全 文 ： 一牛72
第1 7卷第5期
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生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SI ICA
绋 z7 、
Vo1．17，No．5
Sep．， 1997
Cd、Pb胁迫对烟草叶片中活性氧清除
系统的影Ⅱ向
严重玲
r r — — 一
洪业汤 付舜珍 方重华 雷基祥 沈 芹
V (贵州省环保科研 所，贵阳 ，550002)
-- (中国科学院地球化学研究所，贵阳，550002)” ‘宴州农学院林学系t贵阳-550025)
·0}
摘要 Cd、Pb胁迫对烟草叶片活性氧清除系统的影响表明：随着 Cd b处理浓度的增大，叶姆素吉量、叶绿
紊 a／b值，CAT(过氧化氢酶)活性透渐减小~SOD<超氧化物歧化酶)活性先升后转而下降~POD(过氧化物
酶)活性则逐渐增加 对烟草活性氧清除系统的影响，Cd、Pb之间存在明显的协合作用 Cd、Pb胁迫明显地影
响活性氧清除系统．导致烟草叶片活性氧代谢失调和加速叶片的老化
1P 蛭坚业塑 锈舫立亘一j铅
EFFECT oF Cd．Pb STRESS oN SCARENGING SYSTEM oF
ACTIVATED oXYGEN IN LEAVES oF ToBACCo
Yan Chongling Hong Yetang‘ Fu Shunzhen Fang Chonghua
Lei Jixiang’ Shen Qin
(Guizhou Instituti~ ofEnvimnm~tad Protection，Guiyang，550002·China)
(‘Imtitute ofGeochemistry Chinese Academyof Sciences，Guzyang，55000Z、China)
(一Department offorest，Guizlum Agcqcultl~eUni~rMty，Gulyang、550025、China)
Abstract The effect of Cd，Pb stress on scarenging system of activated oxygen indicated that
content of chlorophyl1．chlorophyll a／b ratio and activity of CAT gradualy decrease—the activity
of SOD ihcrease first and decrease afterwards，the activity of POD gradually increase with the
consistency of Cd．Pb treatment．Bdtween Cd and Pb，there is a synergistical action on effect of
searenging system of activated oxygen．The results indicated that Cd，Pb stress affect scarenging
system of activated oxygen and result n imbalance of activated oxygen metabolism
Key words： Cd．Pb stress．scarenging system of activated oxygen—tobacco．
关于膜伤害机制有多种学说 但是以生物氧毒害的锺氧学说研究进展根快。许多研究表明 植物在逆
境中(如干旱、涝、盐、环境污染等)会产生大量的氧 自由基 。 这些活性氧能够直接或间接启动膜脂过氧
化，导致膜的损伤和破坏。SOD、POD、CAT对这些 自由基和过氧化物起着清除作用。SOD清除 Of而形成
H O POD和 CAT则催化 H 0 形成 H 0，从而有效阻止 Oi和 H O 的积累 限制了这些自由基对膜脂的
* 贵州省自然科学基金资助项目．
收穑日期：1995 i0 Z7．修改稿收到日期：1996 03—27。
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5期 严重玲等：cd、Pb胁迫对烟草叶片中活性氧清除系统的影响 489
过氧化启动=SOD、POD和 CAT是植物体由活性氧醇促防御系统的3种重要保护酶。
Cd、Pb作为对植物毒害的主要重金属污染物 已有报道，但这些研究多集中在探讨对重金属的吸收积
累，生长发育、光台、呼吸及品质等方面’。“ ，而重金属对植物活性氧清除系统的影响的研究则不够系统。本
文以烟草为材料、系统地探讨 cd、Pb胁迫对叶绿素及活性氧清除系统的影响。
1 材料和方法
1．1 材料 烟草，红花大金元(Nicotican~tabac L．)
1．2 方法
1·2·1 栽培方法 供试土壤为贵卅I典型酸性黄壤、肥源为复合化肥 、全部肥料做基肥一次诱入。烟苗单抹
移苗盆栽，成活后以污罐方式按一定浓度一次施入CdC1。·2．5H O和 Pb(Ac) 。Pb、Cd设4个系列，以单纯
cd、Pb计算，各系列浓度(mg／kg)为：
Cd Pb
10 100
30 300
5O
10O
5O0
1000
·g FW)和 (aOn5。·mg
2 结果与讨论
Cd+Pb
30+ 100
30+ 3O0
Pb+Cd
3O0+10
30+ 500， 3O0+ 50
30上1000 300+100
Protein) CAT 活性
另再设一组对照(束 加 Cd、Pb)，每处理5抹重
复，盆栽25 d后，取相同叶位的中部叶片，洗净并用
蒸馏水冲洗，吸水纸揩于待测：
1t 2．2 测定方法 叶绿素含量及叶绿素 a／b值
Arnon(1 949)法单位 (mg·g_。FW)。SOD活性和
POD活性 方法见文献[5_l，单位分别为(×10aunits
采用碟量法，单位fHz0zmg·rain—g FW)。
2·1 Cd、Pb胁迫对烟草叶片叶绿素含量的影响
实验结果表明(图1)t与对照相比，各处理系列叶绿素含量随着Cd、Pb处理浓度的增大而逐渐减步，其
中以CA+Ph和Pb+Cd两个处理系列最明显。各处理系列在所测定的3十生育期中，叶绿素含量与Cd、Pb
浓度均表现出显著的负相关。同时以植株外部形态来看，这4个处理系列的叶片明显较对照失绿而发黄，这
一 结论与文献[6，7]研究结果一致
叶绿素含量的减步t可能是由于cd、Pb进入体内，使叶绿体酶活性 比例失调，致使叶绿素分解加快。同
时由于Cd、Pb局部积累过多，与叶绿体中蛋白质上的一SH基结合或取代其中的Fe卜、Zn抖、Mgz州：，而使
叶绿索蛋白质中心离子组成变化而失活，如 cd与 Zn，具有相近的棱外电子构型而发生替代，从而使叶绿
素中心离子组成改变而失活所造成。Cd与Pb的复合作用明显太于单一的Cd或Pb作用，这说明两者具有
对计绿素破坏的协合作用。
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cd和 Pb音量 Ca Pb c0n‘哪 (叫 )
图1 Cd Pb胁迫对叶绿素古量的影响
F 1 Effect of Cd，Pb stress 0n chioro曲rll coDte~3t
A·(=dtB Pb single Pb，C．Pb+Cd(Pb 300mg／kg)，D．Cd+Pb(CA 30mg／kg>．⋯ 一·仲根期 (r)．Toot extensi⋯ peiod
0<)C旺长期( )vigorous period ▲一▲ ▲成熟期(r-)~ature period r：相关系数c0 eiati n ff[】ent
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490 生 态 学 报 17卷
2．2 Cd、Pb胁迫对叶绿素 a／b值的影响
实验结果表明(表1)．各处理系列在不同的生育期中，叶绿素 a／b值随着 cd、Pb处理浓度的增加而具
有逐渐减少的趋势。Woolhouse认为：随着叶片的衰老，叶绿素含量逐渐下降，叶绿素 a比叶绿素 b下降得
更快，叶绿素 a／b值可作为叶片衰老的指标c 。在该研究中，叶绿素含量及叶绿素 a／b值随着 cd、Pb处理
浓度增加而减少．这说明Cd、Pb具有加速烟草叶片老化的作用
表1 Cd、Pb胁迫对烟草叶绿素 a／b值的影响 2．3 Cd、Pb胁迫对 POD活性的影响
Table 1 Efect ef Cd Pb stre~ 0n chlorophyn a／b valu~
In leaves 0f tobacco
图2表明，各处理系列中．随着 Cd、Pb处理浓
度的增大，其 POD活性逐渐增加．其中以 cd+Pb
和 Pb—cd两个处理系列变化幅度最大．单一的
Cd、Ph处理系列活性变化相对较小：
PO D活性的增 加是 由于 Cd、Pb进入植物体
后，通过一系列生理生化反应产生了对自身有害的
过氧化物，随着这种物质的增加．POD利用 H：O 来
催化这些对自身有害的过氧化物的氧化分解。因此
随着植物体内这些 POD酶底物浓度的增加，致使
PO D活性逐渐增加所致 。
许多实验表明，PO D-H O。分解系统参与了叶
绿素的降解0叫 ，并且 POD活性与叶绿素古量呈
高度负相关 lj_ 在本实验中，随着 Cd、Pb处理浓
度的增加，POD活性逐渐增加 ，叶绿素含量减步，
叶绿素 a／b值减小．这也说明 Cd、Pb也通过 PO D
活性增加直接或间接地影响叶绿素的降解作用。
有研究表 明，随着植物叶片衰老，POD活性总
是显著增加_l 。该实验也表明．烟草叶片随着生
育期进程 ，叶片POD活性逐渐增加。因此在处理系
列中．PO D活性除了受 cd、Pb胁迫直接增加外．还有由于cd、Pb胁迫使植株衰老速度加快(叶绿素含量减
少、叶绿素 a／b值减小等)间接所弓l起的增加，同时还包括植株正常衰老所增加的部分
cd、Pb的复合作用对 POD活性的影响明显大于单一cd、Pb处理，这与 cd、Pb影响叶绿素含量是一
致的
2．4 Cd、Pb胁迫对 SOD活性的影响
实验结果表明(图3)，各处理系列中．SOD活性随着 cd、Pb浓度的增加．先出现增加 ，但是 ，随着 cd、
Pb的浓度继续增大 ，SOD活性转而急剧或缓慢下降，甚至低于同一生育期的对照水平。
SOD是防护氧自由基对细胞膜系统伤害的防护酶 ，它作为超氧自由基清除剂，其活性高低与植物抗性
大小有一定的相关性 在适度逆境诱导下，其活性有所提高．以增加其抗逆能力而适应逆境得以生存；在
cd、Pb的胁迫下，烟草体内所具有的活性氧清除酶系统和具抗性特征的生理活动筏诱导而加快 ，SO D在此
诱导下，其活性逐渐增加，用以消除土壤中 cd、Pb胁迫导致叶片所产生过多的 0 ，但是随着 cd、Pb浓度
的继续增加，叶片中的 02"的增加超过了正常的歧化能力极限而对叶细脆多种功能膜及酶系统破坏，以至
抑制SO D活性增加而急剧或缓慢下降。cd、Pb的复合作用与单一 cd、Pb作用相比，SO D活性下降幅度更
大，表现出明显的协合作用
2．s Cd、Pb胁迫对 CAT活性的影响
CAT能够清除细胞内过多的 H。O 以维持细胞内H zOz在一个正常水平，从而保护膜结构。该实验表
* 待发表
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5期 严重玲等 ：Cd、Pb胁迫对烟草叶片中活性氧情豫系统的影响 4gl
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图2 Cd、Pb畴迫对POD活性的影响
F‘g 2 E{{ect 0f Cd、Pb stces$o r1 activity ol POD
A．Cd，B．pb，C．pb+Cd(Pb 300mg／kg)、D．Cd+P~(Cd 3emg／kg)
⋯ 一 ．伸根期r。0t ext㈣ period C—O一0旺长期 vigorous period ▲一▲ ▲成熟期 ~ tul- period
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圈3 cd、Pb船迫对SOD活性的影响
Fig．3 Effect ol Cd、Pb 5 on activity of SOD
A．Cd．B．Pb，0pb+Cd(pb 300rag&S)，D Cd+Pb(Cd 30rag／kg)
⋯ 一 ．伸根期r。0t extension period O O一0旺长期v period ▲一▲一▲成熟期matu~per10d
明，在各生育期中，各处理系列叶片中CAT活性随着处理浓度的增加而逐新减小a由于CAT活性的降低、
清除活性氧的功能减小，过氧化作用加强，内源抗钾活性氧毒害的能力减弱。
在各生育期中，成熟期叶片中CAT活性变化幅度最小，并且在一定程度上有所增加，这是由于随着生
育期进程，植株自身抗性有所增加所致。
3 小结
Cd，Ph胁迫使叶绿素含量减少、叶绿素 a／b值减小，这不仅是由于cd、Pb与叶绿素中蛋白结构上的
一
sH基结合或取代其中的 Mg抖、zn抖和 Fe +使蛋白的中心离子组成发生变化t造成叶绿素失活或分解所
造成，也包括由于 POD活性增高，SOD和CAT活性变化，致使叶绿体膜系统破坏而使叶绿素降解和失括
所致 。
(Ⅱ 冀 ∞叫】嚣
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492 生 态 学 报 l 7卷
cd和 Ph古量 cdlⅡ，扑dPb c0T-【enI(mg／kg)
圈4 Cd、Pb胁迫对 CAT活性的影响
F 4 Effect of Cd、Pb stress On aetivRy of SOD
A cd，B、Pb，C、Pb+Cd(Pb 30Omgfl~)，D、cd+Ph(Cd 30ms／kg)
⋯ 一 ·伸根期rOOt extens~n period 0—0—0旺长期 visorous period ▲ ▲ ▲成熟期 mat⋯ period
Cd、Pb胁迫明显影响活性氧情棘系统 ，致使系统中酶活性比失调，降低了内源活性氧清除功能，0 、
H～O OH·等的积累，使细胞膜功能紊乱和伤害
Cd、Pb对烟草叶片的叶绿素和活性氧清除系统的影响，两者之间具有明显的协台作用
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