全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 28(5)：592— 595 2008年 9月
Cd2+胁迫对石龙尾超微结构的影响
赵 春
(南通大学 生命科学学院，江苏 南通 226007)
摘 要：以在不同浓度梯度 CdZ+溶液中培养48 h的石龙尾为实验材料，用透射电镜观察叶细胞超微结构的
损伤，结果表明：CdZ+浓度越高，超微结构的损伤越严重。表现为核糖体数目减少；高尔基体膨胀或消失；线
粒体出芽或破裂；质膜收缩产生质壁分离，胞间连丝断裂；叶绿体膨胀，类囊体解体，进而影响了细胞的整体功
能，造成细胞损伤乃至死亡。
关键词：CdZ+；石龙尾；超微结构
中图分类号：Q944 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2008)05—0592—04
Effect 0f Cd2+stress 0n ultrastructure
of Limnophila sessiliflora
ZHA0 Chun
(Colege of Life Science，Nantong University，Nantong 226007，China)
Abstract：Limnophila sessilifloya was cultivated in water medium polluted with Cd +of different gradient concentra—
tion for 48 h．The ultrastructural damages of leaf cells were observed by using transmission electron microscopy．The
results showed：The higher concentration of Cd抖 ，the more serious the damage to ultrastructure．Ribosomes re—
duced，golgi apparatus slacked or disappeared，mitochondria ruptured or budded，plasma membrane contracted and
plasmolysis took place，plasmodesma snapped，chloroplasts swelled and thylakoids disintegrated．These affected the
function of cells in al and finaly led tO the cel damaged or destroyed．
Key words：Cd +；Limnophila sessiliflora；ultrastructure
重金属对水环境造成的污染已经引起人们的日
益关注，研究表明，包括 Cd 在内的重金属对水生
植物有不利影响(颜素珠等，1990)。Cd抖作为重金
属污染的“五毒”之一，被植物体吸收和富集后，会表
现出褪绿、矮化、生物量下降，甚至死亡等受害症状，
并通过水生食物链的生物放大作用对高营养级的生
物及人体健康造成危害。石龙尾(Limnophila se5一
siliflora)为多年生草本，具匍匐茎，茎节生须根；叶
两型，沉水叶细裂，挺水叶长椭圆形，羽状裂；花单生
叶腋。浅水沼泽地生长。具消肿解毒，杀虫灭虱的
功效，用于主治疮疡肿毒，为常用的中药材。本文旨
在探讨急性cd抖毒害对石龙尾超微结构的影响，研
究水生常见药材在 Cd抖胁迫下的耐受性规律及其
对药用有效成分的影响，并为水环境中重金属污染
的中药材的监测和防治从理论上提供参考。
1 材料与方法
1．1材料
石龙尾采集于南通大学钟秀校区池塘内。将石
龙尾当年生植株洗净，以纯净水培养于培养缸内
2d，取株龄相近、形态相似的植株分别加入 0(对
照)、2、4、6、8、10 mg／L的 CdC12溶液(按纯 Cd。
计)，进行自然光照培养。
1．2方法
取对照组和各浓度梯度处理的植株叶片，2 戊
收稿日期：2007—02-07 修回日期 ：2007—05—08
作者简介：赵春(1973一)，女，江苏海门人，讲师，主要从事植物生理学与形态学研究，(E-ma)eici—zhao@163．corn。
5期 赵春：Cd抖胁迫对石龙尾超微结构的影响 593
二醛固定 48 h，PBS漂洗 3次，2 锇酸固定 2 h后
丙酮脱水，EPON812包埋，LKB—V超薄切片机切
片，醋酸双氧铀——柠檬酸铅双重染色，HITACHI
(El立)600一A一2透射电子显微镜下观察。
2 结果
2．1 Cd 胁迫下石龙尾的外形变化
处理浓度、处理天数及石龙尾的生长情况见表 1。
表 1 不同浓度下根茎的受害情况
Table 1 Injury degree of roots and stems in
different cultural concentrati0ns
生长正常
生长正常
生长正常
生长正常
生长正常
1O 水中停止
长新根
生长正常
生长正常
生长正常
生长正常
水中停止
长新根
根微 黄、茎
出现黄点
生长正常
生长正常
生长正常
停止长新根
根微黄 、茎
出现黄点
根萎 蔫、茎
发黄
生长正常
生长正常
生长正常
根黄、茎黄
根萎蔫、茎
末端枯黑
茎末端枯
黑、腐烂
2．2 Cd 胁迫下石龙尾叶的超微结构的变化
对照组石龙尾叶结构正常，原生质紧贴细胞壁；
未见大型液泡；胞间连丝正常；叶绿体大多呈椭圆
形，分布在细胞外周，基质在电镜下观察电子密度较
低，基粒中类囊体结构紧密，呈圆盘状，各基粒之间
有基质类囊体；细胞中有大量线粒体，在电镜下为内
外两层膜包裹的囊状细胞器，外膜平整无折叠，内膜
向内折人形成许多嵴；在细胞质内有大量彼此相通
的片状或管状的内质网，有些内质网膜与细胞核核
被的外膜相通，糙面内质网分布广泛；高尔基体分布
于细胞的边缘，由一系列扁平的囊和小泡组成，每个
高尔基体两端均膨大，周围有大量的分泌小泡；细胞
核较圆，附着在核膜内面有深染团块的异染色质，有
核仁(图版 工：1，2)。2 mg／L组处理 48 h，叶绿体
结构未见明显变化；线粒体中嵴开始减少；胞间连丝
完好(图版 I：3)。4 mg／L组处理 48 h，有高尔基
体；叶绿体开始肿胀，呈球形；少量嵴开始解体；核糖
体数目减少；质膜开始有内陷收缩趋势，胞间连丝完
好(图版 I：4)。6 mg／L组处理 48 h，叶绿体基粒
类囊体圆盘状结构开始松散，基质类囊体无明显变
化；线粒体中嵴的数目进一步减少；游离的核糖体数
急剧减少。高尔基体结构松散，反面高尔基体不再
分泌小泡，顺面高尔基体虽然分泌小泡，但小泡的折
光性较弱；细胞核在 Cd抖的作用下产生缢缩而变形
(图版 I：5，6，7)。8 mg／L组处理 48 h，叶绿体中
基粒类囊体开始解体，片层结构呈现出平行排列的
波浪状；线粒体中嵴大部分解体，产生出芽，少量线
粒体中央呈空泡状；高尔基体消失；内质网数量急剧
减少；胞间连丝被拉断(图版 I：8，9，10)。10 mg／L
组处理 48 h，叶绿体基粒类囊体和基质类囊体都呈
波浪状平行排列，无外观区别，嗜锇颗粒逐渐增多，
外被双层膜出现破裂，细胞基质聚集成高电子密度
的絮状残留物，其他细胞器消失(图版 工：11)。
3 讨论
过量的Cd抖会导致氧化反应，破坏细胞的膜结
构(Shainbergo等，2001)。植物由于接触重金属产
生过量的自由基(赵春，2000)，而攻击细胞膜上的不
饱和脂肪酸，使细胞膜上的磷脂双分子层松散，导致
膜结构的胞间连丝断裂，细胞内一些物质外流(代全
林，2006)，使细胞迅速失水干燥，细胞膜透性增强，
重金属更容易进入细胞内，导致更严重的毒害。此
外，Cd。 可以与蛋 白质结合而使蛋白质变性，使膜
蛋白的功能改变和功能丧失，通过破坏细胞的膜系
统而对植物造成伤害(徐勤松等，2002)。
在不同浓度 Cd。+对石龙尾细胞的毒害过程中，
低浓度胁迫下细胞器中首先出现变化的是高尔基体
膨胀，线粒体出现受害症状总是先于叶绿体，这说明
线粒体对重金属的敏感度要高于叶绿体。线粒体嵴
突数 目的减少，往往是由于 K 和水分子从线粒体
的内腔渗透到外腔所造成(解凯彬等，2OOO)，重金属
还会抑制线粒体膜上 ATP酶的活性，从而使线粒体
内的氧化磷酸化受到影响(彭鸣等，1991)。由于线粒
体结构被破坏以及重金属对参与呼吸作用的各种酶
的抑制，Cd2 直接会导致细胞呼吸机能出现障碍。
受 Cd。 毒害的植物叶片都会出现缺铁性褪绿
(陈立松等，2001)，叶绿体是植物细胞特有的能量转
换细胞器，它受重金属的影响也较明显，随着处理浓
度的增大，植物叶绿素 a、b的含量及叶绿素 a／b值
都与处理剂量出现负相关(fg春，2O00)。叶绿体中，
PS工主要分布于基质片层和基粒片层的非叠合区，
PS I主要分布于基粒类囊体膜的叠合部分，Cd。 对
叶绿体的毒害首先造成基粒类囊体的解体，使叶绿
体捕获光能的能力下降，影响光合作用，从结构学上
594 广 西 植 物 28卷
图版 I Cp-~f绿体；Mi-线粒体；p高尔基体；ER_内质网；PI一质膜；CW-细胞壁；Pd-胞问连丝；N-细胞核；Nw核仁。1．对照叶细胞的超微结
构，示正常叶绿体、线粒体、高尔基体、细胞壁、细胞膜(35×5O0)；2．对照叶细胞的超微结构，示正常叶绿体、线粒体、核、核仁(30X 500)；3．2
mg／L处理的叶细胞，示胞间连丝完好(80×500)I 4．4 mg／L处理的叶细胞，示球形叶绿体、线粒体肿胀、高尔基体和细胞壁正常、细胞膜(箭头)
开始内陷收缩(25×500)；5．6 mg／L处理的叶细胞，示叶绿体和线粒体肿胀、核糖体减少(3O×500)；6．6 mg／L处理的叶细胞，示线粒体出现空
泡(60X 5O0)；7．6 mg／L处理的叶细胞，示叶绿体肿胀、基粒类囊体圆盘状结构松散、高尔基体结构松散(60X 500)；8．8 mg／I 处理的叶细胞，
示线粒体开始解体(40×500) 9．8 mg／L处理的叶细胞，示叶绿体基粒类囊体开始解体(35×500)；10．8 mg／L处理的叶细胞，示胞问连丝被拉
断(100X 500)；11．10 mg／L处理的叶细胞，示叶绿体被膜破裂、解体、其它细胞器消失(6o×500)。
Plate l Cp-chloroplast；Mi-mitchondria；G-golgi apparatus；ER-endoplasmic reticulum；Pl-plasmalemma；CW-cel Wal；Pd-plasmodesma；N-nu—
cleus：Nmnucleolus．1．Ultrastructure of control leaf ceils，showing normal chloroplast，normal mitchondria，normal golgi apparatus，norm al cell wall，
normal plasma membrane(35×500)；2．Ultrastructure of control leaf cels，showing normal chloroplast，normal mitchondria，normal nucleus，normal
nucleolus(30X500)：3．Leaf ceils treated with 2 mg／L CA2+for 48 h，showing normal plasmodesma(80×500)；4．Leaf cels treated with 4 mg／L
CA 2 for 48 h，showing round chloroplasts，swolen mitchondria，normal golgi apparatus and cel wal，plasmalemma begins tO(arrows)contraction(25
X 500)；5．Leaf cels treated with 5 mg／L CA2+for 48 h，showing swolen chloroplast and mitchondria，ribosomes shows reduction(30×500)；6．Leaf
cels treated with 6 mg／L CA2+for 48 h，showing vacuolation of mitchondria(60×500)；7．Leaf cells treated with 6 mg／L CA2 for 48 h，showing
swolen chloroplast，thylakoids and golgi apparatus begin to loosen(60 X 500)；8．Leaf cels treated with 8 mg／L Cd for 48 h，showing disintegration
of mitchondria(4OX 500)；9．Leaf cels treated with 8 rag／L CA2+for 48 h，showing disintegration of thylakoids(35X 500)；10．Leaf cels treated with
8 mg／L Cd2 for 48 h，showing plasmodesmata snapped(100X 50O)；11．Leaf cels treated with 1o mg／L Cd2十for 48 h，showing disappearance of al
organdies except chloroplas，disruption of chloroplast membrane and chloroplast disintegrated(60X 500)．
证明了杨丹慧(1991)关于 Cd2 对光系统I和Ⅱ均有影
响，对后者影响更为显著的结论。另外，由于膜系统
往往是酶的排列支架，基粒类囊体膜垛叠犹如形成一
个长的代谢传送带，使代谢顺利进行(潘瑞炽，2001)，
5期 赵春：Cd 胁迫对石龙尾超微结构的影响 595
基粒类囊体的解体，也会使整个代谢过程受阻。
高尔基体是内质网上合成的蛋白质的加工和包
装场所，并且能够转运膜蛋白和溶酶体中的水解酶类
(吴相钰，2005)。随着内质网数 目的减少，从内质网
形成的运输小泡也急剧减少，高尔基体丧失了来自内
质网的分泌源而随之膨胀，直至消失。
核糖体是合成蛋白质的场所，其毒害耐受性大于
高尔基体和线粒体，与低浓度 Cdz 处理下，可溶性蛋
白有所增加相吻合(赵春，2003)。这可被看作植物在
一 定限度下对外来毒害的一种具 自我保护作用的应
激性反应，可能包括一些抗氧化酶(SOD、POD)等的
表达和翻译(常福辰等，2002)。而蛋白质在叶绿体中
最重要的功能是作为代谢过程的催化剂，且叶绿体中
起电子传递作用的细胞色素、质体蓝素也是与蛋白质
结合的。核糖体数量减少，直接抑制了叶绿体酶系
统、光合器官结构以及线粒体等一系列细胞器的合
成。
由于Cd2 破坏了细胞的细胞膜及各种细胞器，进
而影响细胞的整体功能，造成细胞损伤乃至死亡。
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