全 文 ：第 ３６ 卷第 １０ 期
２０１６年 ５月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１０
Ｍａｙ，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１２６００５９）
收稿日期：２０１４⁃１１⁃１３； 　 　 网络出版日期：２０１５⁃０９⁃２８
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｆｅｎｇｈａｎｑ＠ ｎｗｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４１１１３２２４４
冯汉青， 杜变变， 王庆文， 王荣方， 贾凌云， 孙坤， 周田宝．镉胁迫下活性炭对小麦幼根的保护作用．生态学报，２０１６，３６（１０）：２９６２⁃２９６８．
Ｆｅｎｇ Ｈ Ｑ， Ｄｕ Ｂ Ｂ， Ｗａｎｇ Ｑ Ｗ， Ｗａｎｇ Ｒ Ｆ， Ｊｉａ Ｌ Ｙ， Ｓｕｎ Ｋ， Ｚｈｏｕ Ｔ Ｂ．Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ
ｃａｄｍｉｕｍ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１０）：２９６２⁃２９６８．
镉胁迫下活性炭对小麦幼根的保护作用
冯汉青１，∗， 杜变变１， 王庆文１， 王荣方２， 贾凌云１， 孙　 坤１， 周田宝２
１ 西北师范大学生命科学学院，兰州　 ７３００７０
２ 西北师范大学化学化工学院，兰州　 ７３００７０
摘要：对镉处理下活性炭对小麦幼根的保护作用进行了研究。 在小麦幼根的水培环境中加入镉导致了小麦幼根根长的降低、干
重及鲜重的下降、细胞死亡水平上升和可溶性蛋白含量的增加。 将小麦幼根置于加入活性炭的水培环境中并未对小麦幼根的
根长、干重、鲜重、细胞死亡水平和可溶性蛋白的含量造成不良的影响，且在一定程度上促进了根的生长并降低了细胞的死亡水
平。 而在镉处理下加入活性炭则明显减缓了小麦幼根的根长的降低、干重及鲜重的下降、细胞死亡水平上升和可溶性蛋白含量
的增加。 上述观察表明，活性炭的加入对于镉和氯苯胁迫下小麦幼根具有一定的保护作用。
关键词：活性碳；镉；幼根；小麦
Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ
ｃａｄｍｉｕｍ ｓｔｒｅｓｓ
ＦＥＮＧ Ｈａｎｑｉｎｇ１，∗， ＤＵ Ｂｉａｎｂｉａｎ１， ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇｗｅｎ１， ＷＡＮＧ Ｒｏｎｇｆａｎｇ２， ＪＩＡ Ｌｉｎｇｙｕｎ１， Ｓｕｎ Ｋｕｎ１，
ＺＨＯＵ Ｔｉａｎｂａｏ２
１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０， Ｃｈｉｎａ
２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｓ： Ｏｕｒ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ｗｅｒｅ ｔｏ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ （ Ｔｒｉｔｉｃｕｍ
ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．） ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ （ｃａｄｍｉｕｍ） ｓｔｒｅｓｓ． Ｍｅｔｈｏｄｓ： Ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ， ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ， ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ， ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ， ａｎｄ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｗｅｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ． Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｉｎｄｉｎｇｓ： Ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ， ｔｈｅ
ｌｅｎｇｔｈ， ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ， ａｎｄ ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ ａｎｄ
ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅｓｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｃａｕｓｅｓ ｏｂｖｉｏｕｓ
ｄａｍａｇｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ． Ｓｏｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｈａｄ ｎｏ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ， ｄｒｙ
ｗｅｉｇｈｔ， ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ， ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ， ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｔｏ ｓｏｍｅ
ｅｘｔｅｎｔ． Ｆｕｒｔｈｅｒ， ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ， ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ， ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ， ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ， ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｒｏｏｔｓ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ
ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ， ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ， ａｎｄ ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ
Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｕｎｄｅｒ
Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ． Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｃａｎ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ａｇａｉｎｓｔ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ； ｃａｄｍｉｕｍ； ｒｏｏｔ； ｗｈｅａｔ
由于活性炭具有强大的吸附作用且易于制备，从而被广泛应用于工业、材料以及医疗等多个科学领域。
尽管活性炭并不是植物自身所需要的成分，但近年来活性炭也逐渐应用于植物学和生态学的研究当中。 研究
发现，在植物生长培养基中加入适量的活性炭可以显著改善培养基成分的比例、为根的生长创造暗环境、增加
通气量、并能够吸附培养基中抑制植物生长的物质，从而在植物的微繁殖、体细胞胚发生、花药培养、原生质体
培养中发挥了一定的作用［１⁃５］。 此外，植物叶片所产生的挥发性化合物和根部所产生的代谢物在植物与昆虫
的相互作用以及在植物间的信息交流中起着重要作用；而由于活性炭对这些有机物具有较强的吸收作用，其
也被作为一种有力的工具去研究这些植物所产生的化合物的含量、组分以及生理及生态学作用［６⁃７］。
随着人类活动对自然环境影响的不断加剧，环境污染的问题日益严重。 其中，最为严重的问题之一是重
金属离子和有机物对环境的污染。 这两大类污染物通过水体大量地进入植物体内。 在污染环境的诸多重金
属中，镉（Ｃｄ）在生物体内的蓄积性及毒性较强。 研究发现，当镉在植物体内积累到一定程度时，会导致植物
生长迟缓、营养元素的吸收受阻、光合作用和呼吸作用水平下降、褪绿乃至植物死亡［８⁃１１］。 因此，镉严重破坏
了植物在生态环境中的生长并对农业生产构成了一定的威胁。
如何减少重金属离子对植物的影响始终是植物学和生态学研究的重点和难点问题。 由于活性炭同时具
有吸附金属离子的作用［１２］；因此，在植物受到重金属离子的胁迫下，活性炭的使用应有望成为一种对植物进
行保护的有效方式。 然而，目前国内外往往只对活性炭对金属离子的吸附作用进行的研究，而活性炭是否能
够起到缓解金属离子对植物的毒害作用则研究甚少。
基于此，本文以小麦幼根为材料，研究了在重金属离子镉的胁迫下，活性炭对小麦幼根的保护作用。 相信
该研究能够进一步丰富活性炭在植物及生态学研究领域的应用思路，并能对如何减少重金属离子对植物的毒
害这一问题的解决提供一定的借鉴和参考。
１　 材料及方法
１．１　 植物材料的培养
将供试验材料小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．）品种为春小麦绵杂麦 １６８。 种子用水冲洗 ５—６次，并用 ０．１％的
ＮａＣｌＯ表面消毒 １５ ｍｉｎ，之后用蒸馏水冲洗 ３—５次以去除种子表面残余的 ＮａＣｌＯ。 此后将种子放于培养皿
中用湿纱布覆盖，在 ２８℃黑暗条件下催芽。 待露白之后选取露白一致的种子放置于平展开的纱布上，并将纱
布置于盛有蒸馏水的培养皿上，用皮筋固定紧绷纱布，使根生长于蒸馏水中。 在 ２８℃下培养生长。
１．２　 材料处理及方法
对于 Ｃｄ的处理：待根长到 ２—３ ｃｍ左右时（在该时期，幼苗尚未完全进入光合生长阶段，故而能降低光
合作用产物向根部输送而干扰根对镉的耐受性），选取长势一致的小麦幼苗，用同样的方法将小麦幼苗的幼
根并分别进行以下处理：１）置于蒸馏水（对照组）；２）置于含有 ２５、５０ ｍｇ ／ Ｌ或 １００ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液中；
３）置于加入了活性炭的蒸馏水（添加比例为每升蒸馏水 ３ｇ 活性炭）中；４）置于加入了活性炭的 ２５、５０、１００
ｍｇ ／ Ｌ Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液（添加比例为每升溶液 ３ｇ活性炭）中。 在上述不同溶液中培养 ２４ ｈ 或 ４８ ｈ 后进行以下
数据的测量。 每个处理为 ５株小麦，实验为 ４次独立实验的平均值。
１．３　 幼根长度的测定
将幼苗小心地从处理液中取出，立刻用蒸馏水冲洗 ５—６次，参考 Ｈｅ等［１３］所报道的方法测量根长并记录
数据。
１．４　 幼根鲜重和干的重测定
根用蒸馏水冲洗 ５—６次后，用吸水纸将表面水分吸干，用分析天平测其鲜重，记录数据后放入烘箱，
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１００℃烘箱加热 ３０ ｍｉｎ，然后在（８０±１）℃ 烘干至恒重，用分析天平称其干重。
１．５　 可溶性蛋白质含量的测定
将幼根切下，称重后放入研钵中，加 ５ ｍＬ蒸馏水研磨成匀浆，放置 ０．５—１ｈ后在 ４ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ离心 ２０ ｍｉｎ，
弃去沉淀，上清液转入另一离心管，并以蒸馏水定容所得提取液。 吸取提取液 ０．１ｍＬ，加入 ５ｍＬ 考马斯亮蓝
Ｇ⁃２５０蛋白溶液，充分混合，放置 ２ ｍｉｎ后用在 ５９５ｎｍ下比色，记录吸光值，并依标准曲线计算蛋白质含量。
１．６　 根细胞死亡程度
根细胞死亡程度参照 Ｈｕｎｇ等［１４］所报道的方法进行。 将处理后的小麦幼根用蒸馏水清洗、吸干，在室温
下浸泡于质量百分数 ０．２５％的伊文思蓝溶液中染色 ２０ ｍｉｎ。 随后取出小麦幼根， 用水清洗表面的伊文思蓝
染液 １５ｍｉｎ，以去除过量的及未结合在细胞中的染料。 然后将幼根放置在蒸馏水中过夜。 之后，将幼根切成
均匀小段，放入 ５ ｍＬ质量分数为 ５０％的甲醇和 １％ ＳＤＳ（十二烷基磺酸钠）的混合提取液中，在 ５０ ℃下水浴 １
ｈ，将含有伊文思蓝的提取液在 ５９５ ｎｍ处测量 ＯＤ值（光吸收值）。
１．７　 统计学分析
以上测量取 ４次以上的独立实验结果的平均值，并将数值表示为平均值±标准偏差（ＳＤ）。 使用方差检验
的 Ｋｒｕｓｋａｌｌ⁃Ｗａｌｌｉｓ单因素分析的数据进行分析。 以 Ｐ＜０．０５为有统计学上的显著性差异。
２　 结果与分析
图 １　 不同处理对小麦幼根根长的影响
　 Ｆｉｇ． １ 　 Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ
ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ′ ｒｏｏｔｓ
数值为 ４次平行实验的平均值±标准差，不同字母表示在同一
浓度的 Ｃｄ处理下数值之间在 Ｐ ＜ ０．０５ 水平上具有显著性差
异；∗表示 Ｃｄ处理下数值较之对照在 Ｐ ＜ ０．０５水平上具有显
著性差异
２．１　 在不同 Ｃｄ浓度处理下活性炭对小麦幼根的保护作用
将小麦幼苗分别置于含有 ２５、５０ ｍｇ ／ Ｌ或 １００ ｍｇ ／ Ｌ的
Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液中处理 ２４ ｈ，并以置于蒸馏水中的小麦幼根
作为对照。 结果显示，在上述不同浓度的 Ｃｄ处理 ２４ ｈ后，
小麦幼根的根长较之对照显著性下降（图 １）。 用加入活
性炭（ＡＣ）的蒸馏水处理小麦幼苗，发现和对照相比，单独
活性炭（ＡＣ）的处理使得小麦幼根的根长有所增加。 而在
Ｃｄ溶液中加入活性炭（ＡＣ＋Ｃｄ）则显著性缓解了 Ｃｄ 处理
对小麦幼根的根长的抑制作用。 较之在 ２５、５０ ｍｇ ／ Ｌ或 １００
ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ单独处理下，在上述不同 Ｃｄ 溶液中加入活性
炭使得小麦幼根的根长分别显著性增加了约 １．３、１．６ 倍和
１．５倍（图 １）。
在不同浓度的 Ｃｄ处理 ２４ ｈ 后，小麦幼根的鲜重和干
重较之对照也显著性下降（图 ２）。 和对照相比，单独活性
炭的处理对小麦幼根的鲜重和干重无显著性差异。 而在
Ｃｄ溶液中加入活性炭（ＡＣ＋Ｃｄ）则显著性缓解了 Ｃｄ 处理
对小麦幼根的鲜重和干重的降低作用。 较之在 ２５、５０
ｍｇ ／ Ｌ或 １００ ｍｇ ／ Ｌ 的 Ｃｄ 单独处理下，在上述不同 Ｃｄ 溶液
中加入活性炭使得小麦幼根的鲜重分别显著性增加了约 １．５、１． ６倍和 １．３ 倍（图 ２）；而使得小麦幼根的干重
分别显著性增加了 １．２、１．７倍和 １．４倍（图 ２）。
测量表明，和对照相比，小麦幼根的可溶性蛋白质含量在 Ｃｄ处理下显著性上升。 而较之在的 Ｃｄ 单独处
理下，在 Ｃｄ处理下加入活性炭则使得可溶性蛋白质的含量显著性下降 （图 ３）。 较之在 ２５、５０ ｍｇ ／ Ｌ 或 １００
ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ单独处理下，在上述不同 Ｃｄ溶液中加入活性炭使得小麦幼根可溶性蛋白质的含量分别显著性降
低了约 ２７％，２７％和 １０％（图 ３）。
同时本研究对上述不同处理下的小麦幼根细胞的死亡程度进行了研究。 结果表明，与对照组相比，单独
４６９２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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图 ２　 不同处理对小麦幼根鲜重和干重的影响
Ｆｉｇ．２　 Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ′ ｒｏｏｔｓ
数值为 ４次平行实验的平均值±标准差，不同字母表示在同一浓度的 Ｃｄ处理下数值之间在 Ｐ ＜ ０．０５ 水平上具有显著性差异；星号表示 Ｃｄ
处理下数值较之对照在 Ｐ ＜ ０．０５水平上具有显著性差异
ＡＣ处理下根细胞死亡程度有一定的下降。 而 Ｃｄ处理下的根细胞死亡程度较之对照显著性增加。 较之在 Ｃｄ
单独处理下，在 Ｃｄ溶液中加入活性炭使得小麦幼根幼根细胞死亡水平有所降低。 其中，在 ５０ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ 对
细胞死亡的缓解作用最为明显，缓解了约 １４％（图 ４）。
图 ３　 不同处理对小麦幼根可溶性蛋白水平的影响
　 Ｆｉｇ．３　 Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ
ｐｒｏｔｅｉｎ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ′ ｒｏｏｔｓ
数值为 ４次平行实验的平均值±标准差，不同字母表示在同一浓
度的 Ｃｄ处理下数值之间在 Ｐ ＜ ０．０５ 水平上具有显著性差异；星
号表示 Ｃｄ处理下数值较之对照在 Ｐ ＜ ０．０５水平上具有显著性差
异
图 ４　 不同处理对小麦幼根细胞死亡水平的影响
　 Ｆｉｇ． ４ 　 Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ
ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ′ｒｏｏｔｓ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ
数值为 ４次平行实验的平均值±标准差，不同字母表示在同一
浓度的 Ｃｄ处理下数值之间在 Ｐ ＜ ０．０５水平上具有显著性差
异；星号表示 Ｃｄ处理下数值较之对照在 Ｐ ＜ ０．０５水平上具有
显著性差异
选取了 ５０ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ溶液处理下小麦幼根细胞进行伊文思蓝染色发现：５０ ｍｇ ／ Ｌ Ｃｄ处理下的根细胞染
色程度与对照组相比明显加深。 单独 ＡＣ处理下小麦幼根细胞染色程度略浅于对照；而 Ｃｄ和 ＡＣ共同处理后
的小麦幼根与单独 Ｃｄ处理下的小麦幼根相比，前者染色程度明显性低于后者（图 ５）。 上述结果表明，ＡＣ 的
加入明显缓解了 ５０ ｍｇ ／ Ｌ Ｃｄ处理下幼根细胞的死亡，可见 Ｃｄ处理下 ＡＣ的加入对小麦幼根细胞具有一定的
５６９２　 １０期 　 　 　 冯汉青　 等：镉胁迫下活性炭对小麦幼根的保护作用 　
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保护作用。
图 ５　 利用伊文思蓝染色检测不同处理下小麦幼根死亡程度
Ｆｉｇ．５　 Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ′ｒｏｏｔｓ ｅｘａｍｉｎｅｄ ｕｓｉｎｇ Ｅｖａｎｓ ｂｌｕｅ ｓｔａｉｎｉｎｇ ａｓｓａｙ
２．２　 在同一 Ｃｄ浓度不同时间处理下活性炭对小麦幼根的保护作用
为了进一步探索在 Ｃｄ处理不同时间下活性炭对小麦幼根的保护作用。 将小麦幼苗置于 １００ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ
（ＮＯ３） ２溶液中分别处理 ２４ｈ或 ４８ｈ。 并在 Ｃｄ溶液处理不同时间下，比较了 Ｃｄ单独处理和在 Ｃｄ 溶液中加入
活性炭（ＡＣ＋Ｃｄ）处理下小麦幼根参数的差异。 实验发现，在 Ｃｄ溶液 ４８ ｈ下活性炭对小麦幼根的保护作用强
于在 ２４ ｈ下。 在 １００ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液处理 ２４后，Ｃｄ处理和 ＡＣ＋Ｃｄ处理下小麦幼根根长、鲜重和干重
的差值分别为 ０．９６ ｃｍ、４ ｍｇ 和 ０．２９ ｍｇ；而在 Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液处理 ４８ ｈ后，Ｃｄ处理和 ＡＣ＋Ｃｄ处理下小麦幼根
根长的差值为 ２．１２ ｃｍ、１３ ｍｇ 和 １．５９ ｍｇ（图 ６）。 而在 １００ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液处理 ２４ ｈ后，Ｃｄ处理和 ＡＣ
＋Ｃｄ处理下幼根蛋白质含量和细胞死亡的差值分别为 １．６９ ｍｇ ／ ｇ 和 ０．００８２；而在 Ｃｄ（ＮＯ３） ２溶液处理 ４８ｈ 后，
Ｃｄ处理和 ＡＣ＋Ｃｄ处理下小麦幼根根长的差值为 ２．４１ ｍｇ ／ ｇ 和 ０．０１６（图 ６）。
３　 讨论
根是植物经受水体或土壤中污染物的主要器官。 本研究发现，不同浓度的 Ｃｄ 处理导致了小麦根长和生
物量（鲜重及干重）的显著性降低（图 １和图 ２）以及细胞死亡的发生（图 ４ 和图 ５），表明了 Ｃｄ 胁迫抑制了小
麦根的生长；而由于植物组织的生长抑制和生物量的下降是细胞死亡的必然结果，因而提示了 Ｃｄ 对小麦根
生长和生物量的抑制作用可能和其导致了细胞死亡有关。
有学者认为，植物在受到环境胁迫时会大量合成一些可溶性蛋白质来保护或维持植物的基本结构或功
能［１５⁃１６］。 Ａｌａｙａｔ 等［１７］报道了 Ｃｄ处理引起了小麦叶片可溶性蛋白含量上升，且可溶性蛋白含量的上升水平和
Ｃｄ处理浓度正相关。 Ｋａｖｉｔａ 和 Ｄｕｂｅｙ发现，Ｃｄ也可以通过抑制蛋白酶的活性而导致了植物中可溶性蛋白含
量的上升［１８］。 因此，尽管 Ｃｄ胁迫下可溶性蛋白含量的变化有着较为复杂的机理，但可溶性蛋白含量的上升
反映了植物受到了 Ｃｄ 的胁迫压力。 而本研究也发现，不同浓度的 Ｃｄ 引起了根可溶性蛋白含量的增加
（图 ３）。
单独对小麦根施加活性炭使得根长略有增加，也使得根细胞死亡程度有所降低，但其对小麦幼根的鲜重、
干重以及可溶性蛋白质的含量无显著性影响（图 １—图 ５），这表明了在非胁迫环境下加入活性炭能够在一定
程度上优化根的生长和细胞活力。 推测这可能是由于活性炭可以增加根部的通气量和吸附植物的代谢废
物［１⁃５］所致。 而在不同浓度的 Ｃｄ 处理下，活性炭均能够在不同程度上减缓小麦幼根根长、干重及鲜重的下
降，以及细胞死亡水平和可溶性蛋白含量的增加（图 １—图 ５）。 本文还进一步研究了在较长时间 Ｃｄ 胁迫下
活性炭对小麦幼根的保护作用。 以 １００ ｍｇ ／ Ｌ的 Ｃｄ溶液处理 ２４ ｈ和 ４８ ｈ 为例：在 Ｃｄ 溶液处理 ４８ ｈ 下活性
炭对小麦幼根的保护作用较之在 ２４ ｈ下更加明显（图 ６）。 综上的结果显示，活性炭的加入能起到缓解 Ｃｄ 对
６６９２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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图 ６　 不同时间 Ｃｄ（１００ ｍｇ ／ Ｌ）处理下活性炭对小麦幼根的保护作用
Ｆｉｇ．６　 Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｃａｄｍｉｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ
数值为 ４次平行实验的平均值±标准差
植物的毒害作用。
以前的研究表明，活性炭对水中的 Ｃｄ具有较强的吸附性能［１２］，因而，活性炭对于镉处理下小麦幼根的保
护作用可能主要归结于活性炭对 Ｃｄ 的吸附。 而 Ｒａｏ 等的工作表明，随着活性炭剂量的增加，活性炭的可交
换位点及表面积不断上升，因而可以进一步提高对 Ｃｄ 的吸附性［１９］。 在植物生长的过程中，活性炭可能吸附
了 Ｃｄ与根代谢物所形成的其他可能抑制根细胞生长或活力的化合物，其细节化的机理有待探讨。 同时，除
了 Ｃｄ 之外，活性炭能够对多种污染性的重金属及有机物进行吸附［２０⁃２１］。 因此，施加活性炭有望成为减少重
金属离子和有机物对植物毒害的有效方式。 但活性炭的剂量必须以考虑其成本为前提。 本实验室通过生物
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