全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 25(2)：156— 160 2005年 3月
Cd对槐叶苹的生理影响及外源
La、Ca的缓解效应比较
胡金朝，施国新，王 学，徐勤松，马广岳，王春涛
(南京师范大学生命科学学院，江苏南京 2l0097)
摘 要：研究了Cd +毒害对低等水生植物槐叶苹的生理影响及外源 La、Ca的缓解效应。结果表明，Cd抖污
染时，槐叶苹叶片出现褪绿、叶缘拳卷并伴有烂斑和根状叶断离现象。随着 Cd2 浓度的升高，叶片的叶绿素
含量、SOD、CAT、POD活性先升后降，但各指标达到最大值时的 Cd +浓度各不相同，以 POD对应的最高
可溶性蛋白含量及丙二醛(MDA)产量分别呈现出下降和上升趋势，且可溶性蛋白含量受Cd2+的影响更大。
外源La和Ca均能缓解Cd2+对槐叶苹叶片叶绿素含量、可溶性蛋白含量的降低和MDA的积累，对保护酶系
统的影响存在较大差异。
关键词：镧；钙；镉；缓解；槐叶苹
中图分类号：Q945．9 文献标识码：A 文章编号：1000—31 42(2005)02—01 56一Oj
Physiological effect of cadmium on Saluinia
na tan s and camparison of the detoxication of
exogenous lant1anum antl CaIciUm a~ainst lt - J- - l ■ ■ ·●J
HU Jin—zhao，SHI Guo—xin，WANG Xue，XU Qin—song，
M A Guang—yue，WANG Chun—tao
(School of Life Sciences，Nanjing Normal University，Nanjing 2l0097，China)
Abstract：The paper mainly studied the effects of La and Ca on low aquatic plant Saluinia natans growing in
the solution containing different concentration of Cd．The resu1ts showed that the leaves of Saluinia natans
lost green color，leaf margin twisted following with spoil spots and root—like leaf broke when Cd polluting．
With the increasing of Cd concentration，the chlorophyll content，SOD，CAT and POD activities of the leaves
increased first and decreased afterwords，but the Cd concentration was different when they reached maxima re—
spectively，it was the highest when POD activity reached maxima．The soluble protein and MDA contents ap—
peared decrease and increase trend respectively and the toxic effect of Cd on the soluble protein content was
heavier than that on the MDA content．Exogenous La and Ca could aleviate the decrease of chlorophyl and
soluble protein contents and the accumulation of MDA caused by Cd stress．The effect of La and Ca on protec—
tive enzyme system was much different．
Key words：La；Ca；Cd；mitigate；Saluinia nata?l$
镉(cadmium)是环境中主要的重金属污染物之
一
，不仅毒性大，蓄积性强，被植物体吸收和富集后
阻滞植物生长发育(Hart等，1998)，而且能通过食
物链危及动物和人类健康(Sugiyama，1994)。近年
收稿日期：2004—03—08 修订日期 ：2004—05一l8
基金项目：国家自然科学基金(30370083)；江苏省教育厅自然科学基金(12oo36ooJSJB131)。
作者简介：胡金朝(1 972一)．男．河南兰考人．博士生．讲师．主要研究重金属对高等水生植物的毒害。
维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 胡金朝等：Cd对槐叶苹的生理影响及外源 La、Ca的缓解效应比较 157
来，有关镉对植物的影响已有大量报道(段昌群等，
1991；Kneer等，1992)，但有关槐叶苹的 Cd 毒害
及其缓解研究未见报道。本文取蕨类水生植物槐叶
苹(S“luinia nata )为材料，研究了不同浓度 Cd
毒害下槐叶苹的形态特征、生理变化及外源 La与
Ca的缓解效应。以期能深入了解重金属毒害植物
的机理并为植物抗重金属胁迫机制提供理论依据。
1 材料与方法
1．1实验材料
实验所用槐叶苹采自南京师范大学生科院水生
植物培育池和南京市江心洲。选取长势良好的植株
置于实验室无底泥的水缸中，用自来水培养3 d。然
后分成两组，一组分别移人含有 2、4、6、8、1O、2O
mg／L CdC1：(以纯 Cd计)的培养液中作毒害实验，
以不加CdC1：的作对照(用 0 mg／L表示)；另一组
分别移人如表 1所示的各缓解培养液中，另取两缸
分别含 6 mg／L与 10 mg／[ 的单一 CdC1。(以纯 Cd
计)的培养液作缓解对照。两组材料均培养在 For
ma 3744全封闭培养箱中，光照强度 70 pm ．S‘。，光
暗周期 14／10 h，温度 D：N一25：20℃。观察槐叶
苹的毒害症状，第三天取样分析。
1．2实验方法
叶绿素含量的测定参照张志良的方法(张志良，
1990)，单位 mg／gFW；可溶性蛋白含量用考马斯亮
蓝 G一250法，以牛血清蛋白为标准蛋白(Bradford，
1976)；过氧化氢酶(CAT)活性用 CAT试剂盒测定
(波钦诺克，1981)，其活性单位定义为：1 g植物材
料 1 S分解 1 pmol H 0：的 CAT量为一个活力单
位，记为 U／gFw；超氧化物歧化酶(SOD)活性用
SOD试剂盒测定，以每 1 mI 反应液中SOD抑制率
表 l 各缓解培养液设计
Table 1 Design of each mitigating solution
达 5O 时所对应的 SOD量为一个亚硝酸盐单位，
用 NU／gFW 表示；过氧化物酶(POD)活性用愈创
木酚比色法测定(Maehly，1955)，以每 1 min吸光度
的变化值表示酶活大小，单位△DⅢ．min‘。．g～；丙二
醛(MDA)含量按 Heath等的硫代巴比妥酸(TBA)
比色法测定(Heath等，1968)，单位b／nmo1．g一。各
实验数据重复3次，取平均值。
2 结果
2．1 Cd 对槐叶苹叶形态的影响
对照组槐叶苹长势 良好，叶片鲜绿，富有光泽。
Cd 处理3 d后，从 6 mg／L开始随着Cd 浓度升
高叶片逐渐失绿，8 mg／L Cd 叶缘开始拳卷，部分
根状叶断离，Cd 浓度越高，卷叶现象越明显。
Cd抖处理 5 d后，4 mg／L Cd 处理的槐叶苹叶片
已明显失绿，少许叶片出现黑色烂斑，8 mg／L以上
Cd 毒害使叶片失绿严重，出现大量烂斑且叶缘呈
干枯状拳卷，同时出现大量根状叶断离。8 mg／L
Cd抖处理6 d的植株移至花房水池中生长正常，lO
mg／I 以上浓度处理的逐渐死亡。
2．2 La¨ 、Caz 对Cd 胁迫下槐叶苹叶片叶绿素含
量的影响
低浓度 CdH处理下，叶绿素含量上升，4 mg／L
时为对照的 105．7 ，6 mg／L时为对照的 121．9 ，
但随着 Cd 浓度增加，叶绿素含量逐渐减少，1O
mg／L时下降为对照的 86．9 ，20 mg／L时只有对
照的57．3 (图1)。Cd 与La 或Ca 复合后处
理，叶绿素含量均呈下降趋势。在较低 Cd 浓度(6
mg／L)下，加入的 La”和 Ca 浓度分别为 3 mg／L
与5 mmol／L时叶绿素含量分别接近对照，较高
Cd 浓度时(10 mg／L)，与之组合的La 与Ca 均
使叶绿素含量进一步降低(图 1)。
2．3 La¨ 、Ca 对 Cd 胁迫下SOD、CAT、POD活性
的影响
从表 2可知，在不同浓度 Cd 胁迫下，槐叶苹
叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)
及过氧化物酶(POD)活性均呈现先应激性升高然
后降低的变化趋势，但三种酶活达最高时对应的
Cd 浓度不同，POD、SO1)、CAT活性最高时的
Cd 浓度 分别 为 8 mg／L、4 mg／L与 2 mg／L。
Cd 浓度为 10 mg／L时，与之复合的La”使SOD、
维普资讯 http://www.cqvip.com
l58 广 西 植 物 25卷
POD活性升高后降低，使 CAT活性降低；Ca抖使
SOD活性先升后降而使 POD、CAT活性下降。在
较低浓度(6 mg／L)Cd抖胁迫下，与之复合的 La¨
釜
＼
口l酬
古
O 2 4 6 8
Cd 处理浓度 (rag／L)
ho
＼
ho
口l酬
懈
古
1 5
1
O 5
0
和Ca抖均使 SOD活性升高、使 POD活性降低，对
CAT活性的影响不同：La”使 CAT活性升高，
Ca 使CAT活性升高后降低。
0 5 1 0 1 5 2O
Ca 浓度 (mmo I／L)
∞
＼
∞
咖《
Ⅱ
怅
I
古
5
1
5
O
图 1 Cd 污染、外源 Ca抖 、外源 La3 对叶绿素含量的影响
Fig．1 Effects of Cd ，exogenous Ca ．exogenous La3+on chlorophyl l content
表 2 La¨ ．Ca +对 Cd +胁迫下SOD、CAT、POD活性的影响
Table 2 Effects of La3 and Ca2 on SOD，CAT，POD activities under Cd2 stress
注；cd ，La”的单位为 rag／L；Ca 的单位为 retool／L。
2．4 La¨ 、Ca 对 Cd 胁迫下 MDA含量的影响
膜脂过氧化产物 MDA含量是细胞膜受伤害程
度的重要指标之一，槐叶苹叶片中 MDA含量随着
Cd抖胁迫浓度的加大而呈升高趋势。20 mg／L处
理的 MDA含量为 0．026 8 nmol／g，是对照含量的
1．6倍(图2)。在较低浓度(6 mg／L)Cd。 胁迫下，
La¨ 与 Ca 使 MDA含量升高后降低，Cd 胁迫浓
度较高(10 mg／L)时，3～ 12 mg／L LaH与 5～2O
mmol／L的Ca。 均使MDA含量升高，表明 La¨ 与
ca抖对 cd 毒害引起的MDA含量升高有类似的
缓解效果(图2)。
2．5 La¨ 、Ca 对 Cd 胁迫下细胞可溶性蛋白含量
的影响
可溶性蛋白受 Cd 的影响较大，随处理浓度的
增大而持续下降。6 mg／L与 10 mg／L处理分别使
含量降低了24．7 和 58．1 ，20 mg／L Cd。 处理
时几乎测不到其存在(图 3)。缓解结果表明，3～6
mg／L La¨ 在较低浓度(6 mg／L)Cd 胁迫下使可
溶性蛋白含量进一步降低，9 mg／L时则升高为对照
的 104 。La¨ 在较高浓度(10 mg／L)Cd。 胁迫下
对可溶性蛋白含量的影响与 Ca。 相似，均是使蛋白
含量升高后降低(图3)。
3 讨论
在研究中发现槐叶苹在低浓度Cd 毒害下，叶
片中叶绿素含量应激性升高，表明低浓度cd。 能刺
激叶绿素合成，这可能是植物的一种保护性适应现
象。而高浓度处理时叶绿素含量下降，并最终导致
叶片失绿。孙赛初等(1985)的实验表明，叶片褪绿
维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 胡金朝等：Cd对槐叶苹的生理影响及外源La,Ca的缓解效应比较 159
是植物受重金属毒害后出现的普遍现象。叶绿素含
量下降的原因，Stobart等(1985)认为一是重金属抑
制原叶绿素酸酯还原酶(protochlorophylide reduc—
tase)活性，二是影响氨基一酮戊酸(aminolaevulinic
acid)的合成，这二者分别是叶绿素合成所必需的酶
和原料。另外，叶绿素含量的下降还可能与 CdH在
细胞内局部积累过多，与叶绿体中蛋白质上的一SH
o
E
5
叫酬
《
0
=
删母fl
皿
基结合，或取代其中的Fe 、Zn抖、Mg。 等，破坏了
叶绿体结构和功能活性有关(孙赛初等，l985)。图
l表明，Cd抖浓度较低 (6 mg／L)时，与之组合 的
La”与 Ca抖均能缓解 Cd抖造成 的叶绿素含量升
高，从而稳定叶绿素的正常水平。而当Cd¨ 浓度较
高时(10 rag／L)，与之组合的 Ca。 使叶绿素含量进
一 步降低，说明Ca 在Cd抖浓度较高时并不具备
Ca2+处理浓度 (mg／L) ca 浓度 (mmo I／L)
图 3 Cd2+污染、外源Ca2+、外源 La3+对可溶性蛋白含量的影响
Fig．3 Effect of Cd +，exogenous Ca +，exogenous La。+on soluble protein content
明显的缓解效应而是加剧了对叶绿素的破坏。与之
相似，在Cd” 浓度较高时任何浓度的La计也无明
显的缓解效应。
SOD、CAT、POD等是植物体内抗氧化酶系统
中几种主要的保护酶，它们在重金属胁迫中所起作
用已得到许多证明(周长芳等，2001)。SOD能以
O_为基质进行歧化反应：2O +2H 一H：O2十O。，
从而起到清除植物体内O 的作用，CAT和POD则
负责清除 H zo。和 其它氧 自由基 (Scandalios，
l993)。在正常情况下，植物体内产生和清除 oT的
能力处于动态平衡(罗广华等，1989)。在 Cd抖胁迫
下，槐叶苹叶片中 SOD、CAT、POD活性随着污染
程度的加剧先应激性升高然后降低(表2)，表明在
受害较轻的情况下，槐叶苹体内活性氧增多，诱导了
抗氧化酶活性升高，在一定程度上减轻了自由基对
膜的伤害。而在受害较重的情况下，超过了防御反
应的限度，植物体结构破坏，酶活性降低，这时槐叶
苹体内清除活性氧的能力减弱，O 和 H!() 等活性
氧自由基就会大量积累，从而加剧膜脂过氧化程度，
最终使膜结构和功能受到破坏，这也是重金属毒害
植物的主要原因。Cd 浓度为 6 mg／L时，与之复
合的La蚪能提高 SOD、CAT活性而降低 POD活
一 暑／暑Ⅲ一
维普资讯 http://www.cqvip.com
维普资讯 http://www.cqvip.com