全 文 ：第 26卷第 5期
2006年 5月
生 态 学 报
ACTA EC0L0GICA SINICA
Vo1．26．No．5
May，2006
铜胁迫下链格孢茵对白车轴草生理生化特性的影响
刘登义，李 晶，王兴明，李 征，黄永杰
(安徽师范大学生命科学学院，芜湖 241000)
摘要：通过盆栽实验研究了Cu胁迫下接种链格孢菌(Alternaria tenuis Nees)对源自cu污染区(记作种群 I)和非污染区(记作种
群Ⅱ)白车轴草(Trifolium repens L)生理生化特性的影响。结果表明，两种群白车轴草 在 cu处理后接种链格孢菌 ，0—1500
mg·kgI1时叶片电导率、MDA含量均高于未接种组 ，且随浓度增加而升高，2000mg·kgI1时电导率低于未接种组，MDA含量降低但
仍高于未接种组。两种群接种后叶绿素 、蛋白质含量较未接种组下降，且随 cu浓度增加而降低 ，其中叶绿素含量与浓度呈显著
或极显著负相关，种群 I和种群 Ⅱ相关系数分别为 一0．954 和 一0．961一 。链格孢菌使 白车轴草 SOD活性低浓度(0和 500
mg·kg )高于未接种组，高浓度则降低。接种后 POD活性随 cu浓度增加先增后减，500mg·kgI1浓度下接种组 POD高于未接种
组，而在其他浓度下 ，显著低于未接种组。0 1O00mg·kg 时接种组 CAT活性高于未接种组，随土壤 cu浓度增加先增后减。3
种保护酶对胁迫的敏感性为 POD>SOD>CAT。高浓度 Cu(2000 mg·kg )胁迫下，白车轴草保护酶系统的受损打破 了体内活性
氧产生与清除之 间的正常平衡状 态 ，积 累了过量 的活性氧 ，膜脂过 氧化程度加重 ，对 白车轴 草产生毒害 ，且这种 毒害在接种链 格
孢菌后表现更为严重。两种群 白车轴草相比，种群 I植物在土壤 Cu<2000mg·kg 时可生存，感染链格孢菌后生长土壤 cu浓度
应控制在 1500mg·kg 以 内；种 群 Ⅱ在 Cu胁 迫浓 度不超过 1500mg·kg～，链格孢菌 和 cu双 重胁迫 时不 超过 1000mg·kgI1可 生长。
种群 I在 Cu处理、链格孢菌单一或双重胁迫下表现的抗逆性较Ⅱ强。
关键词：白车轴草；链格孢菌；酶活性 ；Cu
文章编号 ：1000—0933(2006)05—1396—09 中图分类号 ：Q143，Q938，$432 文献标识码 ：A
Efects of Alternaria tenuis Nees on physiological and biochemical characteristics of
Trifolium repens L．under Cu stress
LIU Deng-Yi，LI Jing，WANG Xing-Ming，LI Zheng，HUANG Yong-Jie (Colege ofLife Science，Anhui Normal University，Wuhu 241000，
China)．Acta Ecologica Sinica，2OO6，26(5)：1396—1404．
Abstract：Through pot cultivation experiments of Trifolium repens L under Cu stress，we studied the efects of Ahernaria tenuis
Nees on the physiological and biochemical characteristics of two diferent populations of Trifolium repens L selected from a Cu。
polluted area(marked as population I)and a non-poluted area(marked as population I)．The results showed that with Cu
treatment， the infection of A． tenuis increased leaves’ electric conductivity and MDA content of two populations with Cu
concentrations from 0～1500mg·kg～ ，while electric conductivity was lower and MDA content higher than that of population I1
when Cu concentration was 2000mg。kg～ ． e infection also decreased chlorophyll and protein contents． In two inoculated
po pulations，chlorophyl and protein contents declined with the increasing concentration，and chlorophyl content was negatively
related to Cu concentration(correlation coefficients of population I and I1 were 一0．954 and 一0．961一 )．When Cu
concentration was low(0 and 500 mg。kg )，the SOD activity in two populations of inoculated plants was higher than that of non一
基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2004CB418503)；国家自然科学基金资助项目(30470270)；国家人事部留学回国人员科研择优重
点资助项目
收稿日期：2005—09—12；修订日期：2006—02．09
作者简介：刘登义(1958一)，男，安徽凤台人，博士，教授，主要从事种群生态学和污染生态学研究．E—mail：ldy@mail．ahnu．edu．ca
Foundation item：The project was supported by National Key Basic Research Plan of China(No．2004CB418503)，National Natural Science Foundation of China
(No．30470270)and Grant from the National Ministry of Personnel
Received date：2005—09—12；Accepted date ：2006-02—09
Biography：LIU Deng-Yi，Ph．D．，Professor，mainly engaged in population ecology and pollution ecology ．E—mail：ldy@mail．ahnu．edu．ca
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5期 刘登 义 等 ：铜胁迫下链格孢 菌对 白车轴草生理生化特性 的影响
inoculated plants．But when Cu concentration was high the inoculated plants’SOD activity was lower than that of non—inoculated
plants．Similarly，under low levels of Cu(<500mg。kg )POD acfivi~ was higher of inoculated plants than that of non．
inoculated plants．After the increase of Cu concentration POD activity declined rapidly and was lower than that of non．inoculated
plants．Finaly，CAT in two inoculated populations was higher than in non—inoculated ones from 0—1000mg·kg～ ．but lower from
1500mg。kg～ in population I，whereas in population 1 it was lower at 2000mg·kg～ ．The sensibilities of the protective enzyme
also differed from each other according to the Cu stress．Th e order was PO D >SOD >CAT．Th e results alSO indicated that under
the stress of a high Cu level(2000mg。kg )，the decline of antioxidative enzyme acitivities broke the normal balance between
production and elimination of acitive oxygen，resulting in the accumulation of excessive active oxygen which aggravated lipid
perexidation，thereby causing toxic efects on T．repens．And within the inoculation with A．tenuis，these toxic efects were more
serious．Population I could subsist within 2000mg。kg～ Cu in soil．but when infected with A．tenuis the concentration should be
less than 1500 mg kg～．In comparison，populationⅡcould subsist within 1500mg。kg Cu in soil but within 1000 mg·kg
under the stress of Cu together with A．tenuis．However，compared with population 11 from the non-poluted area，the T．repens in
population I from the Cu—poluted area showed more resistance to the stress of Cu and A．tenuis．
Key words：Trifolium repens L．；Ahemaria tenuis Nees；enzyme activities；Cu
病原菌与寄主植物的相互作用广泛存在于自然界。研究表明，自然植物种群中，病害的发生和表现，寄主
植物的抗病性和感受性 ，病原菌 的致病力和非致病 力均受环境因素(如土壤 、光照、温度 、营养等 )影响 ，环境胁
迫会使寄主对病原菌 的敏感程度发生变化 ，病原菌及其寄主植物之间相互作用的宏观表现及结果与环境 因子
密切相关 。近年来 ，随着矿产开采和冶金工业的迅速发展 ，大量重金属如 cu、Pb、zn、As等进入环境 ，造成
严重污染。其中 cu污染已成为世界性难题 ，关于 cu对植物的毒害的研究也与 日俱增 ]。
在安徽铜陵铜尾矿场的自然恢复植被中，豆科植物 白车轴草 (Trifolium repens L．)为优势种之一"]。链格
孢菌(Altema ria tenuis Nees)是白车轴草的一种常见病原真菌 ，长期 以来 在 自然种群中与白车轴草有稳定的相
互作用。野外调查发现 ，铜陵铜尾矿场 白车轴草种群中有链格孢菌菌病 发生 ，可引起寄主植物体内发生一系
列生理生化变化。一般情况下，病原菌侵染不立即杀死寄主植物，常使寄主植物光合速率下降，呼吸速率上
升 ，膜脂过氧化加强 ，防御酶体系发生相应的变化 。其 中与植物抗病性有关的酶如超氧化物歧化酶(SOD)、
过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等已是许多学者研究的热点 ， ]，但这些研究大部分局限于病原菌与寄
主植物的单纯相互作用 。
有研究结果指出，环境压力下 ，病原菌对白车轴草的伤害程度加重 川 。而在铜尾矿场，在重金属污染条
件下，白车轴草虽然受病原菌侵染 ，但仍能生长代谢 ，生长发育未受到严重影响。铜 污染胁迫下 ，白车轴草受
链格孢菌侵染后生理生化特性的变化规律 尚未见报道 。本文分别测定 了在 不同 cu浓度处理下 ，安徽铜 陵
5km铜尾矿场(cu污染区)和安徽芜湖神山(非污染区)两个种群的白车轴草种群接种链格孢菌后叶片的生理
指标 ，进而揭示不同 cu浓度胁迫下 ，cu污染区和非污染区白车轴草感染链格孢菌后有关生理生化变化 ，为研
究白车轴草对链格孢菌的防病战略、抗性机制以及豆科植物的抗病遗传育种提供依据，同时也为研究重金属
污染胁迫下，植物对其病原菌抗病机制提供参考。
1 材料与方法
1．1 供试材料
1．1．1 供试植物 寄主 白车轴草分别采于安徽铜 陵五公里铜尾矿场 (cu污染 区)，记作种群 I；和芜湖神山
(非污染区)，记作种群Ⅱ，两个地区的土壤背景值如表 1。分别在同一易感型繁殖系内选取植株高度、生物量
大致相同的健康的白车轴草幼苗，带回温室。于实验前剪取长3cm具 3叶3腋芽的匍匐茎用于盆栽培养。
1．1．2 供试菌种 链格孢菌为在上述易感型繁殖系内采集的白车轴草病叶的病斑上分离纯化而得。
1．2 实验设计
1．2．1 盆栽实验 以安徽师范大学后山田园土为供试土样，背景值见表 1。实验每种群设5个 cu处理浓度，
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分别为 0(cK)，500，1000，1500，2000mg·kg (以纯 Cu计)。将 CuSO4·5H20以去离子水配成母液，再逐级稀释
成处理浓度并且与过2mm筛的土壤反复混合均匀，然后在温室中稳定 7d，每盆装土 1．5kg，栽入上述3cm长的
白车轴草匍匐茎，每盆 10株，每个处理设 4次重复。培养40d后接种。植物生长过程中用自来水浇灌，每天 1
— 2次 ，同时每 3d记录 1次生长状况。
表 1 两实验种群自然生长环境及实验土壤基本性质
Table1 Solne physical and properties ofthe soils oftwo populationsan d used forpo t experiment
1．2．2 接种实验 将链格孢菌的分生孢子悬浮液 以叶片针刺法接种 到上述培养 40d的白车轴草(3叶期 )叶
片上，以接种无菌水作对照。分别将种群 I、Ⅱ接种链格孢菌和接种无菌水的植物记做 I(+)、I(一)和 Ⅱ
(+)Ⅱ(一)。接种后分别隔离培养 9d后取样 ，按下述方法测定不同指标变化情况 ，各处理重复 4次。
1．3 测试指标 和方法
1．3．1 盆栽实验中植物的外表伤害症状 参考秦天才 的方法，目测估计，将白车轴草外伤症状分为4级：
正常生长(无伤害)，目测不到伤害症状；轻度伤害 ，仅 中心部分失绿 ；中度伤害 ，中心及外围叶不 同程度失绿 ；
重度伤害 ，叶片缩小 、植株矮小。
1．3．2 叶片细胞膜透性测定 取白车轴草叶片 0．2g，剪成碎片 ，加入装有 20ml双蒸水的三角瓶中，于电动振
荡机上以 400次 min 的振荡速度振荡 1h，过滤后用 DDS一307型电导仪测定 电导率( s·cm ) 。
1．3．3 MDA水平测定 按林植芳的硫代 巴比妥酸(TBA)法测定( m01．g )“引。
1．3．4 叶片光合色素含量测定 分别取鲜叶 0．2 g加入 80％的丙酮研磨提取后 ，采用 752A型分光光度计 ，
分别测定 663nm，645nm和 440nm的光密度(mg·g )“ 。
1．3．5 蛋白质含量测定 采用考马斯亮蓝 G一250染料结合法测定 。
1．3．6 SOD活性测定 采用氮蓝 四唑(NBT)光还原法 ，利用其对 NBT的光抑制作用 ，采 鲜样 以预冷研钵 、
pH7．8磷酸缓冲液及3000g·min 冷冻离心机离心 20min提取酶液，于 25℃，40001x的光照进行反应，20min后
测定560nm处的光密度，再计算出酶活性 (U·g ·min )¨ 。
1．3．7 POD活性测定 采用 x．H．波钦诺克方法 ，酶活性单位用 1g植物材料在 lmin内氧化愈创木酚的微克
数来表示 (U·g ·min ) 。
1．3．8 CAT活性测定 采用高锰酸钾滴定法 ，酶活性以每克鲜重样品 1min内分解 H2 o2的毫克数表示(mg／
rnin) ‘ 。
1．4 数据处理
采用 SPSS软件进行方差分析、t检验、多重比较、相关与回归运算。所有数据均为4次重复均值。
2 结果与分析
2．1 Cu处理对 白车轴草外表伤害症状的影响
从表 2看出，cu对白车轴草外表伤害与土壤中cu含量有关。对照和低浓度处理组植物外表伤害症状不
明显 ，植物正常生长。而高浓度(1500、2000mg·kg )处理组植物叶片略有失绿 ，2000rag·kg 处理组植株长势
较弱，几乎停止生长，蔓茎纤细，有的甚至萎蔫。对于两种群白车轴草，对照和 500mg·kg 处理组中，种群 Ⅱ
长势好于 I，而 1000、1500、2000mg·kg Cu浓度中，种群 I长势普遍好于 Ⅱ。可见 ，低浓度 Cu对植物生长无明
显不良影响，但当土壤中cu浓度增加到一定程度，会对植株产生明显影响。并且，源自Cu污染区的白车轴草
种群在 Cu处理下长势好于源 自非污染 区的。
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5期 刘登义 等 ：铜胁迫下链格孢菌对白车轴草生理生化特性的影响 1399
I 正常生长 Normal growth 正常生长 Normal gro讪 正常生长 Normal growth 轻度伤害 ugln injury 中度伤害 Secondary injury
正常生 Normal growth 正常生长Normal growth 轻度伤害Light injury 中度伤害Secondary injury 重度伤害Serious injury
2．2 不同 cu浓度胁迫下接种链格孢 菌对 白车轴草 叶
片电导率影响
由图 1，除 2000mg·kg Cu处理外 ，两种群接种组叶
片电导率高于未接种组。1000rng·kg Cu浓度处理时 工
(+)比 I(一)高 54．77％(P<0．05)，2000 mg·kg一 时 ，
工(+)比 工(一)下 降 23．88％(P<0．05)。 工(+)、工
(一)和Ⅱ(一)叶片外渗液电导率均随土壤 cu浓度增加
而增 大 ，呈 显 著 正 相 关 ，相 关 系 数 分 别 为 0．924 、
0．948 和 0．940 。 1／(+)电导率先 随 cu浓度增 加增
大 ，到 1500mg·kg 达 到峰值 ，是对 照 的 2．94倍 (P<
0．05)，2000mg·kg 时又迅速下降，较 1500mg·kg 下降
44．47％(P<0．05)。此外 ，两种群植物相 比，无 论接种
链格孢菌与否，在 0～1500mg·kg～，种群 工电导率小于
种群 Ⅱ，且在高浓度 (1000、1500rag·kg )下两者有显著
差异(P<0．o5)。其 中，1500mg·kg Cu浓度 I1(+)比 I
(+)、Ⅱ(一)比 工(一)电导率分别高 32．67％和 18．57％
(P<0．05)，而在 2000mg·kg Cu浓度下 ，1／(+)比 工
(+)、Ⅱ(一)比 工(一)的电导率分别降低 19．03％(P<
0．05)和 11．33％。 (P<0．05)。
2．3 不同cu浓度胁迫下接种链格孢菌对白车轴草叶
片膜脂过氧化水平 的影响
环境胁迫诱发的活性氧 自由基伤害生物膜过程 中，
最主要 的膜脂过氧化产物是丙二醛 (MDA)。它的浓度
表示膜脂过氧化强度和膜系统受伤害程度 ，可作为膜脂
过氧化程度的一种指标 。两种群在各 cu处理中(图
2)，接种后植物的 MDA含量均显著高于未接种组 (P<
0 500 1000 1500 2000
cu浓度 Cu concentration(mg~g)
图 1 Cu胁迫下链格孢菌对白车轴草叶片电导率影响
Fig．1 Efect of A．tenuiz on electric conductivity of T．repens leaves under
Cu stress
I(一)；种群 I未 接种 Non—inoculated of population I；I(+)：种群 I
接种 Inoculated ofpopulationI；1I(一)：种群 Ⅱ未接种 Non—inoculated of
populationI1；II(+)：种群 Ⅱ接种 Inoculated ofpopulation I；同一图例
不同字母表示不同 cu处理间植物叶片指标差异显著(下同)Values
within the Same column followed by diferent letters are statistically
significantly diferent among Cu treatments；P <0．05；the~％ine below
0 500 l000 l500 2000
Cu浓度 Cu concentration(mg／kg1
图 2 Cu胁迫下链格孢菌对 白车轴草叶片 MDA影响
Fig．2 Efect of A． tenuis on the MDA content of T． repens leaves under
Cu stress
0．05)。1500mg·kg 时 ，工(+)MDA含量是 工(一)的 1．64倍(P<0．05)，Ⅱ(+)是 Ⅱ(一)含量的 1．69倍 (P<
0．05)。I(一)、Ⅱ(一)叶片的MDA含量均与土壤 cu含量呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0．962 和
0．969～ ，这一变化趋势与其叶片电导率的变化一致。
工(+)、Ⅱ(+)叶片的MDA含量随 cu浓度增加而升高，到 1500mg·kg Cu处理时达峰值，分别是其对照
的2．41倍、3．03倍(P<0．05)。到2000mg·kg Cu浓度 MDA含量又下降，但均高于对照。两种群植物比较，
低浓度(500mg·kg )1(+)比工(+)高 10．08％(P<0．05)，当cu浓度 1500mg·kg 时，种群 Ⅱ比工高 20．48％
(P<0．05)。可见，接种链格孢菌后种群Ⅱ比工膜脂过氧化水平高，并在高浓度下表现下更为明显。此外，由
于 MDA与植物叶片外渗液电导率均是细胞膜受伤害程度的指标，而本研究结果发现二者变化规律相似，因
此，对 MDA和电导率做相关性分析，得出二者极显著相关，相关系数为 0．861一 。
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生 态 学 报 26卷
2．4 不同 Cu浓度胁迫下接种链格孢菌对白车轴草叶片叶绿素含量的影响
由表 3可以看出，除了种群 Ⅱ(+)叶片叶绿素含量一直随 cu浓度增加而降低外，其余 3组处理叶片叶绿
素a、叶绿素 b、叶绿素a+b含量均在低 cu浓度(<500rag·kg一)略增加，随后随 cu浓度增加而降低，总体呈下
降趋势，各色素含量与土壤 cu浓度呈显著或极显著负相关，相关系数及回归方程见表4。两种群白车轴草比
较，接种链格孢菌的叶片叶绿素含量均显著低于未接种组(P值均小于0．05)。这种显著差异在高浓度(1500
和 2000mg·kg )表现的尤为明显。对种群 I植物，在 cu浓度为2000mg·kg 时，接种链格孢菌对叶绿素 a、叶
绿素 a+b含量影响最为明显，比未接种组分别降低 27．19％(P<0．05)、24．53％(P<0．05)；对于种群 Ⅱ植物，
在 cu浓度为 1500mg·kg一时，接种比未接种组分别下降28．15％(P<0．05)和29．36％(P<0．05)，差异最明显。
而接种链格孢菌对叶绿素 b含量的影响，种群 I和Ⅱ分别在 1500和2000mg·kg Cu浓度最明显，接种比未接
种组分别下降 32．30％(P<0．05)和 35．09％(P<0．05)。各 cu浓度下，两个种群相比较，无论接种与否，种群
I叶绿素含量均高于种群 Ⅱ。随着 cu浓度增加，种群 Ⅱ白车轴草叶绿素含量变化幅度更大。
裹 3 cu胁迫下链格孢菌对白车轴草叶片叶绿素含■的影响【mg·kg l
Table 3 Efect of A ．tenu／s oR chlorophyl content of T．repens leaves under Cu stress
裹4 白车轴草叶片叶绿素含量与土壤 Cu浓度回归方程
Table 4 The interrelation among the chlorophyll content of T．repens and Cu concentration
2．5 不同 Cu浓度胁迫下接种链格孢菌对 白车轴草叶片蛋 白质含量的影响
不同cu浓度处理下，接种链格孢菌对两种群白车轴草叶片蛋白质含量影响不同(图 3)。接种处理白车
轴草叶片蛋白质含量均低于未接种处理，且统计结果表明，各浓度下，Ⅱ(+)与Ⅱ(一)含量均有显著差异，而
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5期 刘登义 等：铜胁迫下链格孢菌对白车轴草生理生化特性的影响
种群 工仅在 2000mg·kg 浓度下接种与未接种有显著差异。在低浓度(500mg·kg )下，仅 Ⅱ(+)比不加 cu处
理的对照低，其他 3处理组均比对照略高。随后，随土壤 cu浓度增加，两种群叶片蛋白质含量均呈下降趋势。
Ⅱ(+)、I(一)蛋白质含量与土壤 cu浓度均显著负相关，相关系数分别为 一0．965 和一0．903 。而种群 I植
物则没表现显著相关性(P>0．05)。
两种群叶片蛋白质含量相比较，仅在对照组 I(一)含量均是种群 工>I／。由此可见，Cu处理下，接种链格孢菌对种群 Ⅱ植物叶片蛋白质含量影响更大，这与叶
绿素变化规律一致。
2．6 不同 Cu浓度胁迫下接种链格孢菌对 白车轴草叶片 SOD、POD、CAT活性的影响
cu胁迫下，接种链格孢菌对白车轴草叶片 SOD、POD和 CAT影响分别见图4、图 5和图 6。无论接种与
否 ，两种群 白车轴草叶片在 500mg·kg Cu浓度下 3种酶活性均比对照略增加 ，随着 Cu浓度增加 ，各种酶活性
变化不同。
·皿
嘲
0 500 1000 l500 2000
Cu浓度Cu concentration(mg／kg)
图3 Cu胁迫下链 格孢菌对 白车轴草叶片蛋白质含量 的影 响
Fig．3 Efect of A． tenu／s on the protein content of T．repens leaves under
Cu stress
400
壹 350
兽 300
言 250
200
薰垦： ：
0 50
盆 0
0 500 l000 l500 2000
Cu浓度 Cu concentration(mg／kg)
图4 cu胁迫下链格孢菌对白车轴草叶片 SOD活性的影响
Fig．4 Efect of A． tenu／s on the activities of SOD in T． repens leav~
under Cu stress
图4中，在高 cu浓度时，两种群接种链格孢菌处理组的 SOD活性均低于未接种组，而在低浓度(0和500
mg·kg )，接种组均大于未接种组。 I(一)和 Ⅱ(一)SOD活性在 Cul000mg·kg 时达最大值 ，随后下 降。 I
(+)叶片 SOD值随 cu浓度增加到 1500 mg·kg 达到最高值，比对照增加 26．70％(P<0．05)，随后迅速下降，
在 2000mg·kg 时 比对照组低 4．29％。 Ⅱ(+)的 SOD活性到 500mg·kg一时 已达到最大值 ，随后随 Cu浓度增
加而降低 ，到 2000mg·kg 时比对照低 l4．25％(P<0．05)。
图5表明，cu胁迫下，接种链格孢菌对 POD影响最为明显。500mg·kg 浓度下，两种群接种组 POD高于
未接种组 ，而其他浓度下，接种组显著低于未接种组 ，且 2000mg·kg 浓度时，工(+)比 工(一)、Ⅱ(+)比 Ⅱ
(一)活性分别下降54．92％(P<0．05)、57．33％(P<0．05)。接种后，两种群植物POD活性均随cu浓度增加先
增后减，种群 Ⅱ变化幅度 >工。未接种组 POD活性与 Cu浓度显著正相关 ，相关系数 I(一)和 I(一)分别为
0．958 、0．915 。由图还可得 ，无论接种与否，种群 I变化幅度小于 Ⅱ。
两种 群植物接种链格孢菌后 ，0～1000rag·kg 时 ，CAT活性均高于未接种组 ，但这种差异无显著 性，在
2000mg·kg 浓度接种组 CAT活性均小于未接种组 ，这与 POD、SOD的变化一致(图 6)。 工(+)随 Cu浓度增
加活性逐渐升高，到 1500mg·kg 达最大值比对照高 47．53％(P<0．05)，接着又迅速下降。该变化趋势和SOD
一 致；I(+)活性则在低浓度时升高，到 Cul000mg·kg 时达到最大值随后随 cu浓度增加活性降低。工(一)
和Ⅱ(一)CAT活性随 cu浓度增加总趋势为逐渐升高，到 1500mg·kg 后下降，但总体变化趋势不如 POD明
显。由此可得，cu胁迫下，接种链格孢菌后，白车轴草叶片3种保护酶的敏感性为 POD>SOD>CAT。
3 讨论
叶绿素是植物光合作用的物质基础。叶绿素的破坏与降解会直接导致光合作用速率的降低，进而使植物
叶 。 lll一一一
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图5 Cu胁迫下链格孢菌对白车轴草叶片POD活性的影响
Fig．5 Efect of A．tenu／s on the activities of POD in T． repens leaves
under Cu stress
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图6 Cu胁迫下链格孢菌对白车轴草叶片 CAT活性的影响
Fig．6 Effect of A． tenu／s on the activities of CAT in T． repens leaves
under Cu stress
长势减弱，植物生长量减少。加 。储玲等 ¨ 发现 cu胁迫下，低浓度促使植物叶绿素含量微增，高浓度使其下
降。本研究 中 I(一)与 Ⅱ(一)植株 叶绿素含量也经历了“先增后降”的过程 。植物在感染病原菌后 ，叶绿体受
到破坏 ，叶绿素合成受阻 ，光合速率下降甚 至完全失去 同化 CO 的能力 ]。实验 中，(+)含量 均显 著低 于
(一)，表明链格孢菌对白车轴草叶绿体结构和叶绿素合成造成严重破坏。且在高 cu浓度下，叶片受 cu和链
格孢菌双重毒害，这种受伤害的程度进一步加深，植物的生长受到严重影响。此外，Ⅱ(+)植物的叶绿素含量
一 直随 Cu的增加而下降，原 因可能是其原生长于土壤 Cu含量远小于实验处理浓度的非污染 区，即使在加入
Cu500mg·kg 时，也已超出其叶绿体对 cu的耐性，加之链格孢菌的侵入，导致其叶绿素合成受到破坏，从而含
量下降。
实验中叶片蛋白质含量的变化趋势与叶绿素相似，也是低 cu促使植物生长；而 cu过量后与一SH结合导
致蛋白质变性降解。也可能是蛋 白质合成酶失活或 DNA转录翻译途径受阻影响了蛋白质的合成心 。病原菌
可对寄主植物氮素代谢进行干扰，降低氮素的吸收和硝酸还原酶的活性，改变氨基酸组成，阻碍蛋白质合成及
加速其分解 。本实验接种组蛋白质含量低于未接种组，也进一步证实了这一观点。并且，随 cu浓度增加
对植物生理代谢破坏的加重，接种链格孢菌的植物蛋白质代谢失调表现更为严重。
细胞膜透性是评价植物对逆境 反应的指标 之一 ，有研究表明 ，重金 属胁迫下 ，细胞外渗液 电导率随与
污染物浓度呈正相关。本实验中，两个种群未接种组电导率变化结果与之一致。病原菌侵入植物后，会破坏
寄主植物细胞膜结构，造成电解质外漏，从而使电导率增大 ¨ 。实验中接种链格孢菌后，0～1500mg·kg
时，细胞膜透性是(+)>(一)，且随 cu浓度增加而增大。这表明链格孢菌破坏了细胞膜结构、细胞内酶及代
谢作用原有区域，增大了膜透性。MDA含量在0～1500mg·kg 时升高，且(+)>(一)。高浓度 cu处理使植
物体内 MDA高度积累，接种链格孢菌后更加速其积累，而 MDA含量的增加显示膜脂过氧化水平的升高，使得
细胞膜系统中不饱和脂肪酸组分含量降低，膜结构破坏，并使膜电势去极化，从耐导致膜透性增大，细胞内电
解质大量渗漏，使得电导率也增大，植物抗逆性减弱 。实验中 MDA含量与叶片电导率呈极显著正相关，也
进一步支持以上观点。另外，Cu20OOmg·kg 时，电导率、MDA均成下降趋势但(+)>(一)且都高于不加 cu
对照，推测这并不是表明此时植物受伤有所缓解，相反的，更可能是由于植物在受到远大于其原生长环境的
cu浓度胁迫时，细胞膜结构及多种细胞器早已经被损坏 ，接种链格孢菌后 ，更使得植物细胞整体功能在短
时间内遭到严重破坏，部分细胞死亡、组织坏死，以致无较多的外渗物质，从而电导率偏低；同时，在这样严重
胁迫下，膜脂过氧化的酶也遭到破坏，产生 MDA含量低于前几个 cu浓度处理。
在病原菌、重金属离子、机械胁迫以及伤口等情况下，植物体内都能诱导大量活性氧产生 ，影响植物正
常生理活动。SOD、POD和 CAT共同组成植物体内一个有效的活性氧清除系统，三者协调一致的共同作用，能
有效清除植物体内的自由基和过氧化物 。逆境诱导下，植物体能启动自身的保护机制，来最大限度减少伤
害。鸽]。这应该是实验中cu浓度增加，SOD、CAT、POD升高的原因之一。cu浓度增大到一定程度，使功能蛋白
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5期 刘登义 等：铜胁迫下链格孢菌对白车轴草生理生化特性的影响 1403
变构失活，诱导 tRNA水解，导致蛋白质合成受阻的毒性效应越来越显著，表现为 SOD、CAT降低。可见，重金
属胁迫下，活性氧清除系统对植物细胞的保护是有一定限度的，超过这个阈值植物就会受到伤害。
Buonaria 认为，受病害感染后，感病品种(发生亲和反应)的 SOD、CAT活性基本不变甚至升高。在 POD
研究中，许多学者认为接种后，POD活性显著升高，且速度很快 。实验中，SOD、POD在低 cu浓度下(+)>
(一)，而在高浓度下(+)活性下降且低于(一)。推测这样变化的原因是，低浓度 cu对植物生长略有促进作
用，植物长势较好，受病原菌侵染后，体内迅速产生大量活性氧，可限制病原菌生存和扩散，从而抵制病害，同
时，一系列保护酶活性也上升，故活性较未接种高，多余的活性氧也可有效被清除，使植物免受伤害。盆栽实
验结果显示，仅高浓度 cu一个因素对白车轴草生长影响已经很大，可诱发大量的活性氧产生，已经影响到保
护酶系统的平衡。此时接种链格孢菌后，植物可能在短时间内也有大量活性氧产生以抵制病害，但实验结果
中显示的酶活性结果却是(+)<(一)，原因可能是该数据是在接种 9d天后测得的，此时病原菌已成功侵入寄
主植物并使其表现出明显的感病症状(病斑、局部组织坏死等)，寄主病情趋于稳定。而保护酶活性的变化非
常敏感而短暂，与活性氧自由基反应的速度也很快 ，大量资料显示了保护酶活性随染病时间的延长而下
降 ’ 。所以接种 9d后的指标看不出最初接种时活性氧和保护酶活性的变化。植物在重金属和病原菌双
重的压力下，体内保护酶系统平衡被打破，自身调节系统受破坏，导致代谢紊乱，生长受阻，这和前面白车轴草
叶片膜透性 、膜脂过氧化水平 、叶绿素 、蛋 白质含量受的影响基本一致 。此外 ，比较三种保护酶在 同等的逆境
胁迫下，敏感度为 POD>SOD>CAT。这比较符合“CAT对 H O 亲和性低，在清除病原物与植物作用过程中产
生的H O 作用可能有限，不如 POD对 l{2O 亲和性高”的观点 “。
综上 ，比较两种群植物各生理生化指标 ，初步得 出种群 I白车轴草在土壤 cu低 于 2000mg·kg 时可生存 ，
在感染链格孢菌和 cu双重胁迫 ，生长的土壤 cu浓度应控制在 1500mg·kg 以内；种群 Ⅱ在单一 Cu浓度不超
过 1500mg·kg～，链格孢菌和 cu双重胁迫时土壤 cu浓度不超过 lO00mg·kg-1可生长 。实验中，cu和病原菌的
单一或双重胁迫下，种群 I的电导率、MDA含量小于 Ⅱ，叶绿素、蛋白质含量高于 Ⅱ，保护酶的变化幅度也小
于Ⅱ，可见种群 I植物比Ⅱ有更高的耐性。I植物生长于铜尾矿区，已经适应有 cu的环境，对逆境的耐性机
制也相应发生改变以适应环境压力 ，因此即使受 到链格孢 菌的侵染 ，生长也未受到明显影响。而关于 cu胁迫
下，白车轴草受病原菌侵染的初期体内生理生化变化情况及其与病程的关系还有待于进一步研究 ，以进一步
揭示 cu污染下，白车轴草的抗病机制，对以后研究重金属污染胁迫下，植物对其病原菌的抗病机制提供参考。
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1404 生 态 学 报 26卷
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