全 文 ：收稿日期:2008-07-01　　　接受日期:2008-11-10
基金项目:中国博士后科学基金项目(20070421195);国家自然科学基金项目(306330046);重庆文理学院院内项目(Y2006SK67)资助。
作者简介:李会合(1977—),男 ,河南内乡人 ,副教授 ,博士后,从事植物营养生理 、环境生态等方面的研究。 E-mail:lihuihe@163.com
＊通讯作者 Tel:0571-86971907 , E-mail:xyang@zju.edu.cn
硫对超积累东南景天镉累积 、亚细胞分布
和化学形态的影响
李会合1 , 2 , 杨肖娥1＊
(1浙江大学环境与资源学院 ,浙江杭州 310029;2 重庆文理学院生命科学与技术学院 ,重庆永川 402168)
摘要:采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法研究了硫对超积累东南景天镉累积 、亚细胞分布和化学形态的影
响。结果表明 ,增硫处理(S2和 S3)显著提高超积累东南景天根 、茎和叶的镉含量 、累积量及整株累积总量。镉在超
积累东南景天根 、茎和叶中的含量和分配比例为 F1(细胞壁)>F3(可溶性部分)>>F2(细胞器与膜), 细胞壁(F1)
是 Cd在超积累东南景天细胞内的主要结合位点;超积累东南景天根 、茎和叶 F1 、F2、F3 组分中的镉含量随着硫水
平的增加而增加 ,但分配比例变化不一致;超积累东南景天植物体内镉形态以氯化钠提取态(FNacl)、醋酸提取态
(FHAc)和水提取态(FW)占优势。增施硫处理 , 提高超积累东南景天根 FNacl 、FHAc和 FW 提取态镉含量和分配比例 , 降
低FE和 FHCl提取态镉含量和分配比例;茎 FNacl和 FHAc提取态镉含量和分配比例增加 , FW 、FE和FHCl提取态镉分配比
例降低;叶 FNacl 、FHAc和 FW 提取态镉的含量增加 , 但对其分配比例影响不大。
关键词:超积累植物东南景天;硫;镉;亚细胞分布;化学形态
中图分类号:Q945　　　文献标识码:A　　　文章编号:1008-505X(2009)02-0395-08
Effects of sulfur on accumulation , subcellular distribution and chemical
forms of cadmium in hyperaccumulator-Sedum alfredii Hance
LI Hui-he1 , 2 , YANG Xiao-e1＊
(1 College of Environmental &Resource Sciences , Zhejiang University , Zhejiang , Hangzhou 310029 , China;
2 College of Life Science &Technology , Chongqing University of Arts &Sciences , Chongqing , Yongchuan 402168 , China)
Abstract:Differential centrifugation techniques and sequential chemical extraction method were used to study the effects
of sulfur on accumulation , subcellular distribution and chemical forms of cadmium in hyperaccumulator-Sedum alfredii
Hance.The results showed that Cd contents and amounts of Cd accumulated in leaves , stems and roots of Sedum alfredii
Hance increased significantly with increasing S supplies from 1.5 to 2.25 mmol/L.The contents and percentage of Cd in
roots , stems and leaves of hyperaccumulator-Sedum alfredii Hance decreased in the following pattern:cell wall(F1)>
soluble fraction(F3)>>cell organ and membrane(F2)and most of Cd was bound to the cell wall of hyperaccumulator-
Sedum alfredii Hance.The contents of Cd in F1 , F2 , F3 fraction of roots , stems and leaves of hyperaccumulator-Sedum
alfredii Hance were increased and the change of percentage of Cd were different with increasing S supplies.As to Cd
chemical forms , NaCl-, acetic acid- and water-extractable Cd forms were dominant.With increasing S supplies , contents
and percentages of NaCl-, acetic acid- and water-extractable Cd forms in roots , NaCl- and acetic acid- extractable Cd
forms in stems were increased , but ethanol- and HCl-extractable Cd forms in root and water-, ethanol- and HCl-ex-
tractable Cd forms in stem were decreased.Increasing S supplies enhanced contents of NaCl-, acetic acid- and water- ex-
tractable Cd forms in leaves , but little effect on their percentages.
Key words:Sedum alfredii Hance;sulfur;cadmium;subcellular distribution;chemical form
植物营养与肥料学报 2009 , 15(2):395-402
Plant Nutrition and Fertilizer Science
　　镉(Cd)是生物毒性最强的重金属元素之一 ,在
环境中的化学活性强 、移动性大 、毒性持久 ,容易通
过食物链的富集作用危及人体健康[ 1 ,2] 。镉元素
(Cd)为植物的非必需元素 ,植物对 Cd 的过量吸收
将对植物本身造成严重伤害 。但 Cd 超积累植物能
够从土壤中吸收大量的 Cd 贮藏于体内 ,而不会对
其本身造成任何毒害 , 这与其超强的解毒机制密不
可分 。植物对重金属胁迫的抗性可通过避性
(Avoidance)和耐性(Tolerance)两种途径来实现[ 3] 。
而对重金属的耐性 ,又包括金属排斥(Exclusion)和
金属富集(Accumulation)两种途径 ,前者指重金属被
植物吸收后又被排出体外 ,或者重金属在植物体内
的运输受阻;后者主要指重金属在植物体内以不具
生物活性的解毒形态存在 ,如结合到细胞壁 、进入液
泡 、与有机酸或蛋白质络合等[ 4] 。超积累植物是一
种极端的金属富集型 ,重金属在超积累植物体内的
分布总是尽量避免损伤功能性组织 、细胞和细胞器 ,
表现出选择性分配的特点[ 5] 。
硫作为植物生长的必需元素 ,主要以半胱氨酸
和甲硫氨酸残基形式存在于蛋白质和许多小分子代
谢物(如谷胱甘肽GSH 、植物螯合肽PC 等)中 。近年
来的研究表明 ,硫在植物对 Cd 的耐受机制中起着
十分重要的作用 ,与植物对镉等重金属元素的胁迫
反应机制有着密切关系[ 6] 。植物在镉胁迫下通过多
种调节机制 ,增强对硫酸盐的吸收 、转运和同化 ,迅
速合成半胱氨酸和谷胱甘肽等代谢物 ,从而合成足
够的植物螯合肽 ,以满足植物生理需要[ 7] 。硫的吸
收 、还原 、同化途径中关键酶的表达量响应 Cd 胁
迫 ,硫代谢产物如GSH和 PC在植物对Cd的解毒过
程中起着关键作用。由杨肖娥等首次发现的原产于
我国的 Zn/Cd 超积累生态型东南景天(Sedum al-
fredii Hance),其地上部对锌 、镉及铅等重金属有极
强的积累能力 ,具有生长较快 、生物量大 、环境适应
性较广 、无性繁殖 、多年生等优点 ,显示出良好的应
用前景[ 8-9] 。营养液培养条件下 ,增加硫元素的供
应对提高超积累东南景天 Zn/Cd 的积累有一定作
用 , GSH 主要是解除体内游离态 Zn/Cd 的毒
性[ 10-11] 。然而有关硫对镉在超积累东南景天亚细
胞分布与化学形态的影响方面研究较少 。本文在营
养液培养条件下 ,采用差速离心技术和化学试剂逐
步提取法研究了硫对超积累东南景天镉累积 、亚细
胞分布和化学形态的影响 ,以期阐明Cd在超积累东
南景天体内的区域化分布特征 ,探讨硫对超积累东
南景天Cd累积的效应及机理。
1　材料与方法
1.1　试验设计
超积累生态型东南景天取自浙江省衢州市的一
废旧铅锌矿 , 用自来水冲洗干净 ,剪成大小一致的
枝条 ,用带有顶芽的茎段进行预培养后备用 。所供
营养液的组成:2.00 mmol/L Ca(NO3)·4H2O 、0.10
mmol/L KH2PO4、0.50 mmol/L MgSO4 ·7H2O 、0.10
mmol/L KCl 、 0.70 mmol/L K2SO4 、 10.00 μmol/L
H3BO3 、0.50 mmol/L MnSO4 、1.00 μmol/L ZnSO4 ·
7H2O 、 0.20 μmol/L CuSO4 · 5H2O 、 0.01 μmol/L
(NH4)6Mo7O24 、100 μmol/L Fe-EDTA。预培养方法
为:自来水培养生根后 ,经 1/4 营养液培养 1 周 、1/
2营养液培养 1 周 、正常营养液培养 1 周[ 10] 。待长
出旺盛的根系后 ,设置 2个镉浓度:10(Cd10)、100
μmol/L (Cd100)[以 Cd(NO3)2 的形态加入] , 3个硫
浓度:0.75(S1)、1.5(S2)、2.25 mmol/L(S3)(如果
SO4
2-处理浓度需要高出正常营养液水平 ,直接加入
K2SO4;若需要低于正常营养液水平 , 则减少营养液
配方中 K2SO4 ,补充 KCl以维持正常的 K+浓度),共
6个处理 ,每处理重复 3次。
所有培养过程均在人工气候室内进行 ,相对湿
度维持在 70%～ 80%,白天温度 26℃,夜间 20℃, 16
h 光照8 h黑暗交替 ,每天调整1次pH值 ,pH 用0.1
mol/L HCl 或 0.1 mol/L NaOH 调节 , 维持在 5.5±
0.2。每 4 d 更换一次营养液 , 保持连续温和通气。
处理30 d 后取样。待测样品用 20 mmol/L Na2-ED-
TA交换 15 min以除去根表面吸附的 Cd2+ ,再用去
离子水洗净 ,最后用无灰滤纸吸干 ,备用。
1.2　超积累东南景天根 、茎和叶镉的亚细胞分布研
究方法
采用差速离心法分离不同的细胞组分[ 12] 。准
确称取鲜样 1.000 g 于石英研钵中 ,加入预冷的 20
mL提取剂[ 0.25 mol/L蔗糖+50 mmol/L Tris-HCl缓
冲液(pH 7.5)+1.0 mmol/L 二硫赤鲜糖醇] ,缓慢振
荡 1 h ,4000 r/min离心 10 min ,分出上清液 ,沉淀再
提取2次后 ,作为细胞壁及破碎残渣部分(F1)。3
次提取得到的上清液合并 ,16000 r/min离心45 min ,
下层的沉淀作为细胞膜及细胞器部分(F2),上清液
作为细胞可溶性部分(F3)。全部操作在 4 ℃下进
行 ,并在相同条件下测定Cd全量以计算回收率 。F1
和 F2 部分用少量去离子水转移至 100 mL 三角瓶
中 ,于电热板蒸干 ,加入 2 mL浓硝酸和几滴高氯酸 ,
396 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 15 卷
砂浴消煮至澄清 ,定容至 25 mL ,用原子吸收分光光
度计(BECKMAN J2-HS)测定 Cd含量 。F3部分以提
取剂为本底对照 ,直接上机测定。
1.3　超积累东南景天根 、茎和叶镉的化学形态分析
采用化学试剂逐步提取法[ 13] 。具体操作如下:
准确称取鲜样4.000 g , 加入提取剂(样品∶提取剂为
1∶10)研磨匀浆后转入 100 mL 的塑料离心管 , 在
25℃恒温振荡 22 h 后 ,5000 r/min 离心 10 min。倒
出上清夜 ,再加入 10 mL的提取剂 ,按上述方法再提
取1次 。合并两次上清液于 150 mL的三角瓶中 ,加
入10 mL 硝酸和 8滴高氯酸 ,砂浴消煮至澄清 ,用
10%的硝酸定容 。最后用原子吸收分光光度计
(BECKMAN J2-HS)测定Cd含量 。采用下列 5种提
取剂依次逐步提取:80%乙醇(FE ,主要提取醇溶性
蛋白质 、氨基酸盐等为主的物质);去离子水(FW ,主
要提取水溶性有机酸盐);1 mol/L 氯化钠溶液
(FNacl ,主要提取果胶酸盐 、与蛋白质结合态或吸附
态的重金属等);2%醋酸(FHAc ,主要提取难溶于水
的重金属磷酸盐);0.6 mol/L 盐酸(FHCl ,主要提取
草酸盐等);其余为残留态(Fr)。
2　结果与分析
2.1　硫对超积累东南景天不同部位镉含量和累积
量的影响
不同硫 、镉水平对超积累东南景天根 、茎和叶的
镉含量 、累积量及整株累积总量有显著影响 ,且硫与
镉间有显著的交互作用(表 1)。不同处理下超积累
东南景天的镉含量和累积量以叶>茎>根 ,叶 、茎 、
根的镉累积量分别占整株累积总量的 74.6%～
79.1%、15.4%～ 18.1%和 5.4%～ 7.6%,地上部(叶
+茎)的镉累积量占整株累积总量的 92.4%～
94.6%,地上部分镉累积量/地下部分镉累积量(S/
R)为 12.2～ 17.4。在 2 个镉水平下 ,外界供硫增
加 ,显著提高超积累东南景天根 、茎和叶的镉含量 、
累积量及整株累积总量 , 3 个硫水平间差异显著 。
Cd10水平下茎的镉含量和累积量 、Cd100水平下叶
的镉含量和累积量在 3个硫水平间有显著差异。相
同硫水平下 ,超积累东南景天根 、茎和叶的镉含量 、
累积量及整株累积总量以 Cd100>Cd10 ,显示了超
积累东南景天对镉的超累积特性[ 8-9] 。
2.2　硫对镉在超积累东南景天亚细胞分布的影响
不同处理下 ,超积累东南景天不同组分(F1 、F2 、
F3)的镉含量在根 、茎和叶中表现为叶>茎>根 ,与
超积累东南景天根 、茎和叶的镉含量及累积量变化
规律一致(表 1);镉在超积累东南景天根 、茎和叶中
的含量和分配比例为 F1>F3>>F2 ,含细胞壁的组
分 F1分配比例最高 ,占 49.5%～ 67.5%,其次为可
溶性组分F3 ,占 22.1%～ 42.3%,含细胞器与膜的组
分 F2最小 ,占8.2%～13.7%(表 2)。表明含细胞壁
的部分是 Cd在超积累东南景天细胞内的主要结合
位点 ,其次为细胞质可溶性部分 ,只有少量的 Cd 分
布在叶绿体 、线粒体和细胞核等细胞器组分中。
2个镉水平下 ,随着硫水平增加 ,超积累东南景
天根 、茎和叶 F1 、F2 、F3组分中的镉含量增加 ,但分
配比例变化不一致。Cd10 水平下 ,增施硫(S2 和
S3)处理增加根 F1和 F2组分 、茎 F3组分 、叶 F2组
分的分配比例 ,降低根 F3组分 、茎F1和F2组分 、叶
F3组分的分配比例;而 Cd100水平下 ,增施硫(S2
和 S3)处理增加根和叶 F2组分的分配比例 ,降低根
F1 、茎 F2和叶F3组分的分配比例。相同硫水平下 ,
增加镉水平 ,超积累东南景天根 、茎和叶 F1 、F2 、F3
组分中的镉含量增加 ,增加 F1组分中的分配比例 ,
降低 F3组分中的分配比例 ,而对 F2组分的分配比
例影响不大 。可见 ,提高营养液供硫水平 ,超积累东
南景天不同部位 F1 、F2 、F3组分中镉含量增加 ,提高
其不同部位的镉含量 、累积量及整株累积总量(表
1)。镉胁迫条件下 ,通过增加在细胞壁组分 F1的镉
含量和分配比例 ,使细胞能正常发挥重要的生理功
能 ,超积累东南景天可以忍受镉对根 、茎 、叶细胞组
织的伤害 ,增强对镉的耐性 ,从而实现其对镉的超积
累特性 。
2.3　硫对镉在超积累东南景天植物体中化学形态
的影响
由表3可知 ,镉在超积累东南景天根 、茎和叶中
都有其主要存在形态 ,并且保持基本稳定 。不同硫 、
镉水平下 , 根中的镉 以 1 mol/L 氯化钠提取态
(FNacl)和 2%醋酸提取态(FHAc)为优势形态 ,分别占
26.6%～28.3%和 24.8%～ 28.2%,其次为 80%乙醇
提取态(FE)、去离子水提取态(FW)和 0.6 mol/L 盐
酸提取态(FHCl),分别占 16.5%～ 18.6%、11.4%～
14.7%和 9.5%～12.0%,残留态(Fr)所占比例较少 ,
仅为2.4%～ 6.2%。2 个镉水平下 ,增施硫(S2 和
S3)处理 ,超积累东南景天根 FNacl 、FHAc和 FW提取态
镉含量和分配比例增加 , FE和 FHCl提取态镉含量和
分配比例降低 ,且以 Cd100>Cd10。上述结果表明 ,
镉在超积累东南景天根中主要以果胶酸盐 、与蛋白
质结合态或吸附态 、难溶于水的重金属磷酸盐类等
形态存在 ,降低镉在植物体内的移动性 ,减轻镉对超
3972 期　　　 李会合 , 等:硫对超积累东南景天镉累积 、亚细胞分布和化学形态的影响
398 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 15 卷
表 2　镉在超积累东南景天根 、茎和叶的亚细胞中的分布
Table 2　Subcellular distribution of cadmium in root , stem and leaf of hyperaccumulator-Sedum alfredii Hance
处理
Treatments
部位
Parts
Cd 含量 Cd content(mg/kg , FW) 回收率 Rec.
(%)
分配比例 Percentage(%)
F1 F2 F3 F1 F2 F3
Cd10 S1 根 Root 66.65±3.25 10.11±1.66 31.96±2.20 90.3 61.3 9.3 29.4
茎 Stem 83.79±5.62 18.05±2.45 52.46±4.78 89.4 54.3 11.7 34.0
叶 Leaf 102.37±12.34 16.96±1.76 87.48±6.13 93.2 49.5 8.2 42.3
S2 根 Root 77.09±8.39 12.58±0.98 32.50±3.11 90.1 63.1 10.3 26.6
茎 Stem 88.95±7.21 19.41±1.33 71.34±5.47 90.3 49.5 10.8 39.7
叶 Leaf 118.45±12.43 24.06±2.75 88.84±9.21 91.3 51.2 10.4 38.4
S3 根 Root 96.19±8.27 15.06±1.25 42.41±3.58 91.3 62.6 9.8 27.6
茎 Stem 102.80±11.56 21.29±1.98 75.62±4.55 90.7 51.3 10.7 38.0
叶 Leaf 120.99±13.68 30.55±2.60 92.88±9.32 93.4 49.5 12.5 38.0
Cd100 S1 根 Root 105.31±13.35 14.98±1.34 35.73±2.89 91.5 67.5 9.6 22.9
茎 Stem 105.91±8.20 25.91±2.56 58.67±4.69 89.6 55.6 13.6 30.8
叶 Leaf 144.44±15.47 27.28±2.44 115.44±10.09 90.5 50.3 9.5 40.2
S2 根 Root 113.27±10.53 19.62±1.21 37.70±2.66 89.5 66.4 11.5 22.1
茎 Stem 126.37±11.35 27.41±3.12 88.77±7.83 90.1 52.1 11.3 36.6
叶 Leaf 166.43±19.28 37.27±4.51 117.60±14.43 92.7 51.8 11.6 36.6
S3 根 Root 129.64±14.45 20.92±2.00 46.77±4.65 90.6 65.7 10.6 23.7
茎 Stem 142.73±17.58 30.74±1.56 70.51±6.53 90.3 58.5 12.6 28.9
叶 Leaf 167.99±16.55 45.75±3.32 120.23±11.77 91.8 50.3 13.7 36.0
　　注:F1—细胞壁组分, F2—细胞器与膜组分, F3—可溶性组分 , 表中 Cd含量为植株鲜重含量;表中数据为平均值±标准差(n=3)。
Note:F1—Cell wall f raction;F2—Cell organ and membrane;F3—Soluble fraction.The content of Cd in the table is based on f reshweight of plant , values
are means±SD(n=3).
积累东南景天的危害 。增施硫和提高镉水平 ,超积
累东南景天根中以果胶酸盐 、与蛋白质结合态或吸
附态 、难溶于水的重金属磷酸盐类及水溶性有机酸
盐形态存在的Cd含量比例增加 ,以醇溶性蛋白质 、
氨基酸盐及草酸盐形态存在的 Cd含量比例较少。
　　镉在超积累东南景天茎的形态分布与根中相
似 ,茎中镉以FNacl 、FHAc和 FW 提取态为优势 ,分配比
例分别占 23.4%～ 28.1%、22.6%～ 27.6%和 18.9%
～22.2%,FE和 FHCl提取态镉分配比例占 14.1%～
16.8%和 8.1%～ 12.9%,Fr 态镉分配比例占 1.2%
～2.7%。增施硫(S2和 S3)处理 ,超积累东南景天
茎FNacl和FHAc提取态镉含量和分配比例增加 ,FW 、FE
和FHCl提取态镉分配比例降低 ,且以 Cd100>Cd10。
镉在超积累东南景天叶的形态分布与根 、茎中有所
不同 ,叶中镉的形态以 FNacl提取态含量和分配比例
最高 ,占 29.9%～32.8%,其次为 FHAc和 FW提取态 ,
分别占 26.9%～ 29.6%和 17.9%～ 20.6%, 而 FE 、
FHCl提取态和Fr 占的比例相近 ,均低于 9.6%。提高
硫 、镉处理水平 ,东南景天叶 FNacl 、FHAc和 FW 提取态
镉的含量增加 ,但分配比例变化不大。
3　讨论
东南景天是我国首次发现的原生态镉超积累植
物 ,它对镉具有高度耐性和极强的超积累能力 ,是实
施植物修复和研究超积累机制的良好材料[ 8] 。在供
镉 水平达 500 μmol/L 时 ,植株体内镉含量达到最
高 ,但东南景天仍可正常生长 ,并无明显外部中毒症
状 ,说明东南景天对镉具有较强的耐受力 ,且东南景
天根对镉的吸收和向地上部的转运能力较强 ,显示
了东南景天对镉的超积累特性[ 9] 。硫是植物必需的
6种大量元素之一 ,在植物体内的含量为 3%～ 5%,
是含硫氨基酸(Met和 Cys)、GSH 和 PC等的重要组
成成分 ,而小分子硫醇有机物如 GSH 、PC 、金属硫蛋
白 、有机酸等对于植物重金属耐性和积累能力方面
有重要作用[ 6] 。硫转运蛋白 、硫还原相关酶类以及
半胱氨酸 、GSH和 PC 合成基因的表达受镉调控 ,同
时这些基因的过量表达也能提高植物对 Cd 的耐
性[ 14] 。Sirguey 等[ 15]报道 ,土壤培养条件下 ,适当的
施用硫肥可以提高遏蓝菜对土壤镉的修复效率 。我
们在研究中发现 ,GSH 在解除超积累东南景天体内
游离态镉的毒性方面有重要作用 ,增加硫元素的供
3992 期　　　 李会合 , 等:硫对超积累东南景天镉累积 、亚细胞分布和化学形态的影响
表 3　镉在超积累东南景天根 、茎和叶的形态分布(mg/ kg , FW)
Table 3　Cd distribution of chemical forms in root, stem and leaf of hyperaccumulator-Sedum alfredii Hance
部位 化学形态 Cd10 Cd100
Parts Chemical forms S1 S2 S3 S1 S2 S3
根 Root FE 21.34±1.34(14.7)
20.61±3.66
(12.2)
21.15±2.23
(11.4)
25.98±1.11
(13.9)
23.77±1.55
(11.5)
27.63±2.34
(12.3)
FW
23.96±3.52
(16.5)
29.22±2.11
(17.3)
33.58±2.11
(18.1)
32.89±2.34
(17.6)
38.24±2.87
(18.5)
41.78±3.19
(18.6)
FNacl
38.62±2.88
(26.6)
47.12±1.53
(27.9)
48.97±5.87
(26.4)
51.21±3.67
(27.4)
58.50±4.76
(28.3)
63.56±5.77
(28.3)
FHAc
36.01±1.98
(24.8)
43.41±2.77
(25.7)
51.01±4.65
(27.5)
49.34±3.78
(26.4)
57.67±4.44
(27.9)
63.34±7.76
(28.2)
FHCl
17.28±1.11
(11.9)
18.07±2.83
(10.7)
18.36±1.34
(9.9)
22.43±1.99
(12.0)
19.64±1.07
(9.5)
22.91±1.11
(10.2)
Fr
7.99±0.98
(5.5)
10.47±0.99
(6.2)
12.43±0.98
(6.7)
5.05±0.32
(2.7)
8.89±0.93
(4.3)
5.39±0.45
(2.4)
总量 Total 145.2±12.23 168.9±19.96 185.5±14.44 186.9±21.76 206.7±26.98 224.6±21.34
茎 Stem FE 31.23±2.48(16.5)
32.96±3.76
(16.1)
31.47±2.43
(14.1)
41.21±2.49
(16.8)
43.38±3.56
(15.5)
43.10±3.56
(14.3)
FW
42.02±2.16
(22.2)
43.60±4.55
(21.3)
47.10±3.45
(21.1)
52.98±3.63
(21.6)
52.90±4.90
(18.9)
58.77±3.50
(19.5)
FNacl
44.30±2.65
(23.4)
53.84±4.89
(26.3)
60.71±6.65
(27.2)
60.83±5.61
(24.8)
76.69±9.21
(27.4)
84.69±3.43
(28.1)
FHAc
42.78±4.34
(22.6)
50.15±3.21
(24.5)
58.70±4.76
(26.3)
58.63±3.44
(23.9)
74.73±5.33
(26.7)
83.19±7.30
(27.6)
FHCl
24.42±2.00
(12.9)
21.70±1.11
(10.6)
21.43±1.43
(9.6)
25.02±3.78
(10.2)
26.87±1.19
(9.6)
24.41±1.42
(8.1)
Fr
4.54±0.54
(2.4)
2.46±0.59
(1.2)
3.79±0.23
(1.7)
6.62±0.75
(2.7)
5.32±3.22
(1.9)
7.23±5.56
(2.4)
总量 Total 189.3±23.37 204.7±26.78 223.2±27.76 245.8±29.90 279.9±25.89 301.4±32.46
叶 Leaf FE 19.64±1.99(8.7)
22.31±1.66
(8.4)
22.45±2.11
(8.1)
30.27±2.76
(9.6)
26.07±2.77
(7.3)
37.10±2.23
(9.3)
FW
41.32±3.67
(18.3)
54.71±3.27
(20.6)
49.60±2.54
(17.9)
62.11±4.33
(19.7)
70.71±4.49
(19.8)
72.20±5.58
(18.1)
FNacl
70.45±8.60
(31.2)
81.54±7.88
(30.7)
90.89±5.32
(32.8)
94.27±7.77
(29.9)
107.8±11.32
(30.2)
124.46±15.44
(31.2)
FHAc
62.55±5.44
(27.7)
71.45±9.21
(26.9)
82.02±7.88
(29.6)
90.81±7.40
(28.8)
102.49±13.36
(28.7)
110.10±9.27
(27.6)
FHCl
19.42±13.32
(8.6)
21.78±1.05
(8.2)
16.90±3.39
(6.1)
23.02±1.19
(7.3)
30.00±2.11
(8.4)
29.92±1.15
(7.5)
Fr
12.42±1.67
(5.5)
13.81±2.71
(5.2)
15.24±0.88
(5.5)
14.82±0.76
(4.7)
20.00±1.29
(5.6)
25.13±1.27
(6.3)
总量 Total 225.8±29.90 265.6±32.64 277.1±31.11 315.3±39.98 357.1±40.03 398.9±42.68
　　注:FE—乙醇提取态 , FW—水提取态 , FNaCl—氯化钠提取态, FHAc—醋酸提取态 , FHCl—盐酸提取态 , Fr—残留态;表中Cd 含量为植株鲜
重含量;表中数据为平均值±标准差(n=3),括号内的数值为分配比例(%)。
Note:FE—Ethanol- extractable form;FW—Water extractable form;FNaCl—NaCl ext ractable form;FHAc—HAc extractable form;FHCl—HCl extractable
form;Fr—Residual form.The content of Cd in the table is based on fresh weight of plant , values are means±SD(n=3).The values in brackets are percentage.
400 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 15 卷
可以提高其对镉的累积[ 10-11] 。本试验中 ,超积累东
南景天不同部位的镉含量和累积量随着镉 、硫水平
增加而显著增加 ,且地上部(叶+茎)镉累积量占整
株累积总量的 92.4%～94.6%,地上部分镉累积量/
地下部分镉累积量(S/R)为 12.2～ 17.4 ,远远大于
1 ,表明增施硫可促进东南景天对镉的吸收及向地上
部的转运和积累 ,东南景天体内可能存在“增硫诱导
镉需求”现象[ 16] ,而从植物修复角度来说 ,利用增硫
手段提高超积累东南景天生长和地上部镉的积累能
力具有重要的应用价值。
　　细胞壁固持和液泡区隔化可能在植物对重金属
的解毒 、耐性和超富集方面起着主要作用[ 17] 。细胞
壁含有多种能与进入植物体的金属离子配位结合的
多糖 、蛋白质等物质 , 从而减少金属离子的跨质膜
运输 ,降低原生质体中的金属离子浓度 ,维持细胞的
正常生理代谢 ,细胞壁是植物体内重金属解毒的主
要部位[ 18] 。超积累植物东南景天中的镉也主要分
布在细胞壁 ,其次在可溶性部分中[ 4] 。本结果与上
述研究结果相似 。在不同硫 、镉水平下 ,镉在超积累
东南景天根 、茎和叶中的含量和分配比例为 F1>F3
>>F2 ,F1 、F3和 F2组分的分配比例分别占 49.5%
～ 67.5%、22.1%～ 42.3%和 8.2%～ 13.7%。随着
供硫水平的增加 ,超积累东南景天根 、茎和叶 F1 、
F2 、F3组分中的镉含量增加 ,但分配比例变化在不
同部位中各异;镉水平增加 ,超积累东南景天不同
部位 F1 、F2 、F3组分中的镉含量增加 ,分配比例在
F1中增加 ,F3中降低 ,F2 中变化不大。可见 ,增加
硫水平 ,提高超积累东南景天不同部位 F1 、F2 、F3组
分中的镉含量 ,从而提高其对镉的累积;细胞壁结
合大部分的镉而有效降低镉毒害 ,很可能是超积累
东南景天能够忍耐高镉的一个有效途径 。
在超积累植物体内 , 85%～ 90%的重金属离子
是与极性化合物相结合的 ,金属离子和这些极性化
合物结合所形成的螯合物可限制金属在体内的移动
性。这些极性化合物一般是水溶性的 、醇溶性的和
酸溶性的低分子量的金属螯合物 ,它们含有大量的
金属离子的配位基团 ,这些金属配位体在维持细胞
金属离子的微量稳态方面起着重要作用[ 19-20] 。东
南景天属景天科植物 ,有机酸含量丰富 ,植物吸收的
一部分镉可能与有机酸类等物质结合 ,从而解除毒
性。本研究中 ,超积累东南景天根 、茎和叶组织的
FNacl 、FHAc和 FW 提取态镉含量较高 ,说明超积累东
南景天植物体内的镉主要以果胶酸盐 、与蛋白质结
合态或吸附态 、难溶于水的重金属磷酸盐类及水溶
性有机酸盐形态存在。增施硫可提高超积累东南景
天不同部位组织的 FNac l和 FHAc提取态镉含量和分配
比例。而镉在细胞质中与多肽 、有机酸和无机硫 、磷
化合物结合 ,然后储存在液泡中的途径己被认为是
植物耐镉的一个重要机制[ 4] 。结合本试验结果可以
认为 ,镉在细胞质中与基团结合形成镉复合物 ,然后
被转运到液泡内的方式 ,很可能也是东南景天积累
或忍耐镉的有效途径。
参 考 文 献:
[ 1] 　HalimM , Conte P , Piccolo A.Potential availability of heavy metals to
phytoext raction from contaminated soils induced by exogenous humic
substances[ J] .Chemosphere , 2003 , 52(1):265-275.
[ 2] 　Kirkham M B.Cadmium in plants on polluted soils:Effects of soi l fac-
tors , hyperaccumulation , and amendments[ J] .Geoderma , 2006, 137
:19-32.
[ 3] 　Baker A M.Metal tolerance[ J] .New Phytol., 1987 , 106 :93-111.
[ 4] 　Ni T H , Wei Y Z.Subcellular distribution of cadmium in mining eco-
type Sedum alfredii[ J] .Acta Bot Sin , 2003 , 45(8):925-928.
[ 5] 　Ramos I , Esteban E , Lucena J J et al.Cadmium uptake and subcellu-
lar distribution in plants of Lactuca sp.Cd-Mn interaction[ J] .Plant
Sci , 2002 , 162:761-767.
[ 6] 　Leustek T , Saito K.Sulfate transport and assimi lation in plants[ J ] .
Plant Physiol., 1999 , 120:637-643.
[ 7] 　孙雪梅 ,杨志敏.植物的硫同化及其相关酶活性在镉胁迫下的
调节[ J] .植物生理与分子生物学学报 , 2006 , 32(1):9-16.
Sun X M , Yang Z M.Plant sulfate assimilation and regulation of the
activity of related enzymes under cadmium sress[ J] .J.Plant Physiol.
Molec.Biol., 2006 ,32(1):9-16.
[ 8] 　Xiong Y H , Yang X E , Ye Z Q et al .Characteristics of cadmium up-
take and accumulation by two cont rasting ecotypes of Sedum alfredii
Hance[ J ] .J.Environ.Sci.Health , 2004 , 39:2925-2940.
[ 9] 　Yang X E , Ye H B, Long X X et al.Uptake and accumulation of
cadmium and zinc by Sedum alfredii Hance at different Cd/ Zn supply
levels[ J] .J.Plant Nutr., 2004 , 27:1963-1977.
[ 10] 　晁岳恩 ,张敏 ,卢玲丽 ,等.谷胱甘肽在东南景天 Zn/ Cd超积累
过程中的作用[ J] .浙江大学学报(农业与生命科学版), 2007 ,
33(6):597　601.
　Chao Y N , Zhang M , Lu L L et al.Role of reduced glutathione in
Zn and Cd hyperaccumulation in Sedum alfredii[ J] .J.Zhejiang U-
niv.(Agric.&Life Sci.), 2007 , 33(6):597-601.
[ 11] 　Sun Q , Ye Z H , Wang X R et al .Increase of glutat hione in mine
population of Sedum alfredii:a Zn hyperaccumulator and Pb accumu-
lator[ J] .Phytochemistry , 2005 , 66(21):2549-2556.
[ 12] 　Hans J W , Hans J J.Subcellular dist ribution and chemical form of
cadmium in bean plants[ J] .Plant Physiol., 1980 , 65:480-482.
[ 13] 　Peronnet K , Schwartz C , Mbrel J L.Distribution of cadmium and
zinc in the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens grown on multicon-
taminated soi l[ J] .Plant Soil , 2003 , 249:19-25.
[ 14] 　Harada E , Yamaguchi Y , Koizumi N et al.Cadmium stress induces
4012 期　　　 李会合 , 等:硫对超积累东南景天镉累积 、亚细胞分布和化学形态的影响
production of thiol compounds and t ranscripts for enzymes involved in
sulfur assimilation pathways in Arabidopsis[ J] .J.Plant Physiol.,
2002 , 159:445-448.
[ 15] 　Catherine S , Christophe S , Louis M J.Response of Thlaspi
caerulescens to nitrogen phosphorus and sulfur fertilization [ J] .J.
Phytoremed., 2006, 8(2):149-161.
[ 16] 　孙琴 ,倪吾钟 ,杨肖娥 ,等.磷对超积累植物-东南景天生长
和积累锌的影响[ J] .环境科学学报, 2003 , 23(6):818-824.
　Sun Q , Ni W Z , Yang X E et al.Effects of phosphorus on the
growth , zinc absorption and accumulation in hyperaccumulator-Sedum
alfredii Hance[ J] .Acta Sci.Circumst., 2003 , 23(6):818-824.
[ 17] 　Kǜpper H , Lombi E , Zhao F J et al.Cellular compartmentation of
cadmium and zinc in relation to other elements in the hyperaccumula-
tor Arabidopsis halleri[ J] .Planta , 2000 , 212:75-84.
[ 18] 　Cosio C , Martinoia E , Keller C.Hyperaccumulation of cadmium and
zinc in thlaspi caerulescens and Arabidopsis hal leri at the leaf cellular
level[ J] .Plant Physiol., 2004 , 134:716-725.
[ 19] 　Rauser W E.Structure and function of metal chelators produced by
plants[ J] .Cell Biochem.Biophys., 1999 , 31:19-48.
[ 20] 　杨居荣 ,鲍子平 ,张素芹.镉、铅在植物体细胞内的分布和可
溶性结合形态[ J] .中国环境科学 , 1993 , 13(4):263-268.
　Yang J R , Bao Z P , Zhang S Q.The distribution and binding of Cd
and Pb in plant cell[ J] .China Environ.Sci., 1993 , 13(4):263-
268.
402 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 15 卷