全 文 ：低 pH、铝和钙离子对菌根菌赭丝膜伞的
毒性和超氧化物歧化酶的影响 3
尹大强　金洪钧　孙爱龙　孔繁翔　庄苏星　李宇王景 3 3 　
(南京大学环境科学与工程系 ,南京 210093)
【摘要】　应用急性毒性生物测试方法 ,研究了低 p H 和铝离子对菌根菌赭丝膜伞 ( Corti2
narius russus)的毒性效应. 试验表明 ,在 p H 为 6. 8、5. 5 和 4. 3 ,铝离子在低 p H (4. 3) 时对
菌根菌毒性最强 ,96 h EC50为 5. 05 mg·L - 1 ,菌根生长受到明显的抑制 ;低 p H 和铝离子能
诱导菌根菌体内 SOD ,与对照组相比 ,菌根菌体内 SOD 活性明显升高 ;加入钙离子后 ,
SOD 活性下降 ,并随 Ca 的投加浓度增加 ,SOD 活性逐渐降低 ,表明在低 p H 条件下 ,钙离
子和铝离子对菌根的影响具有拮抗作用.
关键词 　超氧化物歧化酶 (SOD) 　生物标志 　酸雨 　铝 　钙 　赭丝膜伞
Effect of low pH, Al and Ca on toxicity and superoxide dismutase( SOD) activity of Cortina r2
ius russus . Yin Daqiang , Jin Hongjun , Sun Ailong , Kong Fanxiang , Zhuang Suxing and Li
Yujing ( N anjing U niversity , N anjing 210093) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,1997 ,8 (6) : 659～
662.
In this paper , acute bioassay method was used to study the toxic effect of low p H and aluminum
on mycorrhizal fungi ( Cortinarius russus ) . At p H 4. 3 , the aluminum toxicity was the
strongest , with a 96 h EC50 of 5. 05 mg·L - 1 , and the growth of Cortinarius russus was obvi2
ously inhibited. The SOD activity of Cortinarius russus was induced by low p H and aluminum ,
and increased obviously , but decreased when calcium was added , and decreased with increasing
calcium concentration. At low p H , there exists an antagonism between calcium and aluminum.
Key words 　Superoxide dismutase (SOD) , Biomarker , Acid rain , Aluminum , Calcium , Corti2
narius russus .
　　3 国家自然科学基金资助项目 (39470150) .
　　3 3 九六届毕业生.
　　1997 年 3 月 10 日收稿 ,5 月 28 日接受.
1 　引 　　言
　　菌根 (Mycorrhiza) 是高等植物与真菌
形成的共生体 ,在生态系统物质循环中起
着重要作用. 菌根的形成可以明显改善植
物对水分和营养的吸收 ,增加植物对恶劣
环境的抵抗能力 ,具有稳定森林和农业生
态系统生产力的作用. 已有研究表明 ,受酸
雨的影响 ,菌根形成受到抑制 ,导致森林和
农业初级生产力明显下降[6 ,8 ] . 然而 ,有关
酸雨对菌根形成影响的研究大多集中在形
态观察 ,未能阐明酸雨对菌根的伤害机理
和金属毒性的生物学本质. 本文在实验室
条件下 ,研究了不同 p H、铝离子对植物菌
根菌赭丝膜伞 ( Corti nari us russus) 的毒性
效应和菌根菌体内 SOD 的活性变化 ,以及
不同 p H 下铝离子和钙离子同时作用对菌
根菌体内 SOD 的活性影响 ,试图阐明酸雨
和铝离子对菌根的毒性和作用机制 ,以及
酸性环境下钙离子对铝离子的拮抗机理 ,
为酸雨影响的早期预报和防治提供科学依
据.
应 用 生 态 学 报 　1997 年 12 月 　第 8 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 1997 ,8 (6)∶659～662
2 　材料与方法
2. 1 　试验生物
　　菌根菌赭丝膜伞由中国科学院沈阳应用生
态研究所提供 . 在灭菌的 250 ml 锥形瓶中加入
100 ml MMN 无菌培养基[6 ] ,从固体培养基中转
接菌种 ,在 27 ℃、避光条件下 ,连续振荡培养 (70
rpm) ,扩大培养 2～3 d 后 ,用手持粉碎机将菌丝
打散 ,制成试验菌母液 ,备用.
2. 2 　方法
2. 2 . 1 不同 p H 和铝离子对菌根菌的急性毒性试
验 　毒性试验按标准的生物测试方法进行 [2 ] . 试
验设置 p H 为 6. 8、5. 5 和 4. 3 试验组 ,在每一个
p H 试验中 ,设置 5 个铝离子浓度梯度组 ,均加入
Al2Cl3 ,同时设不加铝离子对照组 ,每个浓度 4 个
重复. 非 p H 6. 8 的试验组均加设 p H 6. 8 不加铝
离子组作为对照.
　　在灭菌的 250 ml 锥形瓶中加入 100 ml 已调
制好的不同 p H 和铝离子浓度的 MMN 无菌培养
基 ,在每个锥形瓶中加入 1 ml 试验菌母液 ,在
27 ℃、避光条件下连续振荡培养 (70 rpm) . 培养
72 h 后 ,取出不同 p H 和铝离子试验组 2 个平行
样品 ,用 0. 45μm 的滤膜过滤收集菌丝 ,105 ℃烘
干至恒重 ,称取菌丝干重. 培养 96 h 后用同样的
方法 ,称取各试验组菌丝干重. 计算各试验组干
重抑制率 ,抑制率 ( %) = (试验组菌丝干重 - 对
照组菌丝干重) / 对照组菌丝干重 ×100 % ,非 p H
6. 8 组以加设的 p H 6. 8 组菌丝干重为对照组计
算.以干重抑制率为效应指标 ,用直线内插法求
出 72 h 和 96 h EC50值[2 ] .
2. 2 . 2 对 SOD 活性影响试验 　试验设置 p H 为
6. 8、5. 5 和 4. 3 试验组 ,在每一个 p H 试验中 ,设
置仅加铝离子组和 3 个不同铝钙离子浓度比组 ,
每个试验组 3 个重复 ,同设空白对照. 非 p H 6. 8
试验组加设 p H 6. 8 对照组. 在灭菌 250 ml 锥形
瓶中加入 100 ml 不同 p H 的无菌 MMN 培养基 ,
然后加入一定浓度的铝离子 ,铝离子浓度参照上
述急性毒性试验结果. 不同铝钙浓度比组分别
为 :钙离子浓度为铝离子浓度的 1/ 5、1/ 2 和 1 倍.
添加钙离子均用 CaCl2 . 在每个试验瓶中接入 1
ml 试验菌母液 ,在 27 ℃、避光条件下连续振荡培
养 (70 rpm) 96 h ,用 0. 45μm 滤膜收集菌丝 ,迅速
置于液氮中急速冷冻 ,将冷冻菌丝移至冷冻干燥
机中冻干 ,放入低温冰箱 ( - 15 ℃)保存、备用.
2. 2 . 3 SOD 活性测定 　将上述冻干菌丝称取一定
量置于 25 ml 烧杯中 ,加入 15 ml p H 为 8. 3 的磷
酸缓冲液 ,超声破碎细胞 5 min. 然后 ,置于冷冻
离心机 (4 ℃) 离心 (10000 rpm ×10 min) ,取上清
液 ,置 4 ℃保存备测 ,以上操作均在 4 ℃条件下进
行.
　　SOD 测定采用邻苯三酚自氧化法 [1 ] . 在加入
邻苯三酚前加入待测样品 (粗酶提取液) ,在 325
nm 波长下测定 OD 变化值. SOD 活性单位定义 :
在一定的试验条件下 ,每分钟可抑制邻苯三酚自
氧化速率达 50 %的 SOD 为一个 SOD 活性单位 ,
酶活性单位 ( u) = (0 ,070 - A325nm/ min) ×100 %/
50 % ×样品体积 ×样品稀释倍数. 加入样品前用
紫外分光度法测定每一个试验组样品的蛋白质
含量 ,使加入每个样品的蛋白质量相等.
3 　结果与讨论
3 . 1 　不同 p H 和铝离子对菌根菌急性毒
性
　　不同 p H 和铝离子对菌根菌赭丝膜伞
干重抑制率见表 1. 从表 1 可以看出 ,在
p H 6. 8 下 ,铝离子对菌根菌 72 h EC50为
142. 27 mg·L - 1 ,96 h EC50为 153. 82 mg·
L - 1 . 在 p H 5. 5 下 ,72 h EC50为 202. 07 mg
·L - 1 ,96 h EC50为 214. 24 mg·L - 1 . 在 p H
4. 3 下 ,72 h EC50为 0. 0179 mg·L - 1 ,96 h
EC50为 5. 05 mg·L - 1 .
　　从实验结果可以看出 ,不同 p H 条件
下 ,铝离子对菌根菌 72 h 和 96 h EC50值均
为 p H 5. 5 > p H 6. 8 > p H 4. 3 ,其铝离子对
菌根菌急性毒性大小顺序为 p H 4. 3 > p H
6. 8 > p H 5. 5. 由此可见 ,铝离子对菌根菌
生长和毒性大小受到环境 p H 的影响和控
制. 由于铝离子特殊的化学性质 ,铝离子对
菌根菌生长和毒性影响与 p H 值变化不呈
现线性关系 ,本实验结果表明 ,在3个p H
066 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　8 卷
表 1 　不同 pH条件下铝离子对赭丝膜伞的干重抑制率
Table 1 Inhibition rate of dry weight of C. russus exposed
to aluminum at different pH
p H Al3 +
(mg·L - 1)
干重抑制率 Inhibition rate ( %)
72 h 　　　　 96 h 　　
6. 8 0. 0 0. 00 0. 00
100. 0 32. 28 16. 22
158. 5 55. 43 52. 34
251. 2 84. 93 82. 51
398. 1 88. 05 92. 395
630. 1 97. 09 99. 319
EC50 142. 27 153. 82
5. 5 p H6. 8 (CK) 0. 00 0. 00
0. 0 - 19. 46 3 - 24. 24
79. 4 - 10. 32 - 14. 11
112. 0 - 2. 09 - 1. 34
158. 5 8. 88 13. 29
223. 97 22. 06 22. 64
316. 2 63. 38 60. 68
EC50 202. 07 214. 24
4. 3 p H6. 8 (CK) 0. 00 0. 00
0. 0 50. 63 28. 73
79. 4 86. 70 85. 92
112. 0 89. 44 91. 94
158. 5 91. 92 93. 46
223. 97 97. 18 94. 72
316. 2 63. 38 90. 68
EC50 0. 0719 5. 053 负值是与 p H 6. 8 对照组相比的计算结果 ,表明菌根
菌生长未受抑制.
试验组中 ,p H 为 5. 5 时 ,铝离子对菌根菌
毒性最小 ,表现为低浓度铝离子试验组菌
根菌的生长未受抑制 ;而在 p H 4. 3 时 ,铝
离子对菌根菌毒性最强 ,菌根菌生长受到
严重抑制. 这一结果与周风帆等报道的低
p H和铝离子对水生生物毒性影响相一
致[3 ] . 已有研究表明 ,植物菌根的形成能
增强植物对酸性环境的抗性 ,降低铝离子
对植物的毒性[6 ,8 ] . 因此 ,在酸性环境中 ,
铝离子对菌根菌生长的抑制显然能严重影
响森林或农业生态系统.
3 . 2 　对菌根菌体内 SOD 酶活性的影响
　　不同 p H 条件下铝离子以及铝离子、
钙离子同时作用对菌根菌赭丝膜伞体内
SOD 酶活性的影响见表 2. 从表 2 可以看
出 ,不同 p H 和铝离子作用均能使菌根菌
体内 SOD 酶活性升高. 仅 p H 作用时 ,在
p H 5. 5 试验组 ,菌根菌体内 SOD 酶活性
最小 ,p H 4. 3 条件下 SOD 酶活性最高. 加
入铝离子后 ,与对照组相比 ,3 个 p H 试验
组菌根菌的 SOD 酶活性均显著升高. 当
铝、钙离子同时作用时 ,与仅加铝离子组相
比 ,菌根菌体内 SOD 酶活性均明显降低 ,
并且随着铝钙比的增加 ,SOD 活性逐渐降
低 ,在 p H 4. 3 ,当铝钙比为 1∶1 时 ,SOD 活
表 2 　不同 pH条件下赭丝膜伞 SOD 酶活的变化
Table 2 Activities of superoxide dismutase ( SOD) in C. russus exposed to aluminum and calcium at different pH
p H Al3 +∶Ca2 + p H 6. 8 (CK)
0∶0 0∶0 1∶0 1∶1/ 5 1∶1/ 2 1∶1
6. 8 Al3 + (mg·L - ) 0 100 100 100 100
Ca2 + (mg·L - ) 0 0 20 50 100
SOD 酶活力单位 SOD activity units(U) 0. 41 5. 79 4. 98 3. 23 3. 50
5. 5 Al3 + (mg·L - ) 0 0 100 100 100 100
Ca2 + (mg·L - ) 0 0 0 20 50 100
SOD 酶活力单位 SOD activity units(U) 0. 41 0. 12 4. 63 4. 02 1. 58 1. 70
4. 3 Al3 + (mg·L - ) 0 0 20 20 20 20
Ca2 + (mg·L - ) 0 0 0 4 10 20
SOD 酶活力单位 SOD activity units(U) 0. 27 1. 82 4. 13 3. 63 3. 90 2. 02
力单位降低 50 %.
　　超氧化物歧化酶 (SOD)是一种高效诱
导酶 ,是机体内抗氧化损害系统中重要的
组成之一. 对水生生物研究表明 ,许多污染
物 ,如 PAH、PCB、重金属等 ,能诱导水生
生物体内 SOD ,使体内 SOD 活性明显升
高 ,在一定的污染物浓度范围内 ,随着污染
物浓度增加 ,体内 SOD 活性逐渐上升 ,并
且把 SOD 作为在分子水平上预报水生态
危害的生物标志[4 ,5 ,7 ] . 一些研究报道 ,大
气污染物 SO2 、NOx 能诱导植物叶片内
SOD 活性[7 ] . 本试验结果表明了低 p H 和
铝离子能诱导菌根菌体内 SOD 活性. SOD
抗活性氧损伤的机理是催化氧化自由基
1666 期 　　尹大强等 :低 p H、铝和钙离子对菌根菌赭丝膜伞的毒性和超氧化物歧化酶的影响 　　
O =2 生成氧化物 H2O2 ,H2O2 经其它一系列
抗氧化酶的作用 ,最终形成 H2O ,消除活
性氧损伤 ,SOD 活性升高表明污染化合物
进入体内参与了氧化还原循环[5 ,7 ] . 因此 ,
在本实验条件下 ,低 p H 和铝离子对菌根
菌作用 ,能诱导菌根菌体内 SOD 的产生 ,
使体内 SOD 活性升高 ,表明在酸性环境
中 ,铝离子进入菌根菌体内产生氧化还原
循环 ,产生了活性氧的损伤 ,导致菌根的毒
性和生长抑制.
　　国内外许多研究表明 ,在酸雨引起的
酸性水体中投放一定的钙离子 ,能提高低
p H 下生物的存活率 ,其机理是钙离子能调
节生物细胞的通透性 ,减少体液中离子的
流失 ,从而在一定程度上减缓酸雨所造成
的不良影响. 例如 ,钙离子能减缓低 p H 和
铝离子对水生物的毒性 , 具有拮抗作
用[3 ] . 本实验结果证明 ,菌根菌生长于低
p H 的培养基中和在铝离子作用下 ,加入钙
离子能降低菌根菌体内 SOD 活性 ,表明钙
离子与低 p H 和铝离子具有拮抗作用 ,减
缓低 p H 和铝离子对菌根菌的氧化损伤.
从这一方面来看 ,在酸雨污染的森林生态
系统中 ,投加一定钙离子有助于菌根的形
成 ,减缓酸雨的危害.
　　根据本试验结果进一步推测 ,利用植
物菌根菌体内超氧化物歧化酶 ( SOD) 活性
的变化可以作为早期预报酸雨对森林生态
系统或农业生态系统危害的分子水平生物
标志. 但还需进一步建立酸雨及金属离子
与菌根菌 SOD 活性定量相关关系.
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