全 文 ：　第 49卷　第 4期
2010年　7月
中山大学学报 (自然科学版)
ACTA　SCIENTIARUM　NATURALIUM　UNIVERSITATIS　SUNYATSENI
Vol.49　No.4
Jul.　2010 　
镉对圆锥南芥锌的吸收 、亚细胞分布和化学形态影响＊
于方明 1 , 汤叶涛 1, 2 , 周小勇 1 , 何尔凯 1 ,
张　涛1 , 应蓉蓉 1 , 李清飞 1 , 仇荣亮 1, 2
(1.中山大学环境科学与工程学院 , 广东 广州 510275;
2.广东省环境污染控制与修复技术重点实验室 , 广东广州 510275)
摘　要:通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法, 分析了 Cd对圆锥南芥 Arabispaniculata
Franch.叶片和根系中 Zn的吸收 、 亚细胞分布和化学形态的影响。结果表明 , Cd的添加不会抑制圆锥南芥的生
长及对 Zn的吸收。 Zn在圆锥南芥中以多种化学形态存在;叶片中乙醇 、 水 、 NaCl、 HAc提取态 Zn分配比例较
均匀;根系中主要以乙醇提取态和 NaCl提取态为主 , HAc与 HCl提取态 Zn的绝对含量与所占的百分比均较低 ,
表明圆锥南芥中的 Zn主要以无机酸盐以及氨基酸盐存在。对圆锥南芥 Zn的亚细胞分布结果表明 , 叶片和根系
中的 Zn主要贮存于细胞壁中其次为细胞核 , 两者所占的比例分别为 65% ～ 83.5%和 42.7% ～ 87.3%, 且 Cd的添
加提高了细胞壁中 Zn的比例 , 促进了 Zn向细胞壁中的转移。但 Cd的添加对 Zn的化学形态变化不明显。
关键词:圆锥南芥;亚细胞分布;化学形态;锌
中图分类号:X53　　文献标志码:A　　文章编号:0529-6579 (2010) 04-0118-07
EfectsofCadmiumonUptake, SubcelularDistributionandChemical
FormofZincinArabispaniculataFranch.
YUFangming1 , TANGYetao1, 2 , ZHOUXiaoyong1 , HEErkai1
ZHANGTao1 , YINGRongrong1 , LIQingfei1 , QIURongliang1, 2
(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering, SunYat-senUniversity, Guangzhou510275, China;
2.GuangdongProvincialKeyLaboratoryforEnvironmentalPolutionControland
RemediationTechnology, Guangzhou510275, China)
Abstract:Usingthediferentialcentrifugationtechniqueandsequentialchemicalextractionmethod,
efectsofCdonsubcelulardistributionandchemicalformofZninmulti-metalhyperaccumulatorArabis
paniculataFranchundernutrientsolutionculturewereanalyzed.ResultsshowthatthebiomassofA.
paniculatahasnosignificantvarianceincreasedbetweenbeforetransplantandwithZn/Cdtreated21days
(p>0.05).ThecadmiuminthenutrientsolutionhasnoobviousinfluenceonZnabsorption.NaCl-,
ethanol-, water-, HAc-extractableZnarethepredominantfractionsinleavesoftheplant, NaCl-, etha-
nol-extractableZnarepredominatfractionsinroot.Otherchemicalformsareverylowincontent.Znis
mainlydistributedincelwalandinkaryonwhichsuggeststhatcelwalandkaryonintheplantarema-
jorstorageforZn.ThecadmiuminthenutrientsolutionhasheightenedthepercentageofZninthecel
walandpromotedthetransportationofZntothecelwal, butithasnoobviousinfluenceonsubcelular
＊ 收稿日期:2009-04-20
基金项目:NFSC-广东联合基金重点资助项目 (U0833004);国家自然科学基金资助项目 (40571144);国家 863计
划资助项目 (2007-AA-06Z305);教育部博士点专项科研基金资助项目 (20070558005);广东省自然
科学基金资助团队项目 (06202438)
作者简介:于方明 (1975年生), 男 , 博士;通讯作者:仇荣亮;E-mail:eesqrl@mail.sysu.edu.cn
　第 4期 于方明等:镉对圆锥南芥锌的吸收 、 亚细胞分布和化学形态影响
distributionandchemicalformofZninA.paniculataFranch.
Keywords:ArabispaniculataFranch.;subcelulardistribution;chemicalform;zinc
　　超富集植物能够从土壤中吸收大量的金属贮藏
于体内 , 而不会对植物本身造成任何毒害 , 这与其
超强的解毒机制密不可分 。目前 , 对于超富集植物
超强的内部解毒机制的报道很多 , 如重金属与配位
体的螯合 , 液泡的区室化 , 将重金属沉淀于植物的
非生理活动区等 [ 1-2] 。重金属在细胞中的分布以及
以何种化学形态存在是目前国内外研究的热点 。重
金属在植物中的亚细胞分布主要采用组织化学
(histochemistry)[ 3] 、 差 速 离 心 (cel fractiona-
tion)[ 4-5] 、 X射线微量分析 [ 3, 6 -7] 、 微粒子诱导 X
射线发射 (micro-PIXE)等技术来研究 [ 8-9] 。但目
前超富集植物体内重金属亚细胞分布和化学形态多
集中于单金属研究 [ 6, 10 -12] , 材料也主要为单金属
的超富集植物 , 而有关重金属之间相互作用对超富
集植物的耐性和富集机理的影响以及对多金属超富
集植物的研究却鲜见报道 。
圆锥南芥 ArabispaniculataFranch.是国内最新
发现的 Pb、 Zn、 Cd多金属超富集植物[ 13] , 但对
其解毒机理的探讨较少。本文通过差速离心技术和
化学试剂逐步提取法研究了 Cd对 Zn在圆锥南芥
细胞内的亚细胞分布特征和结合形态的影响 , 试图
揭示圆锥南芥在 Zn/Cd复合污染下的耐 Zn机制 ,
从而为研究超富集植物重金属耐性机理的分子生物
学机制提供理论依据 。
1　材料与方法
1.1　植物培养
圆锥南芥植物种子取自云南省兰坪县金顶镇的
北厂铅锌矿区。在无污染的菜园土中萌发 , 生长 3
个月后 , 选择长势良好一致的幼苗 , 移栽至 1 /8
Hoagland营养液中预培养 2周后加入 Zn、 Cd继续
培养 21 d(营养液中 ZnSO4· 7H2O换成同浓度的
Zn(NO3)2· 6H2O)。 Zn、 Cd各设 3个质量浓度梯
度 (采用完全正交试验), Cd质量浓度为 0、 1.0、
10 mg/L, Zn浓度为 0、 10、 100 mg/L(分别以
CdCl2· 2.5H2O和 Zn(NO3)2 · 6H2O加入 , 按单
Cd和单 Zn计算 , 未加 Zn和 Cd的处理为对照),
具体浓度设置见表 1。每处理 3次重复 , 每重复 4
株苗 , 连续通气 , 每 3天更换营养液一次 , 并用
0.1mmol/LNaOH调节 pH至 5.8左右 。收获时植
株根系先用自来水冲洗 , 再用 20 mmol/LNa2 -
EDTA交换 20 min, 去除根系表面吸附的 Cd2+、
Zn2+ , 最后用去离子水洗净 , 吸干表面水分 , 置于
-20 ℃冰箱内供分析测定用。每个处理的植物样
品分为叶片和根系 2个部位 , 分别用于测定亚细胞
组分 、化学形态和重金属全量。
表 1　培养液中 Zn、 Cd添加质量浓度 1)
Table1　TheadditionofZnandCdtotheculturemedium
项目 CK A B C D E F G H
ρ(Zn) 0 0 0 10 10 10 100 100 100
ρ(Cd) 0 1 10 0 1 10 0 1 10
　　1)质量浓度单位为 mg/L
1.2　试验方法
1.2.1　植物体内的亚细胞组分分离　按 Weigel
等[ 14]和 Gabbrieli等 [ 15] 的方法改进后进行:准确
称取植株鲜样 0.500 0 g, 加入 20 mL提取液
(0.25 mmol/L蔗糖 +50 mmol/LTris-HCl缓冲液
(pH7.5)), 研磨匀浆 , 用尼龙纱布过滤 , 滤渣为
细胞壁部分;滤液在 600 r/min下离心 10min, 沉
淀为细胞核部分;上清液在 2 000 r/min下离心
15min, 沉淀为叶绿体部分;上清液在 10 000r/min
下离心 20min, 沉淀为线粒体部分;上清液为含核
糖体的可溶部分 , 每组两次离心 , 全部操作在 4℃
下进行。
1.2.2　Cd在植物体内的化学形态分析　采用化学
试剂逐步提取法 [ 16] , 具体操作如下:准确称取植
株鲜样 0.500 0 g, 加入 20 mL提取剂研磨匀浆后
转入 50mL的塑料离心管 , 在 25℃恒温振荡 22 h
后 , 5 000 r/min离心 10 min。倒出上清夜 , 再加
入 10mL的提取剂 , 25℃恒温振荡 1h, 5 000r/min
离心 10 min, 倒出上清液。合并两次上清液 。采用
下列 5种提取剂依次逐步提取:φ=80%乙醇 (主
要提取醇溶性蛋白质 、 氨基酸盐等为主的物质),
去离子水 (主要提取水溶性有机酸盐), 1 mol/L
氯化钠溶液 (主要提取果胶酸盐 、 与蛋白质结合
态或吸附态的重金属等), φ=2%醋酸 (主要提取
难溶于水的重金属磷酸盐), 0.6 mol/L盐酸 (主
要提取草酸盐等), 最后为残留态 。
1.2.3　Zn含量的测定　以提取剂作为空白 , 上清
液用原子吸收分光光度计 (AAS, HITACHI-Z
5000)直接测定 Zn含量;残渣和沉淀部分分别用
去离子水多次转入 100 mL三角瓶中 , 于电热板上
119
中山大学学报 (自然科学版) 第 49卷　
蒸干 , 加入 5 mL浓 HNO3 , 消煮至澄清 , 用去离子
水定容后测定。所有数据用 SPSS11.5软件处理。
2　结果与分析
2.1　Zn/Cd对圆锥南芥生物量的影响
试验观察表明 , 在 Zn/Cd培养的过程中 , 圆
锥南芥的叶片浓绿 , 有光泽 , 生长良好 , 没有出现
任何的中毒症状。从图 1中可以看出 , 水培后圆锥
南芥总的生物量 、 根系 、直径均比水培前有不同程
度的增长 , 但方差分析与多重比较结果表明 , 圆锥
南芥水培前后处理间生物量 、根系长 、 直径长差异
不显著 (P>0.05)。表明 Zn/Cd复合污染不会影
响圆锥南芥的生长 , 同时也证明 , 圆锥南芥对 Zn、
Cd有超强的耐性。
图 1　Zn/Cd复合污染对圆锥南芥生物量的影响 (图中的相同字母表示差异不显著 , P>0.05)
Fig.1　EfectofZn/CdcompoundpollutiononbiomassofArabispaniculataFranch
2.2　Cd对圆锥南芥中 Zn含量的影响
从表 2中可以看出 , 随着 Zn处理质量浓度的
增加 , 圆锥南芥叶片与根系中的 Zn含量呈增加趋
势 。在 Zn处理质量浓度一定的情况下 , 随着 Cd
处理质量浓度的增加 , 圆锥南芥叶片和根系中 Zn
含量间无显著性差异 (P>0.05), 表明 Cd对圆锥
南芥 Zn吸收的影响不显著 。在对照中 , 植物中
Zn、 Cd含量较高的原因可能是在幼苗培育过程中
从土壤中吸收了 Zn与 Cd, 同时在预培养的过程中
营养液中还含有一定浓度的 Zn也将影响 Zn的含量 。
120
　第 4期 于方明等:镉对圆锥南芥锌的吸收 、 亚细胞分布和化学形态影响
表 2　Zn、 Cd复合污染对圆锥南芥 Zn含量的影响1)
　Table2　ThecontentofZnintheA.paniculata mg/kg
ρ(Zn)ρ(Cd)
(mg· L-1) 地上部　 根系
0 659.1±743.2 c 247.6±19.4C
0 1 440.6±25.9 bc 434.4±243.0C
10 685.7±54.1 bc 672.0±493.6 BC
0 4 835.2±426.1b 2 482.6±696.8 B
10 1 4 451.4±719.9bc 2 945.4±941.3 B
10 4 118.5±170.2bc 3 165.8±1 257.3 B
0 15 105.4±3 452.9a 15 054.6±1 479.9 A
100 1 14 645.8±3 036.7a 15 775.8±1 030.2 A
10 15 857.7±1 245.9a 15 530.1±2 140.9 A
1)同列的不同字母表示在 5%水平上的差异显著
2.3　Cd对圆锥南芥 Zn化学形态的影响
从表 3中还可以看出 , 圆锥南芥新鲜叶片中
Zn含量随着 Zn处理质量浓度的增加而增加 , 最高
含量 (鲜质量)达到 2 514.8 mg/kg。在圆锥南芥
叶片中 Zn的残渣态以及 HCl提取态含量较低 , 两
者共同所占的比例小于 8.3%。而 Zn的乙醇 、 水 、
NaCl、 HAc提取态在圆锥南芥叶片中的分配比例
较均匀。但在 Zn质量浓度一定时 , 随着 Cd质量
浓度的增加 , 分配比例有所变化 。这可能与植物体
内的有机配位体以及 Zn、 Cd的竞争吸附存在着紧
密联系。
圆锥南芥根系中的 Zn主要以乙醇提取态和
NaCl提取态为主 (见表 4), HAc与 HCl提取态 Zn
的绝对含量与所占的百分比含量均较低 。表明圆锥
南芥根系中的 Zn主要以无机酸盐以及氨基酸盐存
在 , 并有相当大的一部分 Zn与蛋白质 、果胶酸等
结合 , 而与有机酸 、 草酸以及含磷化合物结合的
Zn较少。在 Zn添加质量浓度为 0 mg/L时 , 乙醇
提取态 Zn随着 Cd处理质量浓度的增加呈下降趋
势 , 但水提取态 Zn呈增加的变化趋势 。在 Zn处理
质量浓度为 10 mg/L时 , 以 NaCl提取态 Zn占优 ,
其次为乙醇提取态 , 乙醇态含量随着 Cd处理质量
浓度的增加而增加 , NaCl提取态含量随着 Cd处理
质量浓度的增加而增加 , 但所占的比例却呈下降的
趋势 。在 Zn添加质量浓度为 100 mg/L时 , 也以
NaCl、乙醇提取态 Zn占优 , 占总量的 87%以上。
表 3　Zn化学形态在圆锥南芥叶片中的分布 1)
Table3　EffectofCdonthechemicalformsofZninleavesofA.paniculata mg/kg
ρ(Zn)/(mg· L-1)
ρ(Cd)/(mg· L-1)
0
0 1 10
0
0 1 10
100
0 1 10
乙醇 23.9±8.8
a
25.0b
41.6±6.2
47.5
21.2±9.5
20.5
57.2±16.1
13.2
42.0±17.2
10.0
64.6±8.8
15.7
437.9±19.6
24.0
455.5±78.5
20.6
452.8±102.1
21.2
水 13.4±1.1
14.0
14.3±5.7
16.3
11.6±3.4
11.2
74.8±13.3
17.3
63.0±7.7
15.0
68.4±2.5
16.6
481.7±17.6
26.4
601.1±92.1
27.2
608.7±150.2
28.6
NaCl 24.5±12.0
25.7
11.5±0.3
13.1
15.8±1.1
15.2
91.5±5.2
21.2
93.2±10.6
22.2
88.7±15.2
21.5
560.2±69.5
30.7
592.5±94.3
26.8
530.5±86.9
24.9
HAc 26.1±1.2
27.4
13.0±1.6
14.8
48.1±5.9
46.5
183.4±12.4
42.5
190.0±21.3
45.2
157.9±18.8
38.3
318.5±41.5
17.5
527.9±84.6
23.9
501.1±79.9
23.5
HCl 3.4±0.4
3.5
3.6±0.6
4.1
4.6±0.9
4.5
18.8±5.5
4.3
23.9±2.8
5.7
8.8±1.6
2.1
18.1±3.1
1.0
25.0±2.8
1.1
31.4±13.5
1.5
残渣态 4.1±1.2
4.3
3.7±1.6
4.2
2.1±0.7
2.1
6.3±1.3
1.4
8.2±0.1
2.0
23.8±5.9
5.8
8.9±0.4
0.5
6.1±0.6
0.3
7.5±1.1
0.4
总量 95.4 87.6 103.5 431.7 420.4 412.3 1 825.2 2 208.0 2 131.9
实测值 105.3±10.8 100.5±12.3 112.1±13.4 455.8±34.3 452.5±32.9 461.2±41.6 2 107.6±116.2 2 514.8±325.6 2 408.9±129.0
回收率 /% 90.6 87.2 92.3 94.7 92.9 89.4 86.6 87.8 88.5
1)a所在行的数字表示绝对含量;b所在行的数字表示占总量的百分率 , 含量均为鲜质量含量 , 下同
2.4　Cd对圆锥南芥 Zn亚细胞分布的影响
从表 5可知 , 圆锥南芥叶片中的 Zn主要贮存
于细胞壁其次为细胞核中 , 两者所占的比例大于
65%, 最大时达到 83.5%, 核糖体中 Zn的含量也
较高 , 线粒体中的 Zn含量最低 。在 Zn处理质量浓
度为 100 mg/L时 , 随着 Cd处理质量浓度的增加 ,
细胞壁中 Zn所占比例增加 , 而核糖体中 Zn所占的
比例减少 , 表明 Cd促进了 Zn向细胞壁等非生理
活动区的转运 , 减少了生理活动区中 Zn的含量 ,
这有利于植物新陈代谢的正常进行。
从表 6中可以看出 , 圆锥南芥根系中的 Zn在
线粒体和核糖体的分布相对较少 , 主要贮存在细胞
壁和细胞核中 , 两者共占全量的 42.7% ～ 87.3%。
在 Zn质量浓度一定时 , 随着 Cd处理质量浓度的
增加 , Zn在细胞壁中所占比例也有不同程度的升
高 , 表明 Cd对 Zn的吸收 、分布有一定的影响。
121
中山大学学报 (自然科学版) 第 49卷　
表 4　Zn化学形态在圆锥南芥根中的分布
Table4　EffectofCdonthechemicalformsofZninrootsofA.paniculata mg/kg
ρ(Zn)/(mg· L-1)
ρ(Cd)/(mg· L-1)
0
0 1 10
0
0 1 10
100
0 1 10
乙醇 37.3±3.4
38.1
32.7±3.9
33.8
25.0±3.0
24.6
106.6±15.2
27.0
119.8±12.6
28.6
95.8±7.5
27.6
1 059.6±181.2
41.7
630.6±99.1
23.5
1 467.6±397.6
57.1
水 10.1±0
10.3
17.6±1.2
18.1
32.4±4.3
32.0
10.9±0.7
2.7
10.2±0.9
2.4
7.5±2.1
2.2
10.4±1.1
0.4
16.2±1.7
0.6
8.3±1.5
0.3
NaCl 22.7±9.1
23.2
17.4±1.6
17.9
27.7±2.3
27.3
206.9±20.7
52.4
208.7±29.9
49.8
152.6±20.5
43.9
1 292.2±235.1
50.8
1 726.8±108.1
64.2
943.5±107.8
36.7
HAc 0.1±0
0.1
0.8±0.5
0.8
2.4±0.1
2.4
21.0±1.4
5.3
21.0±6.1
5.0
14.3±4.6
4.1
113.4±27
4.5
186.2±17.2
6.9
91.6±13.1
3.6
HCl 4.9±0.1
5.1
6.8±0.9
7.0
2.4±0.9
2.3
9.0±1.2
2.3
7.2±0.8
1.7
7.8±0.7
2.2
9.2±1.8
0.4
22.8±2.8
0.8
9.1±0.9
0.4
残渣态 22.8±4.8
23.3
21.7±3.9
22.4
11.5±2.7
11.3
40.7±10.8
10.3
52.0±11.5
12.4
69.3±9.8
20.0
58.6±13.1
2.3
105.2±15.7
3.9
49.2±10.2
1.9
总量 97.7 96.9 101.4 395.0 418.8 347.4 2 543.4 2 688.0 2 569.2
实测值 108.3±6.7 105.6±10.7 112.3±10.2 399.8±17.2 432.2±32.7 411.6±9.7 2 700.2±251.1 2 999.9±289.1 2 816.9±345.7
回收率 /% 90.2 91.8 90.3 98.8 96.9 84.4 94.2 89.6 91.2
表 5　Zn在圆锥南芥叶片中亚细胞分布
Table5　EfectofCdonthesubcelulardistributionofZninleavesofA.paniculata mg/kg
ρ(Zn)/(mg· L-1)
ρ(Cd)/(mg· L-1)
0
0 1 10
0
0 1 10
100
0 1 10
细胞壁 31.9±5.1
33.4
28.6±6.1
29.2
45.9±3.3
45.8
220.3±14.7
55.4
174.3±10.8
39.7
235.8±20.8
55.0
840.5±335.5
43.2
1 161.3±343.3
50.5
1 135.1±239.2
55.1
细胞核 30.4±5.3
31.8
36.3±3.9
37.1
30.5±7.8
30.4
111.6±10.6
28.1
168.3±19.1
38.3
99.4±29.7
23.2
519.5±101.1
26.7
505.7±103.5
22.0
564.1±160.1
25.4
叶绿体 13.1±0.2
13.7
13.4±3.2
13.7
9.1±1.4
9.1
27.7±9.9
7.0
33.5±3.7
7.6
27.2±5.7
6.3
75.4±14.2
3.9
78.6±13.1
3.4
112.9±21.4
5.1
线粒体 3.0±0.6
3.2
3.0±0.7
3.0
4.0±0.9
4.0
8.7±1.4
2.2
13.6±1.6
3.1
11.0±6.0
2.6
34.5±16.9
1.8
39.3±10.1
1.7
32.1±19.9
1.4
核糖体 17.1±0.9
17.9
16.6±1.4
16.9
10.6±0.6
10.6
29.1±1.3
7.3
49.4±3.0
11.3
55.8±17.6
13.0
475.3±166.0
24.4
516.3±211.6
22.4
375.8±53.8
16.9
总量 95.5 97.8 100.1 397.4 439.1 429.2 1 945.1 2 301.1 2 220.0
实测值 105.3±10.8 100.5±12.3 112.1±13.4 455.8±34.3 452.5±32.9 461.2±41.6 2 107.6±116.2 2 514.8±325.6 2 408.9±129.0
回收率 /% 90.7 97.3 89.7 87.2 97.1 93.1 92.3 91.5 92.2
表 6　Zn在圆锥南芥根系中的亚细胞分布
Table6　EffectofCdonthesubcelulardistributionofZninrootsofA.paniculata mg/kg
ρ(Zn)/(mg· L-1)
ρ(Cd)/(mg· L-1)
0
0 1 10
0
0 1 10
100
0 1 10
细胞壁 21.8±1.5
21.4
15.0±5.8
15.4
10.2±1.7
10.2
149.0±31.9
39.4
161.7±23.4
39.9
171.4±11.2
42.3
1 521.4±319.0
58.6
1 387.8±287.2
48.7
2 086.5±662.8
73.3
细胞核 42.8±6.9
42.0
26.7±2.2
27.3
42.1±8.7
42.0
146.4±24.6
38.7
145.4±15.5
35.9
65.2±13.3
16.1
498.4±91.1
19.2
763.6±185.7
26.8
399.6±41.8
14.0
叶绿体 31.6±6.3
31.0
18.9±2.4
19.4
28.9±4.5
28.8
51.8±8.9
13.7
33.6±11.3
8.3
25.5±4.5
6.3
252.6±43.1
9.7
293.6±43.5
10.3
126.9±56.5
4.5
线粒体 3.3±0.4
3.2
2.0±0.8
2.1
2.9±0.5
2.9
25.8±5.8
6.8
29.0±5.5
7.1
4.5±1.7
1.1
109.4±14.5
4.2
196.0±26.7
6.9
56.8±16.7
2.0
核糖体 2.4±0.4
2.4
34.9±5.0
35.8
16.1±4.8
16.1
5.0±0.1
1.3
35.9±11.1
8.9
139.0±17.8
34.3
214.4±51.4
8.3
209.8±23.5
7.4
176.3±33.9
6.2
总和 102.0 97.5 100.3 378.2 405.7 405.6 2 596.2 2 850.8 2 846.1
实测值 108.3±6.7 105.6±10.7 112.3±10.2 399.8±17.2 432.2±32.7 411.6±9.7 2 700.2±251.1 2 999.8±289.1 2 816.9±345.7
回收率 /% 94.2 92.3 89.3 94.6 93.9 98.5 96.1 95.0 101.0
122
　第 4期 于方明等:镉对圆锥南芥锌的吸收 、 亚细胞分布和化学形态影响
3　讨　论
细胞壁固持和液泡区室化在植物对重金属的解
毒 、耐性和超富集方面起着重要作用 [ 17 -18] , 但不
同的金属在不同植物细胞壁中所占的比例不同 。在
Agrostistenuis中 , 细胞壁贮存 、 螯合 Zn的能力与
Zn的存储量成显著的正相关 [ 19] , 东南景天茎叶中
50% ～ 62% Zn分布在细胞壁中 [ 20] , 长柔毛委陵菜
体内 40% ～ 55%的 Zn分布于细胞壁中[ 16] , Salt
等 [ 21]证明在超富集植物 Thlaspicaerulescens的根系
中 30%的 Zn贮存于细胞壁中 , 而地上部 80%以上
贮藏于细胞壁中 。本实验结果与上述结果类似 , 圆
锥南芥根系与叶片中的 Zn主要分布在细胞壁中 ,
而在细胞核 、叶绿体和线粒体中分布较少 , 表明细
胞壁是圆锥南芥的储存 Zn的最重要部位 。这与细
胞壁中含有丰富的蛋白质和多糖物质 , 如纤维素 ,
半纤维素 , 木质素等 , 这些物质饱含羟基 、 羧基 ,
氨基等配位体有关 , 因为这些基团可以螯合重金
属 , 降低植物原生质中重金属的毒性 [ 22-23] , 因
此 , 细胞壁也被认为是植物抵抗重金属毒害的第一
道屏障 [ 24] 。另外 , 在 Zn处理质量浓度一定时 , 随
着 Cd处理质量浓度的增加 , 圆锥南芥细胞壁中 Zn
所占比例增加 , 这与 Cd添加使 Zn在长柔毛委陵
菜细胞壁的分配比例显著增加 , 而可溶部分的分配
比例则显著减少的结果一致 , 表明 Cd促进了 Zn
向细胞壁等非生理活动区的转运 , 减少了生理活动
区中 Zn的含量 , 而有利于植物的生长 [ 9] 。
在圆锥南芥叶片中 , Zn主要以乙醇 、 水 、
NaCl提取态为主 , 根系中主要以乙醇和 NaCl提取
态为主 , 表明氨基酸盐 、 果胶酸 、 蛋白质在解毒
Zn毒害过程中起重要作用 。这与超富集植物长柔
毛委陵菜 Zn以氯化钠提取态 、水提取态和乙醇提
取态占优势的研究结果一致 [ 16] 。另外 , Zn在植物
体中能与多种金属配位体结合 , 这些配位体通过联
合作用 , 共同参与植物体内 Zn的分布 (包括器
官 、组织和亚细胞水平分布)和解毒 , 其中水溶
态和酯溶态有机配位体可能在 Zn超富集中起关键
作用。而水提取态主要提取与水溶性有机酸结合的
Zn, 乙醇主要提取与醇溶性蛋白质 、 氨基酸盐等
结合的 Zn, NaCl则为与果胶酸 、 蛋白质结合的
Zn。这表明有机酸 、 蛋白质以及氨基酸等这些水
溶态和酯溶态有机配位体在圆锥南芥解毒 Zn毒害
过程中起重要作用 。且 Zn与氨基酸盐 、 果胶酸 、
蛋白质结合形成的螯合物可限制金属在体内的移动
性 , 从而减轻 Zn离子的毒害 [ 25] 。在 Zn浓度一定
时 , 随着 Cd的添加 , 圆锥南芥中 Zn的化学形态
变化不明显 , 这与低 Cd、 Pb处理对超富集植物长
柔毛委陵菜 Zn的化学形态分布的研究结果一致 ,
与高浓度 Cd、 Pb能够提高氯化钠提取态 Zn的结
果相反[ 9] , 这可能与 Cd在圆锥南芥中与 Zn竞争
吸附位点有关 , 也可能是 Pb/Zn/Cd多金属超富集
植物圆锥南芥与单一 Zn超富集植物长柔毛委陵菜
等在解毒机制上的区别 , 这还值得深入探讨 。
4　结　论
1)在 Zn/Cd复合污染处理下 , 圆锥南芥对
Cd的吸收不会阻碍圆锥南芥对 Zn的吸收 。这证明
圆锥南芥是修复 Zn/Cd复合污染土壤不可多得的
材料 。
2)细胞壁是圆锥南芥 Zn主要结合位点 。叶
片与根系中的 Zn主要分布在细胞壁和细胞核中。
表明圆锥南芥将大部分的 Zn贮存于圆锥南芥的非
生理活动区 , 这大大降低了 Zn对圆锥南芥的毒害。
且 Cd的添加提高了细胞壁中 Zn的比例 , 促进了
Zn向细胞壁中的转移。
3)圆锥南芥中的 Zn主要以 NaCl提取态为
主。说明圆锥南芥中的 Zn易于与蛋白质 、 氨基酸
以及水溶性有机酸等结合 , 形成毒性更小的化合
物 , 从而降低了 Zn对圆锥南芥的毒害 , 有利于植
物的生长 。但 Cd的添加对 Zn化学形态的影响不
明显 。
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