全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 22(5)：453— 457 2002 年 9月
汞 、镉 复合污 染对金鱼藻 的影响
及 其抗性机制的探讨
常福辰 ，施国新 ，吴 国荣 ，丁小余 ，解 凯彬 ，陆长梅
(南京师范大学生命科学学 院，江苏南京 210097)
摘 要 ：研究 了金鱼藻在不同浓度 Hg 、Cd 以及 Hg”、Cd 共 同胁迫下 叶绿素含量 、叶绿素 a／b值 、可溶性
蛋 白含 量、SOD活性 和游离脯氨酸含量等的变化 。结果表 明：低浓度 Cd (≤ 2 mg·I 。)对上 述指标有激应性
反应 ，低浓 度 Hg (≤0．5 mg·I 。)对叶绿素含量、叶绿素 a／b值 、可溶 性蛋 白含量 、SOD活性 也有激 应性 反
应 ；可以认 为这是植物 的一种 保护性机制 。但 随着 H“、Cd 处理浓度增大 ，上述生理 指标呈下 降趋 势 ，表明
植物 细胞 遭受 伤害 。Hg”、Cd 共同胁迫 下上述 生理指标下降幅度 明显增 大 ，表现为协 同作用 。
关键词 ：金鱼藻 ；Hg ；Cd”；复合污染
中图分类号 ：Q945 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—3142(2002)05—0453—05
Effects of the combinative pol l ution of mercury
and cadmium on Cerat ophyllum demersum L．
ancI orel lm lnary stutlles ot ltS m ecnanlsm 1 ● ● · ● n -J l ●
CHANG Fu—chen，SHI GUO—xin，W U Guo—rong，
DING Xiao—yu，XIE Kai—bin，LU Chang—mei
(College oJ LiJe Science，Nanjing No7‘mal Univet。sit3,，Nanjing 210097，China)
Abstract：The paper deals with Hg 、Cd and their interactions on chlorophyl a／b values，SOD acti~，ities and
the contents of chlorophyll，soluble protein，free proline of Ceratophyllum demersum I ．The results showed the
indexes increased first in lower concentration of Hg 、Cd” ，which may be regarded as a protecting function of
plants·and decreased afterwards with the increasing of the concentration of Hg 、Cd”．The decreases in those
indexes indicate the cells have been harmed．The combination of Hg and Cd shows the function of synegism．
Key words：CPr ￡op^ ．y，，“，demersam I ．；Hg ；Cd ；combinative pollution
在 自然环境特别是水环境中，污染物往往是以
复合污染的形式出现，而重金属元素之间的复合污
染是当前无机复合污染研究的重点⋯。重金属元素
之间和其它污染物一样存在着拮抗、加和或协同作
用，使得有关重金属元素的复合污染对植物的毒害
机理 的研究更 具有 理论 和实 际意 义 。汞 、镉 是具有
收 稿 日期 ：2001一O7—24
作者简介 ：常福辰 (1 952一)，男 ，江苏南京市人 ，高级实验师 ，主要从事植物结构、生理学方面的研究 与教学
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目(编号 ：39770046)；江苏省 自然科学基金项 目(编 号 ：BK97107)。
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较强毒性的重金属元素，其在水体的污染对水生植
物造成 伤害 ，影响 经济 水生植 物 的种植 。有 关水 生
植物受汞、镉复合污染的影响的研究还鲜见报道。
金鱼藻 (Ceratophyllum demersum I ．)属金 鱼藻
科 金 鱼藻属 ；是 一种 沉 水植 物 ，广 布 于 我 国南北 各
地。本文研究 比较 Hg”、Cd 离子及其复合污染对
金鱼藻 生长 和某些 生理生 化指标 的影 响 ，旨在 为水
体中重金属复合污染对水生植物毒害机理的研究
积累有价值的资料 。
1 材料和方法
1．1实验 材料
供 实验 的金 鱼藻 (Ceratophyllum demersum I ．)
采 于南 京东 郊 风景 区的池 塘 内。用 1：40稀 释 的
Hogland培养 液培 养 于玻 璃 培养 缸 ，置 于 Forma光
照 培养箱 内，设 置光照 周期 为 12 h：12 h(I ：D)，
温度为 25。C。培养 48 h后 ，用去 离子水 配制的 Hog—
land培养液配 制 ：单 离子 系列浓度 为 0．5、1、2、5、10
mg·I ～HgC12，2、5、10、15、30 mg·I ～CdC12；复合
离子系列浓度为 2、5、10、15 mg·I 。CdC1 分别加
入 0．5、1、2、5 mg·I ～HgC1 ，另设 置对 照组 。选取 生
长正 常的植株 吸干水 分 称重 ，等量 投入 培养 。各 处
理组设置 3个 重复 。各项生理指标 的测定在第 四天
进行 ，最 终结果取 3次重复测定 的平均值 。
1．2实验 方法
叶绿素 含量的测定 ：根据 Arnon的分光光度
法 。可溶性 蛋 白含量的测定 ：采用 Bradford 的考
马斯 亮蓝 G一250法测定 。SOD活性 的测定 ：参照 Gi—
annopolitis“ 等 的方 法 ，以抑制 NBT光 化 还原 50
为一个酶活性单位。脯氨酸含量的测定 参照张殿
忠 ，汪 沛洪等的方 法 。
2 结 果
2．1 Hg 、Cd 及 其复合污染对 生长 的影响
Hg”浓 度为 1 mg·I 时 ，部分叶片失绿 、发 黄 ；
5 mg·I 时，茎叶部分腐烂；10 mg·I 时 ，植株坏
死 。Cd”对 金鱼藻 明显伤害浓度 为 5 mg·I ～，15 mg
· I 时 ，植 株发生 坏死．在复合 污染 中，0．5 mg·I
Hg 加 2 mg·i-ICd 浓度下 ，金鱼藻 即表现 出受 到
伤害；在其余浓度下 ，Hg“、Cd 共同胁迫下的毒害
效应明显大于单一离子的毒害(图 1)。
2．2 Hg 、Cd 及 其复合污 染对叶绿 素含量 、叶绿 素
a／b比值 的影响
经 Hg 、Cd 处 理 的叶绿素含 量发 生显著 的变
化 。从 图 1可 见 ，0．5 mg·i-1Hg 时 叶绿素 含量略
有上升；大于 0．5 mg·I 时发生不可逆转的降低。
Cd 胁迫 下 叶绿素 含量 在 ≤ 2 mg·I 。时也 有 小 幅
度的上升 ，5 mg·I 。时下降幅度较大，随着浓度的
继续增大，下降趋势明显放缓(图 2)。Hg 加 Cd 复
合 污染 系列中，叶绿素含量俱呈下降趋势 ，下降幅
度大于单一 Hg 或 Cd 胁迫下的变化(图 2)；显示
出共同胁迫下的毒害效应 比单一 Hg 或 Cd 的要
大 。
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1
：
<加
古 0 O
． 5 1 2 5 10
Hg。 浓度／mg
，
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图 I Hg x,~nf绿素含量 的影 响
Fig．1 Effects of Hg on chlorophyll contents
— 1．2
誉
邑 1
． 0
0，
巨
0。
<们 0．
0．
‘
0 2 5 1O 15 30
Cd。 浓度／mg．L
— 一 Cd — Hg0．5 — Hg1 — Hg2 —_- Ilg5 mg／L
图 2 Cd 及其 Hg“、Cd 共 同作用对 叶
绿素含量 的影响
Fig． 2 Effects of Cd and the interactions of Hg。
and Cd on chlorophyl contents
经 Hg”、Cd“处理的叶绿素 a／b比值也发生了
显著 的变化 。0．5 mg·I Hg。 和 2 mg·i-ICd 分
别处理时 a／b比值增大 ，结合 叶绿素 含量 的测定 ，显
示 叶绿 素 a明 显增 加 ；随 着 Hg”、Cd 离 子处 理浓
度的增大，叶绿素 a／b比值一般呈下降趋势，表明叶
绿素 a比叶绿素 b所 受的伤 害要大 。Hg。 加 Cd。一复
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5期 常福辰 等 ：汞 、镉 复合 污染对金鱼藻 的影 响及其抗性机制 ~Ni,2 455
合污染系列中，a／b比值 的变化 同上述叶绿素含量
的变化 相似 (表 1)。
表 1 Hg 、Cd 及其复合污染对叶绿素 a／b比值的影响
Table 1 Effects of Hg” 、Cd and their interactions
on the chlorophyl a／b values
Hg ：!竺 ： !
(mg ·L ) 0 2 5 10 15 30
2．3 Hg 、Cd 及 其复 合污 染对 可溶 性蛋 白含量 的
影响 {
植物细胞中可溶性蛋白含量作 为植物代谢和
生理状态的一个重要指标 ，其变化反映细胞 内蛋 白
质合成、变性及降解等多方面的动态 。0．5 mg·I
Hg。 时可 溶性蛋 白含量增 加明显 ；Hg 大 于 0．5 mg
· I 时开始下降 ；Hg 为 2 mg·I 。时，仅为对照的
41 ；大于 2 mg·I 时在极低的水墙上仍呈减少趋
势 (图 3)。Cd。 处理 下 的可溶 性蛋 白含量变化 曲线
也是先升后降；但在 Cd。 大于 5 mg·I 时，又有较
大幅度 的上升 ，出现 一个 反弹 ；Cd。 大 于 15 mg·I
时，急剧下降(图 4)。Hg。 加 Cd。 复合胁迫下，可溶
性蛋 白含量持续下降，且下降幅度 比同浓度的单一
Hg 或 Cd 胁 迫要大 (图 4)。
·
0 0 5 1 2 5 1O
Hg2 浓度／mg．
图 3 Hg 对可溶性 蛋白含量 的影响
Fig．3 Effects of Hg” on soluble protein contents 、
2．4 Hg 、Cd 及 其复合污 染对 SOD活性的影响
SOD 活 性 在 0．5 mg·I Hg抖时 上 升 到 最 大
值 ；1 mg·I 时，下降幅度较大；随着 Hg 浓度的继
续增大，下降呈较平缓的趋势(图 5)。Cd 浓度为 2
mg·I 时 ，SOD 活性有 一明显上升 ；大于 2 mg·I
时，开始下降 ，在 10 mg·I 时，SOD活性已低 于对
照组 (图 6)。复合 污染 中 ，Cd。 系列浓 度不 变 ，分别
加 添 0．5 mg·I 或 1 mg·I Hg ，在 不 同 浓 度
Hg 、Cd。 的共 同胁迫下 ，SOD活性 变化 曲线相 似
＼
d哪
加
皿
嘲
媲
O 2 5 10
Cd ’浓度／mg．L
— Cd —‘D— HgO．5 ——^ 一 Hg1 ——X— ttg2 mg／L
图 4 Cd 及其 Hg ,Cd 共同作用对可溶性
蛋 白含量 的影响
Fig．4 Effects of Cd and the interactions of Hg
and Cd on soluble protein contents
500
● 400
= 300
200
-占 100
邑
bc
0
：
＼
烬
0
0
0．5 1 2
Hg2+NN／mg
． L
图 5 Hg 对 SOD活性 的影响
Fig．5 Effects of Hg on SOD activities
Cd 浓 度／mg．L。
— — ●一 Cd ——{一 HgO．5 -—1-一 Hg1 ——÷●一 llg2 mg／L
图 6 Cd 及其 Hg“、Cd 共 同作 用对
S0D活性 的影 响
Fig．6 Effects of Cd and the interactions of
Hg and Cd on SOD activities
一 一 一 一 一
3
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Ⅲ — L LL L
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于单一 Cd 污染时的变化曲线 ，但变化值却依次递
减 ；加添 2 mg·i+-iHg ，SOD活性只降不升(图 6)。
2．5 Hg 、Cd 及 其 复合 污染 对游 离脯 氨酸 含量 的
影响
脯氨酸作为植物重要的渗透调节物质，它的积
累有着对 逆境适 应 的意义 。在重金 属离 子污染 下 ，
其 含 量 的变 化 可 以认 为是 植物 对逆 境 胁迫 的一 种
生理生化反应 。
从 图 7可见 ，Hg ≤ 1 mg·I 。时 ，脯 氨 酸含 量
下降明显；大于 1 mg·I 时，下降幅度趋于平稳 ，可
能是细胞 中脯氨酸含量已接近基底值的缘故。在
Cd 浓 度 2～ 10 mg·i+-1范 围内，脯氨酸含量没 有 出
现大 的波动 ；10～ 15 mg·I 。时 ，脯 氨酸含量 出现上
升趋 势 ，并达 到最大值 。大 于 15 mg·I 时 ，急剧下
降。Hg 加 Cd 复合胁迫下，脯氨酸含量一直呈下
降趋势；与单一 Cd 污染时的变化曲线相 比较 ，显
示 出 Hg 的存在加大 了对金鱼藻 的毒 害。
2
1．5
∞
j 1
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[E=i
0．5
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O
O O．5 l 2 5
lg 浓度／mg．L
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图 7 Hg 对游离脯氨酸含量的影响 ．
Fig．7 Effects of Hg on free proline contents
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一
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≮o．5
三^
O
0 2 5 lO l5
Cd。浓度／mg．L‘
— 一 C【l—_f卜一 IIg0 5 — r— IIgI — ×一 IIg2
图 8 Cd 及其 Hg 、Cd 共 同作用对游离
脯氨酸含量的影响
Fig．8 Effects of Cd and the interactions of
Hg。一and Cd on free proline contents
3 讨 论
Hg 、Cd 属 环 境 中毒 性 很 强 的重 金 属 离 子 ，
当其在植物体 内积 累的数量超过临界值时就会影
响植 物 的正 常 生 理 活 动 ，如 ：光 合 作 用 、呼 吸 作 用
等 ，植 物 生 长受 到 抑制 ，叶 片 失绿 、枯 黄 ，植 株腐 烂
直至死亡 。
叶绿素含量和叶绿素 a／b比值是衡量叶片衰老
的较重要的指标 ，也是表示植物光合器官生理状
况 的重要指标 。在低浓 度 Hg 、Cd 胁迫下 ，叶绿素
的含量小幅度上升，这可能是叶绿素合成系统的一
种激应性反应。但随着 Hg 、Cd 浓度的增大，光合
作用系统受到不可修复的破坏 ，表现为植株受到严
重 伤害 。其原 因可能是 Hg 、Cd 等重金 属离子 的
积 累抑制 叶绿 素酸酯 还 原酶 和 影响 氨 基一 一戊酮 酸
的合成” ，从而影响叶绿素的生物合成 ；同时使叶绿
体膜 系统 在结构 上受 到逐 渐 破坏 ，导致 叶绿 素总
量的下降，光合速率降低。对照单一 Hg”、Cd 处理
下 的金 鱼 藻 叶 绿 素 含 量所 发 生 的 变 化 ，可 以 认 为
Hg 对 叶绿素 的破坏作用要 比 Cd 的大 。
Hg 对金鱼藻可溶性蛋 白含量 的影响表现为
在低浓 度下 的促进作用和高浓度下 的抑制作用 。
Valee提出，Hg 能增加细胞 内核糖体、核糖体亚基
及多聚核糖体的数量，诱导蛋白质合成。 。≤1 mg·
i+-iHg 的胁迫下 可 溶性 蛋 白含量 的 明显 增加 表 明
了这种诱导体制的存在。Cd 在小于 5 mg·I 。时也
表现出促进可溶性蛋 白含量 增加 的效应 。金 鱼藻在
低 浓度 Hg 、Cd 胁迫下 可溶性 蛋 白含 量的显 著增
加 ，这 可 以被 看作是植 物在 一定 限 度下对 外来 毒害
的一种 具有 自我 保护作 用 的激应性 反 应 ；可能 包括
一 些抗氧化酶 (SOD、POD)等的表达 和翻译 。实验 中
SOD活性的变化也部分证实了这一点。Hg”、Cd
在植物体内的继续积累，导致蛋白质合成系统的逐
渐破坏 ，阻碍蛋白质合成，加速蛋白质分解 。而 15
mg·i+-iCd 浓 度时 ，可溶性 蛋 白含量 的增 加可 能是
植物 的又一种解 毒机制 的启动 ，如在 Cd：一诱导下 产
生 Cd结合蛋白⋯ ，以降低 cd 的毒性；作 有关重
金 属离 子 胁迫 下诱 导 形 成相 关 重金 属 结 合 蛋 白的
研 究 工作进 展顺 利 ，就诱 导蛋 白而 言 ，Cd。 。较 I{
的诱 导效应更 为 明显 (资料另作 报 道 )；可能 量也是
金鱼 藻等水 生植物 对 Cd 的耐受性 较 H 的f』J
在原 因之一 。Cd结合 蛋 白的产生 还增加细 袍渗透浓
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5期 常福辰等 ：汞、镉复合污染对金鱼藻的影响及其抗性机制的探讨 457
度 和 功 能 蛋 白 的 数 量 ，有 助 于 维 持 细 胞 正 常 代
谢“ 。然而 ，这 种结合 蛋 白的诱 导产 生也 是在一 定
范 围 内；随 着 Cd 浓 度 的进 一步 增大 ，蛋 白质合 成
系统遭到不可逆转的破坏 ，导致可溶性蛋白含量急
剧下降。
脯氨酸通常被看作是植物体内的氨基酸库。脯
氨酸含量变化作为植物体内氨基酸代谢是否受重
金属 影响的指标是值得考 虑的“ 。金 鱼藻游离 脯氨
酸含量无论 是正常值还是变化值都远低 于陆生植
物“ ，反 映 了水生植 物 的一 个特点 。但 是其变 化 幅
度还是 比较 明显 的 ；特别 是 Hg”对金 鱼藻游离脯 氨
酸 含量的影响 更 为 明显。Hg 、Cd”胁迫 下金 鱼藻
游离 脯 氨酸 含量 的不 同变化 进 一步 论证 了不 同重
金属离子对同一植物所造成的影响存在着差异。我
们 在探 讨植 物 对 重金 属 离子 影响 下 的抗 性机 制 时
要 给予足够 的注意 。
比较单一 Hg”、Cd”及其复合污染中金鱼藻几
项 生理 指 标 的变 化 可 以认 为 ：Hg 、Cd 共 同 作用
对金 鱼藻所造 成 的毒 害效应 比单 一 Hg”或 Cd”的
大；这表明 Hg”、Cd”之间存在着协同作用。这可能
与这两种重金属离子进入细胞后对功能性蛋 白等
生物 大分子 毒害 的机 制大致相同是相关 的。
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产地 的野菊花 品质不 同。经 过筛 选研究 ，我们 购进
湖北省麻城市的野菊花进行提取生产成浸膏，野菊
花浸膏总黄酮含量均在 l1 以上，达到药厂内定标
准，为野菊花栓剂的制备生产提供质量保证。药典
中 ，野菊 花加 工 方法 有 晒干 和 蒸后 晒 干 ，经 试验 测
定 结果表 明晒干 加工 的野 菊花 中总黄酮 含量最 高 ，
但 野 菊 花采 收加 工 生产 量 大 ，秋 末气 温低 ，自然 干
燥 时 间 长 ，受 天气 限 制 ，故靠 自然 晒干不 能 适 应 生
产 的需 要 ，而烘干 法加工 的野 菊花 总黄酮含 量仅低
于晒干法，但 高于蒸后晒干法，且烘干法干燥时间
短 ，生产效率高 ，加工过程中只要控制好温度，即可
保证质量 ，所以建议野菊花产地采用烘干法加工，
以便保证药材质量 。
参考 文献 ：
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州 ：广东科技 出版社 ，1995．311．
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