全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 24(2)：161—165 2004年 3月
Cr仆、C1．3+胁迫对黑藻生理生化影响的比较研究
马广岳，施国新，徐勤松，王 学，拉非克
(南京师范大学生命科学学院，江苏南京 210097)
摘 要 ：以沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata(L．f．)Royle)为实验材料，通过模拟水体 Cr6+、CrS+污染环
境，比较研究了两种价态铬对黑藻叶的毒害影响。结果表明：随着 Cr6+、CrY+浓度的加大，超氧阴离子 (0
产生速率 、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白含量皆呈先升后降趋势。Cr6+、Crs+浓度过高时 ，三种抗氧化酶(S0D、
POD、CAT)活性比例失衡，且 Cr6+处理组的0_产生速率、MDA含量高于 cr0+处理组，叶绿素、可溶性蛋白
含量、叶绿素 a／b值低于 CrS+处理组，显示出Cr6+的毒性远大于Crs+。
关键词 ：Cr6+；Crs+；黑藻 ；胁迫 ；比较
中盈分类号：Q945 文献标识码 ：A 文章编号 ；1000—3142(2004)02—0161-05
Comparative studies of toxic effect of Cr6+．C1．3+
stress on the physiological and biochemical
characteristics of Hydrilla verticillata
MA Guang—yue，SHI Guo—xin，XU Qin—song，
W ANG Xue．Rafeek khaled
(College o，Lf Science，Nanjing Normal University，Nanjing 210097，China)
Abstract：Toxic effects of Cr6+，Cr3+on Hydrilla verticillata(L．f．)Royle cultured with simulated different
concentration of Cr +，Cr0+ water pollution were studied．The results showed that the OT generation rate、
chlorophyll and soluble protein content rose at first and fell subsequently with the increase of the two pollua—
nts．Three kinds of antioxidases disordered at higher concentration of Cr + ，Cr0+ ，0 generation rate and
MDA content of Cr + treatment were higher while chlorophyll and soluble protein content．ratio of chlorophyl
a／b were lower than that of Cra+treatment．As a result，toxicity of Cr6+tO Hydrilla verticillata was more
serious than that of Cr3+．
Key words：Cr + ；Cr0+；Hydrilla verticilla stress；comparison
随着工业生产的迅速发展 ，大量重金属进入水
体环境，致使污染加剧。重金属污染不但影响水生
植物的产量和质量，更为严重的是通过食物链进一
步影响人畜健康。铬是广泛存在于环境中的“五毒”
元素之一，其中Cr 是重要的环境污染物和生物致
畸、致突变剂(顾公望等，1983)。铬对植物的毒害前
人已做过大量研究 (任安芝等，2000；王惟咨等，
1990；张义贤 ，1997)，而 Cr 和 Cr 两种价态的铬
对水生植物生理生化影响的比较研究则鲜有报道。
黑藻(Hydrilla verticilata)，沉水植物，水鳖科，分
布广泛。该植物沉在水中 对水环境变化比较敏感，
故本文选取黑藻为实验材料，对其进行了急性毒害
收稿 日期：2003-03-20 修订 日期 ；2003—06—27
基金项目：教育部科学研究重点项 目(01043)；江苏省重点实验室开放基金共同资助。
作者简介：马广岳(1965-)，男，山东梁山县人，硕士生，主要从事重金属对水生植物毒害机制的研究。
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162 广 西 植 物 24卷
实验，比较了这两种价态铬毒害下黑藻叶的一些生
理生化指标的变化规律，为其污染防治及生物监测
提供理论依据。
1 材料和方法
1．1实验材料
黑藻采自南京江心洲无污染水域。九月中旬采
集后置于大玻璃缸中，用自来水预平衡两天后，取长
势一致的植株移入容积为 2 000 mL装有 1／20 Ho—
agland培养液的大烧杯 中，一次性分别加入分析纯
K2Cr2O4及 CrCI ·3H2O。培养液 中 Cr 及 Cr抖
(以纯 Cr计)的最终浓度依次为 1、3、5、7、10、20
mg／L。以不加 Cr为零对照。每隔4 d更换 1次培
养液，培养期间每天补足失水量。处理后第八天取
相同部位的叶片，用蒸馏水洗净、揩干，测定各项生
理指标。
1．2指标测定
叶绿素含量：参照张志良(1990)的分光光度法
测定 ，单位：mg／g。
王
正
· 丁c
王
正
．1 ．1 ．1 ．1 ．I ．1
0 l 3 5 7 10 2O
处理浓度(mg／L)
Cultural cOncentratiOn
图 1 CrY+、Cr3+胁迫对黑藻叶绿素含量的影响
Fig．1 Effect of Cr +。Cr。+ stress on chlorophyl
content in leaves of Hydrilla verticillata
实验设 3次重复，取其平均值。并对数据进行
相关性及差异显著性统计分析。
以上测定结果均以鲜重计。
2 结果
2．1 cr6 、c一 胁迫对黑藻叶绿素含量、叶绿素 a／b
值的影响
在 Cr 处理组 中，叶绿素含量随浓度增加持续
下降(r一一0．867 ，n一6)(图 1)，20 mg／L浓度时只
有对照的 42．1 ，而在 Cr。 浓度梯度中，叶绿素含
可溶性蛋白含量的测定：采用 Bradford(1976)
的考马氏亮蓝G一250法，单位：mg／g，以标准牛血清
白蛋白为标准。
O_产生速率的测定 ：参照王爱国等(1990)的方
法，单位 ：A530 nm／min·g。
MDA含量的测定 ：按 Heath和 Parker(1968)
的硫代巴比妥酸 (TBA)比色法 ，单位 ：mmol／g。
酶提取液的制备：将供试材料置于预冷研钵中，
加入 pH7．8磷酸缓冲液(0．05 tool／L)8 mL，冰浴
下研磨成匀浆，4℃下 10 000 g离心2O min，上清液
即为酶提取液。
sOD活性的测定：采用化学比色法，根据南京
建成生物工程公司 SOD测试盒的顺序进行测定，以
每 1 mL反应液中SOD抑制率达 50％时所对应的
SOD量为一个亚硝酸盐单位(NU)，单位：NU／g。
CAT活性的测定：采用分光光度法，根据南京
建成生物工程公司 CAT测试盒的顺序进行测定，
单位 ：U／g。
POD活性测定：参照 Maehly(1955)的愈创木
酚氧化法，单位：A们nm／min·g。
2．
吾1．
＼
麟
骚 u
古 0．
O
0 1 3 5 7 10 2O
处理浓度(mg／L)
Culrural concentration
图 2 CrY+、Cr3+胁迫对黑藻叶绿素 a／b值的影响
Fig．2 Effect of Cr +，Cp+ stress on ratio of ohio—
rophyll a／b in leaves of Hydrilla verticillata
量呈先升后降的趋势(r=-0．983一 )，3 mg／L时达
到峰值，为对照的 1．29倍，然后随 Cr 浓度的递增
而逐渐下降，但在 2O mg／L时仍为对照的86．3 。
黑藻叶片叶绿素含量对两种价态铬反应显著不同
(F一 31．32一 )。
由图2可以看出，叶绿素 a／b值随 Cr 浓度的
增加呈下降趋势(r一一0．918一 ，n一6)，而随Cr 浓
度的增加呈先升后降趋势(r一一0．816。，n一6)。两
处理组叶绿素a／b值差异极显著(F一15．72～ )。
2．2 Cr6 、C一 胁迫对黑藻可溶性蛋 白含量的影响
随着 Cr¨ 、Cr。 浓度增加，可溶性蛋白含量都
4 2 O 8 6 4 2 O
c∞ cou ．【．【Jc Ao o．【 u
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2期 马广岳等：Cr¨ 、Cr。 胁迫对黑藻生理生化影响的比较研究 163
呈先升后降趋势(图3)，但 Cr 处理组上升快，下降
也快(r=-0．935)，5 mg／L时达最大值，为对照的
1．6O倍，在 2O mg／L时最 低，为对 照的 6O 。而
Cr。 处理组则上升慢，下降也慢 (r一一O．86 5)，在 7
mg／L时达最大值，为对照的 1．81倍，2O mg／L时
最小，但仍为对照的85．3 。两处理组差异显著(F
一 6．55。)
0 1 3 5 7 10 20
处理浓度(mglL)
Cultural c0ncentration
图 3 Cr6+、Cr3+胁迫对黑藻可溶性蛋白含量影响
Fig．3 Effect of Cr6+，Cr3+ stress on soluble protein
content in leaves of Hydrilla verticillata
生速率相似，Cr。 组 MDA最大值在 10 mg／L时，
为对照的 1．29倍，Cr 处理时，MDA最大值出现
在 7 mg／L时，为对照的 1．59倍 。两处理组差异显
著 (F一13．62。)。
2．4 C一 、C，+胁迫对黑藻 SOD、CAT、POD活性的
影响
S0D活性都呈轻微的先升后降趋势(rCr 一
0．983一 ，rCr。 一0．960。)(图 6)，其中Cr 处理组
在 7 mg／L时达最大值，为对照的 1．O8倍。Cr。 处
理组在 3 mg／L达最大值，为对照的 1．11倍，然后
持续下降。
Cr。 组 CAT活性在 0～10 mg／L范围内呈直
线上升趋势(r一0．870’，n一6)(图 7)，只是 在 2O
mg／L时突然下降，而 3 mg／L Cr 处理有一个较大
幅度的升高，达最大值，为对照的 1．51倍，然后持续
下降。
POD活性两组都呈明显的上升趋势 (图 8)，且
Cr 组的 POD 活性普遍 高于 Cr。 组 (rCr 一
0．987一 ，n~--6；rCr。 一0．982一 ，n一6)。两处理组
存在显著差异(F一6．96。)。
3 讨 论
Woolhouse(1974)认为，叶绿素 a／b值可作为
2．3 Cr6 、C， 胁迫对黑藻 o_产生速率的影响
0 产生速率也都呈先升后 降趋势 (rCr 一
0．983。，rCr。 一0．960。)(图4)，且呈下降趋势时两
处理组 0_产生速率都高于对照。7 mg／L Cr 处理
时，0_产生速率达最大值，为对照的 2．18倍。Cr
处理组在 10 mg／L时达最大值，为对照的 1．94倍。
由图 5可以看出，MDA含量变化趋势与 o_产
‘ 0
C
·一 面
目
＼
暑 暑
莹
将 皇
0
O 1 3 5 7 1O 2O
处理浓度(mg／L)
图4 Cr6+、Cr3+胁迫对黑藻O-产生速率的影响
Fig．4 Effect of Cr6+，Cr3+ stress on 0 generation
rate in leaves of Hydrilla verticillata
叶片衰老的重要指标。叶绿素 a／b值随 Cr 处理
浓度的增加呈现下降趋势，说明Cr 对叶绿素有较
强的毒害作用。而随 Cr。 处理浓度增加呈先升后
降趋势，可能与叶绿素 a对低浓度 Cr3 的刺激较叶
绿素b敏感，合成速度较快有关。本实验中，Cr 处
理组 的叶绿素 a／b值小于 Cr。 组，说 明 Cr 比
Cr。 具有更强的加速衰老的作用。
重金属胁迫导致叶绿素含量下降，前人(Stobart
等，1985；Van和 Clijsters，1990；Kar和 Chondhuri，
1987)已多有研究，其中Kar发现 POD活性升高明显
地与叶绿素减少有关，并认为这种对酚专一的 POD
和叶绿素降低的关系比其防御过氧化作用更为明显。
本实验 POD活性与叶绿素含量呈显著负相关( r6
= -0．840。，n一6； ， =-0．992一 ，n一6)，也充分说
明这一点。
施国新等(2000)曾观察到 Hg抖、Cd抖处理黑
藻叶时，随浓度的增加，黑藻叶细胞内核糖体数目急
剧减少，直到完全消失，这也从结构上阐明了重金属
可导致可溶性蛋白含量下降。Cr 组下降比 C +
组更显著，说明 Cr 毒性 比 Cr。 更大。
植物体中存在着多种抗氧化酶，其中SOD是体
内重要的保护酶，它与 P0D、CAT等协同作用构成
体内保护酶防御系统，以清除在逆境条件下产生的
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164 广 西 植 物 24卷
氧自由基(王爱国等，1983)。通过 SOD将 O激 化
成 H202，抑制 Haber-Weiss反应 ，再 由 CAT 和
POD将 H 0 分解成 H O(Chris等，1992)，从而有
利于阻止 0 和 H O 的积累。只有三者协同才有
利于清除叶片中过多的活性氧并使之维持在较低水
平。低浓度 Cr抖、Cr蚪能使 s0D、CAT和 POD活
性都呈逐渐增加趋势，可能与许多抗氧化酶都是诱
导酶有关，是植物对防止活性氧伤害的一种保护性
适应，但在高浓度时，CAT活性持续下降，POD活
0 1 3 5 7 1O 2O
处理浓度 (mg／L)
Cultural concentrat ion
图 5 Cr6+、Cr3+胁迫对黑藻 MDA含量的影响
Fig．5 Effect of Cr6+，Cr。+ stress on M DA
content in leaves of H ydrilla verticillata
O 1 3 5 7 1O 20
处理浓度 (mg／L)
Cultural concentration
图 7 Cr6+、Cr3+胁迫对黑藻 CAT活性的影响
Fig．7 Efect of Cr6+ ．Cr。+ stress on CAT activity
in leaves of Hydrilla verticillata
综上所 述，Cr¨ 、crH胁迫可 不同程度地使叶
绿素、可溶性蛋 白含量和叶绿素 a／b值 减少(小)，
o_产生速率和 MDA-量不同程度的增加 ，最终导致
植物受到伤害。Cr 组的以上各指标减小(少)及增
加幅度明显高于CrH组，充分说明Cr 的毒性远大
于 Cr¨ 。
Cr¨ 、CrH的毒性差异如此显著可能与铬离子
的理化性质及存在状态有关。Cr 的毒性大可能是
由于 Cr 化合物溶解性较大，具有较强的氧化性且
性急剧上升，而 SOD变化不大，说明在铬的毒害下，
黑藻叶细胞抗氧化系统内多种酶之间的活性 比例已
失衡，造成清除活性氧的能力下降，导致 0_等自由
基积累。O_作为一种很强的 自由基，当它积累到一
定水平后 ，必然会对植物生理活动造成伤害(Wilson
和 McDonald，1996)，使细胞发生生理紊乱 ，以致 于
高浓度时 MDA含量、0 产生速率反而持续下降。
综合整个实验过程，Cr¨ 、Cr¨ 对黑藻的致死浓度
分别在 7～10 mg／L和 15～2O mg／L之间。
2000
1500
1000
500
O 0 1 3 5 7 10 20
处理浓度 (mg／L)
Cul rural concentrat ion
图 6 Cr6+、Cr3+胁迫对黑藻 SOD活性的影响
Fig．6 Effect of Cr6+，Cr。+ stress on SOD activity
in leaves of Hydrilla verticillata
O 1 3 5 7 1O 2O
处理浓度(mg／L)
Cul tural concentrat ion
图 8 Cr6+、Cr3+胁迫对黑藻 POD活性的影响
Fig．8 Effect of Cr6+，Cr3+ stress on POD activity
in leaves of Hydrilla verticillata
易通过生物膜。而 CrH在生理 pH 范围内易与一
些生物大分子强烈地键合或生成氢氧化物胶体而使
它在通过细胞膜时常受到限制(李汉卿等，1985)，可
能是其毒性较弱的原因。
鉴于铬有其复杂的化学行为，其价态及存在形
态决定了它对黑藻的毒性不同，因此，在研究有关铬
污染及制定环境标准时，应当考虑这种差异。作者
认为，用总铬这一指标有其局限性，考虑到不同价态
的差异性，针对不同价态的铬分别制定相应标准将
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2期 马广岳等 ：Cr 、Cr抖胁迫对黑藻生理生化影响的比较研究 165
更能准确反映水质污染程度。
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