汞、镉、铜污染对鱼草细胞膜系统的毒害作用

应 用 生 态 学 报! #$$A 年 = 月! 第 "’ 卷! 第 = 期! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ,OFKERE LH.2K3X HZ /[[XFE- _YHXH*4，934 #$$A ， 9: （=） ： ""5A@""%5
$ 在此基础上， 本文以
鱼草为材料，通过生理生化反应测定、 激光共聚焦 扫描显微 镜 及 透 射 电 镜 观 察 等 实 验 手 段， 研究了 ()* + 、 ,-* + 、 ,.* + 对鱼草细胞膜系统的毒害作用， 从 膜系统和抗逆性关系的角度进一步探讨重金属污染 机制， 为环境管理与生物防治提供科学依据$ !" 材料和方法 !# !" 实验设计 鱼草 （ !"#$%#" &"’$()*)"*" /$ 0123 ） 为睡莲科 沉水植物， 分布于江浙两省， 为近年新发现的入侵
［ &4 ］ $ 供试鱼草采自江苏苏州东山$ 采集后， 选取生 种
长旺盛的植株水培在无底泥玻璃缸中， 放入 561728 ’#44 培养箱内预平衡， & 周后， 于 %： 99 分别移至培 9: * 、 9: ’ 、 9: 4 、 9: ; 、 9: # 和 养箱内已加入浓度为 9: & 、
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氧化和膜蛋白的聚合作用， 使细胞膜系统变性， 进而 导致细胞的损伤甚至死亡
［ ! " #］
片， 在 *9 K 物镜下， 打开 L1 M /1 激光器，激发波长为 4%% N7， 在 GO68H2- 公司 DH,8&9*4 型激光共聚焦扫 描显微镜下观察记录， 结果用 <2PQ1P@21R 软件进行
［ &水生植物与水体直接接触， 对污染非常敏感$ 多 年来我们通过重金属对高等水生植物毒害作用及其 在细胞中超微定位观察研究， 发现重金属对水生植 物生理和细胞结构具有伤害和破坏作用， 重金属主 要分布在细胞膜系统上
［ % " &’ ］
!# $# ( 超微结构 C 用 *: ;T 戊二醛和 *T 锇酸双重 固定， 丙酮系列脱水， UR6N %&* 包埋， <LG 超薄切片 机切片， 切片经醋酸双氧铀8柠檬酸铅双重染色后， 于 (OV2W@O !998/8* 型透射电镜下观察并拍照$ !# %" 数据处理 实验数 据 取 平 均 值， 质 量 皆 为 鲜 质 量， 采用 >J>> 软件对各生理指标与处理离子浓度间的关系 进行相关性 （ ’） 统计检验$ $" 结果与分析 $# !" 重金属离子对鱼草叶片膜透性、 H?> 及 DE/ 含量的影响 ’ 种离子均使鱼草叶片膜透性、 H?> 及 DE/ 含 量增加 （ 图 &） （ 因处理第 4 天的生理指标具典型代 表性， 可反映毒害作用的基本特性， 故图 & 和图 * 采 用处理第 4 天的数据） $ 在 ()* + 、 ,-* + 、 ,.* + 作用下， 鱼草叶片膜透性呈 上升趋势， 且与浓度大小及处理时间呈正相关$ 从图 & 可以看出， 各离子在测试浓度范围内， ()* + 处理的 上升趋势最为明显， & 7)・< " & ()* + 处理 4 - 时叶片 膜透性为对照的 ’: *9 倍， ;9 7)・< " & ,-* + 及 ;9 7) ・< " & ,.* + 处理 4 - 时， 叶片膜透性分别是对照的 &: #! 和 &: SS 倍$ 在 ’ 种重金属离子作用下， 鱼草叶片 H?> 与 DE/ 含量呈上升趋势， 且和浓度大小及处理时间呈 正相关$ DE/ 含量积累略滞后于 H?>$ & 7) ・ < " & ()* + 处理 4 - 的 DE/ 含量为对照的 *: 4; 倍$ ;9 7) ・< " & ,-* + 及 ;9 7) ・ < " & ,.* + 处理 4 - 时 DE/ 含 量分别是对照的 &: !; 和 &: %# 倍$ $# $" 重金属离子对鱼草叶片保护酶活性的影响 在 ()* + 、 ,.* + 作用下， 鱼草叶片 >?E 活性先升 后降$ 从图 * 可以看出， 至第 4 天时， ()* + 处理的峰 值在 9: * 7)・< " & ， ,.* + 处理的峰值在 & 7) ・ < " & ， ,-* + 处理的峰值在 *; 7) ・ < " & $ 鱼草叶片 J?E 活 性呈上升趋势， 且和浓度大小呈正相关$ 在 ()* + 作 用下 J?E 活性上升幅度最大$ 在 ,-* + 和 ,.* + 作用 下， 上升幅度相对较小$ & 7) ・ < " & ()* + 处理 4 - 时 为对照的 *: ** 倍， ;9 7) ・ < " & ,-* + 及 ;9 7) ・ < " & ,.* + 处理 4 - 时， J?E 活性分别为对照的 &: ’S 和 &: ;4 倍$
［ " @ %］ 为关键因子至今仍不清楚 0 细胞膜的吸收或抑 ［ =］ 制吸收是植物适应重金属胁迫的重要机制之一 0
许多逆境下， 植物体内活性氧水平增高， 发生膜脂过
; 期C C C C C C C C C C C C C C 谷C 巍等： 汞、 镉、 铜污染对鱼草细胞膜系统的毒害作用C C C C C C
（ 5$5($$A5 ； 5$&($"#" ） 和江苏省教育厅自 !国家自然科学基金项目 然科学基金资助项目 （ $=PLS"A$$&( ） 0 !!通讯作者0 _I>3FX：*.WEF’’#&‘ 43OHH0 YH>0 YK #$$(I$AI"( 收稿， #$$AI$#I#A 接受0
研究热点0 研究表明， 重金属对植物的毒害是对植物 的结构、 生理活动和生化反应的整体伤害， 但其中何
汞、 镉、 铜污染对鱼草细胞膜系统的毒害作用 !
谷! 巍
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! 施国新 ! 巢建国 ! 吴启南 ! 张超英 ! 杜开和 ! 徐勤松
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（ " 南京中医药大学药学院，南京 #"$$%& ；# 南京师范大学生命科学学院，南京 #"$$’( ）
摘! 要! 通过生理生化反应测定、 激光共聚焦扫描显微镜及透射电镜观察等实验手段， 研究 了汞 （ )*# + ） 、 镉 （ ,-# + ） 、 铜 （ ,.# + ） 对高等水生植物鱼草 （ !"#$%#" &"’$()*)"*" /0 1234 ） 细胞 膜系统的毒害作用0 结果表明： 在 5 种重金属离子作用下， 鱼草叶细胞活性氧 （ 678 ） 与丙二醛 （ 9:/） 含量上升， 保护酶系统活性紊乱， 膜脂过氧化程度加剧； 质膜受损， 膜透性增加， 质壁分 离； 叶绿体膨胀至解体， 类囊体膜上的光合色素光激发过程受阻， 平均自发荧光强度降低； 线 粒体嵴突膨胀、 减少， 膜破损； 核膜破裂0 )*# + 、 ,-# + 、 ,.# + 对鱼草细胞膜系统的影响存在着一 定的剂量效应关系0 膜系统的稳定性在植物抗重金属胁迫的过程中起着关键性的作用0 鱼草 对 )*# + 污染较为敏感， 致死浓度为 $; 5 < $; = >* ・ ? @ " ， 而对 ,-# + 、 ,.# + 具有较强的抗性， 可 用作生物防治中的抗性植物0 关键词! 鱼草! )*# + ! ,-# + ! ,.# + ! 污染! 膜系统 文章编号! "$$"@’55# （ #$$A ） $=@""5A@$&! 中图分类号! B’%=! 文献标识码! / !"#$% &’’&%() "’ *+# + ，,-# + ./- ,0# + "/ %&11 2&234./& )5)(&2 "’ !"#$%#" &"’$()*)"*" 67 84.57 1C DEF" ，8)G 1.HIJFK# ，,)/7 LF3KI*.H" ，DC BFIK3K" ，M)/N1 ,O3HI4FK*# ，:C P3FI （ " !$((+,+ $- ./"’%"&0，1"*2)*, 3*)4+’5)60 $- 7’"8)6)$*"( !/)*+5+ 9+8)&)*+， OE# ，QC BFKIRHK*# 1"*2)*, #"$$%& ，!/)*"；# !$((+,+ $- :)-+ ;&)+*&+，1"*2)*, 1$’%"( 3*)4+’5)60，1"*2)*, #"$$’( ， !/)*"） < =!/)*< >< ?@@(< A&$(0 ， #$$A ， 9: （=） ： ""5A@""%50 63)(4.%(：S4 TOE HURE2V3TFHK WFTO EXEYT2HKI 3K- YHKZHY3X X3RE2 RY3KKFK* >FY2HRYH[4 3K- TOE -ETE2I >FK3TFHK HZ [O4RFHXH*FY3X 3K- UFHYOE>FY3X 2E3YTFHKR，TOE THJFY EZZEYTR HZ )*# + ，,-# + 3K- ,.# + HK TOE YEXX >E>U23KE R4RTE> HZ !"#$%#" &"’$()*)"*" /0 1234 WE2E FKVERTF*3TE-0 \OE 2ER.XTR ROHWETO3T .K-E2 TOE 3YTFHKR HZ TOE TO2EE OE3V4 >ET3X FHKR，TOE YHKTEKTR HZ 2E3YTFVE HJ4*EK R[EYFER （ 678） 3K- >3XHK-F3X-EO4-E（ 9:/）FK !< &"’$()*)"*" XE3Z YEXXR FKY2E3RE-， 3YTFVFTFER HZ [2HTEYTFVE EK]4>ER WE2E FK -FRH2-E2，3K- XF[F- [E2HJF-3TFHK O3[[EKE-0 \OE YEXX >E>U23KE W3R -3>3*E- ，>E>U23KE [E2>E3UFXFT4 FKY2E3RE- ，3K- [X3R>HX4RFR HYY.22E-0 9E3KWOFXE ，TOE YOXH2H[X3RT RWEXXE- H2 EVEK -FRI FKTE*23TE-0 \OE EJYFTE>EKT HZ [OHTHR4KTOETFY [F*>EKTR HK TO4X3^HF-R >E>U23KE U4 XF*OT W3R FKOFUFI TE- ，3K- TOE 3.THIZX.H2EREKT FKTEKRFT4 W3R -EY2E3RE-0 \OE Y2FRT3E HZ >FTHYOHK-2F3 RWEXXE- 3K- -EI Y2E3RE- ，>FTHYOHK-2F3 >E>U23KE W3R -3>3*E- ，3K- K.YXE32 >E>U23KE W3R U2H^EK0 \OE EZZEYTR HZ )*# + ，,-# + 3K- ,.# + HK TOE YEXX >E>U23KE R4RTE> HZ !< &"’$()*)"*" ROHWE- 3 -EZFKFTE -HREIEZZEYT YH22EX3TFHK ，3K- TOE RT3UFXFT4 HZ >E>U23KE R4RTE> [X34E- 3 ^E4 2HXE FK TOE 2ERFRT3KYE HZ !< &"’$()*)= "*" TH TOE THJFY EZZEYTR HZ OE3V4 >ET3XR0 !< &"’$()*)"*" W3R REKRFTFVE TH )*# + ，3K- TOE XETO3X YHKI YEKT23TFHK HZ )*# + W3R 23K*E- Z2H> $; 5 TH $; = >* ・? @ " 0 !< &"’$()*)"*" O3- 2EX3TFVEX4 OF*OE2 EKI -.23KYE TH ,-# + 3K- ,.# + ，3K- YH.X- UE .RE- 3R TOE 2ERFRT3KT [X3KT ZH2 UFHXH*FY3X YHKT2HX0 ;&5 <"4-)：!"#$%#" &"’$()*)"*" /0 1234；)*# + ；,-# + ；,.# + ；[HXX.TFHK；>E>U23KE R4RTE>0 ! ! 重金属污染对植物生长发育的影响日趋严重， 有关重金属对植物的毒害机理已成为污染生态学的