全 文 ：浙江农业学报 Acta Agriculturae Zhejiangensis 20(1):54～ 58 , 2008
铜胁迫对苋菜幼苗生长和抗氧化酶活性的影响
柯世省 ,朱　建 ,李丹丹 ,邱海军 ,陈宇琦
(台州学院 生命科学学院 ,浙江临海 317000)
摘　要:土培试验研究了铜胁迫对苋菜幼苗生长和抗氧化酶活性的影响。 结果表明 , 1.0 mmol/ kg以上浓度
铜处理明显抑制茎和根的伸长 ,降低干物质积累 , 但增加了成熟叶的干重(1.0 ～ 2.0 mmol/kg);显著增加成熟
叶SOD和 POD活性 , 降低 CAT活性 , 并伴随MDA含量和细胞电解质渗漏增加。
关键词:铜胁迫;生长;抗氧化酶活性;苋菜
中图分类号:S636.4　　　　　　　文献标识码:A 文章编号:1004-1524(2008)01-0054-05
Effects of copper stress on growth and antioxidant enzymes activities of Amaranthus
tricolor seedlings
KE Shi-sheng , ZHU Jian , LI Dan-dan , QIU Hai-jun , CHEN Yu-qi
(School of Life Science , Taizhou University , Linhai , Zhejiang 317000 , China)
Abstract:This experiment investigated the effects of copper stress on the growth and antioxidant enzymes activities in
Amaranthus tricolor seedlings.The results showed that Cu stress (> 1.0 mmol/ kg)significantly inhibited elongation of
stem and root and reduced biomass accumulation , but increased dry weights of mature leaves(1.0-2.0 Cu mmol/kg).
Copper stress significantly increased the activities of SOD and POD in mature leaves , but decreased CAT activities.It in-
creased malondialdehyde contents and electrolyte leakage under the condition of adding >1.0 Cu mmol/ kg.
Key words:copper(Cu)stress;growth;antioxidant enzyme activity;Amaranthus tricolor L.
　　铜是植物必需的微量元素 ,是线粒体和叶绿
体中电子传递酶的组成部分 ,参与氧化还原反
应 ,但当植物组织中铜含量过高则可产生毒害 。
叶片中过量铜会抑制光合作用和呼吸作用 ,降低
酶的活性 ,破坏 DNA的结构和膜的完整性 ,导致
植株生长受阻[ 1 ,2] 。铜毒害的一个重要特征是
产生氧化胁迫 , 促使植物形成有害的活性氧
(ROS),并诱发脂质过氧化而破坏膜的结构和功
能[ 3] 。有研究者推测 ,植物体内不同抗氧化酶活
性的变化可能影响活性氧种类和浓度。此外 ,铜
作为过渡态金属 ,能直接促使活性氧的生成[ 4] 。
收稿日期:2007-06-05
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y504256)
作者简介:柯世省(1965-),男 ,浙江三门人 ,副教授 ,主要从事
植物生理生态学方向研究。 E-mail:kss@ tzc.edu.cn。 Tel:
13819673218
植物通过酶促和非酶促的抗氧化机制清除这些
活性氧 ,减轻它们的毒害作用。植物体内主要的
抗氧化酶是过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶
(SOD)和过氧化物酶(POD),非酶促抗氧化剂主
要包括谷胱甘肽 、抗坏血酸和类胡萝卜素[ 5] 。目
前 ,人们对不同植物种类和组织中抗氧化酶对铜
或其他重金属胁迫响应的认识并不一致。本试
验通过不同浓度铜处理 ,研究苋菜(Amaranthus
tricolor L.)幼苗生长和抗氧化酶活性对铜毒性的
响应 ,以期获得更多有关铜抑制植物生长的信
息 。
1　材料与方法
1.1　植物材料和试验设计
试验土壤为菜园土 ,阴干粉碎过2 mm 筛 ,每
盆装土 3 kg 。加入土壤中的 Cu 浓度设 6个水
平 ,即 0(CK), 0.1 ,0.5 , 1.0 , 2.0 和 4.0 mmol/kg
干土 ,Cu 以 Cu(Ac)2 的形式加入 。不同浓度 Cu
的溶液加入盆中稳定一周后 ,倒出盆土 ,单盆土
样经充分混匀后再重新装盆 。随机完全区组设
计 ,重复 7次 。苋菜种子购于浙江省临海市种子
公司。6月底 ,种子经 0.5%次氯酸钠(NaClO)消
毒后均匀播于盆中 ,每盆 10颗 ,保持土壤水分含
量为最大相对含水量的 80%。幼苗长出 1 对真
叶后间苗 ,每盆保留 4株 。播种后45 d测定各项
指标 。
1.2　指标测定
1.2.1　生长分析
在土壤表面将植株剪断 ,测量茎高度后区分
茎叶 ,用WinFOLIA系统测定第3对成熟叶(从基
部数)的面积 。茎叶洗净后 105 ℃杀青 10 min ,
75 ℃分别烘干称重 。从盆中取出整土 ,用自来
水小心冲刷土块 ,收集苋菜全部根系 ,测量主根
长度后洗净烘干称重 。不同浓度铜处理各取 3
盆。
1.2.2　叶片丙二醛含量和细胞电解质渗漏测定
按中国科学院植物生理研究所等[ 6] 的方法
测定细胞电解质渗漏 ,按朱维琴等[ 7]的方法测定
丙二醛(MDA)含量。不同铜浓度处理各取 3片
第3对成熟叶进行测定。
1.2.3　抗氧化酶活性测定
超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮蓝四唑
(NBT)法测定[ 8] ,以单位时间内抑制 NBT 光化还
原50%为一个酶活性单位(U);愈创木酚比色法
测定过氧化物酶(POD)活性[ 9] ,以每分钟 A470变
化值表示酶活性大小;过氧化氢酶(CAT)活性采
用比色法测定[ 10] ,以每分钟 A240的变化值表示
酶活力大小 。不同铜浓度处理各取 3 片第 3对
成熟叶进行测定 。
1.3　数据处理
用 DPS 软件对数据进行方差分析(ANO-
VA),差异显著性(P ≤0.05)运用 Duncan s检验
法进行多重比较 。
2　结果与分析
2.1　不同铜浓度对苋菜生长的影响
本试验的各种浓度铜处理均未使苋菜出现
明显的毒害症状(如萎黄或组织坏死等)。低浓
度铜对苋菜茎和根伸长的影响不大 , 但 1.0
mmol/kg以上铜处理明显抑制了茎的增高 ,明显
抑制根伸长的铜浓度则为 0.5 mmol/kg(图 1),
1.0 ,2.0和 4.0 mmol/kg 铜浓度处理下茎高度分
别为对照的 92.2%, 82.4%和 79.1%,根的长度
分别为对照的 82.3%, 76.2%和 62.8%,表明根
的伸长对铜毒的敏感性高于茎。苋菜植株茎 、叶
和总干重在 0.5 mmol/kg 铜处理下达到最大值 ,
根干重在0.1 mmol/kg 处理下达到最大值(图 2),
随处理浓度的继续增大 ,干物质积累明显降低。
注:注有不同英文字母者为Duncan s测验达到 5%显著水平 ,
下同。
图 1　不同铜浓度对苋菜茎高和根长的影响
Fig.1　Effect of different Cu concentrations on stem high
and root length of Amaranthus tricolor
2.2　不同铜浓度对苋菜叶生长的影响
对第3对叶的测定结果表明 ,低浓度铜处理
促进了叶的扩展 ,0.5 mmol/kg 下叶面积最大 ,而
叶片干物质积累在1.0 ～ 2.0 mmol/kg时最多 ,导
致高浓度下单位叶面积干重增大(图 3),表明高
浓度铜对叶扩展的抑制程度高于对干物质积累
的抑制程度 ,并使功能叶的光合面积减少 ,影响
整个植株同化物的积累。
·55·柯世省等:铜胁迫对苋菜幼苗生长和抗氧化酶活性的影响
图 2　不同铜浓度对苋菜植株茎、叶 、根和总干重的影响
Fig.2　Effect of different Cu concentrations on dry weights
of stem , leaves , and roots as well as total dry weights of
Amaranthus tricolor
2.3　不同铜浓度对苋菜过氧化作用的影响
1.0 mmol/kg以上浓度铜处理下叶片丙二醛
含量和电解质渗漏发生了明显变化 ,并随着铜处
理浓度的增加而增大(图 4),表明较高浓度铜处
理下叶片产生了氧化胁迫 ,细胞膜脂质过氧化作
用加剧 ,膜透性增加 。
在1.0 mmol/kg以上浓度铜处理下 ,随着浓
度的增加 ,SOD和 POD活性不断升高 ,而 CAT活
性则随着铜处理浓度的增加而降低(图 5),表明
铜激活的苋菜叶片抗氧化作用的酶主要是 SOD
和POD。
图 3　不同铜浓度对苋菜第 3 对叶叶面积 、干重和单
位面积干重的影响
Fig.3　Effect of different Cu concentrations on leaf area ,
dry weights , and leaf weights /unit area of third leaves of
Amaranthus tricolor
图 4　不同铜浓度对苋菜叶片丙二醛含量和细胞电解
质渗漏率的影响
Fig.4　Effect of different Cu concentrations on malondialde-
hyde contents and electrolyte leakage in third leaves of
Amaranthus tricolor
·56· 浙江农业学报　第 20卷(2008)
图 5　不同铜浓度对苋菜叶片 SOD , POD 和 CAT活性
的影响
Fig.5　Effect of different Cu concentrations on the activities
of SOD , POD , and CAT in third leaves of Amaranthus
tricolor
3　讨论
试验结果表明 ,较高浓度铜处理明显抑制苋
菜茎和根的伸长 ,降低植株干物质积累 ,减小叶
的扩展速率 ,增大单位面积干重 。铜处理可能导
致苋菜钾含量下降引起细胞渗透势降低 ,进而减
少了细胞的伸长 ,使植株的生长和叶片的扩展受
阻。铜处理下植物由于韧皮部对同化物装载和
运输能力的减弱或者是库器官对同化物利用能
力的降低造成淀粉和蔗糖在叶片中特别多地积
累[ 11] 。铜处理可能使苋菜叶片镁含量降低 ,导
致光合产物在叶片中积累并降低光合速率 ,向茎
和根输出的同化物减少 ,使茎和根的干重明显降
低 ,而单位面积干重则明显增加。
植物生长受重金属抑制也与其在氧化胁迫
下的生理变化有关[ 12 ,13] 。抗氧化酶如 SOD ,POD
和 CAT 等能清除代谢产生的活性氧 。在植物正
常生长时 ,它们彼此协调 ,使体内活性氧维持在
一个较低的平衡状态。当处于胁迫时 ,植物体内
活性氧产生和清除的平衡遭到破坏 ,从而加速活
性氧的积累 ,影响植物的正常生长。因此 ,对活
性氧的清除能力是决定细胞胁迫抗性的关键因
素 。包括铜在内的许多重金属都可以提高植物
体内抗氧化酶的活性[ 3] 。1.0 mmol/kg 铜处理
下 ,苋菜叶片 SOD和 POD活性明显增高 ,表明此
时活性氧产生开始增多 。随着铜处理浓度的继
续升高 ,苋菜 SOD和POD活性增大 ,但 CAT 活性
降低 ,可能是超氧阴离子(O2-·)浓度增加抑制
了CAT活性[ 14] ,而CAT在分解H2O2中起着关键
作用 。铜处理下苋菜叶片 SOD 活性上升 ,这与
小麦 、大豆[ 15 ,16]一致 。POD的作用具有双重性 ,
一方面 ,POD能催化 H2O2 与其它底物进行氧化
反应而被清除;另一方面 ,POD又能催化超氧阴
离子和 H2O2 转变为羟自由基而加重过氧化作
用 ,H2O2是这种转变的限速底物[ 4] 。铜胁迫下
苋菜叶片 H2O2 增多 ,CAT 活性降低 ,而 POD活
性上升 ,可能导致羟自由基增多 ,引起叶片膜脂
过氧化加剧 ,使得 MDA含量增加 ,细胞电解质渗
漏加重 ,细胞膨压降低 ,这可能是苋菜叶片扩展
受阻的另一重要原因 。
参考文献:
[ 1] 　Alaoui-Sossé B, Genet P , Vinit-Dunand F , et al.Effect of cop-
per on growth in cucumber plants(Cucumis sativus)and its rela-
tionships with carbohydrate accumulation and changes in ion con-
tents[ J] .Plant S cience , 2004, 166:1213-1218.
[ 2] 　Wisniewski L , Dickinson NM.Toxicity of copper to Quercus
robur(Engli sh Oak) seedlings from a copper-rich soi l [ J] .
Environmental and Experimental Botany , 2003 , 50:99-107.
[ 3] 　Weckx JEJ , Clijsters HMM.Oxidative damage and defense mech-
anisms in primary leaves of Phaseolus vulgaris as a result of root
assimi lation of toxic amounts of copper [ J] .Physiologia
Plantarum , 1996 , 96(3):506-512.
[ 4] 　Drazkiewicz M , Skorzynska-Polit E , Krupa Z.Copper-induced
oxidative stress and antioxidant defence in Arabidopsis thaliana
[ J] .Biometals , 2004 , 17:379-387.
[ 5] 　Alscher RG , Donahue JL , Cramer CL.Reactive oxygen species
and antioxidants:relationships in green cells[ J] .Physiologia
Plantarum , 1997 , 100:224-233.
·57·柯世省等:铜胁迫对苋菜幼苗生长和抗氧化酶活性的影响
[ 6] 　中国科学院植物生理研究所, 上海市植物生理学会.现代
植物生理学实验指南[M] .北京:科学出版社 , 1999.
[ 7] 　朱维琴 , 吴良欢 , 陶勤南.氮营养对干旱逆境下水稻生长
及抗氧化性能的影响[ J] .浙江农业学报 , 2006, 18(2):67
-71.
[ 8] 　Giannopoliti s CN , RiesSK.Superoxide dismutase II.Purification
and quantitative relationship with water-soluble protein in
seedlings[ J] .Plant Physiology , 1977 , 59:315-318.
[ 9] 　Wu XY , von Tiedemann A.Impact of fungicides on active oxygen
species and antioxidant enzymes in spring barley (Hordeum
vulgare L.) exposed to ozone[ J] .Environmental Pol lution ,
2002, 116:37-47.
[ 10] 　Tǜrkan I , Bor M , özdemir F , et al.Differential responses of
lipid peroxidation and antioxidants in the leaves of drought-toler-
ant P.acut ifolius Gray and drought-sensitive P .vulgari s L.
subjected to polyethylene glycol mediatedwater stress[ J] .Plant
Science , 2005 , 168:223-231.
[ 11] 　葛才林 , 蔡新华, 孙锦荷 , 等.重金属胁迫对小麦光合产
物输配影响的示踪动力学研究[ J] .核农学报 , 2002, 16
(3):167-173.
[ 12 ] 　 Lombardi L , Sebastiani L.Copper toxicity in Prunus
cerasifera:growth and antioxidant enzymes responses of in
vitro grown plants.Plant Science , 2005 , 168:797-802.
[ 13] 　刘莉.镉胁迫对水稻幼苗干物质积累和活性氧代谢的影
响[ J] .浙江农业学报 , 2005, 17(3):147-150.
[ 14] 　Salin ML.Toxic oxygen species and protective systems of the
chloroplast[ J] .Physiologia Plantarum , 1988 , 72:681-689.
[ 15] 　Navari-Izzo F , Quartacci MF , Pinzino C , et al.Thylakoid-
bound and stromal antioxidative enzymes in wheat treated with
excess copper[ J] .Physiologia Plantarum , 1998 , 104:630-
638.
[ 16] 　Chongpraditnum P , Mori S , Chino M.Excess copper induces a
cytosolic Cu , Zn-superoxide dismutase in soybean root[ J] .Plant
and Cell Physiology , 1992, 33:239-244.
(责任编辑　袁醉敏)
《浙江农业学报》参考文献著录规则
本刊参考文献采用“顺序编码制” ,按正文中引用的文献出现的先后顺序连续排序著录 , 并将序号置于方括号内 , 视
情况作为右上角标标注于引用文献的结论处 ,或作为语句的组成部分。本刊参考文献只列最主要的 、在文稿中实际引
用的文献 ,未实际引用的和非公开出版的文献(学位论文例外)请勿著录。如属个人通讯中取得的引用资料可在正文中
加括号注明。
文后参考文献表的序号左顶格 ,加方括号 ,如[ 1] , [ 2] , … ,与正文中的指示序号格式一致。
文献作者3 人以内 , 全列出;超过 3 人时 , 只列前 3 位 , 后面加“ , 等”或“ , et al.” ;作者姓名之间不用“和”或“ and” 相
连 ,而用“ ,”分开;中国人和外国人的姓名一律采用姓前名后著录。主要责任者后不加“著” 、“编” 、“合编”等责任说明 ,
但“译者”应在书名或题名后注明 ,西文作者的名字部分缩写 , 并省略缩写点“ .”。根据 GB 3469 规定 ,以单字母方式标识
以下各种参考文献类型:
参考文献类型 专著 论文集 报纸文章 期刊文章 学位论文 报告 标准 专利
文献类型标识 M C N J D R S P
对于专著 、论文集中的析出文献 , 其文献类型标识建议采用单字母“A” ;对于其他未说明的文献类型 ,建议采用单字
母“ Z” 。
参考文献的内容和著录格式:
a.专著
[ 序号] 　主要责任者.书名[ M] .其他责任者.版本(第 1 版不标注).出版地:出版者 ,出版年.起止页码.
示例:[ 1] 　竺可桢.物候学[M] .北京:科学出版社 , 1973.1-3.
[ 7] 　Kramer PJ.Water relations of plants[ M] .New York:Academic Press , 1983.
b.期刊文章
[ 序号] 　作者(3人以内全列出;超过 3人 , 只列前3 位 ,后加“ ,等”或“ , et al.”).文献题名[ J] .刊名 , 年 ,卷(期):起止
页码.
示例:[ 6] 　郑滔 , 陈炯 ,陈剑平.杭州郊区菜豆花叶病病原的分子鉴定[ J] .浙江农业学报 , 2002 , 14(3):178-181.
[ 7] 　Leclerc D , Stavolone L ,Meier E , et al.The product of ORF Ⅲ in cauliflower mosaic virus interacts with the ciral coat pro-
tein through its C-terminal proline rich domain[ J] .Virus Genes , 2001 , 22(2):159-165. (下转第 71页)
·58· 浙江农业学报　第 20卷(2008)