全 文 ：唐 探，姜永雷，张 瑛，等． 铅、镉胁迫下云南樟幼苗的生理特性变化［J］． 江苏农业科学，2015，43(1):199 － 201．
doi:10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2015． 01． 069
铅、镉胁迫下云南樟幼苗的生理特性变化
唐 探，姜永雷，张 瑛，程小毛
(西南林业大学园林学院，云南昆明 650224)
摘要:选择原生长状况基本相同的云南樟半年生实生幼苗为研究材料，进行在不同浓度的铅、镉溶液浇灌下云南
樟幼苗各项生理指标(丙二醛含量、叶片抗氧化酶活性、可溶性蛋白及游离脯氨酸含量)的测定。结果表明:在不同浓
度的 Pb2 +、Cd2 +胁迫下，MDA的含量略高于或显著高于对照，且总体呈上升的趋势;随着 Pb2 +、Cd2 +处理浓度的增加，
与对照组相比，SOD活性变化不显著，POD活性表现为先升高后降低的趋势;低浓度的 Pb2 +胁迫使得云南樟幼苗叶片
内的可溶性蛋白含量明显减少，而在 Cd2 +胁迫下，其可溶性蛋白含量下降不明显;脯氨酸含量总体呈上升趋势;Pb2 +、
Cd2 +对云南樟幼苗的毒害作用强度不同，在 10 mmol /L的浓度下，Cd2 +胁迫表现出更强的毒害作用。
关键词:云南樟;铅镉;胁迫;生理特性
中图分类号:Q945． 78 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2015)01 － 0199 － 03
收稿日期:2014 － 02 － 15
基金项目:“省部级重点学科、省高校重点实验室及校实验室共享平
台”资助项目;云南省应用基础面上项目(编号:2010ZC264)。
作者简介:唐 探(1991—)，男，江苏句容人，硕士研究生，研究方向
为茶树资源。E － mail:tantan_1991@ 126． com。
通信作者:程小毛，博士，副教授，主要从事园林植物分子生物学研
究。E － mail:30375713@ qq． com。
随着全球经济的发展，重金属污染已经成为一个严重的
问题。在植物方面，重金属通过对植物生理生化过程的影响，
如抑制叶绿素的生物合成，抑制各种参与植物生理生化过程
的酶(如根系还原酶、各种氧化酶)以及影响蛋白质的生物合
成等［1］，导致植物生长发育不良，甚至引起死亡。
云南樟有净化有毒空气的能力，有抗癌功效，能吸烟滞
尘、涵养水源、固土防沙和美化环境，过滤出清新干净的空气，
具有较大的经济价值和观赏价值，因此云南樟成为南方许多
城市和地区园林绿化的首选良木。但是目前关于云南樟在重
金属方面的研究，尤其在铅、镉胁迫方面的研究较少。本试验
通过对健康、原生长状况基本相同的 2 年生云南樟实生幼苗
进行不同浓度的铅、镉溶液的处理，研究重金属铅、镉处理下
云南樟幼苗生理特性(包括其丙二醛含量、可溶性渗透调节
物质变化及抗氧化酶活性等方面)的变化，以便更好地了解
云南樟幼苗对重金属胁迫的响应机制，为云南樟的扩大栽培
及园林应用提供理论依据和科学指导。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
本试验选取云南樟(Cinnamomum glanduliferum)2 年生
实生苗为研究材料，选取健康并生长一致的苗木于 2012 年 8
月 15 日移栽到 5L 塑料盆中，基质为“红土 ∶ 珍珠岩 ∶ 腐殖
土 = 3 ∶ 3 ∶ 2”的混合基质。
1． 2 试验设计
本试验共设 5个组:对照 CK，Pb2 +处理 A 组，Pb2 +处理 B
组，Cd2 +处理 A组，Cd2 +处理 B组。每组 6盆，每盆 1株。试验
大棚内白天温度范围为 20 ～30 ℃，夜间温度范围为 9 ～18 ℃，相
对湿度为 35% ～ 80%。处理时间从 2012 年 9 月 10 日至 10
月 10 日，共 1 个月时间。所有指标测定在处理结束时进行，
每株选取从上到下的第三至第五片完全展开的叶作为生理生
化指标的测定样品，每处理至少 5 株重复。
铅胁迫处理:分别用 5 mmol /L Pb(NO3)2 溶液(Pb
2 + A
组)和 10 mmol /L Pb(NO3)2 溶液(Pb
2 + B 组)进行处理，每处
理 10 株，每株隔天均匀浇灌 10 mL 处理溶液，对照组用清水
代替，再补充至水分充足。
镉胁迫处理:分别用 10 mmol /L CdCl2 溶液(Cd
2 + A 组)
和 20 mmol /L CdCl2 溶液(Cd
2 + B 组)进行处理，每处理 10
株，每株隔天均匀浇灌 10 mL 处理溶液，对照组用清水代替，
再补充至水分充足。
1． 3 测定项目及方法
1． 3． 1 丙二醛含量的测定［2］ 叶片测定样品约 0． 2 g，在
6 mL 10%三氯乙酸中研磨，然后以 12 000 r /min离心 10 min。
取上清液 2mL，再加入 2 mL 0． 6%硫代巴比妥酸，充分反应后
将装有反应液的试管置沸水浴 30 min，然后在冰浴中迅速冷
却。然后在 10 000 r /min下离 10 min，取上清液用分光光度
计(Unicam UV －330，USA)测定其在 440、532、600 nm处的吸
光度。
1． 3． 2 抗氧化酶活性的测定 取约 0． 2g 材料于 5mL 提取
缓冲溶液(50 mmol /L Na2HPO4 － NaH2PO4 缓冲液，pH 值
7. 0，含 1 mmol /L EDTA，体积分数 0． 05% Triton X － 100，
20 g /L 不溶性聚乙烯吡咯烷酮)中研磨成匀浆。经过
8 000 r /min 离心 20 min，取上清液进行酶活性测定。过氧化
物酶(POD):取约含 100 μL的酶提取液加入 3 mL 酶反应液
中(50 mmol /L Na2HPO4 － NaH2PO4缓冲溶液，pH 值 6． 0，含
3 mmol /L 愈创木酚和 2． 5 mmol /L H2O2)中，充分混匀。于紫
外 －可见分光光度计上读取 470 nm 处吸光光度值在 2 min
内 每 2 s 中 的 变 化［3］。 根 据 摩 尔 消 光 系 数
39． 4 mL /(mmol·cm)，计算酶活性。
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，EC1． 15． 1． 1，
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SOD):本试验依据超氧化物歧化酶抑制氮蓝思唑(NBT)在光
下的还原作用来确定酶活性大小［4］。在有氧化物质存在下，
核黄素可被光还原，被还原的核黄素在有氧条件下极易再氧
化而产生氧负离子，氧负离子可将氮蓝四唑还原为蓝色的甲
腙，后者在 560 nm处有最大吸收。而 SOD可清除氧负离子，
从而抑制甲腙的形成。于是光还原反应后，反应液蓝色愈深，
说明酶活性愈低，反之亦然。据此可以计算出酶活性大小。
1． 3． 3 可溶性蛋白含量的测定 以 50 mmol /L 磷酸缓冲溶
液(pH 值 7． 8)为提取液［其中含 0． 1 mmol /L EDTA 及
20 g /L PVP］。称取 0． 2 g 叶片，用液氮研磨后，加入 5mL 提
取液，进一步研磨成匀浆，离心 10 min取上清液，加入G －250
反应后在 595 nm 处测吸光值，方法参照 Bradford 等的
方法［5］。
1． 3． 4 游离性脯氨酸含量的测定 游离脯氨酸的测定采用
Bates等的方法［6］。叶片样品用 3%的磺基水杨酸提取，匀浆
在 8 000 r /min 离心 10 min，上清液用于游离脯氨酸的测定。
测定反应液包括 2 mL 提取液、2 mL 冰醋酸和 2 mL 茚三酮，
沸水浴 60 min后在冰盒中终止反应。然后加入 4 mL甲苯剧
烈振荡以提取生成的有色产物，取上层有机层测定其在
520 nm 处的吸光度。标准曲线用 L －脯氨酸制作。
1． 4 统计分析
所有的数据分析都利用 SPSS11． 5 统计分析软件进行一
元方差分析(one － way ANOVA)，平均数间的多重比较采用
Ducans检验方法。P ＜ 0． 05 时差异显著。
2 结果与分析
2． 1 铅、镉胁迫对丙二醛(MDA)的影响
MDA是膜脂过氧化作用的最终产物，其含量是反映膜脂
过氧化作用强弱和质膜受破坏程度的重要标志。试验显示
(图 1)，与对照组相比，Pb2 +处理下的 MDA 含量总体呈上升
趋势，且 Pb2 + A处理组的 MDA 含量上升显著;Cd2 +胁迫下，
云南樟幼苗中 MDA含量随着处理浓度的增加而呈上升的趋
势，且与对照组相比，Cd2 + B处理组下的 MDA含量上升显著。
2． 2 铅、镉胁迫对叶片抗氧化酶活性的影响
试验显示(表 1)，铅、镉胁迫对云南樟幼苗的叶片抗氧化
酶活性的影响存在差异。与对照组相比，5 mmol /L Pb2 +处理
下的过氧化物酶(POD)活性上升了 25． 0%，随着 Pb2 +胁迫浓
度的进一步增大，POD活性呈下降趋势，10 mmol /L Pb2 +处理
下的 POD活性相比 5 mmol /L Pb2 +处理下的 POD活性下降显
著。与对照组相比，10 mmol /L Cd2 +处理下的 POD 活性上升
显著，随着 Cd2 +胁迫浓度的进一步增大，POD活性显著下降，
20 mmol /L Cd2 +处理下的 POD活性相比对照组和 10 mmol /L
Cd2 +处理下的 POD活性分别下降了 30． 30%和 40． 92%。重
金属胁迫会引起超氧化物歧化酶(SOD)活性发生改变，但在
本试验中 Pb2 +、Cd2 +处理的 SOD活性变化幅度较小。
表 1 铅、镉胁迫下超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的变化
处理组
超氧化物歧化酶
(U /mg)
过氧化物酶
［μmol /(min·mg)］
CK 727． 46 ± 18． 02a 1 860． 90 ± 101． 66b
Pb2 + A 733． 10 ± 30． 54a 2 325． 61 ± 242． 82c
Pb2 + B 718． 31 ± 26． 22a 1 771． 30 ± 133． 53b
Cd2 + A 728． 87 ± 9． 31a 2 195． 49 ± 401． 54bc
Cd2 + B 736． 15 ± 8． 61a 1 296． 99 ± 220． 21a
P 0． 818ns 0． 002＊＊
注:同列数据后不同字母表示差异显著，P ＜ 0． 05。每个值代表
5 个重复的平均值 ±标准误;下表同。
2． 3 铅、镉胁迫对叶片可溶性渗透调节物质的影响
2． 3． 1 铅、镉胁迫对叶片可溶性蛋白含量的影响 可溶性蛋
白含量变化可以作为检测植物叶片功能和衰老的一个指
标［7］。由图 2 可以看出，在受到 Pb2 +胁迫时，云南樟幼苗叶
片内的可溶性蛋白含量显著下降，且 Pb2 + A 和 Pb2 + B 处理组
之间的可溶性蛋白含量差异显著。在受到 Cd2 +胁迫时，可溶
性蛋白含量下降不明显。随着 Pb2 +、Cd2 + 浓度的进一步增
大，云南樟幼苗可溶性蛋白含量变化不明显。
2． 3． 2 铅、镉胁迫对叶片脯氨酸含量的影响 试验显示(图
3)，在 Pb2 +胁迫下，与对照组相比，Pb2 +处理的云南樟幼苗叶
片中脯氨酸含量总体呈上升趋势，且 Pb2 + A 处理组脯氨酸含
量相比对照组上升明显。在 Cd2 +胁迫下，随着 Cd2 +浓度的增
加，云南樟幼苗叶片中的脯氨酸含量均显著上升。表明云南
樟幼苗在受到 Pb2 +、Cd2 +胁迫时，可以通过自身脯氨酸含量
的积累提高细胞的渗透势，并进行渗透调节以减少逆境胁迫
下细胞组织的失水。
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3 结论与讨论
MDA是脂质过氧化产物之一，其含量高低可以反映植物
遭受逆境伤害的程度，含量越高，植物遭受到的伤害越大［8］。
本试验中，与对照组相比，不同浓度的 Pb2 +、Cd2 + 胁迫下，
MDA的含量略高于或显著高于对照，且总体呈上升的趋势。
这在覃勇荣等研究镉胁迫下的桑树幼苗叶片丙二醛含量动态
分析中有类似报道［9］。说明在 Pb2 +、Cd2 +胁迫下，云南樟幼
苗叶片细胞内的活性氧增加，打破活性氧的代谢平衡，导致膜
脂过氧化严重，膜结构遭到破坏，使细胞受到伤害。
SOD是植物体内抗氧化系统中的主要保护酶，能减少活
性氧自由基对细胞膜系统的伤害［10 － 12］。本试验中，随着
Pb2 +、Cd2 +处理浓度的增加，SOD 活性变化不显著。这在前
人研究中有过类似报道［13］。POD 的主要作用是清除氧代谢
中产生的 H2O2，以及由此产生的有机过氧化物 ＲOOH，在植
物体内抗氧化代谢中起重要作用［14］。本试验中，在 Pb2 +、
Cd2 +胁迫下，POD活性表现为先升高后降低的趋势，这说明
当 POD活性随着胁迫浓度的增大而上升时，植物通过提高保
护酶的活性来清除体内的自由基，当胁迫浓度达到一定值时，
POD活性开始降低，这可能是由于其伤害程度超过了植株防
御反应的阈值，酶的结构或合成受到破坏，从而使 POD 的活
性丧失［15］。SOD和 POD活性的差异也说明了在逆境胁迫下
不同抗氧化酶所起的作用及机制并不相同，而在本试验中，云
南樟幼苗主要通过提高 POD 的活性来清除 Pb2 +、Cd2 +胁迫
下产生的自由基及缓解其膜脂过氧化作用。
可溶性蛋白是重要的渗透调节物质。重金属毒害能够刺
激蛋白酶的水解活性，使可溶性蛋白变性、降解，从而使酶参
与的许多生理活动紊乱［16］。在本试验中，低浓度的 Pb2 +胁迫
使得云南樟幼苗叶片内的可溶性蛋白含量明显减少，而在
Cd2 +胁迫下，其可溶性蛋白含量下降不明显，这可能是不同
重金属胁迫下，可溶性蛋白含量的变化趋势不同，其原因有待
于进一步研究。脯氨酸含量是反映植物受逆境胁迫的重要指
标，对维持细胞水分平衡起着重要的作用，并具有清除活性氧
的功能［16 － 18］。在本试验中，与对照组相比，Pb2 +、Cd2 +胁迫下
的脯氨酸含量总体呈上升趋势，且 Pb2 + A、Cd2 + A、Cd2 + B 处
理组的脯氨酸含量显著上升，这与崔大练等的研究结果［19］一
致，说明云南樟幼苗通过提高脯氨酸含量来提高细胞渗透势，
维持细胞水分平衡。此外，相同浓度下，Cd2 + A处理组脯氨酸
含量明显高于 Pb2 + B处理组的含量，说明此时 Cd2 +对植物的
伤害更加严重，植物会产生更多的脯氨酸来耐受重金属的
伤害。
综上所述，云南樟幼苗在 Pb2 + A 处理下，所测的生理指
标大多数与对照差异显著，而在 Pb2 + B 处理下，所测的所有
生理指标与对照无明显差异，分析低浓度的 Pb2 +胁迫下，是
否对云南樟幼苗的生理指标影响较大，而高浓度的 Pb2 +胁迫
下对其生理指标无明显影响这一问题仍有待进一步研究。
Cd2 +胁迫下，与对照相比，Cd2 + B处理组所测的生理指标相对
于 Cd2 + A处理组的生理指标更加显著，综合各项指标看出，
高浓度的 Cd2 +胁迫对云南樟幼苗的伤害程度更大。而同一
浓度的重金属离子 Pb2 +、Cd2 +对云南樟幼苗的胁迫程度也不
同，在 10 mmol /L的浓度下，Cd2 + 胁迫对云南樟幼苗的伤害
更大。
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