全 文 ：2011-10-25
DOI: 10.3724/SP.J.1145.2011.00651
应用与环境生物学报 2011，17 ( 5 ): 651~655
Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X
土壤重金属污染正在成为全球范围内最重要的生态与
环境问题之一 [1~3]. 工业化与城市化快速发展导致城市土壤与
道路周边土壤的铅（Pb）负荷不断增加，严重威胁到土壤环
境健康 [4]. 一般认为，Pb污染土壤后被植物根系吸收在体内
累积，当超过一定浓度时即产生植物毒害效 应（Phytotoxic
effect）[5]. 为了解不断增加的土壤Pb污染对植物生长发育的
影响，国内外学者对Pb胁迫下林木和农作物的生长发育进行
了大量研究[5~7]. 尽管城市是受Pb污染最严重的地带之一 [1]，但
已有的研究主要集中在矿区周边土壤以及林木和农作物，有
关土壤Pb污染对城市园林植物影响的研究相对较少，而且主
要集中在木本园林植物的形态发育、叶片保护酶系统和光合
作用等方面[6~7]，有关城市园林地被物对土壤Pb污染的生理响
应研究就更少了[4]，尚不能满足城市园林建设的需要.
园林地被植物具有植株个体小、种类多、生长速度快等
特点，在乔、灌木和草坪组成的城市植被间起着承上启下的
作用，成为城市园林植物生态系统中不可缺少的部分，对保
护和美化环境、丰富园林景观及其提高园林绿地生物多样性
具有重要意义. 霍香蓟（Ageratum conyzoides）被广泛应用于
城市园林绿化，但有关Pb污染胁迫对藿香蓟生理生态的影
响尚未见研究报道. 我们以藿香蓟为材料，采用盆栽控制试
验，研究藿香蓟对土壤铅胁迫的生理响应，以期为城市建设
中地被植物的选择提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试土壤为酸性紫色土 . 土壤 采自四川农 业大学新校
区柑桔园，自然风干，研磨，过2 mm筛，按照1 : 1 : 3比例将土
壤、河沙、越西土（花卉栽培中普遍采用的一类草炭）混合
均匀制成培养基质，按照每盆5 kg的标准装入Ø 25 cm × 35
cm带托盘的陶土花盆中备用. 培养基质pH为6.5，土壤有机质
含量为225 g kg-1，全N为4.5 g kg-1，全K为37.3 g kg-1，全P为6.1
g kg-1，总Pb含量为14.28 mg kg-1.
供试植物藿香蓟（Ageratum conyzoides）为菊科藿香蓟
藿香蓟（Ageratum conyzoides）对土壤
铅胁迫的生理响应*
刘碧英 潘远智** 赵杨迪 蔡 蕾 杨 慧 侯 艳 张建芳
（四川农业大学风景园林学院 成都 611130）
Physiological Responses of Ageratum conyzoides to Lead Stress in Soil*
LIU Biying, PAN Yuanzhi**, ZHAO Yangdi, CAI Lei, YANG Hui, HOU Yan & ZHANG Jianfang
(College of Landscape Architecture, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)
Abstract In order to understand the effects of increasing lead (Pb) contamination in soil on understory plant in urban forest, a
pot experiment was conducted to study the physio-ecological effects of Pb stress in soil on the leaves of Ageratum conyzoides.
All the treatments with different Pb concentrations decreased the concentrations of total chlorophyll and chlorophyll a and b,
but increased the concentrations of cytomembrane permeability and malondialdehyde (MDA) in the leaves. The activities of
superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) were higher until the Pb concentration in soil reached 750
mg kg-1 or 1 000 mg kg-1, and thereafter decreased. As the soil Pb treatments proceeded, the SOD activities on day 20, 40 and
60 were higher than that on day 7, while the activities of POD and CAT decreased sharply after 20 d and 60 d, respectively.
These results implied that A. conyzoides could adapt to the Pb-contaminated soil to a certain extent, but higher Pb stress in soil
would damage its physiological processes. Fig 4, Ref 20
Keywords lead stress; Ageratum conyzoides; physiological response; SOD; POD; CAT
CLC Q945.78
摘 要 为了解日益增加的城市土壤铅（Pb）胁迫对城市园林地被植物的影响，采用盆栽实验研究土壤Pb胁迫对藿香
蓟（Ageratum conyzoides）叶片生理特性的影响. 结果显示，Pb胁迫处理降低了藿香蓟叶片的叶绿素总量及叶绿素a和b
含量，质膜透性增大，丙二醛（MDA）含量上升. 随着Pb浓度增加，同一时期内藿香蓟叶片SOD、POD和CAT酶活性均
上升，但土壤Pb浓度超过750 mg kg-1或1 000 mg kg-1后保护酶活性开始逐渐下降. 随着胁迫处理时间的延长，SOD活性
在d 20、d 40和d 60时都高于胁迫处理d 7时的活性，POD活性是在d 20时急剧下降，CAT活性则在胁迫处理d 60时急剧下降.
研究表明，藿香蓟能在一定程度上适应土壤Pb胁迫，但Pb胁迫浓度超过750 mg kg-1后将影响其生理代谢过程. 图4 参20
关键词 铅胁迫；藿香蓟；生理响应；SOD；POD；CAT
CLC Q945.78
收稿日期：2010-10-14 接受日期：2010-11-25
*四川省重点公益性项目（No. 2007NGY006）和四川省学术带头人培
养基金（2007~2010）资助 Supported by the Key Non-profit Financial
Program of Sichuan, China (No. 2007NGY006) and the Program of Sichuan
for Excellent Academic Leader (2007~2010)
**通讯作者 Corresponding author (E-mail: scpyzls@163.com)
652 17 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol
属植物，多年生草本，常作一年生栽培. 种子由农友种苗（中
国）有限公司成都分公司提供.
1.2 试验方法
采用盆 栽控制试验. 2009年5月，将装有培养基质的带
托盘陶土花盆 置于温棚中，用自来水浇透，6月20日采集预
先培育的健壮、生长状况基本一致的藿香蓟幼苗，洗净根部
泥土，按照每盆3苗的标准栽入花盆内. 待植物生长正常后，
于7月13日开始施加硝酸铅[Pb (NO3)2]进行Pb胁迫试验. Pb
浓度梯度根据国家土壤环境质量标准GB15618-1995进行处
理 [8]. 以纯Pb计算，Pb浓度分别为14.28 mg kg-1（CK）、250 mg
kg-1（T1）、500 mg kg-1（T2）、750 mg kg-1（T3）、1 000 mg kg-1
（T4）、1 250 mg kg-1（T5）、1 500 mg kg-1（T6），每处理3个重
复. 分别于Pb胁迫处理7 d、20 d、40 d、60 d后开始采集植物叶
片，测定叶片各项生理指标.
1.3 叶绿素含量测定
将新鲜叶片剪碎混匀后，称取 0.2 g放入25 mL容量瓶
中，加入丙 酮–乙醇–水混合液（体 积比为4.5 : 4.5 : 1）10
mL，盖上瓶塞，室温下置暗处浸提过夜，其间摇动3~4次. 次
日当叶片完全变白后，分别在663 nm、645 nm下测定吸光度，
计算叶绿素a含量（Chla）、叶绿素b含量（Chlb）和叶绿素总
量（Chl），单位为mg g-1 FW[9].
1.4 质膜相对透性测定
剪取新鲜叶片0.2 g，用蒸馏水洗净，剪碎，放入50 mL
具塞三角瓶内，然后加入20 mL蒸馏水 . 振荡（25 ℃，120 r
min-1）30 min后，室温下静置30 min，用DDS211A型（上海生
产）电导仪测定其电导值（S1）. 测定之后，将三角瓶放入沸水
浴中煮沸10 min，冷至室温，再次测定电导值（S2）[10].
1.5 丙二醛（MDA）含量测定
取新鲜叶片1 g，加2 mL 10%的三氯乙酸（TCA）和少许
石英砂，研磨至匀浆，用TCA定容至10 mL，4 000 r min-1离心
10 min，上清液为MDA粗提液，采用硫代巴比妥酸（TBA）
紫外分光光度法（UV5200，上海元析仪器有限公司生产）测
定，单位为µmol g-1 FW [11].
1.6 酶活性测定
超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定：取新鲜叶片0.5 g
于预冷的研钵中，加1 mL预冷磷酸缓冲液冰浴研磨成浆，
定容至5 mL，在4 ℃、5 000 r min-1下离心20 min，上清液即为
SOD粗提液，采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法测定，以抑制
NBT光下氧化还原的50%为一个酶活性单位 [11].
过氧化氢酶（CAT）活性的测定：取新鲜叶片1 g加入pH
7.8磷酸缓冲溶液少量，研磨成匀浆，转移至25 mL容量瓶中，
定容，过滤，滤液即为CAT粗提液，采用高锰酸钾滴定法测
定，单位为mg g-1 min-1 [11].
过氧化物酶（POD）活性测定：称取新鲜叶片0.5 g，加入
2 mL 5%的CaCl2溶液和0.05 g CaCO3，研磨，定容至50 mL，静
置，过滤，弃去最初10 mL，所得液体即为POD粗提液，采用
愈创木酚法测定，单位为mg g-1 min-1 [12].
所有样品测定均重复3次.
1.7 统计分析
采用单因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小显著性
差异法（LSD）检验不同生长阶段叶片的生理指标以及不同
Pb处理浓度下的植物叶片生理指标差异. 所有分析统计均在
SPSS 11.5统计软件上进行.
2 结果与分析
2.1 铅胁迫对藿香蓟叶绿素含量的影响
由图1可以看出，与对照相比较，在胁迫处理d 7、d 20、d
40、d 60时藿香蓟叶片Chla、Chlb和Chl含量随着Pb浓度的增
高而降低. Pb胁迫对藿香蓟叶片Chla含量影响除T6处理差异
显著（P＜0.05）外，其余各处理差异不显著（P＞0.05），而对
Chlb和Chl含量的影响除T6在d 7和d 20差异显著（P＜0.05）
外，其余不同处理在相同时期、相同处理在不同时期含量影
响差异不显著（P＞0.05）.
2.2 铅胁迫对藿香蓟叶片质膜相对透性的影响
图2显 示，随 着Pb胁迫处 理的浓度 增加和处 理时间延
长，藿香蓟叶片相对电导率加大，胁迫处理d 60时叶片相对
电导率比胁迫处理7 d的相对电导率增加70%左右. 与对照相
比，高浓度Pb胁迫处理对藿香蓟叶片相对电导率影响差异显
著（P＜0.05）.
2.3 铅胁迫对藿香蓟叶片MDA含量的影响
由图3可见，随着Pb胁迫处理的浓度增加和处理时间延
长，藿香蓟叶片MDA含量增加. 与对照相比，不同浓度Pb胁
迫处理对藿香蓟叶片MDA含量影响差异不显著（P＞0.05）.
2.4 铅胁迫对藿香蓟抗氧化酶活性的影响
由图4可见，随着Pb胁迫处理浓度增高，同一时期内藿
香蓟叶片SOD、POD和CAT酶活性均上升，在处理T3或T4时
达到最大值，之后活性开始逐渐下降. 并且随着胁迫处理时
间的延长，SOD活性在d 20、d 40和d 60时都高于胁迫处理d 7
时的活性，而POD活性则随着时间的延长，在d 20时急剧下
降，CAT活性则在胁迫处理d 60时活性急剧下降.
3 讨论与结论
Pb胁迫下叶绿素被破坏或降解将直接导致光合作用下
降，植物不能获得充足的养分，生长将受阻甚至停止. 本研究
表明，Pb胁迫下藿香蓟叶片Chl、Chla和Chlb含量均降低. 原
因是高浓度Pb破坏了叶绿素合成过程中所必需的叶绿素酸
酯还原酶的活性和影响了氨基–卜酮戊酸的合成，从而导致
植物的叶绿素含量减少，影响光合作用[13]，或者是因为Pb2+取
代了叶绿素分子中的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 [7]；也
可能是Pb胁迫抑制了叶绿体片层中捕光Chla/b-Pro复合体的
合成，改变了酶的构成，使酶失活，最终导致植物叶绿素含
量降低. 这与其他研究结果 [14~15]相似. 由于叶绿素是植物光合
作用的基础，因此，Pb胁迫下叶片叶绿素含量的降低必然影
响藿香蓟的光合作用以及生长发育.
植物叶片电导率能反映植物叶片受胁迫后的生理变化，
是测定细胞膜受伤害的生理指标之一，当植物受到伤害后，
细胞质膜透性越大，相对电导率上升，表明植物受伤害的程
度越严重 [16]. 同时，MDA在胁迫环境下的积累是植物对逆境
的一种质膜应激反应，通过渗透调节作用抵御膜脂过氧化作
用，稳定细胞的大分子结构，使细胞免受过氧化作用破坏或
6535 期 刘碧英等：藿香蓟（Ageratum conyzoides）对土壤铅胁迫的生理响应
削弱破坏程度[17]. 本研究表明，藿香蓟叶片在Pb胁迫处理下，
质膜相对透性和MDA含量随着土壤Pb浓度增加和胁迫时间
的延长而增加，说明随着土壤Pb胁迫程度的增加和胁迫时间
的延长，藿香蓟的生长发育受到遏制.
Pb胁迫条件下，植物体内保护酶活性的升高有利于清除
细胞内的自由基和活性氧（ROS），是适应胁迫环境的重要机
图1 铅胁迫对藿香蓟叶片叶绿素含量的影响
Fig. 1 Effect of lead stress on chlorophyll content in leaves of Ageratum conyzoides
不同字母代表同一时期不同Pb胁迫处理水平下差异显著性（P＜0.05）. 下同
Different letters indicate difference signifi cance at the level 0.05 among different treatments at the same time of Pb treatment. The same below
图2 铅胁迫对藿香蓟叶片相对电导率的影响
Fig. 2 Effect of lead stress on relative conductivity in leaves of A. conyzoides
654 17 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol
制[5, 18]，但不同植物种类和组织对Pb胁迫的响应存在差异[5, 19].
本研究表明，藿香蓟叶片的SOD、POD和CAT活性在较低Pb
胁迫水平时随着土壤Pb处理浓度的增加而增加，但在较高的
Pb胁迫水平时，保护酶活性降低，且随着胁迫处理时间的延
长，POD和CAT活性下降. 可能是在低浓度和短时间Pb胁迫
下，作为植物的自卫反应，保护酶活性升高可以清除植物体
内产生的ROS，防止植物细胞受损. 但在高浓度和长时间Pb
胁迫下，植物体内ROS的产生与清除平衡被打破，植物的抗
图3 铅胁迫对藿香蓟叶片MDA含量的影响
Fig.3 Effect of lead stress on malondialdehyde (MDA) content in leaves of A. conyzoides
图4 铅胁迫处理对藿香蓟叶片SOD、POD和CAT活性的影响
Fig. 4 Effect of lead stress on activities of SOD, POD and CAT in leaves of A. conyzoides
6555 期 刘碧英等：藿香蓟（Ageratum conyzoides）对土壤铅胁迫的生理响应
逆性下降，作为植物防御体系的酶活性也随之下降 [18, 20]. 这
表明，藿香蓟能在一定范围内适应土壤Pb胁迫，但当土壤Pb
浓度超过一定程度时，保护酶系统对氧化物质的清除作用降
低，植物细胞可能受到伤害，并且胁迫时间越长，植物受到
的伤害也就越大.
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