全 文 ：EfectofCopperAdditionontheGrowthandtheActivitiesofProtectiveEnzymesinLeavesofBrassica
chinensis
YUANXia1,LIYan-mei1,ZHANGXing-chang1,2
(1.NorthWestSci-TecUniversityofAgricultureandForestry,Yangling712100,China;2.InstituteofSoilandWaterConservation,Chinese
AcademySciences,Yangling712100,China)
Abstract:Copperisanessentialmicronutrientelementtotheplantgrowthwhereasitdopoisontheplantwhenaddedinanexcessivedose.
Soilswithdiferentcopperadditionswereusedinthisexperimenttoinvestigatetheefectofcopperadditiononthegrowthandleafprotective
enzymesofBrassicachinensis,andtheplantheight,leafarea,chlorophylcontent,malondialdehyde(MDA)contentandperoxidase(POD)
activitywerealdetermined.Theresultsindicatedthattheplantgrowthwasstimulatedwhencopperadditiontothesoilwaslowerthan25
mg·kg-1andwasinhibitedsignificantlywhencopperadditiontothesoilwasgreaterthan20mg·kg-1.Thechlorophylcontentwasincreased
whencopperadditiontothesoilwaslowerthan20mg·kg-1andwasdecreasedgradualywhencopperadditionwasgreaterthan20mg·kg-1.
BothMDAcontentandPeroxidaseactivityexhibitmerelynodiferencewhencopperadditionwaslowerthan10mg·kg-1,MDAcontentand
PODactivitywereincreasedwhencopperadditionwasgreaterthan10mg·kg-1,being1.86and1.85timeshigherthanthecontrolrespective-
lyat50mg·kg-1ofthecopperaddition.Withtheincreasingofcopperadditiontothesoil,thecopperconcentrationinbothshootandroot
wereincreasedsignificantly,muchhigherinrootthaninshoot.Thepercentageofcopperconcentrationinshoottototalcopperconcentration
intheplantdecreasedgradualywhilethatthepercentageofcopperconcentrationinroottototalcopperconcentrationintheplantincreased
gradualy.
Keywords:copperaddition;Brassicachinensis;copperpolution
铜对小青菜生长和叶片保护酶活性的影响
袁 霞 1,李艳梅 1,张兴昌 1,2
(1.西北农林科技大学,陕西 杨凌 712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西 杨凌 712100)
农业环境科学学报 2008,27(2):467-471
JournalofAgro-EnvironmentScience
摘 要:以小青菜为供试材料,利用土培试验研究了重金属铜对小青菜的株高、叶面积、叶绿素含量、丙二醛含量、过氧化物酶活性
以及青菜地上部和根系中铜累积的影响。结果表明,低浓度的铜 (<25mg·kg-1)对青菜生长起到促进作用;高浓度的铜(>20mg·kg-1)
对青菜生长起到抑制作用;施铜浓度>20mg·kg-1时,严重限制了小青菜叶绿素的合成;铜浓度>10mg·kg-1时,青菜体内丙二醛含量
和过氧化物酶活性开始升高,铜浓度为50mg·kg-1时青菜体内的丙二醛含量和过氧化物酶活性分别为对照的 1.86和 1.85倍;随铜
浓度的增大,小青菜地上部和根系中的铜含量均呈极显著增加,且主要在小青菜根系中累积。随铜浓度的增加,青菜地上部含铜量
占植株总铜量的百分率逐渐降低,而根系中含铜量占植株总铜量的百分率逐渐升高。
关键词:铜浓度;小青菜;铜污染
中图分类号:X503.231 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2008)02-0467-05
收稿日期:2007-08-27
基金项目:教育部创新团队支持计划;国家科技支撑计划(2006BAD09)
作者简介:袁 霞(1981—),女,土壤学硕士,主要从事重金属污染
研究。E-mail:yuanxia423423@gmail.com
通讯作者:张兴昌 E-mail:zhangxc@ms.iswc.ac.cn
铜是植物生长必需的微量营养元素,对植物生长
有着重要的作用,但过量的铜会对植物产生毒害作
用,使植物的水分代谢、光合作用、呼吸作用等各项生
理代谢发生紊乱,使植物生长缓慢[1]。铜不仅是植物生
长所必需的微量元素,也是植物体多种酶类的成分之
一,对作物的正常生理代谢有着重要的意义。由于植
物正常生长所需要的铜量很少,所以人为污染(污水
灌溉、使用污泥和施用农药过量等)增加到土壤中的
2008年3月
图2不同浓度铜处理对青菜叶面积的影响
Figure2Efectofsoilcopperadditiononleafarea
ofBrassicachinensi
10d
15d
20
15
10
5
0
0 2.5 5 10 15 20 25 50 75 100
叶
面
积
/c
m
2
铜浓度/mg·kg-1
高量铜经常会给作物生长带来危害[2]。如果蔬菜产区
遭到重金属污染后,不但严重影响蔬菜的产量和质量,
更为严重的是还会通过食物链影响人体健康。本文在
模拟实验条件下,研究铜对青菜株高、叶面积、叶绿素
含量、丙二醛含量、过氧化物酶活性以及青菜地上部
和根系中铜累积量的影响,以期揭示铜污染的植物效
应,为防治铜污染提供科学依据。
1 材料与方法
1.1材料
小青菜,品种为抗矮青。
1.2土壤
黄绵土,质地为粉质壤土,土壤 pH8.51,土壤全
铜和有效铜含量分别为21.86mg·kg-1和0.56mg·kg-1,
有机质含量为 5.31g·kg-1,全氮为 0.478g·kg-1,有效
氮为23.9mg·kg-1。
1.3试验设计与处理
试验于人工气候箱内进行,共设10个浓度处理。
铜浓度设置分别为 0、2.5、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、
50.0、75.0和100.0mg·kg-1,按处理将 CuSO4·5H2O配
成溶液,分别灌入盆中,渗漏液再灌回原盆中,静置1
个月,并使盆中水分达到饱和状态。每个处理设5次
重复,控制土壤含水量为田间持水量的60%。于直径
为10.5cm,高9.5cm的塑料盆中进行盆栽试验,每盆
装过2mm尼龙筛的风干土壤600g,施用基肥后(加
氮素为150mg·kg-1土,P2O5为100mg·kg-1土,K2O为
150mg·kg-1土),平衡3d后灌水,使水分入渗均匀后
再播种。每盆播6粒种子,待幼苗长出二片真叶后进
行间苗,每盆留苗4株。气候箱中的设置为:每天光照
14h,白天温度为 25℃,光照度为 4级;晚上温度为
18℃,光照度为0级;全天湿度均为60%。培养20d
后开始取样分析。
1.4测试指标与方法
1.4.1青菜生长状况的测定
青菜生长第10d和第15d分别测定株高、叶面
积和生物量。
1.4.2叶片中叶绿素含量的测定
便携式SPAD—502型叶绿素仪测定。
1.4.3叶片中丙二醛含量的测定
硫代巴比妥酸(TBA)法[3、4]测定(mmol·g-1FW)。
1.4.4叶片中过氧化物酶活性的测定
愈创木酚法[3]测定(μg·g-1FW)。
1.4.5青菜地上部和根系中铜含量的测定
先将植物样干灰化,然后用1∶1的硝酸溶解,用
AAS—320型原子吸收分光光度计进行测定[5]。
2 结果与分析
2.1铜对青菜生长的影响
2.1.1铜对青菜株高的影响(图1)
铜对青菜的株高影响极其显著。在青菜生长前
期,铜作为微量元素对青菜生长起到促进作用;在青
菜生长后期,施铜明显抑制了青菜的生长,这种抑制
作用随铜浓度的升高而加重且有所提前。铜浓度对青
菜株高的影响总体上都是呈递减趋势,10d和 15d
时铜浓度与青菜株高的相关系数r分别为-0.88824和
-0.96853;均呈极显著的负相关性。
2.1.2铜对青菜叶面积的影响
不同浓度的铜处理对青菜叶面积影响如图 2所
示。图2表明,当铜浓度在0~20mg·kg-1范围内时,青
菜叶面积随铜浓度的升高而逐渐增大,铜浓度在20
mg·kg-1时达到最大;而当铜浓度高于20mg·kg-1时,
青菜叶面积随铜浓度的升高而显著降低。当铜浓度在
0~20mg·kg-1时,青菜生长10d和15d时,青菜叶面
积与铜浓度之间分别呈正相关性和极显著的正相关
性,相关系数分别为r=0.77747和r=0.98582;当铜浓
度在20~100mg·kg-1时,青菜生长10d和15d时,青
图1不同浓度铜处理对青菜株高的影响
Figure1Efectofsoilcopperadditiononplantheight
ofBrassicachinensi
袁 霞等:铜对小青菜生长和叶片保护酶活性的影响468
第27卷第2期 农 业 环 境 科 学 学 报
表1不同铜处理对青菜生物量的影响
Table1EfectofsoilcopperadditiononbiomassofBrassicachinensis
注:(1)各项数值均为平均值±标准差(n=3);(2)数字后的小写字母为SAS测验中α=0.05水平上的差异显著性。
Note:Valuesinthetablearemeans±SD(n=3),thesmalleterafterthevaluesindicatessignificantdiferenceat0.05levelbasedontheanalysisusingSAS
software.
菜叶面积与铜浓度之间均呈显著的负相关性,相关系
数分别为 r=-0.88172和-0.93337。青菜生长 15d
时叶面积增大和降低的幅度均很明显,铜浓度对青菜
叶面积的影响总体上是呈递减的趋势;相关分析表
明,青菜生长10d和15d时,铜浓度与青菜叶面积呈
负相关关系,相关系数r分别为-0.74019和-0.83396。
2.1.3铜对青菜植株生物量的影响
铜对青菜地上部和根系干重的影响如表1所示。
表1表明铜浓度在0~20mg·kg-1时,植株地上部和根
系的干重均随铜浓度的升高而增大;当铜浓度在20
mg·kg-1时,植株总干重最大,为对照总干重的
129.20%;而高铜浓度(25mg·kg-1和 50mg·kg-1)时,
植株干重明显降低,青菜植株的总干重分别为对照的
88.79%和24.78%,青菜地上部干重、根系干重和总干
重均与对照均呈极显著差异。青菜根系干重与铜浓度
变化之间差异不显著,相关系数r=-0.38726;青菜地
上部干重、总干重与铜浓度的相关系数分别为
-0.92021、-0.90098,均呈极显著的负相关性。其原
因在于:铜是植物生长发育的必需的微量元素,所以
低浓度铜能促进植物的生长,而高浓度铜会对植物
产生毒害,对植物的光合、呼吸代谢功能产生不良影
响[6、7]。
2.2铜对青菜叶片中叶绿素含量的影响
图3可看出铜浓度在0~20mg·kg-1范围内时,叶
片中叶绿素含量随铜浓度的升高而逐渐升高;当铜浓
度>20mg·kg-1时,青菜叶片叶绿素含量随铜浓度的
加大而逐渐降低最终趋于平缓。铜污染毒害产生的一
个重要特征是氧化胁迫。过量的铜降低呼吸,影响蛋
白质的代谢,导致叶绿素含量的下降及叶片光合特性
的抑制[8、9]。这一过程可由图3中叶片中SPAD值的变
化即可看出。当铜浓度达到20mg·kg-1时,叶片中叶
绿素含量最高,但仍达不到显著水平;当铜浓度>20
mg·kg-1时,叶片中叶绿素含量显著降低,由相关分析
得出铜浓度与青菜叶片中叶绿素含量呈极显著的负
相关性,相关系数r=-0.92430。
2.3铜对青菜体内丙二醛含量的影响
不同浓度铜对青菜叶片中丙二醛含量影响如图
4所示。MDA是膜质过氧化的重要产物,可与蛋白
质、核酸、氨基酸等活性物质交联,形成不溶性的化合
物(脂褐素)沉积,干扰细胞的正常生命活动[7、10]。由图
4可看出,铜浓度在 0~10mg·kg-1范围内时,青菜叶
片中丙二醛含量与对照无显著差异,略微有所降低;
而当铜浓度≥15mg·kg-1时,叶片中丙二醛含量逐渐
增加;相关分析表明,铜浓度与青菜叶片中的丙二醛
含量是呈极显著的正相关性,相关系数r=0.87175。在
不同浓度的铜处理 (2.5、5、10、15、20、25和 50mg·
kg-1)下,青菜叶片中的丙二醛含量分别为对照的
94.68%、92.43%、88.96%、101.23%、109.00%、175.66%、
35
30
25
20
15
10
5
0
0 20 40 60 80 100 120
铜浓度/mg·kg-1
图3不同浓度铜处理对青菜叶绿素含量的影响
Figure3Efectofsoilcopperadditiononthecontent
ofchlorophylinplantofBrassicachinensi
SP
A
D
va
lu
e
469
2008年3月
186.30%。低浓度的铜对青菜生长没有危害,这与前
文所说铜作为微量元素对作物生长具有促进作用相
符;而高浓度的铜就会使作物体内高度积累丙二醛,
丙二醛含量的增加显示出膜质过氧化水平升高,造成
膜透性增大,膜结构受损伤的程度加深,使作物的抗
逆能力减弱[11]。
2.4铜对青菜体内过氧化物酶活性的影响
不同浓度的铜处理对青菜体内的过氧化物酶活
性的影响如图5所示。由图5可看出,当铜浓度在0~
10mg·kg-1时,青菜体内的过氧化物酶活性略微有所
降低,当铜浓度>10mg·kg-1时,青菜体内的过氧化物
酶活性会随铜浓度的增加而迅速增大。铜浓度在 50
mg·kg-1时,青菜体内过氧化物酶活性为对照的1.85
倍,曲线整体呈上升趋势,呈极显著的正相关性,相关
系数r=0.94425。
2.5铜对青菜地上部和根系铜含量影响
不同浓度的铜处理对青菜地上部和根系铜含量
的影响如图6和图7所示。由图6和图7可以看出,
在所有的处理中,青菜地上部和根系中铜的含量均随
着铜浓度的增加而增加,并且根系中的铜的含量均明
显高于地上部的铜含量,当铜浓度达到 50mg·kg-1
时,青菜叶片中铜含量为对照的4.04倍,而根系中铜
含量为对照的7.75倍。由此可见,根系是青菜吸收累
积铜的主要器官。由相关分析可知,青菜地上部和根
系中铜含量与铜浓度之间均呈极显著的正相关性,相
关系数r分别为0.97245和0.99334。
图 8为青菜地上部和根系中含铜量占植株总铜
量的百分率。由图8可看出,随铜浓度的增加,青菜地
上部含铜量占植株总铜量的百分率逐渐降低,而根系
中含铜量占植株总铜量的百分率逐渐升高。铜浓度在
0~50mg·kg-1范围内时,青菜地上部含铜量占植株总
铜量的百分率由 30.29%降低到 18.45%;而根系中含
铜量占植株总铜量的百分率由 69.71%升高到
81.55%。
铜浓度mg·kg-1
丙
二
醛
含
量
/m
m
ol·
g-
1 1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 2.5 5 10 15 20 25 50
图4不同浓度铜处理对青菜体内丙二醛含量的影响
Figure4Efectofsoilcopperadditiononthecontent
ofMDAinplantofBrassicachinensi
图5不同浓度铜处理对青菜体内过氧化物酶活性的影响
Figure5Efectofsoilcopperadditionontheactivity
ofPODinBrassicachinensi
铜浓度/mg·kg-1
60
50
40
30
20
10
0
Pe
ro
xi
da
se
(P
O
D
)
ac
ti
vi
ty
/μ
g·
g-
1 F
W
0 10 20 30 40 50 60
铜浓度/mg·kg-1
图6不同浓度铜处理对青菜地上部铜含量的影响
Figure6Efectofsoilcopperadditionontheconcentrations
ofcopperintheshootofBrassicachinensis
0 2.5 5 10 15 20 25 50 75 100
120
100
80
60
40
20
0地
上
部
铜
含
量
/m
g·
kg
-1
图7不同浓度铜处理对青菜根系铜含量的影响
Figure7Efectofsoilcopperadditionontheconcentrationsof
copperintherootofBrassicachinensis
铜浓度/mg·kg-1
0 2.5 5 10 15 20 25 50
根
系
铜
含
量
/m
g·
kg
-1
200
150
100
50
0
图8青菜地上部和根系含铜量占植株总铜量的百分率
Figure8Thepercentagesofcopperconcentrationsinshootand
roottototalcopperconcentrationsinBrassicachinensis
铜浓度/mg·kg-1
0 2.5 5 10 15 20 25 50
100.00%
80.00%
60.00%
40.00%
20.00%
0.00%
根系
地上部
袁 霞等:铜对小青菜生长和叶片保护酶活性的影响470
第27卷第2期 农 业 环 境 科 学 学 报
3 讨论与结论
施铜浓度不超过20mg·kg-1时,叶片叶绿素含量
随铜浓度增大而逐渐升高,当铜浓度>20mg·kg-1时,
青菜叶片中叶绿素含量随铜浓度的增大而逐渐降低
最终趋于平缓;铜浓度在0~10mg·kg-1范围内时,青
菜叶片中丙二醛含量和过氧化物酶活性均略微有所
降低,与对照无显著差异;当铜浓度>10mg·kg-1时,
叶片中丙二醛含量和过氧化物酶活性逐渐增加。高浓
度的铜就会使作物体内高度积累丙二醛,丙二醛含量
的增加显示出膜质过氧化水平升高,造成膜透性增
大,膜结构受损伤的程度加深,使作物的抗逆能力减
弱。
当施铜浓度不超过20mg·kg-1时,促进青菜叶面
积和干重增加,超过该浓度后,青菜叶面积和干重显
著降低。施铜浓度达到25mg·kg-1和50mg·kg-1时,
青菜植株的总干重分别为对照的88.79%和24.78%。
在所有的铜处理中,青菜地上部和根系中铜的含
量均随铜浓度的增加而增加,并且根系中的铜含量均
明显高于地上部的铜含量;随铜浓度的增加,青菜地
上部含铜量占植株总铜量的百分率逐渐降低,而根系
中含铜量占植株总铜量的百分率逐渐升高。
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