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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 2 期摇 摇 2012 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
北部湾秋季底层鱼类多样性和优势种数量的变动趋势 王雪辉,邱永松,杜飞雁,等 (333)……………………
中国大陆鸟类和兽类物种多样性的空间变异 丁晶晶,刘定震,李春旺,等 (343)………………………………
粉蝶盘绒茧蜂中国和荷兰种群学习行为及 EAG反应的比较 王国红,刘摇 勇,戈摇 峰,等 (351)………………
君主绢蝶的生物学及生境需求 方健惠,骆有庆,牛摇 犇,等 (361)………………………………………………
西南大西洋阿根廷滑柔鱼生物学年间比较 方摇 舟,陆化杰,陈新军,等 (371)…………………………………
城市溪流中径流式低坝对底栖动物群落结构的影响 韩鸣花, 海燕,周摇 斌,等 (380)…………………………
沉积再悬浮颗粒物对马氏珠母贝摄食生理影响的室内模拟 栗志民,申玉春,余南涛,等 (386)………………
太平洋中西部海域浮游植物营养盐的潜在限制 徐燕青,陈建芳,高生泉,等 (394)……………………………
几株赤潮甲藻的摄食能力 张清春,于仁成,宋静静,等 (402)……………………………………………………
高摄食压力下球形棕囊藻凝聚体的形成 王小冬,王摇 艳 (414)…………………………………………………
大型绿藻浒苔藻段及组织块的生长和发育特征 张必新,王建柱,王乙富,等 (421)……………………………
链状亚历山大藻生长衰亡相关基因的筛选 仲摇 洁,隋正红,王春燕,等 (431)…………………………………
太湖春季水体固有光学特性及其对遥感反射率变化的影响 刘忠华,李云梅,吕摇 恒,等 (438)………………
程海富营养化机理的神经网络模拟及响应情景分析 邹摇 锐,董云仙,张祯祯,等 (448)………………………
沙质海岸灌化黑松对蛀食胁迫的补偿性响应 周摇 振,李传荣,许景伟,等 (457)………………………………
泽陆蛙和饰纹姬蛙蝌蚪不同热驯化下选择体温和热耐受性 施林强,赵丽华,马小浩,等 (465)………………
麦蚜和寄生蜂对农业景观格局的响应及其关键景观因子分析 赵紫华,王摇 颖,贺达汉,等 (472)……………
镉胁迫对芥蓝根系质膜过氧化及 ATPase活性的影响 郑爱珍 (483)……………………………………………
生姜水浸液对生姜幼苗根际土壤酶活性、微生物群落结构及土壤养分的影响
韩春梅,李春龙,叶少平,等 (489)
…………………………………
………………………………………………………………………………
九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 罗摇 毅,程显好,张聪聪,等 (499)………………………………………
土霉素暴露对小麦根际抗生素抗性细菌及土壤酶活性的影响 张摇 昊,张利兰,王摇 佳,等 (508)……………
氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响 沈芳芳,袁颖红,樊后保,等 (517)………………
火炬树雌雄母株克隆生长差异及其光合荧光日变化 张明如,温国胜,张摇 瑾,等 (528)………………………
湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 潘春翔,李裕元,彭摇 亿,等 (538)……………………
祁连山东段高寒地区土地利用方式对土壤性状的影响 赵锦梅,张德罡,刘长仲,等 (548)……………………
沙质草地生境中大型土壤动物对土地沙漠化的响应 刘任涛,赵哈林 (557)……………………………………
腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 张摇 威,章高森,刘光琇,等 (567)……………………
塔克拉玛干沙漠南缘玉米对不同荒漠化环境的生理生态响应 李摇 磊,李向义,林丽莎,等 (578)……………
内蒙古锡林河流域羊草草原 15 种植物热值特征 高摇 凯,谢中兵,徐苏铁,等 (588)……………………………
不同密度条件下芨芨草空间格局对环境胁迫的响应 张明娟,刘茂松,徐摇 驰,等 (595)………………………
环境因子对巴山冷杉鄄糙皮桦混交林物种分布及多样性的影响 任学敏,杨改河,王得祥,等 (605)……………
海藻酸铈配合物对毒死蜱胁迫下菠菜叶片抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环的影响
栾摇 霞,陈振德,汪东风,等 (614)
……………………………………
………………………………………………………………………………
城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征———以厦门市为例 黄聚聪,赵小锋,唐立娜,等 (622)……
基于遥感和 GIS的川西绿被时空变化研究 杨存建,赵梓健,任小兰,等 (632)…………………………………
亚热带城乡复合系统 BVOC排放清单———以台州地区为例 常摇 杰,任摇 远,史摇 琰,等 (641)………………
研究简报
不同水分条件下毛果苔草枯落物分解及营养动态 侯翠翠,宋长春,李英臣,等 (650)…………………………
大山雀对巢箱颜色的识别和繁殖功效 张克勤,邓秋香,Justin Liu,等 (659)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*330*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄01
封面图说: 雄视———中国的金丝猴有川、黔、滇金丝猴三种,此外还有越南和缅甸金丝猴两种。 金丝猴是典型的森林树栖动物,常
年栖息于海拔 1500—3300m的亚热带山地、亚高山针叶林,针阔叶混交林,常绿落叶阔叶混交林中,随着季节的变化,
只在栖息的生境中作垂直移动。 川金丝猴身上长着柔软的金色长毛,十分漂亮。 个体大、嘴角处有瘤状突起的是雄性
金丝猴的特征。 川金丝猴只分布在中国的四川、甘肃、陕西和湖北省。 属国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 2 期
2012 年 1 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 2
Jan. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:山东省食用菌技术“泰山学者冶建设工程专项经费资助;山东省自然科学基金联合专项资助(ZR2010CL005)
收稿日期:2010鄄11鄄30; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄09
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: chengxianhao@ sohu. com
DOI: 10. 5846 / stxb201011301704
罗毅, 程显好, 张聪聪, 李维焕, 于德洋.九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集.生态学报,2012,32(2):0499鄄0507.
Luo Y, Cheng X H, Zhang C C, Li W H, Yu D Y. Manganese tolerance and accumulation in mycelia of Cordyceps kyusyuensis. Acta Ecologica Sinica,
2012,32(2):0499鄄0507.
九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集
罗摇 毅, 程显好*, 张聪聪, 李维焕, 于德洋
(鲁东大学菌物科学与技术研究院,生命科学学院,烟台摇 264025)
摘要:重金属耐性真菌的研究是生物修复的重要研究内容。 研究了九州虫草(Cordyceps kyusyuensis)对于 Mn的耐性及富集。 在
液体培养基中添加不同浓度(0—60 g / L)的 Mn离子,测定其菌丝生物量、菌丝 Mn含量、菌丝抗氧化酶活性和过氧化水平以及
菌体细胞离子交换量、Mn在细胞中的分布的变化情况。 实验结果表明九州虫草菌丝生物量与 Mn浓度呈显著负相关,Mn浓度
60 g / L为九州虫草菌丝生长极限浓度。 菌丝中 Mn含量随培养基中 Mn浓度的增大而显著升高,10 g / L Mn时,菌丝细胞中 Mn
积累量达到细胞干重的 1. 0013% 。 九州虫草菌丝中过氧化产物丙二醛(MDA)、可溶性蛋白(SP)含量、可溶性糖浓度与培养基
中 Mn浓度呈负相关,实验组与对照组差异显著。 抗氧化酶(过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD))
活性随着培养基中 Mn 浓度增大而显著升高,但变化趋势不同。 九州虫草菌丝细胞不可溶性组分中 Mn 的量(91郾 51%—
98郾 6% )显著高于可溶部分(1. 40%—8. 49% )。 九州虫草菌丝细胞壁离子交换量(CEC)随着培养基中 Mn 浓度的升高变化不
明显。 说明在九州虫草菌丝对 Mn的富集过程中,其细胞壁、细胞膜和细胞器对于 Mn结合发挥了主要作用,细胞质中可溶性成
分对 Mn的结合发挥次要作用。 在 Mn 的胁迫下,增强抗氧化酶系统的协同作用以清除大量自由基是细胞对锰耐性的重要
机制。
关键词:生物修复;抗氧化物酶;膜脂过氧化;离子交换量;超积累
Manganese tolerance and accumulation in mycelia of Cordyceps kyusyuensis
LUO Yi, CHENG Xianhao*, ZHANG Congcong, LI Weihuan, YU Deyang
Institute of Mycological Science and Technology, College of Life Science, Ludong University, Yantai, 264025, China
Abstract: The study of fungi resistance to heavy metals is a very important part in the bioremediation. In this paper we
report the Mn resistance and hyperaccumulation in Cordyceps kyusyuensis in terms of mycelia biomass, manganese content in
mycelia, antioxidant enzyme activities, peroxidation level, cation exchange capacity ( CEC) of mycelia cells, and the
distribution of manganese in cells in submerged culture supplemented with Mn2+ concentrations from 0 to 60 g / L. The
results showed that the mycelia biomass of C. kyusyuensis was negatively correlated with manganese concentration, and the
upper limit of Mn2+ concentration for mycelia growth was 60 g / L. At a Mn2+ concentration of 70 g / L or above, the mycelia
growth was completely inhibited. The manganese content in mycelia increased significantly with the increase in Mn2+
concentration in the culture medium when the Mn2+ concentration in the culture medium was below 60 g / L, up to 1郾 0013%
manganese content based on the dry weight of mycelia was approached when the manganese concentration in the culture
medium was 10 g / L. The contents of malondialdehyde (MDA), soluble protein (SP) and soluble sugar in mycelia of C.
kyusyuensis were negatively correlated with the Mn concentration in the culture media, which were significantly different
between the control and the group treated with manganese in the culture medium. The activity of antioxidant enzymes
including peroxidase (POD), catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) in mycelia of C. kyusyuensis all increased
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with the increase in the initial Mn concentration in the culture media, but the mode of change in those indices varied
greatly. The manganese content in the insoluble components (91. 51%—98郾 6% ) were much higher than that (1郾 4%—8.
49% ) in the soluble part of the mycelia cells. The cation exchange capacity (CEC) in C. kyusyuensis mycelia did not show
significant change with the increase in Mn concentration in the media. The cell wall, cell membrane and organelles of C.
kyusyuensis played major roles in binding the manganese ions in manganese accumulation, while the soluble components in
cytoplasm played a minor role. Under manganese stress, the joint action of antioxidant enzyme in removing the great amount
of free radicals due to peroxidation and maintaining the normal metabolism of cells is important in the mechanisms of
manganese resistance in C. kyusyuensis. Compared with other fungi, the resistance to manganese stress in C. kyusyuensis is
relatively high with a threshold of 60 g / L, and its ability to hyperaccumulate manganese is also very high. Our experiments
showed that the manganese accumulated in the mycelia on dry weight basis was 1. 0013% , just approached 1% , the
threshold of hyperaccumulation, this makes the macrofungi C. kyusyuensis a potential hyperaccumulator for manganese. The
high resistance to manganese stress and the high ability to accumulate manganese under submerged culture suggest that C.
kyusyuensis may be applied to the bioremediation of contaminated water and soil. On the other hand, manganese content in
the mycelia should be monitored and proven safe when C. kyusyuensis is used for medical purposes due to the ability to
hyperaccumulate manganese in this fungus.
Key Words: bioremediation; antioxidant enzymes; lipid peroxidation; cation exchange capacity; hyperaccumulation
由于锰矿、电解锰废水和矿渣的排放,造成了世界各国水体、土壤及周围环境的锰污染。 如何安全、高效
地修复锰污染水源和土壤,是一项迫切需要解决的新课题[1鄄2]。 生物修复因具有费用低、操作简便和对环境
影响小等优势,近些年来受到极大的关注[3鄄6]。 其取得的研究成果主要包括:Jan Borovicka 于 2007 年提出了
重金属超富集大型真菌的概念[7], Stijve等发现紫星裂盘菌(Sarcosphaera coronaria)对砷具有超富集能力[8],
而 Jan Borovicka等发现松果鹅膏菌(Amanita strobiliformis)和角鳞白鹅膏菌(Amanita solitaria)对银具有超富
集能力[9],程显好等发现蛹虫草(Cordyceps militaris)具有锌离子的超强耐性和富集能力[10]。 然而,近 10 a 的
研究中还没有具有 Mn超富集能力的大型真菌的报道,只有研究表明,欧洲未污染地区的野生蘑菇中 Mn的含
量都在 10—60mg / kg 干重范围内[11]。
当前,重金属耐性菌株的选育及其富集、耐性机制研究已成为生物修复领域研究的热点。 国内这方面的
研究尚处于起步阶段。 九州虫草(Cordyceps kyusyuensis A. Kawam. )是寄主为豆天蛾(Clanisbilineata Walker)
幼虫的虫草真菌,无性型为九州轮枝菌(Skyushuensis Verficillium kyushue),是一种大型子囊真菌。 九州虫草可
以以菌丝体形态营养生长,也可以形成子座形式的子实体。 本文以液体培养九州虫草菌丝体为研究对象,研
究不同浓度 Mn对九州虫草菌丝生长的影响,对菌丝过氧化程度和抗氧化酶活力的变化的影响,对菌丝体中
对 Mn的积累和在细胞中的分布的影响,以及对菌丝细胞壁吸附能力的影响,探讨了九州虫草对 Mn的耐性和
富集机制。 研究工作为获得有效治理 Mn污染的微生物菌株提供候选资源,并可以为 Mn污染水体、土壤的生
物修复提供理论依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 实验材料
九州虫草(Cordyceps kyusyuensis)CFCC89250 购于中国林业微生物菌种保藏管理中心。
1. 2摇 菌种培养
菌株保存于马铃薯琼脂培养基试管斜面,试管斜面接种菌株后,于 25 益培养 6 d,然后置于 4 益下保存。
液体菌丝培养基配方:葡萄糖 20 g,蛋白胨 5 g,酵母浸粉 5 g,MgSO4·7H2O 5 g,KH2PO4 5 g、蒸馏水 1000
mL, pH值 7. 0。 取培养好的试管斜面菌株接种到三角瓶中,接种量 5mm3 /瓶。 液体培养基中 Mn浓度设定为
0、10、20、30、40、50、60 g / L Mn(MnSO4·H2O),每个浓度 4 个重复。 于 25 益,150 r / min摇瓶培养 6 d。
005 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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1. 3摇 菌丝生物量测定
菌丝生物量测定:液体培养基中培养了 6 d 的新鲜菌丝取出,用 200 目滤布过滤,去离子水冲洗 3 次,充
分洗去附带的培养基成分,洗过的培养物于 105 益烘干至恒重,称重。
1. 4摇 锰含量的测定
称取 0. 1 g烘干至恒重的菌丝样品,加入 10 mL的浓硝酸 /高氯酸(体积分数)为 4 颐1 的消化液在沸水浴
中加热至澄清,用去离子水在 100 mL容量瓶中定容后采用原子吸收分光光度仪进行测定(AA800 型,美国 PE
公司,附带微机和打印机) [12],重复 3 次。 测试条件为:波长 285. 2 nm,狭缝 3 mm,灯电流 5 mA,灯电压 170
V,空气流量 0. 15 MPa / min,乙炔流量 0. 05 MPa / min。
1. 5摇 丙二醛(MDA)含量和可溶性糖(soluble sugers)浓度的测定
根据 Heath和 Pcker[13]方法,测定脂质过氧化产物 MDA含量。 菌丝体培养物于 5000 r / min离心 20 min,
取 0. 2 g新鲜菌丝于 4 mL 0. 3mol / L三氯乙酸(TCA)中充分研磨,12000 r / min离心 10 min。 取 2 mL上清液,
加入 0. 3 mmol / L TCA,42 mmol / L 硫代巴比妥酸(TBA)。 混合液 96 益加热 10 min,立即冰浴停止反应。
10000 r / min离心 15 min后,分别在 532、600、450 nm波长下测定吸光值,重复 3 次。 MDA(滋mol / L)含量和可
溶性糖浓度用 Heath 和 Packer公式计算。 脂质过氧化产物浓度单位为 滋mol / g(鲜重)。
1. 6摇 抗氧化物酶测定
1. 6. 1摇 酶液制备
菌丝体培养物于 5000 r / min离心 20 min,取新鲜菌丝于预冷研钵中(4 益),加入酶提取液(磷酸缓冲液,
pH值=6. 0),冰浴充分研磨成匀浆,镜检至细胞完全破裂。 在 4 益下以 15000 r / min离心 15 min,取上清液进
行抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量的测定[14],重复 3 次。
1. 6. 2摇 抗氧化物酶活性的测定
SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法[15]测定,以每克菌丝(鲜重)抑制 NBT 光化还原量为 1 个酶活
单位。
POD活性测定采用愈创木酚法[16],以每克菌丝(鲜重)每分钟氧化 1 滋mol愈创木酚为 1 个酶活单位。
CAT活性测定采用紫外吸收法[17],以每克菌丝(鲜重)每分钟分解 1 滋molH2O2为 1 个酶活单位。
1. 6. 3摇 可溶性蛋白(SP)含量的测定
可溶性蛋白含量的测定采用 Folin鄄lowry法[18]。
1. 7摇 锰在细胞的可溶性组分与不可溶性组分中的分布
菌丝培养物以 50 滋m滤膜抽滤,再以去离子水冲洗菌丝 3 遍,3 g 菌丝加 30 mL 去离子水,在超声时间
30 s、超声次数 8 次、间隔时间 10 s、4 益条件下,破碎细胞。 镜检,在细胞完全破碎时停止超声处理。 细胞破
碎液于 12000 r / min离心 30 min,分离上清液和沉淀部分,为细胞的可溶性组分和不可溶性组分[19]。 可溶性
组分直接以原子吸收分光光度仪(AA800 型,美国 PE公司, 附带微机和打印机)测定 Mn含量,不可溶性组分
消化后测定 Mn含量,重复 3 次。
1. 8摇 菌丝细胞壁离子交换量(CEC)的测定
取菌丝体培养物,以 50 滋m滤膜抽滤,再用去离子水冲洗菌丝 3 遍,分离的菌丝依次经过 20 mL的下列溶
液,5 min,4 益:淤HCl(0. 05 mol / L)、于Ca(NO3) 2(0. 04 mol / L)、盂HCl (0. 05 mol / L) 、榆PbCl2(0郾 01 mol / L),
Ca (NO3) 2 (0. 01 mol / L), Mg (NO3) 2 (0. 01 mol / L), KNO3(0. 01 mol / L) 、虞 HCl(0郾 05 mol / L) 。 把菌丝
放在烘干恒重并称重的滤纸上,在 80 益干燥 12 h,测定干重。 用原子吸收分光光度仪测定在溶液虞中 4 种重
金属(Pb2 +、Ca2 +、Mg2 +、K+)的浓度,其加和量为细胞壁离子交换量[20],重复 3 次。 测试条件同 1. 4。
1. 9摇 数据分析
采用 Excel软件完成数据整理和计算,SPSS 11. 5 软件进行单因素方差分析。 采用 t鄄检验检验 pearson 相
关系数是否有显著差异性。
105摇 2 期 摇 摇 摇 罗毅摇 等:九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 摇
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2摇 结论
2. 1摇 锰对九州虫草生长的影响及在菌丝细胞中的积累
不同浓度 Mn 影响九州虫草菌丝体的生长,如图 1。 当低浓度 Mn 处理(0—20 g / L)时,菌丝生长没有受
到显著影响,而当 Mn浓度超过 30 g / L时,菌丝生物量显著降低(P﹤ 0. 05),菌丝生长受到抑制。 Mn 浓度达
到 70 g / L 时,菌丝生长完全抑制。 由此可见,60 g / L应当为九州虫草菌丝体的对 Mn的极限生长耐性浓度。
培养基中添加 Mn以后,九州虫草菌丝内的 Mn 含量与对照相相比,都有显著增加(P ﹤ 0. 05) (图 2)。
培养基中添加Mn 10—40 g / L时,九州虫草菌丝的Mn含量组间差异不显著(P﹥ 0. 05),培养基中添加Mn 达
到 50 g / L时,九州虫草菌丝内的 Mn含量达到最高水平,可以达到菌丝体干重的 1. 2% 。
图 1摇 不同Mn浓度下培养 6 d的九州虫草菌丝生物量
摇 Fig. 1摇 Mycelia biomass of C. kyusyuensis exposed to different Mn
concertrations after 6 days
图 2摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝的Mn积累浓度
摇 Fig. 2 摇 Mn contents in mycelia of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
图 3摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体中MDA含量
摇 Fig. 3 摇 MDA contents in mycelia of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
2. 2摇 锰对九州虫草菌丝过氧化水平的影响
在生物体内,自由基作用于脂质发生过氧化反应,
氧化终产物为 MDA,会引起蛋白质、核酸等生命大分子
的交联聚合,且具有细胞毒性[21]。 培养基中 Mn 浓度
的变化显著影响九州虫草菌丝中 MDA含量(图 3)。 随
着培养基中 Mn 浓度的增加,实验组九州虫草菌丝的
MDA含量均较对照组显著减少。 10、20 g / L Mn处理组
的菌丝 MDA 含量较对照分别减少了 47. 5% 、52郾 5% ;
20—60 g / L Mn 处理时,菌丝 MDA 含量的组间差异不
显著(P ﹥ 0. 05);当 60 g / L Mn 时,菌丝 MDA 含量达
到最小值。
可溶性糖浓度变化趋势与图 3 一致(图 4)。 随着
培养基中 Mn浓度的增加,实验组九州虫草菌丝中可溶性糖浓度较对照组均显著降低(P ﹤ 0. 05);10、20 g / L
Mn处理时可溶性糖浓度较对照组分别降低了 27郾 8% 、37. 0% ;20—60 g / L Mn,菌丝可溶性糖浓度组间差异不
显著(P﹥ 0. 05);当 60 g / L Mn时,菌丝可溶性糖浓度达到最小值。
不同 Mn浓度对九州虫草菌丝中可溶性蛋白含量的影响,如图 5。 随着培养基中 Mn 浓度的增加菌丝中
可溶性蛋白的含量呈减少趋势。 除 20 g / L Mn时,菌丝中可溶性蛋白含量与对照组无显著差异,其余实验组
的可溶性蛋白含量均显著低于对照组;当 60 g / L Mn时,菌丝可溶性蛋白含量达到最小值(P﹤ 0. 05)。
2. 3摇 锰对九州虫草菌丝抗氧化酶活性的影响
过氧化氢酶(CAT)存在于过氧化物酶体中,CAT是过氧化物酶体的标志酶,它的作用是将 H2O2水解,清
除细胞产生的毒性物质,对细胞起保护作用[22]。 九州虫草菌丝中 CAT 酶活随着培养基中 Mn 浓度的增加呈
先升高后降低趋势(图 6),统计分析表明,两者呈显著负相关( r = -0. 7155) (表 1)。 培养基中 Mn 浓度 0—
205 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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20 g / L时,CAT活力显著上升;培养基中 Mn浓度 20 g / L时活力最大,较对照升高 64. 7% ;之后随着培养基中
Mn浓度继续升高,CAT活力开始下降(P﹤ 0. 05)。
图 4摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体中可溶性糖浓度
摇 Fig. 4摇 Soluble sugers concentrations in mycelia of C. kyusyuensis
cultured in different Mn concentrations
图 5摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体中可溶性蛋白的含量
摇 Fig. 5 摇 SP contents in mycelia of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
在生物体中有许多酶参与氧自由基的清除,其中超氧化物歧化酶( SOD)可将活性氧自由基歧化为
H2O2 [21鄄22]。 九州虫草菌丝中 SOD活力变化趋势随培养基中Mn浓度的增加逐渐增加,见图 7,统计分析表明,
菌丝中 SOD活力的变化与 Mn浓度的变化呈极显著正相关( r = 0. 9445)(表 1)。 在培养基中 Mn 浓度 0—50
g / L时,SOD活力持续上升(1. 9%—10. 7% ),且上升幅度显著(P﹤ 0. 05)。 这可能是由于 Mn 是 Mn鄄SOD的
必要组成成分,还是多种重要生物酶的活性中心、激活剂或辅基,参与蛋白质、合成和糖、脂肪等代谢,维持个
体生理功能与生化过程所必需[22]。 在 Mn 浓度增加过程中,诱导了 Mn鄄SOD 的活性升高。 实验组的 SOD 活
性均显著高于对照组,这说明在整个清除氧自由基过程中,SOD 一致保持了很高的活性,也说明九州虫草菌
丝在抵御外界氧化胁迫中,SOD活力的变化非常敏感。
图 6摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝中过氧化氢酶酶活
摇 Fig. 6 摇 CAT activities in mycelia of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
图 7摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体中超氧化物歧化酶酶活
摇 Fig. 7 摇 SOD activities in mycelia of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
过氧化物酶(POD)由微生物或植物所产生的一类氧化还原酶,主要起到降解 H2O2的作用,从而使生物机
体消除在逆境胁迫下产生的有害物质而避免对其细胞的伤害[21,23]。 随培养基中 Mn浓度的增加,九州虫草菌
丝细胞中 POD活性变化趋势与 SOD活性变化趋势基本一致(图 8),统计分析表明,菌丝细胞内 POD 活力的
变化与 Mn浓度的变化呈显著正相关( r=0. 8677)(表 1)。 在培养基中 Mn 浓度 0—40 g / L时,POD活力持续
上升,且上升幅度显著,在 40 g / L Mn处理时达到最大值较对照组升高了 116. 7% ,培养基中 Mn 浓度超过 50
g / L时 POD活性不再升高。 但所有实验组 POD活性均高于对照组。 原因可能是由于 POD 活性增加可以导
致生长素氧化分解,而且 Mn也是生长素氧化酶的激活剂,个体内 Mn 含量增加势必引起该酶活性的增加,同
时生长素含量降低[24]。 从以上结果发现,在抵抗外界 Mn引起的氧化胁迫的过程中,POD起到了重要作用。
305摇 2 期 摇 摇 摇 罗毅摇 等:九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 摇
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图 8摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体中过氧化物酶酶活
摇 Fig. 8 摇 POD activities in mycelia of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
2. 4摇 锰在九州虫草菌丝细胞可溶性组分与不可溶性组
分中的分布
通过超声波细胞破碎分离九州虫草菌丝细胞的可
溶性组分和不可溶性组分,细胞的不可溶性组分成分主
要是细胞壁、膜和细胞器,可溶性组分以细胞溶质为主。
结果如表 2 所示。 可溶性组分的 Mn 含量随着培养基
中 Mn浓度的升高呈升高趋势,培养基中 Mn 浓度达到
20 g / L后,可溶性组分的 Mn含量没有显著变化。 实验
组与对照组比较,可溶性组分的 Mn 含量均有显著增
加。 培养基中 Mn浓度为 50 g / L 时,可溶性组分的 Mn
含量较对照组增加了 97. 0% 。 除对照组之外,实验组
中可溶性组分 Mn 的量占细胞中 Mn 的总量的 10%以
下。 说明细胞质中可溶性成分络合或结合的 Mn在菌丝细胞对于 Mn的富集过程中起次要作用。 随着 Mn 浓
度升高,可溶性组分 Mn的量占细胞中 Mn的总量百分比升高(1. 40%—8. 49% ),原因可能是培养基中 Mn 的
浓度的增加,诱导产生了更多的金属硫蛋白等能够结合 Mn离子的成分[25]。
表 1摇 CAT, SOD和 POD 三种酶酶活和培养基中Mn浓度的相关系数
Table 1摇 Coefficient correlations of enzyme activites of CAT, SOD and POD between Mn concentrations in media
酶活 Enzymes activities CAT SOD POD
Mn -0. 7155* 0. 9445** 0. 8677*
摇 摇 t检验相关系数的显著差异性; *P<0. 05,** P<0. 01
九州虫草菌丝细胞不可溶性组分 Mn含量随着培养基中 Mn 浓度的升高呈先升高后降低的趋势,培养基
中 Mn浓度 10 g / L时,不可溶性组分中 Mn含量达到最大值,Mn含量百分比为 98. 60% ,说明此时菌丝体内绝
大部分的 Mn离子被不可溶组分吸附。 除对照组之外,实验组不可溶性组分 Mn 含量比例都占细胞中 Mn 的
总量的 90%以上,说明九州虫草菌丝细胞在富集 Mn离子过程中,细胞壁、膜以及其它细胞器的表面吸附起主
要作用。
表 2摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体不可溶性组分和可溶性组分中Mn含量
Table 2摇 Mn contents in insoluble components and soluble components in mycelium of C. kyusyuensis cultured in different Mn concentrations
组别
Groups / (g / L)
不可溶性组分中 Mn含量
Mn content ininsoluble
components / (mg / g)
不可溶部分 Mn含量
占总量的百分比
Percent of insoluble Mn / %
可溶性组分中 Mn含量
Mn content in soluble
components / ( mg / g)
可溶部分 Mn含量
占总量的百分比
Percent of soluble Mn / %
CK(0) 0. 0443依0. 0104a 58. 70 0. 0311依0. 0177a 41. 30
10 34. 2347依13. 5804c 98. 60 0. 4937依0. 0876b 1. 40
20 21. 2113依9. 7688bc 95. 73 0. 9457依0. 1425c 4. 27
30 22. 5890依4. 8545bc 95. 90 0. 9603依0. 0864c 4. 08
40 19. 5790依8. 2200bc 95. 22 0. 9833依0. 0991c 4. 78
50 11. 3660依8. 0534b 90. 83 1. 0417依0. 0693c 8. 40
60 11. 0000依10. 7270bc 90. 72 1. 0213依0. 0993c 8. 49
摇 摇 *同列的不同字母表示在 0. 05 水平的差异显著
2. 5摇 锰对九州虫草菌丝细胞 CEC的影响
菌丝细胞壁离子交换量反应了细胞壁上带负电离子基团的数量,这些离子基团可以有效吸附外界阳离
子。 九州虫草菌丝细胞壁离子交换量 CEC随着培养基中 Mn 浓度的升高变化趋势不明显(图 9)。 除了最高
值(20 g / L)和最低值(60 g / L)外,其他组之间没有显著差异性,说明在各个 Mn浓度下,九州虫草菌丝细胞壁
405 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 9摇 不同Mn浓度下九州虫草菌丝体的离子交换量
摇 Fig. 9 摇 Mn contents of CEC of C. kyusyuensis cultured in
different Mn concentrations
吸附重金属能力大致相当,即没有因为培养基中 Mn 离
子浓度的提高而诱导菌丝细胞壁产生更多的阴离子基
团来吸附 Mn离子。
3摇 讨论
3. 1摇 九州虫草菌丝生长及锰的耐性和积累
九州虫草菌丝在低浓度 Mn 条件下时,生长不受影
响,但随着培养基中 Mn 浓度的继续增高,九州虫草菌
丝生物量降低,二者呈显著负相关关系。 说明培养基中
Mn浓度的增大,引起细胞内 Mn 积累,会导致 H2O2水
平和氧化损伤程度升高,破坏了菌丝细胞膜系统、影响
新陈代谢正常进行,这可能是九州虫草菌丝生长受到抑
制的生理原因。
九州虫草对 Mn的最大耐性浓度在 60 g / L左右。 和其它真菌相比,九州虫草菌丝对 Mn 离子有较高的耐
性性。 本实验结果表明,九州虫草菌丝细胞具有较强的 Mn吸收积累能力,10 g / L Mn处理时,菌丝细胞中 Mn
积累量达到细胞干重的 1. 0013% ,超过了 Mn超积累植物定义中 Mn积累量 1%的界限,所以九州虫草可能是
一种潜在的 Mn超积累大型真菌。
液体培养条件下九州虫草菌丝体对 Mn的强耐性和富集能力,预示九州虫草菌丝体可能在受到 Mn 污染
的水体、土壤修复上有应用前景。 另一方面,九州虫草菌丝作为一种药用菌,具有较强富集重金属能力,在对
其进行质量控制时,应当重视其 Mn含量的检测,以防该项项目超标。
3. 2摇 过氧化水平产物与抗氧化物酶关系
SOD、CAT、POD 能够有效地清除自由基,是酶促防御系统(即保护酶系统)的重要组成成分。 SOD 能以
O2-为基质进行歧化反应转化为 H2O2;CAT可分解 H2O2为 H2O和 O2;POD 也可清除细胞内有害自由基并能
促化有毒物质[25鄄26]。 SOD、CAT、POD 这 3 种保护酶的活性变化在 Mn 积累过程中的前期和后期有所不同。
在低浓度 Mn处理时,CAT 活性明显提高,而在高浓度 Mn 处理时,SOD 和 POD 活性增高,表明在 Mn 积累过
程中,低浓度时 CAT在保护酶系统中起主要作用,在高浓度时 SOD 和 POD 起主要作用。 SOD、CAT、POD 三
者协同作用,使过氧化产物维持在一个低水平,从而防止氧自由基伤害。 虽然 3 种抗氧化酶酶活变化趋势不
同,但总体上,抗氧化体系保持高活性,这也是九州虫草能在极高 Mn浓度下存活的原因。 由上结果是否说明
CAT较 POD和 SOD更容易受到过氧化产物激活还有待下一步研究。 由 PEARSON 相关系数分析,说明 SOD
在抗氧化过程中为主导因子[26]。
值得注意的是,MDA含量从 Mn浓度 20—60 g / L无显著差异性,但同时起保护酶作用的 SOD 和 POD 却
显著增加,说明此时,并非是图 3 直观显示出的 MDA含量降低的结果,而是菌丝细胞体内实际上已有大量的
过氧化产物产生,只是大部分被保护酶体系及时清除。 但如果 Mn浓度再持续加大(﹥ 60 g / L)超过菌丝生长
极限浓度,SOD和 POD会严重失活而不再能清除过氧化产物、生物膜受到严重破坏,这也是机体受 Mn 胁迫
死亡的原因之一。
3. 3摇 锰在九州虫草菌丝中的富集机制
测定菌丝细胞中 Mn在可溶组分和不可溶组分分布情况以及测定菌丝细胞中细胞壁吸附重金属能力,可
以探究九州虫草菌丝体富集重金属的机制[27鄄28]。 超声波破碎菌丝细胞,分离的上清部分即细胞可溶性组分
为细胞溶质,沉淀部分即细胞不可溶性组分为细胞壁和细胞膜以及细胞器系统。 细胞溶质大分子中的金属硫
蛋白、小分子的有机酸等成分对重金属有高度亲和力,可以结合 Mn离子;细胞不可溶性组分中的细胞壁是富
集 Mn的主要部分。
细胞壁是菌丝细胞的第一道屏障,遇到 Mn胁迫时,可以在细胞表面大量吸附。 10—40 g / L Mn胁迫九州
505摇 2 期 摇 摇 摇 罗毅摇 等:九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 摇
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虫草时,菌丝体的生长受到抑制,菌丝体内的锰离子含量基本稳定,细胞壁离子交换量变化不大,表明细胞壁
作为保护细胞的第一道屏障起到了积极作用,保证了细胞内 Mn胁迫在细胞器和细胞基质所能耐性的范围之
内。 但此浓度区间菌丝体生物量、胞内过氧化水平和可溶性蛋白含量均出现较大幅度的下降,细胞内过氧化
酶系活性显著升高,即说明细胞已明显受到重金属胁迫,但由于细胞的自我保护机制,其仍可生长。 而当受到
高浓度(>50g / L Mn)Mn胁迫时,细胞内各种生命活动因子均出现显著减低,九州虫草菌丝细胞壁、膜或细胞
器合成也会受到影响,菌丝细胞壁、膜或细胞器结构受到一定程度的破坏。 细胞已不能承受高浓度的金属离
子的胁迫,细胞的各种自我保护因子的能力均下降、对于 Mn的吸附量明显减少直至细胞无法进行新陈代谢,
从而停止生长。
离子交换量是生物细胞壁吸附作用的一个很重要的指标,它的测定过程一般是通过细胞壁对阳离子 Mg、
K、Pb、Ca的吸附量来估算。 离子交换量反映了细胞壁上负电位的多少,以及生物单位重量的表面积的大小,
是生物对重金属吸附能力的重要参考指标。 一般情况下,植物根的离子交换量介于 100—700 滋mol / g 之间。
在本实验中,九州虫草的离子交换量在 781. 232—1094. 509 滋mol / g,显著大于植物的离子交换量。 这一方面
是九州虫草菌丝细胞有更大的比表面积,具有更强的 Mn 离子吸附能力,另一方面菌丝表面负电位是否也多
于植物细胞,需要进一步探讨。
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705摇 2 期 摇 摇 摇 罗毅摇 等:九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 2 January,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Dynamics of demersal fish species diversity and biomass of dominant species in autumn in the Beibu Gulf, northwestern South
China Sea WANG Xuehui, QIU Yongsong, DU Feiyan, et al (333)………………………………………………………………
Spatial variation in species richness of birds and mammals in mainland China
DING Jingjing, LIU Dingzhen, LI Chunwang, et al (343)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparative study on learning behavior and electroantennogram responses in two geographic races of Cotesia glomerata
WANG Guohong, LIU Yong, GE Feng, et al (351)
………………
………………………………………………………………………………
Biological characteristics and habitat requirements of Parnassius imperator (Lepidoptera: Parnassidae)
FANG Jianhui, LUO Youqing, NIU Ben,et al (361)
………………………………
………………………………………………………………………………
Annual variability in biological characteristics of Illex argentinus in the southwest Atlantic Ocean
FANG Zhou, LU Huajie, CHEN Xinjun, et al (371)
……………………………………
………………………………………………………………………………
The impact of run鄄of stream dams on benthic macroinvertebrate assemblages in urban streams
HAN Minghua, YU Haiyan, ZHOU Bin, et al (380)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of suspended sediment on the feeding physiology of Pinctada martensii in laboratory
LI Zhimin, SHEN Yuchun, YU Nantao, et al (386)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Potential nutrient limitation of phytoplankton growth in the Western and Central Pacific Ocean
XU Yanqing, CHEN Jianfang, GAO Shengquan, et al (394)
………………………………………
………………………………………………………………………
Ingestion of selected HAB鄄forming dinoflagellates ZHANG Qingchun, YU Rencheng, SONG Jingjing, et al (402)……………………
Formation of aggregation by Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae) in response to high grazing pressure
WANG Xiaodong, WANG Yan (414)
……………………………
………………………………………………………………………………………………
Growth and reproduction of the green macroalga Ulva prolifera ZHANG Bixin, WANG Jianzhu, WANG Yifu, et al (421)…………
Screening of growth decline related genes from Alexandrium catenella ZHONG Jie, SUI Zhenghong, WANG Chunyan, et al (431)…
Analysis of inherent optical properties of Lake Taihu in spring and its influence on the change of remote sensing reflectance
LIU Zhonghua, LI Yunmei, LU Heng, et al (438)
…………
…………………………………………………………………………………
Neural network modeling of the eutrophication mechanism in Lake Chenghai and corresponding scenario analysis
ZOU Rui,DONG Yunxian, ZHANG Zhenzhen, et al (448)
……………………
…………………………………………………………………………
The compensatory growth of shrubby Pinus thunbergii response to the boring stress in sandy coast
ZHOU Zhen, LI Chuanrong, XU Jingwei, et al (457)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Selected body temperature and thermal tolerance of tadpoles of two frog species (Fejervarya limnocharis and Microhyla ornata)
acclimated under different thermal conditions SHI Linqiang, ZHAO Lihua, MA Xiaohao, et al (465)…………………………
Effects of landscape structure and key landscape factors on aphids鄄parasitoids鄄hyper parasitoids populations in wheat fields
ZHAO Zihua, WANG Ying, HE Dahan, et al (472)
…………
………………………………………………………………………………
Effects of cadmium on lipid peroxidation and ATPase activity of plasma membrane from Chinese kale (Brassica alboglabra Bailey)
roots ZHENG Aizhen (483)…………………………………………………………………………………………………………
Effects of ginger aqueous extract on soil enzyme activity, microbial community structure and soil nutrient content in the rhizosphere
soil of ginger seedlings HAN Chunmei, LI Chunlong, YE Shaoping, et al (489)…………………………………………………
Manganese tolerance and accumulation in mycelia of Cordyceps kyusyuensis
LUO Yi, CHENG Xianhao, ZHANG Congcong, et al (499)
……………………………………………………………
………………………………………………………………………
Influence of oxytetracycline exposure on antibiotic resistant bacteria and enzyme activities in wheat rhizosphere soil
ZHANG Hao, ZHANG Lilan, WANG Jia, et al (508)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of elevated nitrogen deposition on soil organic carbon mineralization and soil enzyme activities in a Chinese fir plantation
SHEN Fangfang, YUAN Yinghong, FAN Houbao, et al (517)
……
……………………………………………………………………
Differences in clonal growth between female and male plants of Rhus typhina Linn. and their diurnal changes in photosynthesis
and chlorophyll fluorescence ZHANG Mingru,WEN Guosheng,ZHANG Jin,et al (528)…………………………………………
Soil water holding capacity under four typical ecosystems in Wuyunjie Nature Reserve of Hunan Province
PAN Chunxiang, LI Yuyuan, PENG Yi, et al (538)
……………………………
………………………………………………………………………………
The effect of different land use patterns on soil properties in alpine areas of eastern Qilian Mountains
ZHAO Jinmei, ZHANG Degang, LIU Changzhong,et al (548)
…………………………………
……………………………………………………………………
Responses of soil macro鄄fauna to land desertification in sandy grassland LIU Rentao, ZHAO Halin (557)……………………………
Characteristics of cultivable microbial community number and structure at the southeast edge of Tengger Desert
ZHANG Wei,ZHANG Gaosen,LIU Guangxiu,et al (567)
………………………
…………………………………………………………………………
Physiological and ecological responses of maize to different severities of desertification in the Southern Taklamakan desert
LI Lei,LI Xiangyi,LIN Lisha,WANG Yingju,et al (578)
……………
…………………………………………………………………………
Characterization of caloric value in fifteen plant species in Leymus chinensis steppe in Xilin River Basin,Inner Mongolia
GAO Kai, XIE Zhongbing, XU Sutie, et al (588)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial pattern responses of Achnatherum splendens to environmental stress in different density levels
ZHANG Mingjuan, LIU Maosong, XU Chi,et al (595)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of environmental factors on species distribution and diversity in an Abies fargesii鄄Betula utilis mixed forest
REN Xuemin, YANG Gaihe, WANG Dexiang, et al (605)
……………………
…………………………………………………………………………
Effects of alginate cerium complexes on ascorbate鄄 glutathione cycle in spinach leaves under chlorpyrifos stress
LUAN Xia,CHEN Zhende,WANG Dongfeng,et al (614)
………………………
……………………………………………………………………………
Analysis on spatiotemporal changes of urban thermal landscape pattern in the context of urbanisation: a case study of Xiamen
City HUANG Jucong, ZHAO Xiaofeng, TANG Lina, et al (622)…………………………………………………………………
The analysis of the green vegetation cover change in western Sichuan based on GIS and Remote sensing
YANG Cunjian, ZHAO Zijian, REN Xiaolan, et al (632)
………………………………
…………………………………………………………………………
An inventory of BVOC emissions for a subtropical urban鄄rural complex: Greater Taizhou Area
CHANG Jie, REN Yuan, SHI Yan, et al (641)
…………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Litter decomposition and nutrient dynamics of Carex lasiocapa under different water conditions
HOU Cuicui, SONG Changchun, LI Yingchen, et al (650)
………………………………………
………………………………………………………………………
Nest鄄box color preference and reproductive success of great tit ZHANG Keqin, DENG Qiuxiang, Justin Liu, et al (659)……………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 2 期摇 (2012 年 1 月)
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 2摇 2012
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