全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 28(6)：837— 841 2008年 11月
Cd对蒌蒿生理生化及叶片超微结构的影响
潘静娴，戴锡玲，宋莲花
(上海师范大学 生命与环境学院，上海 200234)
摘 要 ：采用 Cd砂土污染试验，研究了 Cd对萎蒿生理生化特征及叶片超微结构的影响 ，结果表明在砂土 Cd
含量>180 mg／kg，蒌蒿出现中毒症状，叶绿素含量、a／b值、POD含量均下降，MDA积累，膜质过氧化，叶绿
体形状球形化、片层结构解体 、双层膜边界模糊、嗜锇颗粒增多，细胞核形状凹陷 ，核质分布不均匀、染色质凝
胶化。低于 180 mg／kg的砂土 Cd浓度，萎蒿的上述生理生化指标和叶片超微结构基本正常。萎蒿可以耐受
的 Cd浓度不超过 180 mg／kg。
关键词 ：蒌蒿；Cd；生理生化 ；超微结构
中图分类号：Q948．1 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2008)06-0837-05
Effects of Cd on physiology and biochemistry and
leaf ultrastructure of Seleng wormwood
PAN Jing-Xian，DAI Xi-Ling，SONG Lian-Hua
(Colege of Biology and En~ronment，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China)
A~tmct：The physiology and biochemistry and leaf ultrastructure of Seleng woodworm were diseribed in the experi—
ment with the sandy medium poluted by Cd．The plant treated with the Cd concentration over 180 mg／kg，the assim—
ilation of MDA and relative electricity rate and reduction of POD concentration were observed in leaves．Cd tr~tment
was shown to damage the structure of chloroplasts，as manifested by the swelled shape and the dilation of the thyla—
koid membranes．Moreover，ultrastructure of cell nuclei was damaged in certain degree，such as shape deformation
and nuclei distribution unevenness and chromatin gelatinization．But less than 180 mg／kg Cd，non toxicity of Seleng
wormwood was showed for almost tr~tments，so the Cd resistance range of Seleng wormwood could not be over 180
mg／kg．
Key wonts：Seleng wormwood；cadmium；physiology and biochemistry；ultrastructure
Cd对生物体的毒害随着 1935年日本骨痛病的
出现而广泛受到重视，关于 Cd造成的生理毒害和
修复污染环境中Cd的研究也有不少研究报道(Jin
等，2003；Bradford，1976；Seregin＆ Ivanov，2001；
Nadakumar，1995；顾继光等，2002)，尤其是 Cd的
生物修复技术研究已取得了一定进展，获得了不少
Cd的超积累植物(Salt等 ，1998)。
蒌蒿(Artemisia selengensis)是一种 Cd修复植
物(潘静娴等，2006)，有关蒌蒿在 Cd污染下的生长
发育状况、耐 Cd范围以及对 Cd积累的阶段性差异
已进行了研究，但涉及蒌蒿 Cd修复的生理机理如
活性氧酶清除系统、叶绿体和细胞核超微结构等方
面还未见文献报道。因此，本文设计了蒌蒿的 Cd
污染砂土试验，探索蒌蒿在 Cd污染下的生理生化
和叶片超微结构变化，为进一步证实萎蒿是一种 Cd
耐受植物提供理论依据。
收稿 日期：2006一10—30 修回日期：2007-07-05
基金项目：上海市教委基金(O4DB12)[supported by Education Department of Shanghai City(04DB12)]
作者简介：潘静娴(1963一)，女，湖南湘潭县人 ，博士 ，副教授，从事园艺产品安全性研究。
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1 材料与方法
1．1试验材料
植物材料为市售的南京白蒿，栽培一季留种。
盆栽介质为过筛的清洁河砂。
1．2试验方法
试验于 2003年 12月到 2004年 9月在上海师
范大学塑料大棚 中进行。称取清 洁河砂，每盆
800g，按 0、20、40、60、8O、1O0、12O、14O、160、180、
200、240 mg／kg的浓度分别添加 CdCO ，制成不同
含 Cd量的人工污染河砂基质 12个处理，重复 3次，
总计 36个处理。污染河砂混匀装盆后，少量灌溉使
含水量为田间持水量的 65 ～75 ，直接将插条扦
插盆中，每盆 2株，于育苗棚内进行生根培养，成活
后将所有扦插盆搬至栽培大棚内培养。生长期间每
天用电子称称重或加入相同体积的蒸馏水保持砂土
含水量为 65 ～75 o／4。新枝萌发后，于生长前期(1
月下旬)、中期(3～4月)和后期(7～8月)取样测定
叶片叶绿素、相对电导率、POD和 MDA含量。生
长中期分别取 0、6O、100、140、180和 240 mg／L处
理的嫩叶，田间固定后带回实验室，透射电镜制样，
观察并拍照。
O 20 40 6O 8O 1 OO 1 20 140 1 60 1 80 200 240
cd浓度 Cd concent rat i on(mg／kg)
4-
1．3测定方法
叶绿素含量采用 1：1的丙酮醋酸浸提法测定
(潘静娴等，2003)；MDA采用硫代巴比妥酸比色法
(邹琦，2003)测定；质膜透性采用电解质外渗量法测
定(刘祖祺等，1994)；POD采用参考文献(刘祖祺
等，1994)的方法测定。
2 结果与分析
2．1 Cd对蒌蒿叶片叶绿素含量和叶绿素a／b的影响
无论是生长的前期、中期还是后期，不同浓度
Cd对蒌蒿叶绿素含量的影响显著，达到了 F0．05
显著水平。从图 1可以看出，随着砂土 Cd浓度从
2O mg／kg增加到 240 mg／kg，叶绿素含量呈现 0、
20、4O、60、80、100、120 mg／kg> 140、160、180、200、
240 mg／kg的趋势，但 0～120 mg／kg的处理间，
140～240 mg／kg处理间差异不显著。说明 Cd浓
度超过 140 mg／kg后才引起叶绿素含量的下降，但
生长上叶片并未发生明显的黄化现象。此外，无论
Cd浓度高低，蒌蒿叶绿素含量均为生长的中期大于
后期，后期大于前期，原因可能与前期蒌蒿处于苗
期，叶绿素积累少；后期叶面积增大，又引起单位面
积叶绿素含量下降有关。
O 2O 40 60 8O 1 0O 1 2O 140 16O 1 8O 200 240
cd浓度 Od concent r at i on(mg／kg)
图 1 Cd对蒌蒿叶绿素含量的影响
Fig．1 Effect of Cd concentration on the chlorophyll content of Seleng wormwood
Cd浓度对叶绿素 a／b的影响基本与叶绿素的
相似，但影响的范围不同。在 0～240 mg／kg范围
内，生长的前期、中期和后期的叶绿素 a／b基本呈现
0、20、40、6O、80、100、120、140、160 mg／kg> 18O、
200、240 mg／kg的趋势 ，0～160 mg／kg处理 问和
180~240 mg／kg处理间的差异不显著，显著降低叶
绿素a／b的砂土Cd浓度为 180 mg／kg，尤其是前期
的叶绿素 a／b值。此外，在试验时间内，无论 Cd浓
度高低，叶绿素 a／b均为生长前期最高，中、后期低，
但后两者差异不明显。
2．2 Cd对蒌蒿叶片 MDA和细胞质膜透性的影响
MDA是生物膜系统脂质过氧化产物之一。它
在细胞内浓度的大小表示脂质过氧化强度和膜系统
受伤害的程度，是逆境生理的一个重要指标。从生
长阶段看，MDA显著增大是在生长后期，生长前期
和中期的MDA水平相对较低(图 2)，表明Cd对萎
2 O 8 6 4 2 O
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6期 潘静娴等：Cd对蒌蒿生理生化及叶片超微结构的影响 839
蒿的毒害作用需要一段时间才会表现出来，也说明
蒌蒿对 Cd有一定的耐受性 。从不 同 Cd浓度看 ，在
生长前期和中期，随着 Cd浓度的增大，MDA的积
累并不显著；只有进人生长后期，当河砂中 Cd达
E
唰 5
锄 。
180 mg／kg时，细胞 中 MDA的积累才显著增加。
可见，Cd对蒌蒿生长前期和中期的膜系统影响不
大，膜系统仍然保持良好功能，后期才受到 Cd的毒
害，而且引起膜伤害的 Cd浓度高达 180 mg／kg。
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Od浓度 Cd concent rat i on (mg／kg)
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⋯ — N
cd浓度 Cd concentrat i on(mg／kg)
图 2 Cd对蒌蒿叶片 MDA和细胞质膜透性的影 响
Fig．2 Effect of Cd concentration on MDA and cell membrane permeability of Seleng wormwood
质膜透性通常用相对电导率表示。不同生长时
期的萎蒿叶片相对电导率并不简单地随 Cd浓度的
增加而增大(图 2)。生长前期 ，除对照外(差异不显
著)，其它处理的相对电导率大小基本相同，曲线平
稳；生长的中期和后期，只有当河砂中Cd浓度大于
180 mg／kg后，相对电导率才有显著增加。因此，
Cd浓度对蒌蒿质膜透性的不利影响要到萎蒿生长
的中期和后期才会 出现 ，而且 Cd浓度要超 过 180
mg／kg。表明蒌蒿对 Cd具有较强的抗性，是一种
Cd耐受性强的植物 。
2．3 Cd对蒌蒿叶片 POD活性的影响
过氧化物酶(POD)是植物体内活性氧防御系
统的重要酶之一，其活性大小可以表示植物遭受逆
境胁迫的程度和植物抗性的强弱。图 3显示，无论
是生长的前期、中期还是后期，随着 Cd浓度从 20
mg／kg增加到240 mg／kg，蒌蒿叶片POD活性均呈
先上升，再下降的变化趋势。引起POD含量显著下
降的砂土Cd含量为 180 mg／kg。此外，从时间变化
看，POD活性随着萎蒿受 Cd毒害时间的延长而增
大，后期最大、中期和前期较低，但后两者差异不显
著。上述现象说明了高浓度 Cd引起体内产生活性
氧，造成蒌蒿后期 MDA的增加以及膜质过氧化，但
萎蒿在一定浓度 Cd时，体内的 POD活性提高，能
够清除活性氧，保证萎蒿免受 Cd的毒害。POD的
增加可能是萎蒿耐受高浓度 Cd的机制之一。
2．4 Cd对萎蒿叶片超微结构的影响
2．4．1叶绿体超微结构 不同浓度 Cd对萎蒿叶绿
500
‘l-7— 400
．三
2
一 300
E ho
N d 200
山 寸
另 1 00
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量 0
0 40 80 120 16O 200
cd浓度 Cd concentr at i on(mg／kg)
图 3 Cd浓度对蒌蒿 POD的影响
Fig．3 Effect of Cd concentration on POD
of Seleng woodworm
体超微结构的影响与前述生理生化指标有较好的相
关性。对照叶绿体超微结构保持完好，叶绿体形状
呈椭圆状；类囊体片层排列整齐，双层膜完整清楚。
60 mg／kg和 100 mg／kg的Cd处理，蒌蒿叶绿体超
微结构与对照相比，没有明显差异，结构完整清楚。
Cd浓度达到 140 mg／kg时，萎蒿叶绿体呈现一定
的受害症状，表现为部分叶绿体形状球形化，片层结
构解体，嗜锇颗粒相对增多，但多数叶绿体仍保持较
好的结构。Cd浓度为 180 mg／kg和 240 mg／kg的
两个处理，叶绿体超微结构破坏严重，球形化，双层
膜分辨不清，而且局部有损坏；类囊体片层解体，排
列紊乱(图版 I)。叶绿体超微结构的变化充分说明
了蒌蒿在 Cd浓度大于 180 mg／kg下，才会受到 Cd
的毒害，低于该浓度，具有较好的抗性。
O 9 8 7 6 5 4 3 2 0
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840 广 西 植 物 28卷
图版 I 不同cd浓度下的蒌蒿叶绿体和叶片细胞核超微结构
PIate I Chloroplast ultrastructure and cell nuclei ultrastructure of leaves of Seleng
woodworm under different Cd concentrations
l，7．对照。XlOk}2，8．60 mg／kg处理，×lOk，3．100 mg／kg处理，×2Ok；4．140 mg／kg处理，×17k；5，11·180 mg／kg·X10k，
6．240 mg／kg处理，X12k}9．100 mg／kg处理，×1Ok；10．140 mg／kg处理，×lOk~12．240 mg／kg处理，×15k·
k一1 000。ch．叶绿体；g1．基粒片层I s．淀粉粒；P．嗜锇颗粒I N．细胞核，Nnt核膜}Nu．核仁。
2．4．2叶片细胞核超微结构 不同Cd浓度处理对蒌
蒿叶片细胞核有一定影响。对照细胞核形状规则，核
质分布均匀，核仁清晰，核膜完整；60、100、140和 180
mg／kg的4个处理，形状规则，核质分布相对均匀，核
膜边界完整清楚，但核仁消失，且 180 mg／kg的Cd处
理，核质有凝胶化发生；当 Cd浓度达到 240 mg／kg
时，细胞核结构发生较大变化，形状发生凹陷，核膜不
清晰，核仁消失，核质分布不均匀，染色质凝胶化，电
子密度增大，细胞核受到破坏。从细胞核来看，Cd对
萎蒿细胞的毒害浓度要达到 180 mg／kg才会产生，与
叶绿体超微结构变化有较大的吻合性。
3 讨论
重金属尤其是Cd对植物的毒性主要表现在以下
几个方面：细胞内的重金属离子不仅能与酶活性中心
6期 潘静娴等：Cd对蒌蒿生理生化及叶片超微结构的影响 841
或蛋白质中的一SH 结合，而且取代金属蛋白中的
Ca抖、M 、Zn2 和 Fe 等必需元素，引起物质分子
结构发生改变(陈平等，2002)；造成叶绿体和细胞超
微结构 发生改变 (袁 祖丽 等，2005；Stoyanova&
Tchakalova，1999)；抑制或降低叶绿素合成酶的合成
活性(Padmaia等，1990；Stobart& Prasad，1985)，影
响叶绿素分子整合成色素蛋白复合体的过程(Hor—
vath等，1996)，降低叶绿素含量及其 a／b值(魏海英
等，2003)，最终导致植物发生代谢异常，产生毒害症
状，甚至死亡。但是，Cd超积累植物对 CA 却表现抗
性，源于这些植物体内具有抵抗 Cd毒性的防御机制，
如Cd在叶片中呈细胞区隔化分布，印度芥菜就是将
Cd贮藏在叶片表皮毛中来解毒的(Salt等，1995)；与
亲和性强的大分子物质形成络合物，降低毒性(Gil，
1985)；诱导活性氧防御系统的产生，通过 SOD、POD
和CAT的共同作用，清除CA造成的膜质过氧化产生
的自由基，保护生物膜(徐勤松等，2001)。
本文证实萎蒿对 Cd污染具有抗性机制，在 2O～
180 mg／kg河砂 Cd内，萎蒿体内的活性氧酶清除系
统的POD发生作用，与 SOD协同作用，有效清除了
Cd引起的膜质过氧化产生的自由基，使蒌蒿叶片叶
绿体和细胞核超微结构未受损伤，叶绿素含量(显著
降低的Cd浓度为 140 mg／kg以上)及其 a／b值没有
降低，因此，萎蒿仍然能保持正常生长状态。但是，当
砂土 Cd浓度超过 180 mg／kg，萎蒿体内的 CA解毒机
制效应降低，植株呈现一定的中毒症状。是否产生了
金属络合蛋白PC还有待进一步研究。总之，试验从
机理上证实了蒌蒿确实是一种 Cd耐性的植物。
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