全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 22(6)：553— 556 2002年 l1月
Hg2+对苜蓿叶片的毒害效应
张 健1，刘美艳2，肖 炜1
(1．徐州师范大学生物系 ，江苏徐州 221009；2．徐州农业学校 ，江苏徐州 221006)
摘 要：研究了 H +对苜蓿叶片的毒害效应。结果表明：随着 Hg2 浓度的增加和处理时间的延长，叶绿素含
量下降，电导度上升；低 Hg2+浓度及短时间处理，超氧阴离子 自由基 (07)和丙二醛(MDA)含量增加，SOD、
POD和 CAT等保护酶活性升高 ，表明膜系统受到了伤害；高 Hg2 浓度及长时间处理，07和 MDA含量下
降，SOD、POD和 CAT等保护酶活性降低，表明细胞结构和功能受到了不可逆的伤害。
关键词：Hg2 ；苜蓿；超氧阴离子自由基 ；丙二醛 ；保护酶
中图分类号：Q945 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2002)06—0553—04
The toxic effect of Hg2+on alfalfa leaves
ZHANG JianI，LIU Mei—yan2，XIAO WeiI
(1．Department of Biology，Xuzhou Normal University，Xuzhou 221009，China；
2．Xuzhou Agricultural school，Xuzhou 221006，China)
Abstract：The toxic effect of Hg on alfalfa Ieaves was studied．The results showed that the content of ohio—
rophyll decreased and the conductivity increased with Hg concentration’S increase and the treated time S pro—
longation．In low Hg” concentration and short treated time，the content of superoxide free radical(07)and
maIondiaIdehyde(MDA)increased，the activity of protective enzyme such as SOD、POD and CAT increased
tOO，which indicated that the membrane system had been damaged．However，in high Hg concentration and
the treated time S prolonged。the content of 07 and MDA decreased and the activity of protective enzyme such
as SOD、POD and CAT decreased too，which indicated that the construction and function of cells had been suf—
fered irreversible damage．
Key words：Hg +；alfalfa；superoxide free radical；maIondiaIdehyde；protective enzyme
苜蓿不仅是一种优 良的牧草，而且可以作为绿
化城市的草坪草。作为草坪草种植 时，不可避免地
会受到城市工业废水、废气的污染。随着工业废水 、
废气的过度排放 ，使得大量重金属进入土壤一植物
生态系统，使陆生生态系统受到污染 ，Hg +是主要
重金属污染物 之一(1]。以水 生植 物为材料，研究
Hg 污染对植物 生长发育影 响的报道较多(2．33。
本文以白花苜蓿为材料，研究了 Hg +对苜蓿叶片
叶绿素含量、电导度、活性氧含量 、膜脂过氧化及抗
氧化酶活性的影响，旨在为苜蓿作为城市草坪草的
种植提供理论依据。
1 材料和方法
1．1实验 材料
白花苜蓿 (Trifolium repens L．)草籽采 自徐
州师范大学 泉山校 区绿 化草坪 内，草 籽用 0．1
HgCh消毒 15 rain，经去离子水漂洗后点播于含有
蛭石的培养皿 中人工培养。培养条件为：光周期 12
：12(L：D)，光照强度 250／~mo[·m_2·s_1，温度
28。C。用 1／2Hoagland培养液提供苜蓿幼苗生长
所需的水分和养分，三叶期后，分别用含 Hgz+为 0、
收 稿 日期 ：2001一10—16
作者简介：张 健(1966-)，男 ，江苏沛县人，讲师，硕士，主要从事植物生理方面的教学与科研工作 。
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0．01、0．02、0．03、0．04、0．05 mmol／L的 1／2 Hoag—
land培养液处理苜蓿幼苗 ，从第 2 d起 ，取苜蓿叶片
进行各项分析测定 。
1．2方法
叶绿素含量按照张志良(4]的方法测定 ；电导度
按照张志良(5)的方 法测 定 ：取 3 g叶片 ，用 自来水反
复冲洗，蒸馏水漂洗 3次 ，以 3O mL蒸馏水浸泡 1
h，用 DDS—l1A 型电导率仪测定 电导度；超氧阴离
子(O )相对含量参照王爱 国等( ]的方法测定；丙
二醛(MDA)含量参 照 HeathCT~的硫代 巴 比妥酸
(TBA)比色法测定 ；超氧化物歧化酶(SOD)活性参
照 Stewart和 BewleyCS~抑制 NBT光还原的方法测
定；过氧化物酶(POD)活性参照李瑞智(9]愈创木酚
法测定；过氧化氢酶(CAT)活性按 ChanceClo3方法
测定 ；可溶性蛋 白质含量按 BradfordCln的考马斯亮
删
《rⅡ
榀
蝾
古
0
0 0．01 0．02 0．03 0．04 0．05
Hg 浓度 Concentration／(mmol／L)
图 1 Hg2 对苜蓿叶片叶绿素含量的影响
Fig．1 Effects of Hg。 on chlorophyll content
苜蓿叶片经 Hg +处理后，电导度逐步升高(图
2)。在本实验范围内，最大值 出现在 0．05 mmol／L
Hg 处理 8 d时 ，和处 理前 相 比，电导度上升 了 5．9
倍。表明经 Hg抖处理后 ，苜蓿叶片膜结构受到损
伤，细胞膜透性加大 ，电解质外渗 。
2．2 H 对苜蓿叶片 。 和 MDA含量的影响
经 Hg抖处理后 ，苜蓿叶片 O 含量发生了明显
变化 (图 3)。在 低浓 度 (0．01和 0．02 mmol／L)
H 处理时，O 含量 明显增加 ，当 0．03 mmol／L
Hg 处理 6 d时 ，苜蓿叶片 O 含量达到最高值 ，是
处理前的 260 9，6，随着 Hg +浓度的增大，处理时间
的延长，O 又逐渐下降 ，当 0．05 mmol／L Hgz+处
理 8 d时 O 含 量 仅相 当于 最 高 含 量 的 58 。
MDA含量的变化与 O 变化趋势相似(图 4)，最大
值出现在 0．03 mmol／L Hg 处理 6 d的时候 ，是处
蓝 G一250法测定 。
2 结果分析
2．I He+对苜蓿叶片叶绿素含量和电导度的影响
叶绿素是高等植物吸收光能的主要色素，它的
含量 高低是 衡量 叶 片光合 能力 的重要 指标。经
Hg +处理后 ，苜蓿叶片叶绿素含量发生了变化 (图
1)。结 果 表 明 ，低 浓 度 (0．01和 0．02 mmol／L)
Hg +及短时间(2 d和 4 d)处理叶绿素含量下降不
明显 。随着 Hg +处理浓 度 的增加 和处 理时 间的延
长，叶绿素含量呈 明显下降趋 势，经 0．05 mmol／L
Hg +处理 8 d后 ，叶绿素含量仅为处理前的 35 9，5。
表明经 Hg 处理后 ，叶片的光合性能将会受到影
响。
兰
一
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砷 。
l：
u
暑
U
400
200
0
0 0．01 0．02 0．03 0．04 0．05
Hg 浓度 Concentration／(mmol／L)
图 2 Hg。 对苜蓿叶片电导度的影响
Fig． 2 Effects of Hg。 on conductivity
理前的 250 9，6。当 0．05 mmol／L Hgz+处理 8 d时
MDA含量仅相当于最高含量的 5O 9，5。
2．3 Hg2+对苜蓿叶片活性氧清除酶活性的影响
超氧化物歧化 酶 (SOD)歧化 O 为 H2O2和
O2，过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)是植物
体内 H2O2的清除酶 ，这 3种酶协同作用 ，组成一个
有效的活性 氧清除系统。经 Hgz+处理后，苜蓿叶
片 SOD活性(图 5)迅速升高 ，0．02 mmol／L Hgz+
处理 8 d时，SOD 活性达到 最大值 ，为处理前 的
220 9，6；0．03 mmol／L Hg。 处理 6 d时 ，SOD活性 开
始下降，至 0．04 mmol／L Hg 处理 8 d时，SOD活
性为处理前的 94 ，0．05 mmol／L Hgz 处理 8 d
时 ，SOD活性仅为处理前的 58 。POD活性(图 6)
也随着 Hg 处 理 浓 度 的增 加 和 时 间 的 延 长 而 增
大 ，最大值出现在 0．04 mmol／L Hgz 处理 4 d时，
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6期 张 健等 ：Hg抖对苜蓿叶片的毒害效应 555
当 0．03 mmol／L Hg 处 理 8 d时 ，POD 活性 开始
下降，0．05 mmol／L Hg 处理 8 d时 ，POD活性仅
为处理前的 66 9／5。CAT活性 (图 7)的最大值 出现
的时间要比 SOD和 POD活性最大值出现的早 ，出
现在 0．01 mmol／L Hgz 处 理 8 d时 ，此 后 ，在
9
6
衄{暑
加
I· C
。 岂 3
U
0
O
O 0．01 0．O2 0．O3 0．O4 0．05
lg 浓度 Concentration／(retool／L)
图 3 Hg”对苜蓿 叶片 0 含量的影 响
Fig．3 Effects of Hg2 on 0 content
12O
掣 80
蚂 =
量专4o
0
O
0 0．O1 0．O2 0．O3 0．04 0．05
Hg 浓度 Concentrat ion／(retool／L)
图 5 Hg”对苜蓿 叶片 SOD活性 的影响
Fig．5 Effects．of H on SOD activity
3 讨 论
苜蓿叶片对 Hgz+毒害反应敏感 ，随着 Hgz十浓
度的增加和处理时间的延长 ，叶绿素含量呈下降趋
势。Stobart A KC12)等认为叶绿素降解的原因一方
面是因为重金属离子抑制叶绿素酸酯还原酶活性并
影响氨基一 一酮戊酸的合成从而影响叶绿素的合成 ；
另一方 面与 叶绿体 中的蛋 白质一SH 结 合或 取代
Fe抖、Znz+和 Cuz+等破坏 叶绿体 的结构和功能 ，从
而导致叶绿素分解加快。
细胞膜透性是反映植物对污染物反应的生理指
标之一。经 Hgz+处理后 ，苜蓿叶片电导度升高，说
0．02、0．03、0．04和 0．05 mmol／L Hg抖处理 6 d、
8 d时 ，CAT活性急剧下降，0．03 mmol／L H 处
理 8 d时，CAT 活 性 为 处 理 前 的 92％，0．05
mmol／L Hg2+处理 8 d时，CAT活性仅为处理前
的 67 9／5。
15O
删呈 寸Ⅱ
、
垂{ 5o
=
O
O O．O1 O．O2 0．O3 0．O4 0．O5
Hg 浓度 Concentrat ion／(retool／L)
图 4 H 对苜蓿 叶片 MDA含量的影响
Fig．4 Effects of Hg” on malondialdehyde content
18O
120
烬 =
莹趸 6o
O
0 0．O1 0．O2 0．O3 0．O4 0．O5
Hg 浓度 Concentration／(retool／L)
图 6 Hg”对苜蓿叶片 POD活性的影响
Fig．6 Effects of H on P0D activity
明细胞膜结构受到损伤，电解质外漏。
O 是机体代谢过程 中产生的重要 自由基，在
生物体内具有很强 的毒害作用 ，O 可以攻击蛋 白
质的氨基酸残基 ，形成羰基衍生物，另一方面l0 可
通过酶促反应歧化成 H202和 02，而 H202能够通
过 Haber-Weiss反 应 产 生更 为 活 跃 、更 有 毒 性 的
OH一，导致膜脂过氧化 ，MDA则是膜脂过氧化作用
的产物 ，二者存在相关关 系(133。经 Hg抖处理后，
苜蓿叶片 O 和 MDA产生速率随 Hgz+浓度和时
间的增加而增加，这是生物体在逆境条件下细胞受
损的最早反应 ，反映了 Hg抖胁迫下苜蓿叶片细胞
活性受到了伤害，由于细胞机体的应激反应 ，引起放
大作用，产生新 的 自由基，形成新的脂质过氧化产
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物 ，当 Hg2+浓度和处理时间增大到一定程度时，O
和 MDA下降是由于苜蓿叶片膜 系统受到伤害，从
而影响到苜蓿叶片的生理生化机能，使叶片的光合
作用、呼吸作用等发生变化甚至紊乱 ，直至导致幼苗
死 亡 。
Hg 浓度 Concentration／(mmol／L)
图 7 Hg“对苜蓿 叶片 CAT活性 的影 响
Fig．7 Effects of H on CAT activity
正常条件下，植物体内活性氧的产生和清除处
在一个动态平衡中，但在逆境下 ，植物体内活性氧自
由基产生的速度超出了植物清除活性氧 自由基的能
力，便会引起伤害。植物体内活性氧的清除主要 由
某些酶 系统 和抗氧化物 质来 完成 ，SOD、POD和
CAT是一个重要的活性氧清除系统。SOD能催化
O 发生歧化作用生成 H202，再由 POD和CAT将
H202分解成 H2O。在低浓度 Hgz+短期处理时，
随着 O 的增加，苜蓿叶片中 SOD、POD和 CAT活
性都增强，这与罗立新( 43等在小麦叶片中得到的结
果相同，这是植物叶片为了清除 O 的伤害而产生
的一种积极的应激反应，但是随着 Hg抖浓度 的增
加和处理时间的延长，重金属对植物的毒害作用加
深，引起细胞代谢失调，破坏了苜蓿叶片的保护酶系
统，使 SOD、POD和 CAT活性下降，最终导致植物
衰老死亡。CAT活性下降较快 ，可能是苜蓿叶片的
CAT对 Hg +反应比较敏感。
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