全 文 ：第 25 卷第 11 期
2005 年 11 月
生　　态　　学　　报
A CTA ECOLO G ICA S IN ICA
V o l. 25,N o. 11
N ov. , 2005
Cu (C6H9N3O 2) 2Cl2 对小麦的生态毒理效应
陈怡平1, 2, 刘永军3
(11 中国科学院地球环境研究所, 陕西 西安　710075; 21 西安工程科技学院生物工程系, 陕西 西安　710048;
31 西安建筑科技大学环境科学学院, 陕西 西安　710054)
基金项目: 国家 973 重点基础研究发展规划资助项目 (2004CB720203) ; 中国博士后科学基金资助项目 (2005037245)
收稿日期: 2004211218; 修订日期: 2005207228
作者简介: 陈怡平 (1968～ ) , 男, 陕西人, 博士, 主要从事环境毒理学与环境生物学研究. E2m ail: nw uchyp618@eyou. com
Foundation item: N ational 973 P ro ject (N o. 2004CB720203) ; P ro ject of CPSF (N o. 2005037245)
Rece ived date: 2004211218; Accepted date: 2005207228
Biography: CH EN Yi2P ing, Ph. D. , m ain ly engaged in eco logy tox ico logy & environm ent b io logy. E2m ail: lifesci@ ieecas. cn
摘要: 以冬小麦为实验材料, 比较研究了 (1) 不同浓度配合物对小麦生长的影响; (2) 相同浓度的CuC l2、配体C6H 9N 3O 2 和配
合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 对冬小麦种子萌发、苗期生长及其保护酶活性的影响。结果表明: 与对照相比, (1)不同浓度新配合物对
小麦生长具有不同程度的抑制作用, 随着浓度的增高抑制作用逐渐增大; (2)CuC l2、配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 对小麦种子总淀
粉酶活性、蛋白酶活性、萌发率、生长势、根长、株高、总生物量均具有显著的抑制作用, 配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 的抑制作用小
于CuC l2, 而配体C6H 9N 3O 2 对上述生物学参数具有促进作用; (3)CuC l2、配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 处理引起膜脂过氧化, 显著
的提高了幼苗的M DA 浓度, 导致 SOD、POD、CA T 活性降低, CuC l2 的抑制作用大于配合物 Cu (C6H 9N 3O 2 ) 2C l2, 而配体
C6H 9N 3O 2 处理对 SOD、POD、CA T 活性的提高有促进作用。上述结果说明C6H 9N 3O 2 对CuC l2 生理胁迫具有保护作用, 结合态
的Cu2+ (配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2)的毒性显著的降低。在此基础上探讨了配合物抑制小麦生长发育的生物学机制。
关键词: 小麦; Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2; 抗氧化酶; 生态毒理效应
文章编号: 100020933 (2005) 1123107205　中图分类号: Q 945112　文献标识码: A
Elem en tary study on eco- tox icolog ica l effects of Cu (C6H9N3O 2) 2Cl2 trea tm en t in
whea t
CH EN Y i2P ing1, 2, L IU Yong2Jun3 　 ( 11Institu te of E arth E nv ironm en t, Ch inese A cad emy of S cience, X i’an, 710075, Ch ina;
21D ep artm en t of B ioeng ineering , X i’an U niversity of E ng ineering S cience and T echnology , X i’an, 710048, Ch ina; 31Colleg e of E nv ironm en t
S cience, X i’an U niversity of A rch itectu re and T echnology , X i’an, 710054, Ch ina). A cta Ecolog ica S in ica , 2005, 25 (11) : 3107～ 3111.
Abstract: T he aim of ou r invest igat ion w as to m easu re the effects of Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 in w heat system. T he w heat seeds w ere
sub jected to differen t concen trat ion of Cu (C6H 9N 3O 2 ) 2C l2 (0Λmo löL , 50Λmo löL , 100Λmo löL and 150Λmo löL ) & the sam e
concen trat ion of CuC l2, C6H 9N 3O 2 and Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2. T hen changes in a num ber of cho sen physio logical and b iochem ical
characters and in the grow th w ere m easu red in th is experim en tal system. O ur resu lts revealed that in seedlings have been
expo sed to differen t concen trat ion of Cu (C6H 9N 3O 2 ) 2C l2 ( 0Λmo löL , 50Λmo löL , 100Λmo löL and 150Λmo löL ) & the sam e
concen trat ion of CuC l2, C6H 9N 3O 2 and Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 (1) the grow th developm en t w as decreased differen t ly w ith differen t
concen trat ion of Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2; mo reover, the inh ib it ion ro le of differen t concen trat ion of Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 w as increased
lit t le by lit t le; (2) the germ ination param eters (e. g. the act ivit ies of am ylase and p ro teinase, germ ination capacity) , seedlings
grow th param eters ( e. g. grow th po ten tia l, roo t length, b iom ass ) w ere decreased sign ifican tly by CuC l2 and Cu
(C6H 9N 3O 2) 2C l2 t reatm en ts. T he decrease degree of CuC l2 w as b igger than that of Cu (C6H 9N 3O 2) 2, how ever, C6H 9N 3O 2 cou ld
imp rove above2m entioned param eters (e. g. the act ivit ies of am ylase and p ro teinase, germ ination capacity, grow th po ten tia l,
roo t length, b iom ass) ; (3)Compared w ith the con tro l, the act ivit ies of SOD , CA T and POD w ere sign ifican tly decreased by
CuC l2 and Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 t reatm en ts, w h ile M DA concen trat ion w as enhanced no tab ly. Fu rthermo re, the SOD , CA T and
POD activit ies of Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 w ere h igher than that of CuC l2. T he act ivit ies of SOD , CA T and POD , How ever, w ere
sign ifican tly enhanced by C6H 9N 3O 2, and resu lted in decrease in M DA concen trat ion. T hese resu lts suggest that C6H 9N 3O 2
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p ro tect w heat from CuC l2 dam age.
Key words: w heat; Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2; an t iox idat ive enzym es; tox ico logical eco logy
嘧啶类化合物有很高的生理活性, 它具有抗菌、杀虫除草及调节植物生长发育等作用[1～ 3 ]。因此, 嘧啶类化合物一直受到化
学、农药和医药界的广泛关注。有研究表明, 将嘧啶及其衍生物作为有机配体与金属离子形成配合物后, 不仅可以延长原药物的
活性、持效性, 而且能够降低对哺乳动物的毒性[4 ]。另外, 有文献报道 22氨基嘧啶与过渡金属形成的配合物具有良好的抗癌效
果[5 ]。最近, 有人首次以 22氨基24, 62二甲氧基嘧啶 (C6H 9N 3O 2)为配体与CuC l2·2H 2O 合成出新配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2, 旨
在作为一种新型生长调节剂和农药应用于农业生产。但是这种配合物是否可以作为生长调节剂或农药在农业生产中推广应用,
这些问题尚无定论。为了探讨这个问题, 本文以冬小麦为实验材料, 以自然水体中Cu2+ 浓度 (0～ 1090Λmo löL )为依据[6 ] , 研究了
3 种不同浓度配合物处理对小麦生长的影响。为了进一步探讨其对生物的作用机制, 本文主要比较研究了浓度为 100Λmo löL
CuC l2、配体C6H 9N 3O 2 和其配合物对小麦种子萌发、幼苗生长以及幼苗抗氧化酶活性的影响, 为这种新配合物在农业上利用提
供生物学基础。
1　材料与方法
111　材料
以冬小麦 (T riticum aestivum L. ) 9324736 为实验材料, 山西农业科学研究院小麦研究所提供。CuC l2·2H 2O 与 22氨基嘧啶
均为分析纯, 新配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 由西北大学李丽合成提供①。
图 1　不同浓度配合物对小麦生长发育的影响
F ig. 1　 Influnce of differen t concentration of Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 on
the grow th developm ent of w heat
112　方法
11211　种子萌发　不同浓度配合物对小麦生长发育影响的实
验设 0Λmo löL 配合物处理组 (对照组, 在图 1 中以 0Λmo löL 表
示) , 50Λmo löL 配合物处理组 (在图 1 中以 50Λmo löL 表示) ,
100Λmo löL 配合物处理组 (在图 1 中以 100Λmo löL 表示) 和
150Λmo löL 配合物处理组 (在图 1 中以 150Λmo löL 表示)。
相 同 浓 度 的 CuC l2、配 体 C 6H 9N 3O 2 和 配 合 物 Cu
(C6H 9N 3O 2) 2C l2 对冬小麦种子萌发、苗期生长及其保护酶活性
的影响的实验设: 对照组 (CK) , CuC l2 处理组, 22氨基24, 62二甲
氧基嘧啶 (C6H 9N 3O 2) 处理组和配合物 Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 处理
组。选取籽粒饱满、大小均匀的小麦种子, 用清水浸种 30m in, 然
后培养在垫有两层滤纸的培养皿内, 30 粒ö皿, 每次每组 3 个平
行皿 (实验重复 5 次)。对照组浇 10mL 蒸馏水, 处理组每皿分别
浇 100Λmo löL CuC l2、22氨基24, 62二甲氧基嘧啶和配合物溶液 10mL , 以后每天补充 2m 水, 培养于人工气候室内 (515HD ,
U SA ) , 温度为 25℃, 光照时间为 10h·d- 1, 光照强度为 220Λmo l·m - 2·s- 1, 相对湿度为 75%。
11212　萌发统计及生物量的测定　把萌发 6d 的小麦幼苗在烘箱 (KW 21)中烘干 (80℃) , 然后在电子天平上称量对照组及各处
理组的干重。每组 30 株幼苗干重称为生物量。发芽结束时统计各组的发芽数, 以其百分比表示发芽率, 测定胚芽鞘长, 以其平均
值表示生长势[7 ]; 测定各组根的发育状况 (长度)。
11213　生化指标的测定　淀粉酶活性的测定参照文献[8 ] , 蛋白酶活性的测定参照文献[9 ] , 实验材料均为萌发 1d 的种胚。M DA
浓度的测定参照文献[10 ] , SOD 酶活力的测定参考文献[11 ] , CA T 酶活力的测定参考文献[12 ] , POD 酶活力的测定参考文献[13 ] , 实
验材料均为萌发 6d 的幼苗的叶片。
11214　统计分析　文中数据均为 5 次实验的平均值。显著性差异在 p < 0105 水平, 分析采用ANOVA 进行检验。
2　结果与分析
211　不同浓度配合物对幼苗生长的影响
从图 1 可以看出, 不同摩尔浓度的配合物对小麦种子生长势、根长和株高的影响完全不同。随着配合物质浓度的增加, 其抑
制作用越来越大。与对照相比 (0Λmo löL 处理) , 50Λmo löL 处理生长势降低 415% (p < 0105) , 根长发育降低 30% (p < 0105) , 株
高降低 810% (p < 0105)。100Λmo löL 处理生长势降低 718% (p < 0105) , 根长发育降低 8018% (p < 0105) , 株高降低 3016%
8013　 生　态　学　报 25 卷
① 李丽. 铜盐和钴盐配合物的合成和表征. 西北大学硕士论文, 2002. 7
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(p < 0105)。150Λmo löL 处理生长势降低 4918% (p < 0105) , 根长发育降低 89% (p < 0105) , 株高降低 71% (p < 0105)。
212　对小麦种子萌发生长的影响
从表 1 可以看出, 相同摩尔浓度的CuC l2、配体及其配合物对小麦种子萌发过程的影响程度完全不同。与对照相比, CuC l2
处理对小麦种子萌发具有显著的抑制效果, 其淀粉酶活性降低 1813% (p < 0105) , 蛋白酶活性降低 37% (p < 0105) , 萌发率降低
24% (p < 0105) , 生长势降低 718% (p < 0105) , 根的发育速率 (以根的长度衡量) 降低 8018% (p < 0105) , 株高降低 3016%
(p < 0105) , 总生物量降低 20% (p < 0105)。而配体C6H 9N 3O 2 处理对小麦种子萌发和幼苗生长具有促进作用。其淀粉酶活性提
高 813% (p < 0105) , 蛋白酶活性提高 312% (p < 0105) , 萌发率提高 5% (p < 0105) , 生长势提高 1319% (p < 0105) , 根发育速率
提高 511% (p < 0105) , 株高升高 2918% (p < 0105) , 总生物量提高 5172% (p < 0105)。但CuC l2 与配体合成的配合物对小麦种
子萌发的抑制作用明显小于 CuC l2 处理组。与对照相比, 配合物淀粉酶活性降低 813% (p < 0105) , 蛋白酶活性降低 29%
(p < 0105) , 萌发率降低 17% (p < 0105) , 生长势降低 4166% (p < 0105) , 根发育速率降低 52% (p < 0105) , 株高降低 10%
(p < 0105) , 总生物量降低 5171% (p < 0105)。
表 1　CuCl2、配体及其配合物对小麦种子萌发生长的影响
Table 1　Effects of CuCl2、C6H9N3O 2 and Cu (C6H 9N 3O 2) 2Cl2 on seeds germ ination and growth of wheat
项目 Item 对照组CK
氯化铜处理组
CuC l2
甲氧基嘧啶处理组
C6H 9N 3O 2
配合物处理组
Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2
淀粉酶活性Am ylase activity (m gögF. W ) 0160±01015b 0149±01012d 0165±0101a 0155±01011c
蛋白酶活性 P ro teinase activity (U ögF. W ) 5100±0180b 3115±0156d 5116±0160a 3155±0151c
种子萌发率 Germ ination percen tage (% ) 84100±5110b 60100±5150d 89100±6180a 67100±5100c
生长势 Grow th capacity (cm ) 1193±0110b 1178±0109d 2120±0116a 1184±0112c
根长L ength of roo t (cm ) 5125±0136b 1101±0122d 5152±0145a 2152±0111c
幼苗高度H eigh t of seedlings (cm ) 4162±0115b 3121±0123d 6100±0143a 3198±01116c
总生物量 To tal b iom ass (g) 1175±0118b 1140±0115d 1185±0110a 1160±0107c
　　表中数据为 5 次实验的平均值, 每一排带有不同字母表示在 p < 0105 水平具有显著差异D ata are m eans and S. E of five rep licates;M eans
w ith differen t let ters w ere sign ifican tly differen tly at the 0105 level (n= 5)
表 2　CuCl2、配体及其配合物对小麦幼苗抗氧化酶活性的影响
Table 2　Effects of CuCl2、C6H9N3O 2 and Cu (C6H 9N 3O 2) 2Cl2 on the activ ity of defen se enzymes in wheat seedl ings
项目 Item 对照组CK
氯化铜处理组
CuC l2
甲氧基嘧啶处理组
C6H 9N 3O 2
配合物处理组
Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2
超氧化物歧化酶活性 SOD activity (U ög. p ro tein) 8140±0151b 6160±0155d 818±0168a 7160±0150c
过氧化氢酶活性CA T activity (U ög. p ro tein) 9165±0110b 7120±0109d 1013±0116a 8190±0112c
过氧化物酶活性 POD activity (U ög. p ro tein) 5125±0136b 1101±0122d 5190±0145a 3120±0111c
丙二醛浓度M DA concentration (nmo löm g. p ro tein) 5146±0190d 10133±1120a 5160±1130c 6198±1110b
　　表中数据为 5 次实验的平均值, 每一排带有相同字母表示在 p < 0105 水平没有显著差异D ata are m eans and S. E of five rep licates. M eans
w ith differen t let ters w ere sign ifican tly differen tly at the 0105 level (n= 5)
213　对小麦幼苗抗氧化酶系的影响
从表 2 可以看出, 相同摩尔浓度的CuC l2、配体及其配合物对小麦幼苗抗氧化酶活性的影响程度也有明显的差异。与对照
相比, CuC l2 处理组 SOD 活性、CA T 活性与 POD 活性分别降低 21142% (p < 0105)、25139% (p < 0105)、80176% (p < 0105) ,
M DA 浓度升高了 89119% (p < 0105)。配体 C6H 9N 3O 2 处理组 SOD 活性提高 4176% (p < 0105) , CA T 活性升高 6173%
(p < 0105) , POD 活性升高 12138% (p < 0105) ,M DA 浓度无明显的变化。CuC l2 与配体形成的配合物 (Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2)处理
组 SOD 活性、CA T 活性与 POD 活性分别降低 9152% (p < 0105)、7177% (p < 0105) 和 39105% (p < 0105) ,M DA 浓度提高了
27183% (p < 0105)。
3　讨论
311　关于种子萌发及幼苗生长
种子萌发所需的物质和能量来自种子贮藏物质的氧化分解。贮存物质的分解需要酶的参与, 因此, 种子发芽时酶活性的变
化是最为显著的现象[14 ]。小麦种子萌发和幼苗生长依赖小麦胚乳贮存的淀粉、蛋白质分解提供的能量, 而淀粉、蛋白质的分解
的程度取决于淀粉酶、蛋白酶活性。淀粉酶分解淀粉为小麦幼胚发育提供能量和碳源, 而蛋白酶分解蛋白质为新组织合成提供
原料。从本实验的结果看来, 与对照相比, CuC l2 和配合物处理在不同程度上抑制了淀粉酶、蛋白酶活性, 必然降低了低熵生物
大分子淀粉和蛋白质的降解速度, 从而减弱机体的代谢活性, 降低种子萌发速度以及幼苗生长发育, 相比而言, 配合物的毒性效
901311 期 陈怡平　等: Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 对小麦的生态毒理效应 　
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应小于CuC l2。而C6H 9N 3O 2 处理提高了淀粉酶、蛋白酶活性, 促进了低熵生物大分子淀粉和蛋白质的降解, 种子萌发速度增大,
机体的代谢增强。究其原因可能是CuC l2 与配体 (C6H 9N 3O 2) 结合后, Cu2+ 的毒性降低, 这样, 配合物处理组幼苗的生长发育状
况介于 CuC l2 与配体 (C6H 9N 3O 2) 之间, 表现萌发率 (% )、生长势、根长、株高与总生物量等参数大于 CuC l2 处理组, 小于配体
(C6H 9N 3O 2)处理组。
312　关于幼苗保护酶的活性
抗性植物生理研究表明: 逆境胁迫 (干旱、盐碱、重金属、低温和紫外线等)能导致植物体内活性氧代谢失调和大量自由基积
累, 自由基对细胞膜具有伤害作用, 其产物丙二醛 (M DA )。植物体内存在复杂的非酶抗氧化系统和酶类抗氧化系统, 它们在一
定范围内能清除自由基, 保持细胞内自由基的代谢平衡、保护膜系统不受伤害[15 ]。但是, 逆境胁迫时间过长, 植物体内产生过多
的活性氧自由基, 抗氧化系统参与清除功能, 植物细胞内超氧化物歧化酶 (SOD ) , 过氧化物酶 (POD ) 和过氧化氢酶 (CA T ) 消耗
过多, 导致抗氧化酶活性下降,M DA 含量明显升高, 导致膜脂过氧化[10, 16, 17 ]。而Cu2+ 作为蛋白质和酶结构的辅助因子, 是植物
正常生长发育和生理生化代谢过程必须的微量元素, 但是过量Cu2+ 会对植物造成生理胁迫, 导致自由基和丙二醛的产生, 引起
新陈代谢紊乱[6, 18 ]。从本实验结果来看, 与对照相比, CuC l2 处理导致 SOD、POD、CA T 活性下降,M DA 含量明显升高, 这充分
说明 CuC l2 对萌发小麦产生了明显伤害作用, 因为M DA 是植物细胞膜脂过氧化的产物, 其产生越多指示细胞受到伤害越严
重。另外, SOD、POD 和CA T 是自由基清除的的主要工具酶, 其活性降低越多也说明细胞伤害越大。而C6H 9N 3O 2 处理组小麦
的 SOD、POD、CA T 活性高于对照,M DA 含量与对照相比并没有显著性的变化。相反, CuC l2 与C6H 9N 3O 2 合成的配合物处理依
然导致 SOD、POD、CA T 活性下降,M DA 含量的升高, 但是其毒性小于CuC l2。这可能是CuC l2 与配体 (C6H 9N 3O 2)结合后, Cu2+
的毒性降低。本实验表明C6H 9N 3O 2 对过度重金属铜离子的毒性具有保护作用。
4　结论
上述结果表明: 与CuC l2 相比而言, 由CuC l2 与C6H 9N 3O 2 形成的配合物对小麦的毒害性减小, 这说明配合物毒性的实质依
然是 CuC l2 胁迫的结果, 只是 CuC l2 的胁迫被 C6H 9N 3O 2 缓解, 配合物也可能在溶液中有重新解离。利用过度金属离子与
C6H 9N 3O 2 形成的配合物作为生长调节剂或农药首先其对农作物正常生长发育应无抑制效应, 另外, 也应该考虑到其生态环境
效应, 从本研究的结果来看, 配合物对农作物具有毒理学效应。因此, 配合物Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 能否作为农药或者生长调节剂
在农业生产中推广还需要进一步研究。
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《普通生态学》新书介绍
由中国生态学会副理事长、华南农业大学热带亚热带生态研究所所长骆世明教授主编、全国六所高校 (华
南农业大学、山西农业大学、吉林农业大学、华中农业大学、沈阳农业大学、甘肃农业大学) 参加编写的高等农
林院校十五规划教材《普通生态学》已于 2005 年 8 月由中国农业出版社出版。全书 48 万字, 共分七章。第一
章为生态关系的形成和生态学的发展, 从地球发展史和生物进化史的角度描述生态关系的形成是一个新的大
胆尝试。然后分别从个体生态学 (第二章)、种群生态学 (第三章)、群落生态学 (第四章)、生态系统生态学 (第五
章)、景观生态学 (第六章)分层次介绍其结构、功能、原理等。近年发展的分子生态学内容在第二章个体生态学
中有所反映。第七章关于人与自然关系反映了在面对人口2资源2环境问题的严峻形势下如何保持生态与经济
的协调发展, 并从生态学的角度介绍了生态农业、生态工业、生态恢复, 有关生态学与社会经济科学交叉的生
态规划和生态旅游也作了介绍。教材的每一章的后面列举了复习思考题。有些属于基础知识的复习, 可以在
书本中找到; 另一些则是属于深入一步的思考题, 需要参考其他文献和独立思考才能够得到比较完整的答案,
有助于培养学生查找文献和进行创新性思考的能力。为了配合目前提倡的双语教学, 该教材在每一章都尽量
把有关生态学的名词术语用中英文同时标出。另外在书后, 用附录形式列了一个中英和英中检索表, 方便师生
查阅、检索有关概念和使用有关术语。该教材可供高等农林院校的有关专业学生作为教材使用, 也可作为教
师、科研人员的教学参考书或工具书。
(华南农业大学热带亚热带生态研究所　510642　蔡昆争)
111311 期 陈怡平　等: Cu (C6H 9N 3O 2) 2C l2 对小麦的生态毒理效应 　
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