全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2002) 03-0212-06
镉胁迫对弯叶画眉草幼苗生长和生理特性的影响
陈　平, 余土元, 叶丽敏
(仲恺农业技术学院, 广州 510225)
摘要: 采用溶液培养研究不同浓度镉( 0～15. 0mg / L )胁迫对弯叶画眉草幼苗生长和部分生理特性的影响。结果表
明, 随着镉浓度的提高和胁迫时间的延长,苗高和鲜重降低,叶绿素含量下降,膜透性增大, 幼苗根尖膨大褐化,叶
黄化。在镉胁迫下, 叶片丙二醛含量增加,过氧化物酶活性增强 ,而超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性降低。
关键词: 弯叶画眉草; 镉胁迫
中图分类号: Q945　　文献标识码: A
Effects of Cd Stress on Growth and Some Physiological
Characteristics of Weeping Lovegrass Seedlings
CHEN Ping , YU T u-yuan, YE Li-min
( Zhongkai Agrotech nical College, Guangzhou 510225, China)
Abstract: The physiolog ical effects of weeping lo vegrass ( Eragrosti s curv ula ( Schar d. ) Nees) seedling s
under Cd ( 0, 1. 0, 5. 0, 10. 0 and 15. 0mg / L ) st ress were studied by nutrient solut ion culture exper iment .
The seedling s suf fered f rom Cd had a chlorosis in leaves and their roo t t ips became brow n. With the in-
crease of Cd concentrat ion, the biomass and plant height of the seedlings, and the act ivit ies of SOD and
CAT in leaves w ere decreased. The content o f malondialdehyde ( MDA) , the act ivity of POD in leaves and
relativ e plasmalemma permeability w er e increased.
Key words : Weeping lov eg rass; Cadm ium stress
　　随着工农业发展, 环境污染日益严重。重金属污
染,尤其是镉( Cd)的污染不容忽视。镉为非营养元
素,对植物具有明显的毒害作用,而且会随着食物链
危及人体健康。前人通过镉胁迫农作物研究认为,
Cd降低水稻、小麦等作物的光合速率、破坏光合色
素,抑制 RuBP 羧化酶活性,影响碳固定[ 1～3]、PSⅡ
活力[ 4] , Cd可诱导细胞膜脂过氧化作用 [ 5]。弯叶画
眉草( Er agrostis curvula ( Schard. ) Nees)适于我国
南亚热带或热带地区生长, 具有较强的耐淹、耐热、
耐旱性, 适于各种贫瘠土壤,常作水土保持之用[ 6]。
本文通过溶液培养, 探讨镉胁迫下弯叶画眉草幼苗
生长及生理特性变化, 为弯叶画眉草用作镉污染地
区植被恢复工作提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　材料培养
弯叶画眉草种子由克劳沃公司提供,种子发芽
率95%。将种子均匀排布于垫有单层滤纸直径 9cm
的培养皿中,以蒸馏水湿润,在自然光照与气温下培
养 5d 的幼苗(每处理 5皿,每皿保留 200株) , 加入
以 Yoshida 营养液 [ 7]配制的含 CdCl 2的溶液 4mL,
Cd 浓度为 0. 0、1. 0、5. 0、10. 0、15. 0mg/ L , pH5. 5,
于 28℃, 光强 3000lx 的培养箱中培养, 每天光照
9h,每 2d换营养液 1次。
　　
收稿日期: 2001-11-01; 修回日期: 2002-04-04
作者简介: 陈平( 1968-) ,男,江苏如东人,讲师,硕士,从事草学教学与研究工作
第 10卷　第 3期
　Vo l. 10　　No. 3
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2002 年　9月
　Sept. 　2002
1. 2　测定方法
1. 2. 1　植株生长量　测定镉处理 3、6、9、12、15d幼
苗苗高及鲜重。从各皿随机取 10株, 测定苗高, 每个
处理测定 50株,鲜重取 50株的平均值。
1. 2. 2　叶绿素含量　取幼苗地上部,按朱广廉等[ 8]
方法,重复 3次。
1. 2. 3　细胞质膜透性　每组取 30株幼苗用蒸馏水
洗净吸干后置于 50mL 小烧杯中, 用十字小玻棒轻
轻压住,准确加入 20mL 重蒸馏水, 甲组用真空泵反
复抽放气 3次,减压渗透 0. 5h 后恢复常压, 在室温
下振荡 3h。乙组样品于沸水浴中加温 15min,杀死
组织。将甲乙两组外渗液分别倾入洁净小烧杯中,用
DDS-12 型数字式电导率仪测其电导率[ 9]。重复
3次。
1. 2. 4　丙二醛含量和保护酶活性
1. 2. 4. 1　酶液制备　取经镉处理 9d 幼苗叶片
0. 5g, 每处理取 3 份以 50mmol / L 磷酸缓冲液
( pH7. 8)内含 1% (W/ V )聚乙烯吡咯烷酮,冰浴研
磨,匀浆以20000r / min, 2℃离心 20min,上清液定容
至 10mL,用于丙二醛含量和超氧化物歧化酶、过氧
化物酶、过氧化氢酶活性测定,重复 3次。
1. 2. 4. 2　丙二醛含量　按文献 [ 10, 11]描述的方法,
采用Beckman DU640分光光度计测定。
1. 2. 4. 3　超氧化物歧化酶活性　按李柏林等的方
法测试 [ 11] , 以抑制 NBT 光化还原 50%为 1个酶活
性单位。
1. 2. 4. 4　过氧化物酶活性　用愈创木酚氧化法 [ 12]
测定,以 470nm 波长下光密度每分钟升高 0. 1 O. D
值为 1个酶活性单位。
1. 2. 4. 5　过氧化氢酶活性　参照罗广华等[ 12]的方
法测定, 1个酶活性单位为每分钟光吸收减少 0. 01
O. D 值。
2　结果与分析
2. 1　镉对弯叶画眉草幼苗生长的影响
在镉胁迫下,弯叶画眉草幼苗生长受到抑制, 经
1. 0mg/ L Cd处理 3d, 苗高受抑制不明显, 6～12d,
苗高抑制程度增大,至 15d, 有减缓趋势。5. 0mg/ L
Cd 处理,对苗的抑制明显,幼苗增高不明显。Cd 处
理 3d后,幼苗鲜重相差不大, 随着时间的延长, 1. 0
～5. 0mg / L Cd 处理幼苗仍然增重, 而 10. 0 与
15. 0mg/ L Cd处理。幼苗几乎停止生长。随着 Cd 浓
度的增加和胁迫时间的延长, 苗高和鲜重增幅下降
明显,抑制程度增加。经10. 0和 15. 0mg/ L Cd处理
6d的幼苗叶尖枯黄, 根尖膨大呈褐色,到第9d, 15. 0
mg/ L Cd 处理幼苗失绿黄化枯死, 至第 12d, 10. 0
mg/ L Cd处理的幼苗亦死亡(图 1)。
图 1　镉对幼苗苗高和鲜重的影响
F ig . 1　The effect of Cd stress on height and fr esh weight o f weeping lo veg rass seedling s
2. 2　镉胁迫对幼苗叶绿素含量的影响
镉胁迫至第 6d, 弯叶画眉草幼苗叶绿素含量均
比相应浓度镉胁迫第3d 时有所增加,但增幅随着Cd
浓度的提高而减少, 6d后, 经 10. 0、15. 0mg / L Cd处
理后, 叶绿素含量明显降低, 减幅随着 Cd浓度的提
高而增大。1. 0、5. 0mg / L Cd 处理,叶绿素含量增幅
缓慢下降,而对照组幼苗叶绿素含量则持续增加。胁
迫 6d, 叶绿素含量与 Cd浓度呈线性负相关, 回归方
程 y= 1. 2938-0. 0477x , r= -0. 946( n-3) (图 2)。
213第 3期 陈 平等:镉胁迫对弯叶画眉草幼苗生长和生理特性的影响
图 2　镉对幼苗叶绿素含量的影响
Fig. 2　T he effect o f Cd str ess on chlor ophyll content of w eeping lov egr ass seedlings
2. 3　镉胁迫对幼苗质膜相对透性的影响
图 3说明, 随着 Cd 浓度的提高及胁迫时间的
延长,弯叶画眉草幼苗质膜相对透性增加, 胁迫至第
9d,高于 5. 0mg / L Cd处理, 质膜相对透性有较大增
加, 1. 0mg / L Cd 处理 15d,幼苗质膜相对透性接近
5. 0mg/ L Cd 处理 12d 的数值。
图 3　镉对幼苗质膜相对透性的影响
F ig . 3　T he effect of Cd st ress on relative plasmalemma
permeability of w eeping lov egr ass seedling s
2. 4　镉胁迫对幼苗膜脂过氧化作用与保护酶活性
的影响
镉胁迫第 9d,弯叶画眉草幼苗叶片脂质过氧化
作用产物( MDA)含量随着 Cd浓度的提高而呈上
升趋势, 增幅约为 4%～15%。而三种活性氧防御
酶,随着 Cd浓度的增加, POD活性显著升高, 与 Cd
浓度呈显著正相关, 相关系数 r = 0. 980( n= 3) ,
SOD 与 CAT 活性下降, 经 1. 0～15. 0mg/ L Cd 胁
迫, SOD活性分别为对照的 81. 5%、45. 0%、38. 0%
和 34. 4% , CAT 活性分别为 75. 3%、68. 3%、
67. 9%和 65. 6% (图 4)。
3　讨论
3. 1　前人研究表明,重金属对细胞毒害的主要原因
是由于细胞内的重金属离子不仅能与酶活性中心或
蛋白质中的巯基结合, 而且还能取代金属蛋白中的
必需元素 ( Ca2+、Mg2+ 、Zn2+和 Fe2+ ) , 导致生物
大分子构象改变, 酶活性丧失及必需元素缺乏, 干
扰细胞的正常代谢过程[ 13]。Cd过多对植物产生严
重损害, 可以强烈抑制细胞和整个植株的生长[ 4] , 引
起植物失绿和叶绿素总量下降 [ 14] , Assche等认为,
是由于镉抑制原叶绿素酸酯还原酶活性引起的[ 13]。
可能由于大多数 Cd 结合在细胞壁上, 导致中胶层
中果胶的交联, 这种交联是细胞伸长生长受到抑制
的原因 [ 4, 15]。黄玉山等 [ 5]报道, 随着Cd2+ 浓度的增加
和胁迫时间的延长, 紫羊茅生长受到抑制。本试验
结果表明, 在Cd毒害下, 弯叶画眉草植株矮小, 幼
苗鲜重下降, 叶片失绿, 黄化, 根尖膨大褐化死亡。
214 草　地　学　报 第 10卷
图 4　镉对幼苗叶片丙二醛含量及保护酶( SOD、POD、CAT )活性的影响( Cd 胁迫 9d 测定)
Fig . 4　The effect o f Cd str ess on M DA content and SOD, POD , CAT activit ies in leaves of
w eeping lov egr ass seedlings ( experiment conducted after 9d Cd stress)
3. 2　镉可诱导植物的自由基过氧化损伤, 加剧植物
体内膜脂过氧化作用[ 5]。孔祥生等研究表明,随着
Cd
2+ 浓度的增加和毒害时间的延长, 玉米叶片
MDA 含量上升, SOD和 CAT 活性下降, POD 活性
增强[ 16]。本试验也得到类似结果。MDA 的积累在一
定程度上反映了植物体内自由基活动的状态, M DA
积累多, OH 和 O 2 等自由基亦可能是高水平的[ 5]。
生物体内保护酶系统具有清除自由基的作用, SOD
是重要的活性氧防御酶,它催化反应 2O-2 + 2H+ →
H2O 2+ O 2, CAT 能催化 H2O 2 分解成水和氧, POD
能催化H 2O 2与酚类的反应。CAT 活性的提高, 能更
有效地清除 H2O 2 , SOD 和 POD的共同作用能把体
内具潜在危害的 O-2 和 H2O 2转化为无害的 H2O和
O 2, 并能减少·OH 的形成, POD 和 CAT 共同作用
催化 H2O 2形成水, 从而有效地阻止 O -2 和 H 2O 2在
植物体内积累[ 12]。Cd毒害下, 诱导自由基产生,保
护酶活性降低, M DA 含量增加,抑制弯叶画眉草幼
苗生长发育。
3. 3　本试验中,弯叶画眉草幼苗受 1. 0、5. 0mg / L
Cd胁迫 15d,植株生物量虽有降低,生理指标有所
变化,幼苗仍能生长, 表现出对 Cd有一定的耐性可
作为镉污染地区植被恢复草种。弯叶画眉草幼苗能
忍耐一定浓度镉胁迫, 主要是由于 Cd胁迫与其他
形式的氧化胁迫相似, 能导致大量活性氧产生, 自由
基能损伤主要的生物大分子(如蛋白质和 DNA )及
引起膜脂过氧化,植物中的多种抗氧化防卫系统能
够清除自由基,保护细胞免受氧化胁迫的伤害[ 5] ,这
是其能忍受一定浓度 Cd 胁迫的主要机理之一。形
成金属螯合蛋白可能是植物对镉毒害耐性的可能机
制。而具有抗氧化功能的硒及谷胱甘肽( GSH)可影
响金属螯合蛋白质的形成。高等植物中的植物螯合
肽( phy to chelatins, pc)是以 GSH 为底物, 由 PC 合
成酶( phytochclat in synthesis)即
-谷氨酰半胱氨
酸二肽转移酶催化而成的金属螯合肽 [ 16] , 随着镉浓
度增加,该酶在瞬间被激活,还可被多种多原子阴离
子如( SeO 42- , SeO 3 2-和 AsO4 3- )激活[ 18]。
4　结语
弯叶画眉草幼苗受镉毒害后叶片失绿,根褐化,
随着镉浓度的提高, 生物量降低,超氧化物岐化酶和
过氧化氢酶活性降低,膜透性增大,丙二醛含量和过
氧化物酶活性增加。弯叶画眉草幼苗能忍耐较低浓
度镉胁迫,可作为镉污染地区植被恢复草种。
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