全 文 ：Effects of Single Mn/Zn and Mn-Zn Combined Pollution on Nitrogen Metabolism in Polygonum pubescens
Blume
YU Fang-ming1,2, SU Yin-ping1, LIU Hua1, LI Yan1, LI Yi1,2, LIU Ke-hui3, LI Ming-shun1,2*
（1.School of Environment and Resource, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China; 2.Guangxi Key Laboratory of Environmental
Pollution Control Theory and Technique, Guilin 541004, China; 3.School of Life and Environmental Science, Guilin University of Electronic
Technology, Guilin 541004, China）
Abstract：Hydroponic culture with orthogonal design method was conducted to investigate the effects of Mn and Zn on the growth, metal ac－
cumulation and nitrogen metabolism in hyperaccumulating plants Polygonum pubescens Blume. The enzymatic activities of nitrogen
metabolism were determined including nitrate reducatse（NR）, glutamine synthelase（GS）, glutamate synthase（GOGAT）, glutamate dehydro－
genase（GDH）as well as the nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and free and soluble pralines. The results showed that under single treat－
ment of Zn, the plant height, dry weight, root length and chlorophyll content decreased as Zn concentrations increased. At 100 mg·L-1 Zn
treatment, the plant height, dry weight were 78% and 56% of those under control, respectively. The growth of P. pubescens were not affected
significantly when treated by Mn alone; Under combined pollution of Mn and Zn, the plant height, dry weight, root length and chlorophyll
content decreased as Zn concentrations increased. Both single Zn and Mn treatment have varied impact on the contents of nitrate nitrogen,
ammonium nitrogen, free prolines and soluble protein as well as enzymatic activities of GOGAT, GS, NR and GDH. Overall, Mn, and Zn com－
摘 要：采用水培及正交设计的方法，研究了不同浓度 Mn（0、10、100 mg·L-1）和 Zn（0、10、100 mg·L-1）单一及复合处理对 Mn超富集
植物短毛蓼（Polygonum pubescens Bl.）生长，Mn、Zn富集能力，叶片与根硝态氮、铵态氮、游离脯氨酸、可溶性蛋白质含量及氮素代谢
关键酶谷氨酸合酶（GOGAT）、谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸还原酶（NR）和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性的影响。结果表明：单 Zn处理
时，短毛蓼株高、株重、根长及叶绿素含量均随 Zn浓度的升高而降低，当 Zn浓度为 100 mg·L-1时，株高和株重分别为对照的 78%和
56%；单 Mn处理对短毛蓼生长的影响不显著；Mn、Zn复合处理下，短毛蓼株高、株重、根长及叶绿素含量均随 Zn浓度的升高而降
低，单 Zn以及单 Mn处理均对短毛蓼硝态氮、铵态氮、游离脯氨酸、可溶性蛋白质含量及 GOGAT、GS、NR、GDH酶的活性造成不同
程度的影响。单 Zn处理时，T3处理短毛蓼根及叶中 GOGAT、GS、NR、GDH酶的活性较对照 T1均显著（P<0.05）增强，其中根的四种
酶活性分别为 T1的 4.47、2.72、4.17、1.88倍；单 Mn处理对这四种酶活性的影响不显著；Mn、Zn复合处理降低了短毛蓼根系及叶片
中硝态氮的含量（根中降低了 2.60%~70.13%，叶中降低了 12.67%~64.79%），同时提高了铵态氮、游离脯氨酸及可溶性蛋白质含量。
在同一 Zn污染水平，Mn的增加使得短毛蓼根和叶片中游离脯氨酸、可溶性蛋白质含量以及 GOGAT、GS、NR、GDH酶活性均有不
同程度的提高，当 Zn的处理浓度为 100 mg·L-1时，短毛蓼叶片中游离脯氨酸含量、GOGAT及 GDH酶活性在 T9处理下分别为 T3
的 1.8、1.69、2.68倍，表明 Mn的增加能够有效减缓 Zn对短毛蓼的胁迫。
关键词：短毛蓼；Mn-Zn复合污染；氮素代谢
中图分类号：X503.233 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2013）03-0517-07 doi:10.11654/jaes.2013.03.017
Mn、Zn单一及复合污染对短毛蓼氮素代谢的影响
于方明 1，2，苏银萍 1，刘 华 1，李 燕 1，李 艺 1，2，刘可慧 3，李明顺 1，2*
（1．广西师范大学环境与资源学院，桂林 541004；2．广西环境污染控制理论与技术重点实验室，桂林 541004；3．桂林电子科技大
学生命与环境科学学院，桂林 541004）
收稿日期：2012－10－09
基金项目：国家自然科学基金项目（41161057）；广西科学研究与技术开发项目重大专项计划（桂科重 1298002-6）
作者简介：于方明（1975—），男，博士，副教授，主要从事生物修复方面的研究。E-mail：Fmyu1215@163.com
*通信作者：李明顺 E-mail：li_mingshun@126.com
2013，32（3）:517-523 2013年 3月农 业 环 境 科 学 学 报
Journal of Agro-Environment Science
农业环境科学学报 第 32卷第 3期
土壤重金属污染已成为当前研究的热点[1-2]，而土
壤重金属污染，往往表现为多种重金属的复合污染[3-5]。
随着工业的发展，土壤 Mn以及 Zn污染非常严重，已
引起社会的广泛关注 [6-7]，且自然界中很少有单纯的
Mn出现，它总是伴生于锌矿、铅锌矿等，易形成复合
污染[8]。相对于重金属单一污染，复合污染中元素间存
在相互作用以及对生态效应的综合影响[9]。在 Cd-Pb
复合处理条件下，对蜀葵（Althaea rosea Cav.）、凤仙花
（Impatiens Balsamina L.）、金盏菊（Calendula officinalis
L.）3种花卉进行研究，发现 Cd-Pb相互作用效应与
重金属之间的浓度组合、植物种和植株部位等有
关 [10]。另外，Pb-Zn复合处理可提高小鳞苔草（Carex
gentilis Franch.）根部和叶片 SOD以及 POD的活性[11]；
增加鱼腥草（Houttuynia cordata）叶绿素含量，对 SOD
和 POD活性具有抑制作用[12]；在 Cd-Zn复合处理下，
Cd 的添加提高了圆锥南芥 （Arabis paniculata
Franch.）细胞壁中 Zn的比例，促进了 Zn向细胞壁中
的转移[13]。因此，重金属复合污染对植物的影响极为
复杂，存在着加和、拮抗或协同多种作用[10，14]。短毛蓼
（Polygonum pubescens Bl.）是属蓼科的 Mn超富集植
物，目前的研究主要集中在其对 Mn的富集特征[15]、
Mn在植物体中的分布[16]及 Mn对抗氧化机理[14]和氮
素代谢[18]的影响上，而重金属复合污染对其生理特征
的影响还未见报道。本研究采用水培法探讨了 Mn、Zn
单一以及复合污染对短毛蓼生长及氮素代谢的影响，
旨在为利用超富集植物短毛蓼修复 Mn-Zn复合污染
土壤提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 植物培养
供试 Mn超富集植物短毛蓼幼苗采自广西全州
锰矿区。将所采集的短毛蓼幼苗用自来水冲洗干净后
采用 1/2Hoagland营养液进行预培养，Hoagland营养
液组成为：2.0 mmol·L-1 Ca（NO3）2·4H2O，0.10 mmol·L-1
KH2PO4，0.50 mmol·L -1 MgSO4·7H2O，0.10 mmol·L -1
KCl，0.70 mmol·L -1 K2SO4，0.10 μmol·L -1 H3BO3，0.50
μmol·L-1 MnSO4·H2O，0.50 μmol·L-1 ZnSO4·7H2O，0.20
μmol·L-1 CuSO4·5H2O，0.01 μmol·L-1（NH4）6 Mo7O24，
0.10 mmol·L-1 Fe-EDTA。
幼苗生长至一定高度后截取上端 5 cm长的带叶
枝条进行第 2次预培养，待枝条长出比较旺盛的根系
后，选取生长一致的植株，移至装有 1/2 Hoagland 营
养液的塑料盆（34 cm×22 cm ×11cm）中，然后加 Mn处
理，每盆 3株，培养溶液体积为 4 L。采用正交法设置
3个不同浓度的 Mn和 Zn，共计 9个处理浓度（表 1）。
Mn以MnSO4·H2O，Zn以 ZnSO4·H2O的形式加入到 1/2
Hoagland营养液中，每个处理设 3个重复，每 3 d更
换 1次营养液，并用 0.1 mol·L-1 HCl或 NaOH调节
pH至 5.7左右。培养室温度为 20～26℃，空气相对湿
度为 60%～70%，光照 14 h，光照强度 300 μmol·m-2·s-1，
营养液保持 24 h连续通气，处理 15 d后收获。
1.2 实验方法
1.2.1 生物量测定
将植株样品用自来水冲洗干净，然后将根浸入
20 mmol·L-1 EDTA-Na2溶液中交换 20 min，以去除根
系表面吸附的 Mn2+、Zn2+等，用去离子水洗净，吸水纸
吸干表面水分，最后用卷尺分别测量株高和根长并称
鲜重。将植株样品分为两份，其中一份装入封口密封
带，放入-80 ℃冰箱保存备用;另一份样品放至烘箱
内，在 105 ℃下杀青 30 min，然后在 70 ℃下烘 48 h至
恒重，用不锈钢粉碎机磨碎，过 60目尼龙网筛用于
Mn、Zn含量测定。
1.2.2 酶的提取与活性测定
硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸脱氢酶的
提取与活性测定参照文献[19]的方法。硝酸还原酶以
1 h内还原 KNO3生成 NO-2的微克数表示酶活性，谷
氨酰胺合成酶活性以 1 h内形成 1 μmol γ-谷氨酰基
表 1 锰和锌的处理浓度设置（mg·L-1）
Table 1 Treated concentrations of Mn and Zn（mg·L-1）
bined treatment lowered the contents of nitrate nitrogen in roots（2.60%~70.13%）and leaves（12.67%~64.79%）. But increased the contents
of ammonium nitrogen, free proline and soluble protein. For the same Zn level, increased Mn addition raised the contents of free proline, and
soluble protein, as well as GOGAT, GS, NR, and GDH enzymatic activities in varying degrees, indicating that Mn may effectively relieve Zn
stress.
Keywords：Polygonum pubescens Blume; combined pollution of Mn and Zn; nitrogen metabolism
处理浓度 0 mg·L-1 Mn 10 mg·L-1 Mn 100 mg·L-1 Mn
0 mg·L-1 Zn T1 T4 T7
10 mg·L-1 Zn T2 T5 T8
100 mg·L-1 Zn T3 T6 T9
518
第 32卷第 1期2013年 3月
表 2 Mn、Zn处理对短毛蓼生长和叶绿素含量的影响
Table 2 Effects of Mn and Zn treatment on the growth and chlorophyll of P. pubescens Bl.
羟肟酸的酶量作为 1个酶活性单位，谷氨酸脱氢酶活
性以 NADH μmol·min-1·g-1蛋白质表示。谷氨酸合酶
的提取与测定参照 Sánchez等的方法[20]，以每分钟反
应液减少 1 μmol NADH所需的酶量定义为 1个酶活
性单位。以上酶的提取和测定均在 0～4 ℃条件下完
成，每个处理 3次重复。
1.2.3 铵态氮、硝态氮、可溶性蛋白质和游离脯氨酸含
量测定
可溶性蛋白质的含量参照 Bradford的方法测定[21]，
使用牛血清蛋白制作标准曲线；铵态氮、硝态氮和游
离脯氨酸含量的测定参照王学奎等的方法[22]。
1.2.4 Mn、Zn含量的测定
称取 0.50 g烘干且磨碎的短毛蓼样品于 100 mL
三角瓶中，加入 HNO3-HClO4（两者体积比为 4∶1），消
煮至澄清，用去离子水定容后采用原子吸收分光光度
计（日立 180-80型）测定各植物样品中的 Mn、Zn含
量。
1.2.5 转移系数（Transfer factor，TF）的计算：
转移系数（TF）=
地上部分所累积的重金属的含量（mg·kg-1）
根部所累积的重金属的含量（mg·kg-1）
以上所有测定重复 3次，所得数据用 SPSS 17.0
软件处理，应用 Duncan新复极差法进行差异显著性
检验。
2 结果
2.1 Mn、Zn单一及复合处理对短毛蓼生长和叶绿素
含量的影响
由表 2 可知，单 Zn 处理（T1、T2、T3）时，短毛蓼
的株高和株重随着 Zn处理浓度的升高而降低，T3处
理后，株高和株重分别为对照的 78%和 56%，差异显
著（P<0.05）；单 Mn 处理（T1、T4、T7）时，对短毛蓼株
高、株重及根长影响不显著（P>0.05）；在 Mn、Zn复合
处理（T5、T6、T8、T9）时，T5处理对短毛蓼株高、株重
及根长影响不显著（P>0.05），而 T6处理显著（P<
0.05）抑制了短毛蓼的根长，为对照的 72%。
重金属对短毛蓼的叶绿体也造成影响。由表 2可
知，单 Zn处理时，T3处理较对照 T1显著（P<0.05）降
低了短毛蓼叶片中的叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素 a+b
的含量；在 Mn、Zn复合处理时，T6处理对短毛蓼叶
绿素 a、叶绿素 b、叶绿素 a+b、类胡萝卜素的含量较
对照 T1 无显著（P>0.05）变化；而 T9 处理显著（P<
0.05）提高了短毛蓼叶片中叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿
素 a+b及类胡萝卜素的含量，即较 T3及 T9处理时短
毛蓼叶片中叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素 a+b及类胡萝
卜素的含量分别提高了 51.4%、52.3%、51.9%、61.5%。
这表明 Zn对短毛蓼的叶绿素合成有一定的抑制作
用，而一定浓度的 Mn可以缓解 Zn的毒害。
2.2 Mn、Zn单一及复合处理对短毛蓼植株 Mn、Zn含
量的影响
由表 3 可知，单 Zn 处理（T1、T2、T3）时，短毛蓼
根、茎、叶中 Mn含量无显著性差异（P>0.05）；单 Mn
处理（T1、T4、T7）时，根、茎、叶中 Mn含量随着 Mn处
理浓度的升高而增大，且与对照差异显著（P<0.05）。
在 Mn、Zn复合处理时，T6 及 T9 处理显著降低短毛
蓼根、叶中 Mn含量。T9处理时，根及叶 Mn含量依次
降低 45.6%、35.1%，表明 T6及 T3的 Mn、Zn复合处
理抑制了短毛蓼对 Mn的吸收。而 Mn、Zn复合处理
均显著（P<0.05）提高短毛蓼根、茎及叶 Zn 含量，T5
处理时，根茎叶依次提高了 1.44、1.28、1.18 倍，表明
Mn、Zn复合处理促进了短毛蓼对 Zn的吸收。Mn、Zn
的转移系数在 T2~T9处理时均低于 T1处理。在不同
处理 株高/cm 株重/g 根长/cm 叶绿素 a/mg·g-1 叶绿素 b/mg·g-1 叶绿素 a+b/mg·g-1 类胡萝卜素/mg·g-1 叶绿素 a/叶绿素 b
T1 14.9±1.8a 6.0±1.7b 29.8±8.4ab 1.34±0.23a 0.63±0.10a 1.97±0.33ab 0.17±0.03abc 2.14±0.05c
T2 12.1±2.5bc 6.0±2.4b 29.6±5.1ab 1.10±0.18a 0.48±0.08abc 1.58±0.28ab 0.15±0.01bc 2.27±0.04bc
T3 11.5±1.8c 3.4±1.1d 25.2±5.6bc 0.70±0.08b 0.31±0.04c 1.01±0.03c 0.13±0.02c 2.26±0.06bc
T4 14.2±1.8ab 8.7±2.9a 29.2±4.1ab 1.25±0.26a 0.48±0.10abc 1.73±0.37ab 0.16±0.03abc 2.58±0.06a
T5 12.8±1.4abc 5.2±1.9bc 29.7±6.7ab 1.17±0.23a 0.51±0.11ab 1.68±0.34ab 0.17±0.03abc 2.29±0.03bc
T6 12.9±1.8abc 3.7±0.8cd 21.0±4.4c 1.10±0.15a 0.48±0.04abc 1.57±0.20ab 0.20±0.03ab 2.31±0.15bc
T7 13.5±2.1abc 6.6±1.8b 30.9±3.4a 1.05±0.32ab 0.39±0.13bc 1.44±0.46abc 0.16±0.04abc 2.71±0.11a
T8 13.1±1.9abc 5.8±1.4b 31.1±3.0a 1.15±0.22a 0.49±0.11ab 1.64±0.33ab 0.16±0.01abc 2.34±0.04b
T9 12.8±3.0abc 5.3±1.7bc 28.8±3.1ab 1.44±0.04a 0.65±0.06a 2.10±0.10a 0.21±0.01a 2.21±0.16bc
注：表中同列的不同字母表示在 5%水平差异显著，下同；株高、株重（以鲜重计）和根长为各处理的平均值。
于方明，等：Mn、Zn单一及复合污染对短毛蓼氮素代谢的影响 519
农业环境科学学报 第 32卷第 3期
表 3 Mn、Zn处理对短毛蓼植株各部位 Mn、Zn含量的影响
Table 3 The contents of Mn and Zn in the P. pubescens Bl.
Mn-Zn处理水平下，短毛蓼各部位 Mn的含量均为
叶>茎>根，短毛蓼地上部分的 Mn含量均高于根部，
且短毛蓼的 Mn转移系数均大于 Zn，证明短毛蓼属于
Mn超富集植物。
2.3 Mn、Zn单一及复合处理对短毛蓼硝态氮、铵态
氮、游离脯氨酸、可溶性蛋白质含量的影响
由表 4可知，Zn、Mn单一以及复合处理，短毛蓼
根系和叶片中硝态氮含量均低于对照（T1）。在单 Zn
（T1、T2、T3）及单 Mn（T1、T4、T7）处理下，短毛蓼叶片
及根中硝态氮的含量均显著（P<0.05）低于对照，即 T1
处理时叶片及根中硝态氮的含量分别为 7.1、15.4 mg·
g-1，其他处理叶片及根中硝态氮含量分别在 2.5~6.2
mg·g-1、4.6~15.0 mg·g-1之间；Mn处理浓度一定，随着
Zn处理浓度的增加，根中硝态氮的含量均显著（P<
0.05）降低且叶片中铵态氮均高于对照，在 Mn处理浓
度为 100 mg·L-1时，添加 10、100 mg·L-1 Zn，根系中铵
态氮分别为对照的 1.87、1.78倍，表明 Zn添加加速了
叶片中铵态氮的累积。Zn、Mn处理，短毛蓼根系和叶
片中游离脯氨酸含量均高于对照（T1），且 Zn浓度越
高，根系和叶片中游离脯氨酸含量越高，表明 Zn添加
增加了短毛蓼的胁迫性。100 mg·L-1 Zn添加显著（P<
0.05）增加了根中可溶性蛋白质的含量，而 100 mg·L-1
Mn对叶片中蛋白质含量无显著影响（P>0.05）。
2.4 Mn、Zn单一及复合处理对短毛蓼叶片 GOGAT、
GS、NR、GDH酶活性的影响
由表 5可知，100 mg·L-1 Zn处理提高了叶片和根
系中 GOGAT、GS 活性，其中 T3、T9 时，GOGAT、GS
显著升高（P<0.05）。在 T3处理下，短毛蓼叶片及根中
GOGAT活性分别为对照的 2.11、4.47倍；叶片及根中
GS的活性分别为对照的 1.74、2.72倍；NR、GDH活性
也有不同程度的提高，T3 处理显著（P<0.05）提高了
短毛蓼根 GDH的活性，为对照的 1.88倍。在 T9处理
下，短毛蓼叶片及根中 GOGAT活性分别为对照（T1）
的 3.57、4.64倍；GS活性较对照也有显著（P<0.05）提
高；叶片 NR活性及根 GDH活性分别为对照的 2.56、
3.19倍。表明 GOGAT、GS、NR、GDH酶活性受 Zn、Mn
表 4 Mn、Zn处理对短毛蓼叶片及根中硝态氮、铵态氮、游离脯氨酸和可溶性蛋白质的影响
Table 4 Effects of Mn and Zn treatment on contents of nitrate，ammonium，free and soluble proteins in shoots and roots in P. pubescens Bl.
处理 TFMn TFZn
T1 64.9±3.9f 99.6±5.8g 101.4±8.1f 270.0±16.0f 185.8±7.9g 134.9±16.3g 24.8 1.7
T2 67.8±4.9f 85.8±10.2g 103.6±8.3f 3 216.1±153.0d 3 136.5±202.0d 3 181.8±72.4c 2.4 1.0
T3 65.5±4.0f 92.3±6.8g 103.3±8.9f 5 673.1±216.7a 12 255.0±2 198.8a 6 394.9±344.4a 1.5 1.4
T4 1 016.0±71.6d 1 561.9±135.7f 9 592.5±628.0d 1 493.0±99.2e 1 244.2±102.4f 1 175.0±102.2f 5.5 1.2
T5 1 065.2±51.7cd 3 076.4±229.4d 5 526.6±297.9e 3 642±154.2c 2 831.4±169.0d 2 567.2±160.6d 4.1 1.3
T6 733.3±21.9e 2 468.6±300.5e 5 506.4±528.9e 5 020.4±335.9b 9 966.7±383.8b 6 075.0±330.1a 5.5 1.3
T7 2 155.9±175.9a 5 015.2±213.0c 30 234.5±1 521.9b 1 438.8±114.7e 1 289.3±115.4f 1 131.0±83.0f 8.2 1.2
T8 1 582.1±48.7b 6 905.6±54.1a 31 670.8±1 571.1a 3 742.3±266.5c 2 376.8±80.4e 2 088.1±132.9e 12.2 1.5
T9 1 172.5±62.5c 5 430.1±393.2b 19 609.8±1 571.1c 3 804.3±137.1c 5 107.3±310.3c 4 537.6±247.9b 10.7 1.0
Mn含量/mg·kg-1
根 茎 叶
Zn含量/mg·kg-1
根 茎 叶
处理
T1 7.1±0.2a 15.4±0.6a 447.5±12.3g 344.5±23.0e 17.0±1.6e 21.0±1.8e 20.2±0.2b 24.6±2.9bc
T2 4.5±0.4c 13.7±0.4c 534.4±5.9f 363.0±13.2e 20.5±0.7d 36.6±5.9d 13.6±0.9c 24.3±2.8bc
T3 4.4±0.3c 14.3±0.9bc 337.1±35.7h 176.0±14.1g 21.0±0.8d 70.9±3.6a 19.6±1.0b 71.4±1.0a
T4 4.6±0.4c 15.0±0.7ab 824.8±12.8e 517.2±11.9c 19.2±1.0de 22.3±0.7e 21.1±2.0ab 25.2±0.1bc
T5 2.5±0.1e 10.3±0.5d 973.1±7.9c 273.1±9.6f 20.0±1.7d 26.6±1.2e 19.6±0.8b 21.8±1.9c
T6 6.2±0.2b 7.7±0.6e 793.5±14.7e 128.8±13.8h 24.3±0.9c 46.4±4.0c 23.2±2.3a 70.0±1.6a
T7 2.6±0.3de 13.7±0.7c 1 135.7±27.7b 392.7±10.5d 26.8±1.7bc 23.4±0.7e 18.8±0.9b 23.5±2.3c
T8 4.4±0.3c 5.4±0.4f 1 407.9±16.8a 735.6±10.4a 28.9±1.8b 24.2±3.0e 19.5±0.5b 27.3±1.8b
T9 3.0±0.2d 4.6±0.1f 860.9±13.9d 697.5±29.4b 37.8±2.2a 60.3±0.6b 19.6±1.5b 73.4±1.0a
硝态氮/mg·g-1
叶片 根
铵态氮/μg·g-1
叶片 根
游离脯氨酸/μg·g-1
叶片 根
可溶性蛋白质/mg·g-1
叶片 根
520
第 32卷第 1期2013年 3月
处理
T1 7.9±0.8e 10.4±2.0d 99.8±2.1g 115.9±2.4c 16.0±0.5h 17.0±0.9e 12.5±1.2c 8.9±1.9e
T2 10.1±1.6e 17.1±3.2c 115.4±3.4f 99.8±2.0c 35.7±3.3f 20.9±0.4d 11.5±1.3cd 11.6±1.5de
T3 16.7±1.7c 46.5±1.3a 173.6±1.6b 315.6±12.3b 49.8±1.8c 70.9±1.6a 10.3±1.6cd 16.7±1.2c
T4 8.5±0.2e 12.7±1.2d 112.7±5.9f 101.6±6.1c 19.5±1.2g 18.4±0.2e 16.3±0.7b 13.2±0.7cd
T5 9.4±2.3e 11.4±1.7d 148.5±1.4c 86.0±3.8c 55.1±1.9b 24.7±1.3c 5.7±1.6e 5.1±0.7f
T6 19.7±1.7b 31.1±0.1b 187.6±3.1a 347.6±41.9a 68.5±1.0a 31.3±1.1b 19.1±1.4b 24.4±4.7b
T7 9.6±1.4e 11.7±0.6d 123.8±2.2e 107.9±7.1c 21.4±1.2g 24.4±2.0c 17.6±2.5b 15.1±0.5cd
T8 13.3±1.5d 15.9±2.3c 142.8±0.4d 112.5±6.2c 45.6±0.7d 21.3±1.1d 8.2±1.3de 3.0±0.1f
T9 28.2±2.5a 48.3±1.9a 146.0±1.2cd 327.2±16.4ab 41.0±1.5e 20.9±1.0d 27.6±3.1a 28.4±2.2a
GOGAT活性/μmol·g-1·min-1
叶片 根
GS活性/μmol·g-1·h-1
叶片 根
NR活性/μg·g-1·h-1
叶片 根
GDH活性/μmol·g-1·min-1
叶片 根
表 5 Mn、Zn处理对短毛蓼叶片及根中 NR、GS、GOGAT、GDH酶活性的影响
Table 5 Effects of Mn and Zn treatment on activities of NR，GS，GOGAT and GDH in leaves and roots of P. pubescens Bl.
的影响较大。
3 讨论
本研究结果表明，单 Zn处理后抑制了短毛蓼的
生长，而单 Mn处理对短毛蓼生长影响不显著（P>
0.05），添加 Mn能在一定程度上缓解 Zn对短毛蓼的
生长胁迫。有研究表明，单铁或单锰处理均抑制美洲
商陆种子发芽，其两者交互起来能起到互相缓解的作
用[23]，高浓度锌则明显阻碍叶绿素的合成，抑制鱼腥
草生长[11]，这与本研究发现的单 Zn污染下，高浓度的
Zn抑制短毛蓼生长相似。铅富集植物假繁缕在 Pb-
Zn复合胁迫下，叶绿素 a、叶绿素 b含量以及叶绿素
总量呈上升趋势[24]，而 Pb-Zn交互作用增加了鱼腥草
叶绿素含量 [11]，这与本研究的 Mn、Zn 复合污染较单
Mn或单 Zn污染更有利于叶绿素的合成而 Mn、Zn交
互作用提高了短毛蓼叶绿素含量的结果相类似。本研
究结果表明，当 Zn处理浓度不变、Mn浓度升高时，短
毛蓼植株各部分的 Zn含量都明显下降，表明 Mn处
理抑制了短毛蓼对 Zn的吸收，这与加锰处理抑制美
洲商陆根系对铁的吸收相似[23]，这可能是 Mn在短毛
蓼体内竞争载体的能力明显高于 Zn，从而导致短毛
蓼对 Zn吸收的减少。
NO-3是植物生长重要 N源之一，在植物体内，NR
可催化 NO-3转化为 NO-2，是植物吸收利用NO-3过程中
的第一个酶，NR可直接调节 NO-3的还原，从而调节氮
代谢[25]。本研究结果表明，Mn、Zn复合处理降低了短
毛蓼根系及叶片内硝态氮含量，这与本课题组单 Mn
处理短毛蓼的研究结果类似[18]。在正常供氮情况下，
植物主要利用 GS-GOGAT途径同化无机氮[26]以及通
过 GDH补充谷氨酸库来缓解氨毒[27]。本研究表明，当
Zn的浓度为 10 mg·L-1时，短毛蓼叶片中铵态氮的含
量显著增加，造成 NH+4的大量累积，引起 NH+4毒害。而
Zn的浓度为 100 mol·L-1，显著降低了叶片铵态氮含
量，提高了叶片和根系中 GS、GOGAT 的活性（P<
0.05）。NH+4含量的降低可能是由于 GS、GOGAT基因
的表达受到诱导，其活性增强的结果。即 10 mg·L-1的
Zn 还不能强烈地刺激 GS、GOGAT 的活性，当达到
100 mg·L-1 时显著刺激了 GS、GOGAT 的活性，GS-
GOGAT把 NH+4转化为 NO-3，从而使植物体内 NH+4的
含量降低。当植物体中 NH+4的含量累积到一定程度后，
植物体可以通过 GDH补充谷氨酸库来缓解氨毒 [27]。
有研究表明，GDH与 GS活性在花生生长发育过程中
表现出相反的关系 [28]，这与本研究的结果“在 T5 及
T8处理时，GDH的活性显著降低，而 GS、GOGAT活
性较高”相似，且此时产生的 NH+4毒害可通过高活性
的 GS-GOGAT途径消除，无需启动 GDH。
可溶性蛋白是细胞基质及各种细胞器基质的主
要组成成分，在细胞生理代谢过程中有重要的催化
功能，可溶性蛋白质含量能在一定程度上反映氮素代
谢的情况[29]。Zn是影响蛋白质合成最为突出的微量元
素[30]，本实验结果表明，在一定浓度的 Mn处理下，可
溶性蛋白质的含量随 Zn浓度的提高而增加。游离脯
氨酸含量的增加则起到渗透调节物质的作用[29]，同时
脯氨酸的累积还可以缓解铵毒[18]。在 Mn、Zn复合处理
下，Zn的浓度为 100 mg·L-1时，叶片及根中游离脯氨
酸含量显著（P<0.05）增加，短毛蓼体内游离脯氨酸含
量的增加可以缓解高浓度 Zn对其造成的伤害。
4 结论
（1）短毛蓼在 Mn、Zn复合污染处理下对 Mn具有
于方明，等：Mn、Zn单一及复合污染对短毛蓼氮素代谢的影响 521
农业环境科学学报 第 32卷第 3期
较高的耐受性，对 Zn则比较敏感，100 mg·L-1 Zn处理
显著（P<0.05）抑制了短毛蓼的生长，Mn添加能缓解
Zn对短毛蓼生长的抑制作用。
（2）Zn抑制短毛蓼对 Mn的吸收，在 Mn的处理
浓度一定的情况下，短毛蓼转移 Mn的能力随着 Zn
浓度的升高而降低，而高浓度的 Mn显著抑制了短毛
蓼对 Zn的吸收，表明 Mn、Zn两元素对短毛蓼的吸收
和积累存在拮抗作用。
（3）在一定浓度 Mn处理范围内，高浓度（100 mg·
L-1）Zn 处理可提高短毛蓼叶片及根中 GS、GOGAT、
NR、GDH的活性，使游离脯氨酸、可溶性蛋白质的含
量增加，这都可以有效缓解 NH+4对植物体的伤害。
参考文献：
[1] Gang W, Hubiao K, Xiaoyang Z, et al. A critical review on the bio-re－
moval of hazardous heavy metals from contaminated soils：Issues,
progress, eco-environmental concerns and opportunities[J]. Journal of
Hazardous Materials, 2010, 174：1-8.
[2] Jose E, Claude L, Stephan R, et al. Heavy metal concentration survey in
soils and plants of the Les Malines mining district（Southern France）：
Implications for soil restoration[J]. Water Air Soil Pollution, 2011, 216：
485-504.
[3]田小霞,孟 林,毛培春,等.重金属 Cd、Zn对长穗偃麦草生理生化
特性的影响及其积累能力研究[J]. 农业环境科学学报 , 2012, 31
（8）：1483-1490.
TIAN Xiao-xia, MENG Lin, MAO Pei-chun, et al. Effects of Cd and Zn
on the physiological and biochemical characteristics and accumulation
abilities of Elytrigia elongate[J]. Journal of Agro-Environment Science,
2012, 31（8）：1483-1490.
[4] Min Q, Chao C, Yi-zong H, et al. Characterization of soil heavy metal
contamination and potential health risk in metropolitan region of North－
ern China[J]. Environ Monit Assess, 2011, 172：353-365.
[5] DOU C M, FU X P, CHEN X C, et al. Accumulation and interaction of
calcium and manganese in Phytolacca Americana [J] . Plant Science ,
2009, 177：601-606.
[6]李秀娟,仇 硕,赵 健,等. 4种园林植物对土壤重金属 Mn的吸收
及修复研究[J].广西农业科学, 2010, 41（9）：951-954.
LI Xiu-juan, QIU Shuo, ZHAO Jian, et al. Studies on manganese ab－
sorption and soil remediation of four ornamental plants[J]. Guangxi A－
gricultural Sciences, 2010, 41（9）：951-954.
[7]贾若凌.重金属 Zn对菊芋幼叶生理生化指标的影响[J]. 安徽农业
科学, 2012, 40（12）：7354-7355, 7358.
JIA Ruo-ling. The effect of Zn on physiological and biochemical char－
acters of leaves of Helianthus tuberosus [J]. Journal of Anhui Agri Sci ,
2012, 40（12）：7354-7355, 7358.
[8]黄芳芳.广西桂平锰矿露采矿区的生态环境与治理修复研究[D].桂
林：广西师范大学, 2011：31-40.
HUANG Fang-fang. Ecological environment and governance restoration
of Guiping open-pit manganese minning area in Guangxi[D] Guilin：
Guangxi Normal Universty, 2011：31-40.
[9]曹心德,魏晓欣,代革联,等.土壤重金属复合污染及其化学钝化修
复技术研究进展[J].环境工程学报, 2011, 5（7）：1441-1452.
CAO Xin-de, WEI Xiao-xin, DAI Ge-lian, et al. Combined pollution of
multiple heavy metals and their chemical immobilization in contaminat－
ed soils：A review[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering ,
2011, 5（7）：1141-1453.
[10]刘家女,周启星,孙 挺. Cd-Pb复合污染条件下 3种花卉植物的
生长反应及超积累特性研究[J]. 环境科学学报 , 2006, 26（12）：
2039-2044.
LIU Jia-nü, ZHOU Qi-xing, SUN Ting. Growing responses and hyper－
accumulating characteristics of three ornamental plants to Cd -Pb
combined pollution[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26（12）：
2039-2044.
[11]胡宗达,杨远祥,朱雪梅,等. Pb、Zn对超富集植物（小鳞苔草）抗氧
化酶活性的影响[J].水土保持学报, 2007, 21（6）：86-91.
HU Zong-da, YANG Yuan-xiang, ZHU Xue-mei, et al. Influence of
Pb, Zn on activity of SOD, POD and CAT within roots and leaves of hy－
peraccumulator（Carex gentiles Franch.）[J]. Journal of Soil and Water
Conservation, 2007, 21（6）：86-91.
[12]李铮铮,伍 钧,唐 亚,等.铅、锌及其交互作用对鱼腥草（Hout－
tuynia cordata）叶绿素含量及抗氧化酶系统的影响[J]. 生态学报,
2007, 27（12）：5441-5445.
LI Zheng-zheng, WU Jun, TANG Ya, et al. Effect of Pb, Zn and their
interactions on the chlorophyll and an tioxidant enzyme systems of
Houttuynia cordata Thunb[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27（12）：
5441-5445.
[13]于方明,汤叶涛,周小勇,等.镉对圆锥南芥锌的吸收、亚细胞分布
和化学形态影响[J]. 中山大学学报（自然科学版）, 2010, 49（4）：
118-124.
YU Fang-ming, TANG Ye-tao, ZHOU Xiao-yong, et al. Effects of cad－
mium on uptake, subcelluar distribution and chemical form of zinc in
Arabis paniculata Franch[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis
Sunyatseni, 2010, 49（4）：118-124.
[14] Ke-jian P, Chun-ling L, Wu-xin Y, et al. Manganese uptake and in－
teractions with cadmium in the hyperaccumulator：Phytolacca Ameri－
cana L[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 154：674-681.
[15]邓 华,李明顺,陈英旭.超富集植物短毛蓼对锰的富集特征[J].生
态学报, 2009, 29（10）：5450-5454.
DENG Hua, LI Ming-shun, CHEN Ying-xu. Accumulating character－
istics of manganese by Polygonum pubescens Blume[J]. Acta Ecologica
Sinica, 2009, 29（10）：5450-5454.
[16]邓 华,李明顺,陈英旭,等.锰在短毛蓼不同器官中的亚细胞分布
及化学形态[J].广西师范大学学报（自然科学版）, 2010, 28（1）：58-
62.
DENG Hua, LI Ming-shun, CHEN Ying-xu, et al. Subcellular distri－
bution and chemical fractions of manganese in hyperaccumulator Poly－
gonum pubescens Blume[J]. Journal of Guangxi Normal University：
Natural Science Edition, 2010, 28（1）：58-62.
[17]李 燕,刘可慧,于方明,等. Mn对超富集植物短毛蓼（Polygonum
522
第 32卷第 1期2013年 3月
pubescens Blume）抗氧化机理的影响[J].农业环境科学学报, 2011,
30（12）：2422-2427.
LI Yan, LIU Ke-hui, YU Fang-ming, et al. Effects of manganese on
enzymatic and non-enzymatic antioxidative defenses of the hyperaccu－
mulator Polygonum pubescens Blume[J]. Journal of Agro-Environment
Science, 2011, 30（12）：2422-2427.
[18]于方明,李 燕,刘可慧,等. Mn 对超富集植物短毛蓼和水蓼生
长、Mn吸收及氮素代谢的影响[J]. 环境科学学报, 2011, 31（8）：
1783-1789.
YU Fang-ming, LI Yan, LIU Ke-hui, et al. Effects of manganese on the
growth and nitrogen metabolism in hyperaccumulators Polygonum
pubescens Blume and Polygonum hydropiper L. [J]. Acta Scientiae
Circumstantiae, 2011, 31（8）：1783-1789.
[19]中国科学院上海植物生理研究所.现代植物生理学实验指南[M].
北京：科学出版社, 1999：152-154, 156-158.
Institute of Plant Physiology & Ecology, Shanghai Institutes for Biolog－
ical Science. The guidance of modern plant physiology experiments[M].
Beijing：Science Press, 1999：152-154, 156-158.
[20] Sánchez E, Rivero Rosa M, Ruiz Juan M, et al. Changes in biomass,
enzymatic activity and protein concentration in roots and leaves of
green bean plants（Phaseolus vulgaris L. cv. Strike）under high NH4NO3
application rates[J]. Scientia Horticulturae, 2004, 99（3-4）：237-248.
[21] Bradford M. A rapid method for the quantification of microgram quan－
tities of protein utilizing the principle of protein-dye binding[J]. Ana－
lytical Biochemistry, 1976, 72（1）：248-254.
[22]王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].第二版.北京：高等教
育出版社, 2006：125-128.
WANG Xue-kui. The experimental principle and technology for plant
physiology and biochemistry[M]. The second edition. Beijing：Higher
Education Press, 2006：125-128.
[23]张健平,刘 鹏,金洋洋,等.铁锰复合污染对美洲商陆生物毒性及
超积累特性的影响[J].水土保持学报, 2010, 24（6）：145-149.
ZHANG Jian-ping, LIU Peng, JIN Yang-yang, et al. Effect of Fe-Mn
combined pollution on biological toxicity and hyperaccumulation of
Phytolacca Americana [ J ] . Journal of Soil and Water Conservation ,
2010, 24（6）：145-149.
[24]李 珊,程 舟,杨晓伶,等.铅、锌胁迫对栝楼幼苗生长及抗逆生
理因子的影响[J].生态学杂志, 2008, 27（2）：278-281.
LI Shan, CHENG Zhou, YANG Xiao-ling, et al. Effects of Pb and Zn
stress on Trichosanthes kirilow seedlings growth and stress-resistance
physiological factors[J]. Chinese Journal of Ecology, 2008, 27（2）：278-
281.
[25]刘 丽,甘志军,王宪泽.植物氮代谢硝酸还原酶水平调控机制的
研究进展[J].西北植物学报, 2004, 24（7）：1355-1361.
LIU Li, GAN Zhi -jun, WANG Xian-ze. Advances of studies on the
regulation of nitrate metabolism of plants at nitrate reductase level [J].
Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2004, 24（7）：1355-1361.
[26]孙秋玲,戴思兰,张春英,等.菌根真菌促进植物吸收利用氮素机制
的研究进展[J].生态学杂志, 2012, 31（5）：1302-1310.
SUN Qiu-ling, DAI Si-lan, ZHANG Chun-ying, et al. Mechanisms of
mycorrhizal fungi in promoting nitrogen uptake and utilization by
plants：A review[J]. Chinese Journal of Ecology, 2012, 31（5）：1302-
1310.
[27]于方明,仇荣亮,周小勇,等.隔对超富集植物圆锥南芥氮素代谢的
影响研究[J].土壤学报, 2008, 45（3）：497-502.
YU Fang-ming, QIU Rong-liang, ZHOU Xiao-yong, et al. Effects of
cadmium on activities of key nitrogen metabolism enzymes in leaves of
Arabis paniculata Franch[J]. Acta Pedologica Sinica , 2008, 45（3）：
497-502.
[28]张智猛,万书波,宁堂原,等.氮素水平对花生氮素代谢及相关酶活
性的影响[J].植物生态学报, 2008, 32（6）：1407-1416.
ZHANG Zhi-meng, WAN Shu-bo, NING Tang-yuan, et al. Effects of
nierogen level on nierogen metabolism and correlating enzyme activity
in peanut[J]. Journal of Plant Ecology, 2008, 32（6）：1407-1416.
[29]秦 学,曹翠玲,梁宗锁. NaHSO3对小麦生殖生长时期氮素代谢的
影响[J].土壤通报, 2005, 36（6）：913-916.
QIN Xue, CAO Cui-ling, LIANG Zong-suo. Effect of NaHSO3 on ni－
trogen metabolism of wheat at reproductive stage[J]. Chinese Journal of
Soil Science, 2005, 36（6）：913-916.
[30]施木田,陈如凯.锌钼营养对苦瓜产量、品质及叶片氮素代谢的影
响[J].热带作物学报, 2003, 24（4）：57-61.
SHI Mu-tian, CHEN Ru-kai. Effect of zinc and molybdenum nutrition
on yield and quality and nitrogen metabolism in leaves of Balsam pear
[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2003, 24（4）：57-61.
于方明，等：Mn、Zn单一及复合污染对短毛蓼氮素代谢的影响 523