全 文 ：广 西 植 物 Gu0aaia 21(1)：87— 9O 2001年 2月
Cd、Cr(V1)单一及复合污染对菹草叶绿素
含量和抗氧化酶系统的影响
徐勤松，施国新，郝怀庆
(南京师范大学生命科学学院，江苏南京 210097
摘 要：主要研究了Cd、C．r(VI)单一及复台污染对菹草叶绿紊含量和抗氧化酶系统的影响t研究结果表明：
随cd、Cr(VI)胁迫浓度的增加，菹草总叶绿素含量下辟．单一Cd处理SOD活性下降，POD和 CAT活性表
现出先升后降的趋势 ，Cd、Cr(VI)复合污染的效应明显大干单一污染的效应。
关键词 ：Cd、Cr(VI)；单一及复台污染；菹草 ；叶绿紊；抗氧化酶系统；协同效应
中圈分类号：Q946．91—5 文献标识码 A 文章编号 ：lOrjO一3142(2001)0l—OOg7一O4
Effects of Cd、Cr(VI)singl e and combined
pol I ution on chl orophyl l content and
antioxidant enzyme systems of
Potamogeton crispus Linn．
XU Qin—song，SHI Guo-xin，HAO Huai—qing
(School of哳 Schemes，NanfingNormalUn／vers／ty，Nanjing 210097，China)
Abstract：The paper mainly studied the efects of Cd、Cr(V1)single and combined pollution on chlorophyl con—
tent and antioxidant enzyme systems of Potam~geton crispus Linn．．The results showed that with the increas-
ing of the stress concentration of Cd、Cr(V1)，content of chlorophyll and the SOD activity of single Cd treat—
merit decreased，the activity of POD and CAT 】ncreased first and decreased afterwards At the same time．the
effects of combined pollution heavier than those of single pollution did clearly．
Key words：Cd、Cr(VI)；single and combined pollution；Potamogeton crispus I，inn．；chlorophyl content；an—
tioxidant enzyme systems；synergism
自然界中，重金属污染往往是多种金属污染
物的复台污染“ ，由于重金属元素之间的加和、
同、拮抗等效应使重金属污染的评价和监测更复
杂，如何正确评价重金属元素之间的联合作用对
环境污染治理具有重要意义。
工业废水和污水淤泥中常含有Cd、Cr(VI)等
收稿 日期；2000—0％19
作者简介：樟勤橙(1976)t男-硕士 -主要研究重金属污染亦对求生植物的毒害影响。
基金项目；国家自然科学基金项 目(39770046)和江苏省自然科学基金项目(BK97t07)共同资助。
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重金属离子，关于 cd、Cr(VI)共同作用对永生植
物的毒性效应至今尚未见报道。本实验 旨在探讨
cd、Cr(VI)复合污染的机理 ，为治理重金属污染
水提供理论依据。
l 材料和方法
1．1实验材料
菹草(Potamogeton crispus Linn．)采 自江苏省
高邮湖和南京师范大学生命科学学院水生植物
培育池，采集后放在玻璃缸中用Hoagland完全培
养液进行驯化培养，生长正常后，一次性施入含
CdCI ·2．5H O(AR)和 K cr O (AR)，使培养液中
Cd(以纯 Cd计)和 Cr(VD(以纯 Cr(VI)计)浓度
为0、l、lO、50 mg／L。Cd、Cr(VI)单一和复合处理
共l6个组合(表1)。处理后第5 d取相同叶位的叶
片，蒸馏水洗净，揩干，测定各生理指标用。
1．2实验方法
叶绿素含量 的测定：分 光光度法。 ，单位 ：
rag／g·FW 。
SOD、POD、CAT酶液的制备：取材于预冷研
钵中，加入 pH7．8磷酸缓冲液(O．05 M／L)，冰浴
下研磨成匀浆，10 000 rpm，低温离 620min。上清
液即为所需酶液。
SOD活性 的测定：化学 比色法，按从南京建
成生物工程研究所所购买的试剂盒的顺序测定。
单位 INU／g·Fw 以 SOD抑制率达5O 时所对
应的 SO D量为一个亚硝酸盐单位
CAT活性的测定 ：一般分光光度法，按从南
京建成生物工程研究所所购买的试剂盒的顺序
测定 单位：U／g·FW。
POD活性的测定：愈创木酚法。 。单位：△470
nm／mkkg·FW。
2 结果与讨论
2．1 Cd、Cr(V1)单一及复合污染对叶绿素含量的
影响
由表2可看出，Cd、Cr(VI)单一及复合污染对
叶绿素含量影响明显 ，随各处理 浓度 的增加，叶
绿素含量逐渐减少，其中，单一 Cd处理比单一 cr
(VI)处理叶绿素减少明显 ，相关系数 r分别为一
0．988 6和一0．372 3，为极显著负相关和负相关 ，说
明Cd对叶绿素的形成和破坏毒性大于 Cr(VI)。
CA和Cr(VI)复合处理后的叶绿素含量变化趋势
与单一处理的相同，并且均低于相应的单一 Cd
和 Cr(VI)处理。其中在各 Cr(VI)处理中加入 Cd
后，随 Cd浓度的增加，叶绿素含量与单一 Cr(V1)
处理的差异显著性增强，特别是加入50 mg／L后
的差异极其显著(ItI一5 966 8>t 一j 841)，这
意昧着复合污染对叶绿素的破坏毒性比单一离
子更强，显示出明显的协同作用。
表 1 Cd、Cr(VI)处理的实验设计
Tahie 1 Experimental design of Cd、Cr(VI)treatment
表 2 Cd、Cr(VI)单一殛复台污染对叶绿素含量的影响
Tabte 2 The effect of Cd、Cr(V1)singte and combined
pollution on the content of chloropyll( g／g·FW )
叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素，
含量的高低能够反映光合作用水平的强弱。严重
玲等“ 认为叶绿素含量的减少是衡量叶片衰老的
重要指标。叶绿素含量降低的原因，Stohart A K
等认为是重金属抑制原叶绿素酸酯还原酶(pro-
tochlophynide reductase)和影响 了氨基十 酮戊酸
(aminolaevulnic acid)的合成。而这2个酶对于叶
绿素的合成是必需的。cd、Cr(VI)复合污染使菹
草叶绿素含量下降的幅度更大，说明复合污染加
速了菹草的衰老
2 2 Cd、Cr(v1)单一及复台污染对超氧化物歧化
酶(SOD)活性的影响
由表3可看出，单一 Cd处理中随浓度的上
升，SOD活性呈下降趋势，50 mg／L处理的活性
仅是对照的62．7 ，其相关系数 r= 0．736 6；而
单一 Cr(VI)处理则在(0～10 mg／L)有一抗性峰，
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1期 徐勤松等：Cd、Cr(VI)单一及复合污染对菹草叶绿素含量和抗氧化酶系统的影响 89
而后下降．其中50 mg／L处理的酶活性比对照减
少了2．36 ，显示出CA比Cr(VI)的破坏性大。二
者在复合污染情况下 ，在各 Cd处理中加入l rag／
L Cr(VI)的活性与单一 cd处理的相差显著(t一
4．373 8>t 一3．812)，而加入l0 mg／L的则与
相应单一处理的相差极其显著(1tl一13．962 4>
【 一5．841) 同时，可看 出除50 mg／L Cd+50
mg／L Cr(VI)外，复合污染的 SOD活性都高于单
一 处理的，但随浓度的增大呈现出下降趋势 说
明植物体内产生的 O 超过了SOD正常的歧化
能力。并且在 Cd处理中加入50 mg／L Cr(VI)后
的相关系数 r一一0．921 l，为显著负相关。而单一
Cd处理的相关系数 r⋯ 0 736 6。
表 3 Cd、Cr(V1)单一及复台污染对 SOD活性的影响
TaMe 3 T虚 effect of Cd、Cr(V1)single and combined
po[ution on activity of SOD (NU／g·FW )
表 4 cd Cr(VI)单一及复台污染对 CAT活性的影响
Table 4 The effect of Cd、Cr(VI)single and combined
po[1ution oil activity of CAT(U／g·FW )
SOD是一种重要的活性氧防御酶，在消除超
氧物 自由基、减轻脂质过氧化作用和膜伤害方面
起重要作用 。正常的植物细胞的叶绿体和线粒
体在光合作用和呼吸作用过程 中会产生 自由基
(0 和·OH) ，sOD能清除超氧化物的阴离子 自
由基(0 )，并产生歧化产物 H O： 因此 sOD在
一 定程度上支配植物体内的 O 和 H：O：的浓度。
作为一种诱导酶，在逆境条件下，植物体内O：含
量一定程度的增加能诱导酶活性的上升．保持植
物体清除 自由基的正常功能．sOD活性的提高是
相应于 O 含量增加的应急解毒措施，是使细胞
免受毒害的调节反应 。通过提高活性来增加植
物对逆境的适应能力。S0D活性下降后，对 O 的
消除能力减弱，造成 O 在体 内积累和产生·OH
及 MDA的危险 。重金属毒害细胞的原 因之一
是引起膜脂过氧化作用加强 。因此．SOD活性
的高低与植物的抗逆性之间具有一定的相关性。
2．3Cd、Cr(VI)单一及复合污染对过氧化氢酶
(CAT)活性的影响
由表4N看出．单一 cd、Cr(VI)都是在1 mg／
L处理处出现一抗性峰，而后下降，但仍高于对
照。二者复合污染下，使 cAT活性上升的幅度增
大，尽管随处理浓度的增大呈下降趋势．但都高
过相应的单一处理。其中在各 Cr(VI)处理中加入
l mg／I，Cd后与单一的相比差异极其显著(t一
5．940 5>t ．一5．841)，而后显著性下降。
CAT是抗氧化酶系统的重要组成部分．它是
一 种含 Fe的血蛋白酶类，能催化 H O 分解成水
和氧，因此与植物代谢强度及抗逆境能力密切相
关，cAT活性的提高能更有效的清除H O：，S【)D
和 CAT的共同作用能把体内具潜在危害的O
和 H。O。转化为无害的 H O和 O。，并且能减少具
毒性的、高活性的氧化剂羟 自由基 (·OH)的形
成 ”。从而阻止由H O：和·OH导致的氧伤害 逆
境条件下，有研究表 明cAT活性的下降可以导
致 H。O 的累积“ ，从而使植物膜结构受到损伤。
本实验中各复合处理较对照上升的幅度都太于
相应的单一处理增加的幅度，表明复合污染导致
植物体产生了更多的H O ，由于催化底物增多从
而使其活性上升。同样显示复合污染具有明显的
协同作用的趋势。
2．4Cd、Cr(VI)单一及复合污染对过氧化物酶
(POD)活性的影响
由表5可看出，单一 Cd处理，P0D恬性随浓
度上升在1 mg／L处理下达到最大，而后呈下降趋
势．50 mg／L比对照下降了约5o Cr(VI)处理
则在10 mg／L处理有抗性峰出现 ，50 mg／L处理
处下降．但仍高于对照。二者复合污染下，除了1
mg／L Cd+1 mg／L Cr(VI)处理外．其它组台的活
性都远低于对照．并且都小于相应的单一处理的
活性。在各单一Cr(VI)处理中加入Cd后随Cd浓
度的增大差异显著性比单一的明显增强，其中，
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9o 广 西 植 物 21卷
当cd浓度为10 mg／L时差异显著(}tI一4．099 9
>t ；一3．8l2)．而当浓度是50 mg．／L耐则是差异
极其显著(ftf=12．841 2>t 一5．841)。表明复
合污染产生的有毒物质远超过 POD的催化能力，
协同作用趋势比较明显。
表 5 Cd、Cr(VI)单一夏复台污染对 POD活性的影响
丁able 5 The etfect ot Cd Cr(V1)single and combined
po1]ution otl activity of POD(A470 nm／min-g-FW)
POD是一种含 Fe的金属蛋白质，是植物体
内常见的氧化还原酶，催化过氧化氢氧化酚类的
反应。广泛参与植物的物质和能量代谢，在植物
的呼吸代谢 和抗性生理中起重要作用。POD活
性的维持和提高是植物耐受重金属胁迫的物质
基础之一“”。POD和 CAT共同作用催化H O 形
成 H ，从而有效的阻止 O 和H O 在植物体内
的积累，sOD、cAT、POD协同作用，排除这些
自由基对植物细胞膜结构潜在氧伤害的可能性。
在逆境条件下，POD活性和同工酶都会发生明显
变化，对环境因子 比较敏感。本实验中，POD活
性上升的原因是 Cd、Cr(VD胁迫下菹草体内产
生的过氧化物增加诱导的结果。而当处理浓度进
一 步增加，有毒物质超过它正常的催化能力后则
导致其活性的下降，后果是使植物体内H O。过
量积累，进而植物的膜结构遭受潜在的氧伤害。
3 结 论
(1)CA、Cr(vI)单一及复合污染不同程度
的减少菹草的叶绿紊含量．而复合枵染的破坏效
应明显大于相应的单一处理。显示出协同效应的
趋势 。
(2)sOD、POD、CAT是植物体内保护系统
的主要酶．能在逆境胁迫过程中，清除植物体内
过量的活性氧，维持活性氧代谢平衡、保护膜结
构，从而使植物在一定程度上忍耐、减缓或抵抗
逆境胁迫，它们的水平可作为植物逆境生理和衰
老生理指标 。CA 、Cr(VI)胁迫使三者的活性比
例失调．从而导致植物体内活性氧的产生和清除
失衡，使植物的生理代谢紊乱，加速植物的衰老
和死亡。
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