全 文 ：Cu
2+浓度对红 木生理生化特性的影响
李炎林 , 唐前瑞 ,张宏志 ,李　达 ,熊兴耀 ,于晓英
(湖南农业大学园艺园林学院 ,湖南长沙 410128)
摘　要: 采用沙培法研究了不同浓度 Cu2+对红 木生理生化特性的影响。结果表明:不同浓度的 Cu2+ 对红
木叶片中叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷、脯氨酸和 MDA含量等生理生化指标的影响均达到极显著水平 ;
当 Cu2+浓度介于 0～ 5. 207 9× 10- 8mol· L- 1之间时 ,随 Cu2+ 浓度增加 ,色素类含量增加 , SOD酶活性提高 ,
膜质过氧化作用减小 ;当 Cu2+浓度超过 5. 207 9× 10- 8mol· L- 1时 ,随着 Cu2+浓度增加 ,色素类、可溶性糖含
量及 SOD酶活性降低 ,而膜质过氧化作用、相对电导率、M DA、脯氨酸和可溶性蛋白的含量增加。同时幼叶生
长明显减弱 ,成熟叶也由鲜艳的亮紫红色渐渐变为浅红色或淡黄色 ,失去原有的光泽。
关键词: 经济林 ;红 木 ; Cu2+浓度 ;生理生化特性
中图分类号: S727. 3　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1003- 8981( 2009) 01- 0065- 04
Effect of Copper Ion Concentration on Physiological
and Biochemical Characteristics of Loropetalum Chinense var. rubrum
LI Yan-lin, TANG Qian-rui , ZHANG Hong-zhi, LI Da, XIONG Xing-yao, YU Xiao-ying
( Colleg e o f Ho r ticultur e and Ga rdening, Hunan Ag ricult ur al Univ er sity , Chang sha 410128, Hunan, China )
Abstract: Effect of copper ion concentra tion on phy siolog ical and biochemical cha racteristics o f
Loropetalum chinense va r. rubrum w ere studied by sand culture. The results show ed tha t
different concent rations of coppe r ion had ex t remely significant effects on phy siolog ical and
biochemical indexes such as content o f chlor ophyll, ca ro tenoid, anthocyanin, pro line and MDA
of Loropetalum chinense va r. rubrum in leaves. When concentr ation of copper ion was among 0
to 5. 207 9× 10- 8 mol· L- 1; content o f pigments and SOD activity incr eased, plasmalem ma
pero xida tion decr ea sed with the incr ease o f copper ion concent ration; but w hen concentr ation o f
coppe r ion w as high er than 5. 207 9× 10- 8 mo l· L- 1 , content of pigments, so luble suga r and
SOD activity decr eased, plasmalemma pero xida tion, relativ e conduc tiv ity , content o f M DA,
pro line and so luble pro tein increa sed with the incr ea se o f copper ion concentr ation. Meanwhile,
young leaf g row th w eakened obviously, co lo r of ma ture leaf turned ligh t red o r light yellow
from viv id brigh t purple g radually and lo sed o riginal luster.
Key words: N onw ood for est; Loropetalum chinense var. rubrum ; concent ration o f copper ion;
phy siolog ical and bio ch emica l chara cteristics
铜是植物正常生命活动的所必须的 7种微量营养元素之一 ,是部分氧化还原酶的组成成分 ,如果缺乏将直
接影响植物生长发育过程中的代谢反应 [ 1]。植物缺铜会使植物幼叶失绿黄化 ,植物发育不良 ,不同的植物差异
很大 [2 ]。 而植物生境中过量的铜会对植物产生毒害作用 ,导致植物光合色素类的破坏或者抑制光合作用 ,产生
经济林研究　 2009, 27( 1): 65-68
Nonwood　 Forest　Research 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
收稿日期: 2008-10-06
基金项目: 湖南省自然基金 ( 04 JJ3024) ;湖南省教育厅省高等学校产业化培育项目 ( 07CY001)。
作者简介: 李炎林 ( 1984- ) ,男 ,湖南常德人。 硕士研究生 ,主要从事观赏植物遗传育种研究。
通讯作者: 于晓英 ( 1968- ) ,女 ,湖南绥宁人。 教授 ,博士 ,主要从事观赏植物种质资源与生物技术研究。
E-mail: yuxiaoying1578@ hunau. ed u. cn。
DOI : 10. 14067 /j . cnki . 1003 -8981. 2009. 01. 011
铜毒害 [3- 5 ] ,增强膜质过氧化作用导致膜的损伤与破坏 [6 ] ,同时使植物体内的抗氧化系统发生紊乱 [7 ]。 这些不
仅危及植物的生长发育 ,同时通过生物链的累积导致给动物界和人类带来危害 [ 8]。因此 ,为植物生长发育寻找
合适的铜浓度以及植物生长中能忍耐的最大浓度在一系列植物中被研究 ,而这些研究主要集中在粮食作物、水
果、蔬菜等植物中 ,而铜对红 木生长发育的影响的研究尚见报道。 红 木是重要的园林绿化植物 ,具有较高
的观赏价值和环境美化效果 ,本研究及观赏植物红 木为试验材料 ,揭示红 木对重金属铜的生理响应以及
为红 木的无土栽培探讨最佳生长的 Cu2+ 浓度。
1　材料与方法
1. 1　材　料
供试材料为湖南长沙浏阳地区引进的红 木品种“大圆叶”。
1. 2　试验方法
试验在湖南农业大学园艺园林花卉基地温室内进行。实验共设 6个处理 ,以 sonneveld营养液配方为基本
营养液配方 ,其余处理 Cu2+ 的浓度分别为 T1: 0 mol· L- 1; T2: 5. 207 9× 10- 9 mo l· L- 1 ; T3: 5. 207 9× 10- 8 mol
· L- 1 ; T4: 5. 207 9× 10- 7mo l· L- 1 ; T5: 5. 207 9× 10- 6mo l· L- 1 ; T6: 5. 207 9× 10- 5mo l· L- 1。配置溶液全部
采用去离子水 ,调节营养液 pH到 5. 5左右。
实验采用营养液的沙培的方法 ,选择生长整齐一致的红 木一年生扦插苗 ,于 2006年 11月 13日用沙栽培
于园艺园林花卉基地温室内 ,在驯化期间一致用对照营养液缓苗 ,于 2007年 3月 22日开始进行实验处理 ,每个
处理随机选取 4盆 ,随机排列。实验培养条件采用自然光照 ,每 5 d浇灌一次营养液 ,每盆 400 mL。
1. 3　指标测定
处理第 30天进行各种指标的测定。叶绿素含量以及类胡萝卜素含量采用 80%丙酮提取液 [9 ] ;花色素苷含
量采用 1%盐酸乙醇溶液 (体积分数 )提取比色法测定 [ 9] ;脯氨酸含量采用茚三铜法 [ 10] ;可溶性糖采用蒽酮比色
法测定 ;可溶性蛋白采用考马斯亮蓝比色法测定 ; SOD酶活性采用氮兰四唑法 ;相对电导率采用电导率仪法 ;
M DA含量测定采用硫代巴比妥酸法。
1. 4　数据分析
试验数据统计采用 Excel 2003软件 ,每个处理重复 3次 ,用 SPSS 13. 0进行单因素邓肯氏新复极差分析。
2　结果与分析
2. 1　 Cu2+对红 木叶片中色素含量的影响
表 1　不同浓度 Cu2+ 处理对红 木叶片中色素含量的影响
Table 1　 The ef fect of dissimilar concentration of Cu2+ on pigments of
Loropetalum chinense var. rubrum
处理方法
M ethod
叶绿素总量
Conten t of total ch lorophyll
类胡萝卜素
Conten t of carotenoid
花色素苷
Content of anth ocyanin
T1 1. 369 6a A 0. 807 4bB 65. 5cC
T2 3. 062 4dD 0. 816 1bB 74. 3dD
T3 3. 074 6dD 0. 822 8bB 77. 5eE
T4 2. 614 7cC 0. 802 8bB 64. 9cC
T5 2. 461 bcBC 0. 798 7bB 56bB
T6 2. 307 9bBC 0. 642 6aA 51. 3aA
　　注:大写字母表示具有极显著性差异 ( F < 0. 01) ;小写字母表示具有显著性差异 ( F < 0. 05) .
No te: Capital deno tes ve ry significant diff erence ( F < 0. 01) ; Lower-case denot es significant
dif ference ( F < 0. 05) .
　　从表 1可以看出 , Cu2+ 对红
木叶片中的色素含量的影响
达到极显著水平。 在植物缺铜的
条件下 ( T1处理 ) ,红 木叶片中
的叶绿素含量是所有 Cu2+ 处理
的最小值 ,植株表现出明显的黄
化现象 ,随着 Cu2+处理浓度的增
加 ,在增加初期红 木叶片中的
叶绿素含量现增加 ,在 T3处理时
达到最大值 ,是 T1的 2. 249 5倍 ;
随着处理浓度的升高 ,叶绿素含
量呈现显著的负相关 ,在 T6处理时达到所有含 Cu2+处理的最小值 ,是 T3的 0. 750 6倍。
Cu
2+ 对红 木叶片中的类胡萝卜素的含量影响较小 ,但以 T6处理含量最低 ; Cu2+对红 木叶片中花色素
苷的含量的影响变化趋势与叶绿素含量的变化趋势相似 ,但红 木缺铜对红 木叶片中花色素苷的含量的影
响较叶绿素敏感性差 , Cu2+过量可使红 木叶片中的花色素苷含量减少 ,其中 T3处理含量最高 ,是 T6处理的
1. 510 7倍。
66 经　　济　　林　　研　　究 第 27卷　
表 2　不同浓度 Cu2+处理对红 木抗氧化特性的影响
Table 2　 Ef fect of diff erent concentrations of Cu2+ on
ant ioxidat ion characteristics of Loropetalum
chinense var. rubrum
处理方法
Method
SOD酶活性
SOD act ivi ty
相对电导率
Relative conductivi ty
M DA含量
Conten t of M DA
T1 1 391. 534 bB 25. 254 6a A 0. 185 4aA
T2 1 565. 217 dD 25. 711 4a A 0. 187 4aA
T3 178 8 fF 28. 514 1bB 0. 213 5aA
T4 1 658. 385 eE 29. 129 1bB 0. 518 3bB
T5 1 417. 989 cC 32. 367 6cC 0. 687 7cC
T6 1 285. 714 aA 35. 194 4dD 0. 889 dD
2. 2　 Cu2+对红 木抗氧化特性的影响
由表 2可以看出 ,不同 Cu2+ 处理的对红 木叶片
中的 SOD酶活性、相对电导率和 MDA含量有显著的
影响。当 Cu2+处理浓度小于 T3处理时 ,红 木叶片中
的 SOD酶的活性显著的随着 Cu2+ 浓度的增加而升
高 ;当 Cu2+处理浓度大于 T3处理时 ,红 木叶片中的
SOD酶活性与 Cu2+ 浓度成负相关 ,其中 T3处理是 T6
处理的 1. 390 7倍 ,相差 502. 286个酶活性单位 ,这可
能是由于 Cu2+造成的伤害胁迫所造成的。
红 木叶片中的相对电导率和 MDA含量显著
的受 Cu2+浓度的调节 ,二者随着 Cu2+ 浓度的增加而显著的升高 ,呈正相关关系。从试验的 T1和 T2处理来看 ,暂
时的缺 Cu2+ 对红 木的膜的稳定性无显著的影响。在各个试验处理条件下 ,相对电导率和 MDA含量均在 T1
处理下最小 ,在 T6处理下最大 ,最大值各自分别是最小值的 1. 393 6倍和 4. 795 0倍。
2. 3　 Cu2+对红 木叶片渗透调节物质含量的影响
表 3　不同浓度 Cu2+处理对红 木叶片中渗透调节物质含量的影响
Table 3　 Ef fect of dif ferent concentrations of Cu2+ on penetration
matter of Loropetalum chinense var. rubrum
处理方法
Meth od
脯氨酸总量
Conten t of proline
可溶性蛋白
Content of s oluble protein
可溶性糖
Content of s oluble sugar
T1 8. 912 4aA 54. 133 3a A 90. 925 9aA
T2 9. 154 1aA 56. 4aAB 101. 666 7bA
T3 10. 151 1bB 62. 266 7bBC 102. 037 bA
T4 12. 537 8cC 67. 333 3bC 98. 703 7abA
T5 13. 353 5cdCD 77. 866 7cD 96. 851 9abA
T6 14. 018 1dD 83. 333 3dD 94. 629 6abA
　　由表 3可知 ,不同浓度 Cu2+处理对
红 木叶片中渗透调节物质含量的影
响达到显著水平。随着 Cu2+ 处理浓度的
增加 ,红 木叶片中的脯氨酸的含量显
著的增加 ,当 Cu2+处理浓度超过 T2后 ,
各试验处理之间大显著水平 ,其中 T6处
理是 T1处理的 1. 572 9倍。
在不同的 Cu2+ 处理条件下 ,红 木
叶片中的可溶性蛋白含量变化趋势与脯
氨酸的变化趋势相似 ;而不同处理对红 木叶片中的可溶性糖的含量影响较小 ,其中在 T3处理时 ,红 木叶片
中的可溶性糖的含量达到最大值 ,是时的 1. 078 3倍。由前二者变化趋势可以看出 ,红 木在受到外界 Cu2+胁
迫时 ,主要是增加其体内的脯氨酸和可溶性糖的含量来平衡内外的渗透压 ,而可溶性糖作为光合作用的产物 ,
可能主要参与物质和能量的代谢。
3　讨　论
3. 1　 Cu2+对红 木生长发育的影响
铜是植物生长的必需微量元素 ,参与植物的光合作用等许多途径 ,在植物的生长发育中起着重要的作用 ,
但是过量的铜则会对植物的生长产生毒害作用 [11 ]。据相关研究报道 , Cu2+毒害降低了植物体内的叶绿素含量 ,
这是衡量 Cu2+ 毒害对植物伤害的重要参考指标 ,过量的 Cu2+破坏类囊体上的色素蛋白复合体的结构 ,影响植
物光合作用的光合电子传递 [12～ 15 ]。本试验研究结果表明 ,在缺 Cu2+ 的条件下 ,红 木叶片中的叶绿素含量较其
他处理低 ,这充分说明了 Cu2+在植物色素合成方面的重要性 ;当 Cu2+ 的浓度超过 5. 207 9× 10- 8mol· L- 1时 ,红
木叶片随着 Cu2+处理浓度的增加而表现出受伤害的现象:红 木成熟叶片由鲜艳的亮紫红色渐渐变为浅红
色或淡黄色 ,叶色失去原有的光泽 ;新生叶片无明显的症状 ,但叶片比 T1、 T2和 T3试验处理要小。 这与郑爱
珍 [16 ]和陈曦 [17 ]等人的研究结果一致 ,表现为 Cu2+ 毒害引起植物叶绿素含量的降低。本试验研究结果还表明 ,
Cu2+ 缺乏或者过量对红 木叶片中类胡萝卜素含量的影响较小 ,这可能是由于类胡萝卜素主要受光强调控的
原因 [18, 19 ]。适量浓度的 Cu2+ 处理能增加红 木叶片中花色素苷的含量 ,过量的 Cu2+ 可使红 木叶片中的花色
素苷的含量降低 ,这可能与红 木叶片中的花色素苷的含量与其可溶性糖的含量相关 ,高浓度的可溶性糖是
花色素苷合成的底物 [9 ] ,同时受到叶绿素含量的间接影响。
Cu
2+ 是植物体内细胞色素氧化酶、多酚氧化酶、 Cu-SO D等蛋白质的重要辅因子 [17 ] ,缺 Cu2+可使植物体内
相关物质的合成受阻 ,同时过量的 Cu2+在植物体内累积引起植物体内的羟自由基和过氧化氢的累积 [20 ]。 累积
67第 1期 李炎林等: Cu2+ 浓度对红 木生理生化特性的影响
的活性氧等物质会使植物体内的脂质和蛋白等物质发生代谢紊乱 ,植物会启动相关的清除系统常见的有酶促
系统如 SOD、 PO D等 ,非酶促系统如抗坏血酸、类胡萝卜素等来抵抗 Cu2+ 的毒害作用。本试验研究结果表明 ,在
红 木缺 Cu2+时 ,其体内的 SOD酶活性较低 ,相对电导率和 MDA含量较低 ,当 Cu2+ 过量时 ,其活性先升高后
降低 ,相对电导率和 MDA含量均随 Cu2+ 浓度处理的升高而增加 ,表现出细胞内受害症状 ,同时也可能是在高
浓度 Cu2+条件下红 木叶片中的类胡萝卜素含量下降的原因。
本试验研究还发现 ,红 木在 Cu2+过量时 ,伴随着体内脯氨酸和可溶性蛋白的累积 ,可溶性糖的含量变化
主要与叶绿素的含量变化趋势相似 ,其原因有待进一步研究。
3. 2　 Cu2+对红 木叶片观赏价值的影响
本试验研究结果表明 ,当 Cu2+浓度介于 5. 207 9× 10- 9～ 5. 207 9× 10- 8mol· L- 1之间时 ,红 木叶片中的
叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷的含量较高 ,同时抗氧化酶的活性较高 ,质膜过氧化作用较弱 ,光合作用产物较
高 ,适合红 木的生长 ,叶片亮丽、鲜艳 ,是红 木生长的最佳 Cu2+浓度。另外 ,从 Cu2+处理后红 木叶片 SOD
酶活性的变化趋势以及色素含量和膜质过氧化作用来看 ,红 木是一种较耐 Cu2+ 的植物 ,可以考虑在一些
Cu
2+ 的污染区域进行示范应用。
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[本文编校:吴　彬 ]
68 经　　济　　林　　研　　究 第 27卷