全 文 ：镉和铅对芦蒿和黄花水龙根系可溶性糖含量和叶片中叶绿素含量的影响
薛 艳 ,王 超 ,王沛芳 ,张慧　(河海大学环境科学与工程学院 ,江苏南京 210098)
摘要　 [目的] 为环境检测中评价芦蒿和黄花水龙被镉和铅污染的程度提供理论依据。 [方法] 以芦蒿和黄花水龙的幼茎为材料 ,预处
理后分别置于含镉或铅的 1/2Hoagland营养液中培养 , Cd2+浓度设 0、1、5、10、20、50μmol/L;Pb2+浓度设 0、1、10、20、50、100μmol/L,处
理 7d后 ,测定根系中可溶性糖含量和叶片中叶绿素含量。 [结果] 随着镉浓度的增加 ,芦蒿根系中可溶性含糖量先下降后上升再下降;
同一镉处理下 ,黄花水龙根系的可溶性糖含量呈下降趋势;用铅处理时 , 2种植物根系中的可溶性糖含量均随铅浓度的增加而下降;随着
镉和铅浓度的增加 , 2种植物叶片的叶绿素含量均为先上升后下降。 [结论 ] 2种植物根系内的可溶性糖含量对重金属的胁迫反应敏
感 ,可将其作为检测重金属毒害的一项生理指标。
关键词　镉;铅;毒害;芦蒿;黄花水龙;可溶性糖;叶绿素
中图分类号　S682.32　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)25-11933-02
EffectofCadmiumandPlumbumontheSolubleSugarContentinRootsandChlorophylContentinLeavesofArtemisiaselengensis
andJussiaeastipulacea
XUEYanetal　(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering, HohaiUniversity, Nanjing, Jiangsu210098)
Abstract　[ Objective] ThestudyaimedtoprovincethetheoreticalbasisforevaluatingthedegreeofArtemisiaselengensisandJusiaeastipu-
laceapolutedbyCadmiumandPlumbum.[ Method] WithA.selengensisandJ.stipulaceaastestedmaterials, aftertheywerepretreatedthey
wereculturedin1/2HoaglandnutritionliquidwithCdat0, 1, 5, 10, 20, 50μmol/LorwithPbat0, 1, 10, 20, 50, 100μmol/L.After
treatmentfor7h, thesolublesugarcontentinrootsandthechlorophylcontentinleavesweredetermined.[ Result] Thecontentofsoluble
sugarinrootsofA.selengensisshowedtheruleoffirstfalling, thenrisingandagainfalingalongwiththeincreaseofCdconcn.Thesoluble
sugarintherootsofJ.stipulaceawasdecreasedundertheconditionofsameCdconcn.When2kindsofplantswerestressedbyPb, thesolu-
blesugarcontentsinrootswerealdecreasedalongwiththeincreaseofPbconcn.TheChlorophyllcontentin2kindsofplantleaveswasfirst
decreasedandthenincreasedalongwiththeincreaseofCdandPbconcn.[ Conclusion] Thesolublesugarcontentsintherootsof2 plants
weresensitivetotheheavymetalstress, whichcouldbeusedasaphysiologicalindexofdetectingtheheavymetaltoxicity.
Keywords　Cadmium;Plumbum;Toxicdamage;Artemisiaselengensis;Jussiaeastipulacea;Solublesugar;Chlorophyl
基金项目　国家重大基础 “ 973”研究项目(2008CB418203);江苏省研究
生培养创新工程 (B07034)。
作者简介　薛艳(1978-),女 ,山东临沂人 ,博士研究生 ,研究方向:水
污染控制理论与应用。
收稿日期　 2009-05-04
　　黄花水龙(Ludwigiapeploides(kunth)kavensubsp)属柳叶
菜科丁香蓼属 ,是多年生挺水型草本植物。芦蒿(Artemisia
selengensisturcz)属菊科蒿属 ,是多年生宿根草本植物。芦蒿
和黄花水龙都是半水生植物 ,芦蒿的主要用途是作蔬菜 ,而
黄花水龙对富营养化水体中氮磷去除效果显著 ,可作为河网
富营养化水体修复的植物之一 [ 1] 。同时黄花水龙可以作为
修复 Cu污染的修复植物 [ 2] 。俞美香等指出芦蒿很容易受重
金属污染 [ 3] ,但是关于在重金属胁迫下 ,芦蒿和黄花水龙根
系可溶性糖含量等生理变化鲜有报道。选择镉和铅为胁迫
因子 ,通过测定不同处理情况下 ,这两种植物的叶片叶绿素
和根系可溶性糖含量来了解水生植物的生理生态变异情况 ,
并进一步探讨镉和铅毒害芦蒿和黄花水龙的机制 ,以期为环
境检测中评价芦蒿和黄花水龙被污染的程度提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　材料的预处理　芦蒿和黄花水龙样品均采自南京八
卦洲。将采回的芦蒿幼苗置于 1/2营养液中驯养 ,每 2天更
换 1次营养液 ,并用 0.1 mol/LNaOH和 0.1 mol/LHCl调节
pH值至 5.5左右。采回的黄花水龙剪出长约 5 cm,大小均
匀的带小结的茎在自然光照的温室中在用 1/10的 Hoagland
营养液重新繁殖 ,每 2天更换 1次营养液 ,并用 0.1 mol/L
NaOH和 0.1 mol/LHCl调节 pH值至 5.5左右。待长势良
好 ,选取植株大小一致的芦蒿和黄花水龙置于含不同 Cd浓
度或者不同 Pb浓度的 1/2 Hoagland营养液中。Cd2+浓度分
别为 0、1、5、10、20、50 μmol/L;Pb2+浓度分别为 0、1、10、20、
50、100μmol/L。Cd以 CdCl2 · 2.5H2 O的形式加入 , Pb以
Pb(NO3 )2的形式加入 ,每处理设 3个重复。处理 7 d后取
样 ,测定根系中可溶性糖含量和叶片中叶绿素的含量。
1.2　测定方法
1.2.1　可溶性糖含量的测定。参照李合生 (2000)的方
法 [ 4] :取新鲜植物叶片 ,擦净表面污物 ,剪碎混匀 ,称取 0.10
g左右 ,重复 3次。分别放入 3只刻度试管中 ,加入 10 ml蒸
馏水 ,塑料薄膜封口 ,于沸水中提取 30 min(提取 2次),提取
液过滤入 25 ml容量瓶中 ,反复漂洗试管及残渣 ,定容至刻
度。吸取样品提取液 0.5 ml于 20 ml刻度试管中(重复 3
次),加入蒸馏水 1.5ml,然后依次加入 0.5ml蒽铜乙酸乙脂
和 5ml浓硫酸 ,充分振荡 ,立即将试管放入沸水浴中 ,逐管准
确保温 1min,取出后自然冷却至室温 ,以空白(不加提取液)
作参比 ,测 OD630。
1.2.2　叶绿素含量的测定。叶绿素含量的测定参照苏正淑
等(1989)的丙酮乙醇浸提法 [ 5] 。取新鲜植株的第 4片真叶 ,
用自来水冲洗后再用超纯水冲洗 ,吸水纸吸干水分 ,用不锈
钢剪刀剪成细条型(避开大叶脉),准确称取 0.5 g左右的碎
叶片 ,放于 10ml的刻度试管中用丙酮∶乙醇(V∶V=1∶1)提取
4h以上至叶片全变白 。分别测定提取液在 645 nm和 663
nm波长下的吸光值。按 Arnon法计算叶绿素含量。
2　结果与分析
2.1　 Cd2+、Pb2+对芦蒿和黄花水龙根部可溶性糖含量影
响　糖是调节渗透胁迫的小分子物质 ,脯氨酸的积累需要
碳水化合物 ,碳水化合物通过氧化磷酸化作用为脯氨酸的合
成提供必需的氧化还原能力 ,它是植物代谢的基础物质 [ 6] 。
根系内的可溶性糖含量代表碳水化合物的运转情况 ,可以作
为生理指标之一来反映重金属污染对植物的毒害作用 [ 7] 。
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(25):11933-11934, 11954 责任编辑　夏静　责任校对　况玲玲
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2009.25.119
图 1显示了 Cd2+、Pb2+不同浓度处理对芦蒿和黄花水龙根部
可溶性糖含量情况。可以看出 , Cd2+处理下 ,随着镉处理浓
度的增加 ,芦蒿根系中的可溶性含糖量先下降后上升再下
降 。这与丁晓辉等研究发现紫花苜蓿受 Cd2+胁迫时 ,可溶
性含糖量变化曲线一致 [ 8] 。低浓度的 Cd2+还不能刺激植物
体内发生防御性反应 ,直接破坏可溶性糖分子结构或抑制可
溶性糖合成 ,所以其含量降低 。但随 Cd2+胁迫浓度加大 ,植
株的防御机制开始启动 ,可溶性糖作为渗透调节物质来保护
细胞免受伤害 ,维持原有的生理过程 ,以适应外界环境条件
的变化 [ 9] 。这可能是根系内不溶性糖降解为可溶性糖或者
葡萄糖酶和蔗糖酶活性受到 Cd2+破坏发生异常反应 [ 10] 。但
是随着 Cd2+浓度的进一步增大 ,可溶性糖的增加已经无法
消除 Cd2+对植株的毒害 ,植物的生长受到抑制 ,所以可溶性
糖的含量持续下降。
而同是的 Cd2+处理条件下 ,黄花水龙根系的可溶性糖
含量变化趋势与芦蒿不同 ,它只是呈下降的趋势 ,而 Pb2+处
理时 ,两种植物根系中的可溶性糖含量变化趋势是一致的 ,
都是随着 Pb2+浓度的增加而下降 。这一结果与李春荣在烤
烟叶片中的研究结果基本一致 [ 11] 。重金属处理后 ,植株中
的可溶性糖含量大幅下降 ,可能是因为重金属破坏了植物的
光合作用系统 ,造成了体内可溶性糖和蛋白质的分解以及运
输受阻 [ 12] 。关于重金属胁迫植物的机理尚不明确 ,但试验
结果表明 ,植物根系内的可溶性糖含量对重金属的胁迫反应
敏感 ,固可以将其作为检测重金属毒害的一项生理指标。
图 1　不同浓度 Cd和 Pb对芦蒿和黄花水龙根系中可溶性糖含量的影响
Fig.1　EffectsofdiferentconcentrationsofCdandPbonthecontentofsolublesugarintherootofA.selengensisandJ.stipulacea
2.2　 Cd2+、Pb2+对芦蒿和黄花水龙叶片中叶绿素含量影
响　图 2显示了不同浓度的 Cd2+和 Pb2+对芦蒿和黄花水龙
叶片中叶绿素含量的影响。随着 Cd2+和 Pb2+浓度的增加 ,
两种植物叶片的叶绿素含量变化曲线都是先上升后下降 。
低镉处理时(≤5 μm),两种植物的叶绿素含量都高于其对
照的含量 ,但是没有显著性差异。铅处理浓度较低时(≤10
μm),两种植物的叶绿素含量变化趋势与低镉处理时的变化
趋势一致。随着镉或铅浓度的增加 ,芦蒿和黄花水龙叶片的
叶绿素含量逐渐低于对照 。镉浓度为 50 μm时 ,芦蒿的叶绿
素含量比对照下降了 27.6%。铅浓度为 100 μm时 ,黄花水
龙的叶绿素含量比对照下降了 26.4%。可以解释为 ,重金属
浓度较低时 ,植株会启动自身的防御系统 ,生成相应的解毒
物质 ,使叶绿素的伤害降低或合成速度加快 [ 13] ,从而使叶绿
素的含量呈上升的趋势。但是随着重金属浓度进一步加大
于超过植物的防御能力时 ,进入植物体内的重金属开始破坏
生物膜的结构 ,导致叶绿体 、线粒体及细胞核等重要器官损
伤 ,影响光合作用 ,且抑制效应与浓度的加大成正相关 [ 14] 。
Prasad等研究发现 ,高浓度的铅可以破坏叶绿素合成过程中
叶绿素酸酯还原酶(protochlorophylidereductase)的活性和影
响氨基-r-酮戊酸(aminolaevulinicacid)的合成 ,而这两样都
是叶绿素合成所必需的 ,从而导致植物的叶绿素含量减少 ,
影响光合作用 [ 15] 。而 Kupper等 [ 16]则认为 , Pb2+可能是取代
叶绿素分子中的 Mg2+ ,破坏了叶绿素的结构 ,从而使叶绿素
的生理功能受到抑制 ,影响光合作用的正常进行。
图 2　不同浓度Cd和 Pb对芦蒿和黄花水龙叶片中叶绿素的影响
Fig.2　 EfectsofdifferentconcentrationsofCdandPbonthecontentofchlorophylintheleavesofA.selengensisandJ.stipulacea
3　小结
(1)随着镉的增加 ,芦蒿根系中的可溶性含糖量先下降
后上升再下降 ,而相同的 Cd2+处理条件下 ,黄花水龙根系的
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鲜重(x)的回归方程为 y=-0.002 3x2 +0.890 9x+5.786 7,
R2 =0.960 8。
图 2　日光温室曙光油桃果实纵、横径与果实鲜重的回归曲线
Fig.2　Theregresioncurveofverticaldiameterandtransverse
diameterandfreshweightofPrunuspersicavar.nectari-
anacv.Shuguangfruitsinsunshinegreenhouse
2.3　果实发育天数与果实鲜重之间的数学模型　研究日光
温室内曙光油桃鲜果质量与发育天数之间的回归关系 ,对日
光温室油桃栽培的模拟研究以及日光温室油桃智能管理系
统的建立具有重要的参考价值。由图 3可知 ,日光温室内曙
图 3　日光温室曙光油桃果实鲜重变化曲线
Fig.3　ThefreshweightchangecurveofPrunuspersicavar.
nectarianacv.Shuguangfruitsinsunshinegreenhouse
光油桃鲜果质量与发育天数之间存在明显的乘幂回归关系 ,
其回归方程为:y=1.847 6e0.055 9x, R2 =0.971 4(y为鲜果质
量;x为发育天数)。
3　结论与讨论
(1)试验结果表明 ,日光温室内曙光油桃果实重量的变
化曲线为单 “S”型 ,在整个发育进程中存在 2个快速生长期 ,
第 1个快速生长期为花后 25 ～ 50 d,第 2个快速生长期为花
后 50 ～75d。李慧峰等研究表明 ,露地栽培条件下 ,寒富苹
果果实重量的变化曲线为双 “S”型 [ 4] ;包东娥等研究温室栽
培杏果实重量的变化曲线也是双 “S”型 [ 5] 。曙光油桃果实鲜
重变化为单 “S”型 ,这可能是由于该品种种胚由形态建成期
到生理成熟期转化不完全 ,营养物质主要转向果肉发育 ,因
此这一时期应更加重视栽培管理 ,以保证果实的正常发育 。
(2)生长季节内 ,果实各部分的生长发育是相互依存 、互
相影响的 ,彼此表现出有顺序 、有节奏的变化 [ 6] 。该试验结
果表明 ,果实纵 、横径生长进程数学模型为二次方程 ,果实重
量变化数学模型为曲线方程 ,果实重量与纵 、横径间关系的
数学模型为二次方程。建立果实生长发育的数学模型 [ 7] ,旨
在更科学地预测和评估果实在某一阶段的生育状况 ,为提高
曙光油桃的管理水平提供科学依据。但该研究模型仅对果
实发育的表观形态指标进行了探索 ,还没有将果实的内在品
质联系起来 ,因此仍需进一步研究探索。
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可溶性糖含量呈下降的趋势。Pb2+处理时 ,两种植物根系中
的可溶性糖含量变化趋势一致 ,都是随着 Pb2+浓度的增加而
下降。
(2)随着 Cd2+和 Pb2+浓度的增加 ,两种植物叶片中的叶
绿素含量都是先上升后下降。低镉处理时(≤5 μm),两种植
物的叶绿素含量都高于其对照的含量 ,但是没有显著性差异;
铅处理浓度较低时(≤10μm),两种植物的叶绿素含量变化趋
势与低镉处理时的变化趋势一致。随着镉或铅浓度的继续增
加 ,芦蒿和黄花水龙叶片的叶绿素含量逐渐低于对照。
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