全 文 ：Hg对油菜叶细胞膜的损伤及细胞
的自身保护作用*
马成仓 (淮北煤炭师范学院生物系 淮北 235000)
摘要 砂基培养 50d的油菜幼苗,用不同浓度的 HgCl2 溶液灌溉后,研究叶细胞膜结构
与功能及细胞保护系统的变化.结果表明, 0. 5mg!L - 1 Hg 污灌叶细胞膜结构与功能未见
明显变化,细胞保护系统亦无变化 ;浓度大于 1mg!L- 1时, 叶组织细胞膜脂质过氧化水平
升高,膜结构损伤, 膜透性增大. 1~ 10mg!L - 1Hg 污灌, 组织蛋白质含量升高, SOD、POD、
CAT 活性表现出不同程度的升高,细胞呈现出积极性自身保护作用; 50mg!L - 1Hg 污灌,
组织蛋白质含量下降, SOD、POD、CAT 活性持续下降, 细胞自身积极性保护作用消失, 说
明细胞自身保护系统只能在一定范围内起积极保护作用.
关键词 Hg 油菜 叶 细胞膜 保护酶
Hg harm on cell membrane of rape leaf and cell endogenous protection effect. Ma Chengcang
(H uaibei Coal Normal College, Huaibei 235000) . Chin. J . A pp l. Ecol . , 1998, 9( 3) : 323~
326.
In this paper, the harm effect of different HgCl2 concentrations on rape seedlings cultivated in
sand for 50 days were studied. The results show ed that the structure and function of leaf cell
membrane, and the cell endogenous protection system had no measurable changes when the
concentration of Hg was 0. 5mg!L - 1. But, when the Hg concentration was higher than 1mg !
L- 1 , the membrane lipid perox idation w as quickened, membrane structure w as harmed, and
the permeability of membrane w as incr eased. At the concentration of 1~ 10mg Hg!L - 1, the
soluble pr otein content o f leaf was increased, the activit ies of SOD, POD and CAT were acceler
ated in var ying deg rees, and the cells presented a posit ive endogenous pro tection effect. A t
50mg Hg!L- 1 , the soluble pr otein content w as decreased, t he activ ities of SOD, POD and
CAT went down steadily, and the positive protection effect disappear ed. I t is suggested that on
ly w ithin a certain limit, t he cell endogenous protection system had a posit ive protection effect.
Key words Hg, Rape, Leaf, Cell membrane, P rotective enzymes. .
* 煤炭部煤炭高校优秀青年基金资助项目( 95125)
和安徽省高校自然科学研究项目( 95jl0097) .
1996- 03- 19收稿, 1997- 03- 10接受.
1 引 言
许多研究表明[ 4, 5] , 不良环境能引起
植物体内自由基增加,使细胞膜结构改变,
导致细胞保护系统发生变化. Hg 是环境污
染的重要因素, Hg 能抑制植物细胞分裂和
根系伸长, 刺激和抑制一些酶的活性[ 16] ,
影响组织蛋白质合成[ 16] , 降低光合作
用[ 11]和呼吸作用[ 15] , 降低叶绿素含量[ 6] ,
抑制作物生长, 降低产量[ 12] . Hg 能在植物
体内积累[ 12] . Hg 对油菜生长发育影响已
有报道[ 12] , 有关 Hg 对油菜危害机制的研
究尚未见报道. 本文探讨 Hg 对油菜叶细
胞膜结构的影响及细胞保护系统的变化,
为揭示 Hg 对植物作用机制提供依据.
2 材料与方法
装有 4cm 厚石英砂的大搪瓷盘加蒸馏水至
石英砂湿润, 将油菜种子皖油 9号用 0. 1%的Hg
应 用 生 态 学 报 1998 年 6 月 第 9 卷 第 3 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jun. 1998, 9( 3)∀323~ 326
Cl2 消毒后播种于石英砂中,重复 18 次,置玻璃室
中培养, 播后第 7 天加入培养液[ 7] , 以后每星期
更换培养液一次, 培养 50d 后, 分别用蒸馏水、
0. 5、1、5、10 和 50mg!L- 1 Hg 溶液 (用 HgCl2 配
制,以 Hg2+ 计算浓度)灌溉, 每处理重复 3 次, 灌
溉后每 24h 取叶一次, 测定下列指标. 细胞膜透
性参考朱广廉[ 3]的方法, 用 DDS11A 型电导仪测
定圆片叶相对电导值, 以相对电导率表示叶细胞
膜的相对透性. MDA 测定按林植芳[ 9]介绍的方
法. SOD测定按 Giannoplitis[ 14]的方法. POD 测定
按张志良[ 7]的方法. CAT 测定采用过氧化氢分解
量法[ 1] . 蛋白质含量测定按 Bradford[ 13]的方法.
3 结果与分析
3. 1 Hg 对油菜叶细胞膜脂质过氧化水平
及细胞膜透性的影响
由图 1、2可见, 0. 5mg!L- 1Hg 污灌不
会引起油菜叶丙二醛 ( MDA) 含量变化,
图 1 Hg 对油菜叶 MDA含量的影响
Fig. 1 Ef fect of Hg2+ on MDA content of rape leaf
1.对照 Control, 2. 0. 5mg! L- 1, 3. 1mg! L- 1, 4. 5mg!
L- 1, 5. 10mg!L- 1, 6. 50mg!L- 1.下同T he same below .
也不导致组织相对电导率变化.Hg 污灌浓
度大于 1mg!L- 1时, 随着 Hg 浓度的升高
和处理时间的延长, 油菜叶丙二醛含量升
高,组织相对电导率升高,如污灌第 6 天,
1mg Hg!L- 1灌溉样品 MDA 升高 4. 5%,
相对电导率升高 4. 6%, 而 50mg Hg!L- 1
灌溉样品 MDA升高 54% ,相对电导率升
高 60%; 50mg Hg! L- 1灌溉组, 第 1 天
MDA 升高 34%,相对电导率升高 45%, 而
第 10天 MDA升高 60%, 相对电导率升高
80%,说明 0. 5mg Hg!L- 1污灌对油菜叶
细胞膜无损伤作用, Hg 浓度大于 1mg!
L - 1时, 引起油菜叶细胞膜脂质过氧化水
平升高和细胞膜透性增大. 此效应随 Hg
浓度的升高和处理时间的延长而加强.
图 2 Hg对油菜叶细胞膜透性的影响
Fig. 2 Effect of Hg2+ on permeability of plasma membrane
of rape leaf .
3. 2 Hg 对油菜叶 CAT、POD、SOD活性
的影响
由图 3A 可见, 0. 5mg Hg!L- 1污灌,
CAT 活性无变化, 1mg Hg!L- 1污灌, 引起
CAT 活性升高, 并随着污灌时间的增长,
幅度增大, 污灌后 10d 达 25%. 5mg Hg!
L
- 1污灌后 CAT 活性前 3d下降,第 4d开
始回升, 6d 以后接近对照. 10 和 50mg!
L - 1污灌, CAT 活性在 10d内一直下降.
由图 3B 可见, 0. 5mg Hg!L- 1污灌
POD活性无明显变化, 1、5 和 10mg!L - 1
污灌组, 污灌开始 POD 活性下降, 随着污
灌时间的延长, POD活性有回升趋势, 1mg
Hg!L- 1 2d 后, 5mg Hg!L- 1 3d 后, 10mg
Hg!L - 1 6d 后 POD 活性超过对照. 1mg
Hg!L - 1污灌对 POD 活性刺激能力最大,
增幅可达 40% . 50mg Hg!L - 1污灌组 POD
活性大大低于对照,且无回升趋势.
324 应 用 生 态 学 报 9 卷
图 3 Hg 对油菜叶 CAT、POD、SOD 活性的影响
Fig. 3 E ffect of Hg2+ on act ivity of CAT, POD and SOD of
rape leaf .
由图 3C 可见, 0. 5mg Hg!L - 1污灌
SOD活性无明显变化, 1~ 10mg Hg!L- 1
污灌后 SOD活性高于对照,而且随时间延
长而上升, 5mg Hg!L- 1污灌促进能力最
大,增幅可达 60%. 50mg Hg!L- 1污灌组
SOD活性低于对照,且无上升趋势.
分析上述结果可知: 1) 0. 5mg Hg!L - 1
污灌不会引起油菜叶保护酶活性的变化.
2) 1~ 10mg Hg!L- 1污灌 3种酶反应不同,
但随时间的延长都表现一定程度的回升趋
势,说明 3 种酶都具有积极性抗 Hg 保护
细胞功能. SOD反应最积极,污灌后 1d酶
活性就升高,且随时间的增长逐渐升高,升
幅可达 60%. POD 反应次之, 开始酶活性
下降,低于对照,以后酶活性逐渐回升,高
于对照,升幅可达 40%. CAT 反应最消极,
1mg Hg!L- 1污灌, 表现出积极反应,升幅
可达 25% , 5mg Hg!L- 1污灌表现微弱反
应, 10mg Hg!L - 1污灌无积极反应. 3)油菜
幼苗在 50mg Hg!L- 1污灌后, 3种酶活性
都大大降低, 且无回升趋势,说明 Hg 浓度
过高,细胞自身保护机制不能发挥作用.
3. 3 Hg 对油菜叶蛋白质含量的影响
由图 4可见, 0. 5mg Hg!L - 1污灌,叶
组织可溶性蛋白质无变化, 1~ 10mg Hg!
L
- 1污灌叶可溶性蛋白质含量升高, 表现
为 10mg! L - 1> 5mg ! L- 1 > 1mg! L - 1,
50mg Hg!L- 1污灌叶可溶性蛋白质含量低
于对照, 可见 Hg 污灌对油菜叶蛋白质合
成有较大影响,表现为低浓度的促进作用
图 4 Hg 对油菜叶可溶性蛋白质含量的影响
Fig. 4 Ef fect of Hg2+ on soluble protein content of
rape leaf .
3253 期 马成仓: Hg对油菜叶细胞膜的损伤及细胞的自身保护作用
和高浓度 Hg 的抑制作用.
4 讨 论
4. 1 Hg对油菜苗伤害的途径
细胞膜透性是评定植物对污染物反应
的方法之一, 细胞外渗液的电导度与污染
物浓度呈正相关[ 2] .细胞膜透性的增大是
由膜损伤引起的[ 5] ,而细胞膜的损伤是由
细胞膜脂质过氧化作用造成的[ 3] . 不同逆
境都是通过促进膜脂质过氧化作用而伤害
植物的. Vallee[ 16]指出, Hg 能作用于细胞
膜上的磷脂, 改变细胞膜透性. 研究表明,
Hg 污灌导致细胞膜脂质过氧化水平升高,
引起细胞膜结构损伤,使细胞膜透性增大,
这是 Hg 对油菜苗伤害的重要途经之一.
4. 2 油菜叶细胞保护酶的保护作用
细胞膜是细胞与外界环境间隔离的屏
障和沟通的桥梁,维持细胞膜结构的完整
性对于保护细胞的正常功能非常重要. 不
良环境诱发以及生物体代谢过程产生的自
由基对植物膜系统有伤害作用, 但是生物
体自身有一种保护系统来清除产生的自由
基,以减轻危害. SOD、POD、CAT 是保护
系统的主要酶[ 6, 8, 10] . 油菜苗 Hg 污灌后
SOD、POD、CAT 3种酶呈现出不同程度的
积极性保护作用,说明植物保护酶能随环
境变化而改变.
4. 3 蛋白质合成对消除 Hg 害的作用
Vallee 曾指出[ 16] , Hg 能增加细胞内
核糖体、核糖体亚基及多聚核糖体的数量,
诱导蛋白质合成.研究表明, 在 Hg 污灌浓
度较低时,诱导油菜蛋白质合成,这可能是
生物对 Hg 毒害的一种积极性反应, 由于
合成一些能够抗 Hg 害的酶和蛋白质, 使
细胞更有效地消除 Hg 害. 但是这种诱导
的积极性反应只能在一定限度下发生, 当
Hg 污染浓度过高时, 这种积极性反应消失
了, 蛋白质合成速率降低, 这可能是由于
Hg 污染破坏了细胞的蛋白质合成系统,使
蛋白质合成受阻. 蛋白质的变化也进一步
证实了保护酶的反应.
4. 4 油菜叶细胞膜透性的生物监测
研究发现,油菜被含Hg 污水灌溉后,
叶片细胞膜透性增大, 增大作用与 Hg 浓
度呈正相关, 说明油菜叶细胞膜透性可作
为水环境被 Hg 污染的生物学监测指标.
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326 应 用 生 态 学 报 9 卷