全 文 ：中国生态农业学报 2010年 9月 第 18卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sept. 2010, 18(5): 1145−1147


* 国家发改委稀土专项基金(IFZ20061210)资助
** 通讯作者: 周青(1957~), 男, 教授, 研究方向为环境生态学。E-mail: zhouqeco@yahoo.com.cn
吴鹏(1985~), 男, 环境科学硕士, 研究方向为农业生态环境。
收稿日期: 2009-10-09 接受日期: 2010-01-26
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.01145
镉与酸雨交叉胁迫对大豆种子萌发
过程中膜脂过氧化的影响*
吴 鹏 周 青
(江南大学环境与土木工程学院 无锡 214122)
中图分类号: S565.101 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)05-1145-03
Effect of cadmium and acid rain dualcross-stress on membrane
lipid peroxidation in germinated soybean seeds
WU Peng, ZHOU Qing
(School of Environmental and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)
(Received Oct. 9, 2009; accepted Jan. 26, 2010)
酸雨(AR)和重金属污染是国内外广为关注的重
要环境问题[1]。镉(Cd)是污染环境的重金属之一, 农
作物可从土壤和大气中吸收 Cd, 生长发育受到抑制,
表现为生长缓慢、植株矮小、褪绿等中毒症状, 产
量大幅度降低[2]。酸雨可造成土壤中 Cd2+淋溶加强,
解析量升高, 生物可利用性增加[3], 因此可加重 Cd
对植物的伤害[4]。此外, Cd亦可加剧酸雨对植物的伤
害[4]。有关 Cd 与 AR 对农作物的影响已有很多研
究[5−9]。但以往的研究大多集中在单一因子上, 对两
者复合作用所产生的生物学与生态学效应的研究尚
少见报道。本文以大豆为试验材料, 研究了不同浓
度 Cd与 AR处理对大豆种子萌发过程中过氧化物酶
(POD)、丙二醛(MDA)、质膜透性变化的影响, 为污
染生态学的研究和预防大豆早期 Cd与 AR伤害提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 AR与 Cd2+溶液的配制
AR(含离子构成, 以下简称酸雨)配制时先配制
pH 1.0 AR 母液 , 其中硫酸根和硝酸根体积比为
4.7︰1[10−11]。用蒸馏水将母液调制成 pH 2.5、3.0、
3.5、4.0、5.0、5.9、7.0 AR, 并经 PHSD-29A 酸度
计(上海精密科学仪器有限公司)校准。配制 1 g·L−1
氯化镉母液, 然后用标定后的氯化镉母液配制成 0、
0.18 mg·L−1、1 mg·L−1、3 mg·L−1、6 mg·L−1、
10 mg·L−1、20 mg·L−1、50 mg·L−1(以 Cd2+计)的
氯化镉溶液, 分别用不同浓度 AR定容。
1.2 材料处理方法
大豆种子用 0.1%升汞消毒 8 min, 去离子水冲
洗数次, 处理种子分 4 组, 分别用 CK、Cd、AR 和
Cd+AR表示, CK用调节至 pH7.0的去离子水进行浸
种处理, AR分别用 pH 2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、5.9
AR进行浸种处理, Cd用对应 Cd为 0.18 mg·L−1、
1 mg·L−1、3 mg·L−1、6 mg·L−1、10 mg·L−1、20
mg·L−1、50 mg·L−1溶液进行浸种处理, Cd+AR用
Cd2+和 AR 复合胁迫进行浸种处理, 均置于常温下
浸种 24 h后, 将处理后种子均匀排列在垫有 2层滤
纸的培养皿中, 每个培养皿中摆放 100 粒种子, 重
复 3 次, 每处理加入对应处理溶液常温培养(以没过
种子 2/3 为标准), 每天定时更换对应溶液, 萌发结
束后测各项指标。
1.3 指标测定方法
POD 活性的测定参照张志良[12]的方法, 酶活性
以∆OD470·min−1·g−1(FW)表示。丙二醛含量的测定
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采用硫代巴比妥酸法[13]。质膜透性的测定参照文献
[13], 以相对电导率(%)表示质膜透性大小。相对电
导率越大, 质膜透性越大, 表明植物受逆境伤害的
程度越大。
2 结果与分析
2.1 Cd2+与 AR 对大豆种子萌发过程中 POD 活性
的影响
POD 是呼吸代谢的末端氧化酶之一, 可催化有
毒物质氧化分解, 且对环境变化较敏感, 在一定程
度上反映自由基积累程度和细胞清除自由基能力。
图 1 结果表明, 单一 AR 胁迫下, 随 AR 的 pH 值降
低, 萌发大豆种子 POD活性呈先增强后降低的变化
趋势; pH高于 4.0的AR可提高萌发大豆种子的 POD
活性, 这与酸雨胁迫下高粱种子 POD活性的变化相
近[14]; AR的 pH为 3.5~2.5时, POD活性与 CK间的
差异未达显著水平, 说明对大豆萌发中 POD酶的活
性无显著影响, 与高粱种子[14]有所不同, 可能与植
物本身特性有关。单一 Cd2+胁迫下, 低浓度 Cd2+(<10
mg·L−1)对大豆种子萌发中 POD活性有明显促进作
用, 随 Cd2+浓度增大, 萌发大豆种子 POD 活性呈先
增后减变化趋势, 呈低促高抑现象。Cd2+浓度为 1
mg·L−1时, POD活性最强, 小于 10 mg·L−1时, 对
萌发大豆种子中 POD活性有激活效应, 当 Cd2+浓度
达到 10 mg·L−1时, POD活性较 CK降低, Cd2+浓度
为 20 mg·L　1、50 mg·L　1时, POD活性显著降低。
其原因可能是低浓度 Cd2+(<10 mg·L−1)胁迫诱发大
豆种子产生过量活性氧(H2O2 等), 激活了植物体内
的活性氧清除系统, 使体内的保护酶 POD 合成增
多, 清除体内过量活性氧来维持氧代谢平衡, 减缓
或抵抗逆境胁迫。Cd2+与 AR 复合胁迫下, 当 Cd2+
浓度为 0.18 mg· L−1时, 随AR胁迫增强, 大豆 POD
活性呈先增加后减小变化趋势, pH 为 5 时, 大豆
POD 活性最大。随着 Cd2+浓度增大, AR 胁迫增强,
萌发大豆种子 POD 活性呈逐渐减小的变化趋势。
2.2 Cd2+与 AR 复合污染对大豆种子萌发过程中
MDA含量的影响
Cd2+胁迫植物产生的一个共同伤害是活性氧代
谢平衡失调, 细胞膜脂质过氧化, 从而影响细胞膜
结构和功能。MDA是膜脂过氧化最终产物, 其含量
变化反映 Cd2+处理后细胞膜脂过氧化程度。图 2 表
明, 单一 AR 胁迫下, 随 AR 胁迫强度增强, 萌发大
豆种子中 MDA 含量呈先减后增变化趋势, 表明弱
AR具有促进种子萌发作用。单一 Cd2+胁迫下, Cd2+
浓度低时, 大豆种子中 MDA 含量随 Cd2+浓度升高
呈下降趋势, 而高浓度 Cd2+胁迫下, 大豆种子 MDA
含量随 Cd2+浓度升高而增大, 即膜脂过氧化作用增
强, 膜伤害程度增加。当 Cd2+浓度为 1 mg·L−1时,
大豆种子 MDA积累最少。单一 AR在 pH4.0之前降
低了 MDA 含量, 可能是因为低胁强时 POD 活性高
于对照, 起清除细胞内自由基作用, 故MDA含量较
低。单一 Cd2+在低浓度时降低了 MDA含量, 可能是
因为低浓度重金属对植物有积极的“刺激作用”[15],
POD 活性高于对照, 可以清除细胞内自由基[14], 减
少 MDA的形成。Cd2+与 AR复合胁迫下, 大豆种子
中MDA含量较单一胁迫时高, 说明 Cd2+与 AR在膜
脂过氧化的反应上存在协同作用。
2.3 Cd2+与 AR 复合污染对大豆种子萌发过程中质
膜透性的影响
逆境下, 植物质膜会受到损伤, 导致细胞膜透
性增大, 电解质外渗。图 3 表明, 单一 AR 胁迫下,
AR 胁迫强度弱时, 可降低萌发大豆种子质膜透性,
AR胁迫强度强时, 大豆种子质膜透性则增大。低浓
度 Cd2+处理亦可减小萌发大豆种子质膜透性。随
Cd2+浓度升高, 质膜透性表现为递增趋势。单一 AR
在 pH4.0 之前降低了质膜透性, 可能是因为低胁迫
强度时 POD活性高于对照, 起清除细胞内自由基作
用, 故质膜透性降低。单一 Cd2+在低浓度时降低了
质膜透性, 可能是因为低浓度重金属对植物有积极


图 1 Cd2+与 AR对大豆种子萌发过程中 POD活性的影响
Fig. 1 Effect of cadmium (Cd2+) and acid rain on POD activity of germinated soybean seeds
第 5期 吴 鹏等: 镉与酸雨交叉胁迫对大豆种子萌发过程中膜脂过氧化的影响 1147



图 2 Cd2+与 AR复合污染对大豆种子萌发过程中 MDA含量的影响
Fig. 2 Effect of cadmium (Cd2+) and acid rain on MDA content of germinated soybean seeds


图3 Cd2+与AR复合污染对大豆种子萌发过程中质膜透性的影响
Fig. 3 Effect of cadmium (Cd2+) and acid rain on membrane permeability of germinated soybean seeds

的“刺激作用”[15], POD活性高于对照, 起清除细胞
内自由基作用[14]。Cd2+与 AR复合胁迫下, 大豆种子
质膜透性较单一胁迫时大, 随 Cd2+浓度增大, AR胁
迫增强, 大豆种子质膜透性呈逐渐增大趋势, 即对
大豆种子的伤害越来越严重。
3 小结
与酸雨或Cd对种子单一胁迫相比, 复合胁迫种
子 POD活性低于单一酸雨或 Cd胁迫, MDA含量与
质膜透性高于单一酸雨或 Cd 胁迫, 说明 Cd 与酸雨
复合加剧了彼此对种子萌发的伤害, 二者间存在协
同作用; 上述事实表明, 在评价多种污染物对种子
萌发的影响时, 更应关注复合污染协同作用产生的
潜在危害。
参考文献
[1] 曹磊 . 全球十大环境问题[J]. 环境科学学报 , 1995, 16(4):
86−88
[2] Obata H, Umebayashi M. Effect of cadmium on mineral nu-
trient concentration in plant differing in tolerance for cad-
mium[J]. Journal Plant Nutri, 1997, 20: 97−105
[3] 易建春 , 汪模辉 , 高星. 土壤中镉对酸雨的敏感性研究[J].
广东微量元素科学, 2007, 14(2): 51−54
[4] Liao B H, Liu H Y, Zeng Q R, et al. Complex toxic effects of
Cd2+, Zn2+ and acid rain on growth of kidney bean (Phaseolus
vulgaris L.)[J]. Environmental International, 2005, 31:
891−895
[5] 杨明杰, 林咸永, 杨肖娥. Cd 对不同种类植物生长和养分
积累的影响[J]. 应用生态学报, 1998, 9(1): 89−94
[6] 周青, 黄晓华, 张一. Cd 对种子萌发的影响[J]. 农业环境
保护, 2000, 19(3): 156−158
[7] 马文丽, 金小弟, 王转花. 镉处理对乌麦种子萌发幼苗生长及
抗氧化酶的影响[J]. 农业环境科学学报, 2004, 23(1): 55−59
[8] 曾翔 , 张玉烛 , 王凯荣 , 等 . 镉对水稻种子萌发的影响[J].
应用生态学报, 2007, 18(7): 1665−1668
[9] 冯宗伟 . 中国酸雨的生态影响和防治对策[J]. 云南环境科
学, 2000, 19(增刊): 1−6
[10] 陶丽华 , 杨国栋 , 周青 . 不同水稻品种种子萌发对酸雨胁
迫的响应[J]. 农业环境科学学报, 2006, 25(3): 566−569
[11] 王丽红 , 周青 , 曾庆玲 . 水稻种子萌发对酸雨胁迫的响应
[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(6): 204−205
[12] 张志良. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社,
2004: 123−124
[13] 邹琦 . 植物生理学实验指导[M]. 北京 : 中国农业出版社 ,
2000: 173−174
[14] 邱琳, 王娜, 周青. 镧对酸雨胁迫下高粱种子萌发及 POD
活性和 MDA 含量的影响[J]. 中国生态农业学报 , 2009,
17(2): 343−347
[15] Patra J, Lenka M, Panda B B. Tolerance and co-tolerance of
the grass Chloris barbata Sw. to mercury, cadmium and
zinc[J]. New Phytologist, 1994, 128: 165−171