全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 6期，2008年 12月 1135
镉胁迫下龙葵叶中三种抗氧化酶的活性和抗坏血酸含量的变化
唐秀梅 1,2, 龚春风 1, 刘鹏 1,*, 徐根娣 1, 蔡妙珍 1, 吴琼鸯 1
1浙江师范大学植物学实验室, 浙江金华 321004; 2广西大学农学院, 南宁 530004
提要: 水培龙葵, 设置 0、10、25、50、100 mg·L-1 5个镉浓度, 处理 17和 34 d后测定叶片中 3个保护酶活性和抗坏血酸含
量。结果表明, 经镉处理后的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和抗坏血酸(AsA)含量都
增加, 25、100 mg·L-1镉处理的差异显著; 处理34 d后, 3个酶的活性呈现随着镉浓度升高而变化的规律, 三者都表现出先升
高后降低再升高的趋势。
关键词: 镉; 龙葵; 抗坏血酸; 抗氧化保护酶
Variations of Three Antioxidant Enzymes Activities and AsA Content in Leaves
of Solanum nigrum L. under Cadmium Stress
TANG Xiu-Mei1,2, GONG Chun-Feng1, LIU Peng1,*, XU Gen-Di1, CAI Miao-Zhen1, WU Qiong-Yang1
1Laboratory of Botany, Zhejiang Normal University, Jinhua, Zhejiang 321004, China; 2College of Agriculture, Guangxi University,
Nanning 530004, China
Abstract: In this research, the AsA content and three antioxidant enzymes activities of Solanum nigrum were
studied after 17 and 34 days of treatment with Cd (0, 10, 25, 50, 100 mg·L-1) in hydroponic culture. Compared
to control, the activities of POD, SOD, CAT and AsA content increased with Cd treatment and changed signifi-
cantly with 25 and 100 mg·L-1 Cd. After 34 days with Cd treatment, the activities of POD, SOD and CAT changed
with the increase concentration of Cd2+. And the activities rised first, decreased later, and then increased again.
Key words: Cd; Solanum nigrum; AsA; antioxidant enzyme
收稿 2008-06-18 修定 2008-10-20
资助 国家自然科学基金(30540056)和浙江省自然科学基金
(3 0 6 3 9 1 )。
* 通讯作者(E-mail: sky79@zjnu.cn; Tel: 0579-82282340)。
镉是一种工业毒物和环境污染物。土壤中过
量的镉易为植物吸收和积累, 影响植物的生长、细
胞分裂及代谢活动, 造成农作物产量和品质下降(陈
怀满 1996)。它可通过食物链进入动物和人体。采
用超积累植物修复重金属污染以其潜在的高效、
廉价及其环境友好性获得广泛关注( G a r d e a -
Torresdey等 2005)。而龙葵作为一种新发现的镉
超积累植物(魏树和等2004), 研究其对镉的耐性机
制是有意义的。植物抗氧化系统是解析植物耐重
金属的机制之一, 本文从过氧化物酶(peroxidase,
POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,
SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)活性和抗坏血
酸(ascorbic acid, AsA)出发, 研究镉超积累植物龙葵
在镉胁迫下叶中3种抗氧化酶活性和抗坏血酸含量
的变化, 以供揭示龙葵的耐镉和植物修复机制时参
考。
材料与方法
龙葵(Solanum nigrum L.)种子撒在湿润的土壤
中萌发, 待苗长到 7~8 cm高时移栽至 5 L塑料桶
中, 每盆 4株, 3次重复, 营养液为 1/2Hoagland, 加
入Cd2+ (镉离子以 3CdSO4·8H2O形式加入), 设 5个
Cd2+浓度梯度, 分别为 0 (对照)、10、25、50、
100 mg·L-1。每天用 0.1 mol·L-1 NaOH或 HCl调 pH
至4.5, 以维持生长介质中较高的Cd2+浓度, 连续通
气, 5 d换一次营养液, 每天补充蒸馏水以补足由于
吸收和蒸发所减少的营养液体积。分别在镉处理
后第 17天和第 34天取成熟叶片进行测定。根据
邹琦(1995)书中的方法测定以下生理指标: AsA含
量测定用2,6-二氯酚靛酚法; POD活性用愈创木酚
法; SOD活性采用NBT光化还原法测定; CAT活
性按硫代硫酸钠滴定法测定。各实验均重复 3次,
根据3次实验所得数据计算平均值和标准误差, 用
SAS分析软件进行方差分析。
植物生理学通讯 第 44卷 第 6期，2008年 12月1136
结果与讨论
1 镉对龙葵叶中抗坏血酸含量的影响
从图1可知, 各浓度Cd处理后的龙葵叶中AsA
含量都增加, 25~100 mg·L-1镉处理的差异显著, 其
中 25 mg·L-1处理的表现得最突出。并随着 Cd处
理时间的延长, 各处理的龙葵叶中AsA含量也有所
增加, 表现在处理 34 d后龙葵叶中AsA含量比处
理 17 d后大。说明龙葵作为一种耐镉植物, 在镉
胁迫下表现出特有的抗氧化保护性和适应性。
2 镉对龙葵叶中抗氧化保护酶的影响
由图 2可看出, POD、SOD、CAT经镉处理
后都增加, 处理 17 d后, 在镉浓度为 100 mg·L-1时,
3个酶的活性最高, 说明短期的高浓度镉胁迫时保
护酶发挥着较强的作用; SOD活性随着镉浓度的升
高而增强, 这与 Sun等(2007)的研究结果一致。经
镉处理 34 d后, 25 mg·L-1镉处理的 POD和CAT活
性最大, 这与 Boominathan和Doran (2003)研究高
镉胁迫对遏蓝菜(Thlaspi arvense L.)的影响结果一
致, 说明此浓度下龙葵表现出对 POD和 CAT活性
有强诱导的响应。据前人(张金彪和黄维南 2000)
报道, Cd污染可引起 SOD、POD和 CAT活性下
降, 但耐性植物在一定的 Cd浓度范围内, 3种酶的
活性可以维持或提高, 超过一定范围, 它们的活性
仍会下降, 本文中也得到了验证。总之, 龙葵作为
一种镉超积累植物, 可以用于防治环境污染。可以
用作为防治环境污染。
图 1 镉对龙葵叶中AsA含量的影响
Fig.1 Effect of Cd on AsA content in leaves of S. nigrum
Duncan’s多重比较, 不同字母表示均值间差异显著。下图
同 此 。
参考文献
陈怀满(1996). 土壤——植物系统中的重金属污染. 北京: 科学
出版社, 71~125
魏树和, 周启星, 王新(2004). 超积累植物龙葵及其对镉的富集特
征. 环境科学, 26 (3): 167~171
张金彪, 黄维南(2000). 镉对植物的生理生态效应的研究进展. 生
态学报, 20 (3): 510~514
邹琦(1 99 5) . 植物生理生化实验指导. 北京: 中国农业出版社,
10~26
Boominathan R, Doran PM (2003). Organic acid complexation,
heavy metal distribution and the effect of ATPase inhibition
in ha iry roots of hyperaccumulator plant species. J
Biotechnol, 101 (2): 131~146
Gardea-Torresdey JL, Peralta-Videa JT, de la Rosa G, Parsons JG
(2005). Phytoremediation of heavy metals and study of the
metal coordination by X-ray absorption spectroscopy.
Coordin Chem Rev, 249: 1797~1810
Sun RL, Zhou QX, Sun FH, Jin CX (2007). Antioxidative defense
and proline/phytochelatin accumulation in a newly discov-
ered Cd-hyperaccumulator, Solanum nigrum L. Environ
Exp Bot, 1016 (10): 1337~1346
图 2 镉对龙葵叶中抗氧化酶活性的影响
Fig.2 Effect of Cd on antioxidant enzymes activities in leaves of S. nigrum