海涛，潘伟斌，张太平，等． 2013． 小飞扬草(Euphorbia thymifolia
L．)中镉的亚细胞分布及化学形态［J］． 环境保护科学，39(3) :
50-54
周建民，党志，陈能场，等． 2007． NTA 对玉米体内 Cu、Zn 的积累
及化学形态的影响［J］． 农业环境科学学报，26(2) :453-457
周守标，徐礼生，吴龙华，等． 2008． 镉和锌在皖景天细胞内的分布
及化学形态［J］． 应用生态学报，19(11) :2515-2520
周小勇，仇荣亮，应蓉蓉，等． 2008． 锌对长柔毛委陵菜体内镉的亚
细胞分布和化学形态的影响［J］． 农业环境科学学报，27(3) :
1066-1071
5061