酸雨與重金屬復(fù)合脅迫對絞股藍抗性生理指標的影響

蘇濤++司美茹++王仁君++唐美珍

摘 要： 通過盆栽試驗，研究了不同pH值的酸雨與Zn（30、400 mg/kg）、Cd（1、15 mg/kg）單獨或復(fù)合脅迫對絞股藍抗性生理指標的影響。結(jié)果表明：隨著酸雨酸度和重金屬（Zn或Cd）濃度的增加，絞股藍葉片中丙二醛（MDA）含量和過氧化物酶（POD）活性上升，超氧化物歧化酶（SOD）活性先升高后下降，過氧化氫酶（CAT）活性隨著酸雨酸度的增加而降低，隨重金屬（Zn或Cd）濃度的增加先升高后下降；高酸度的酸雨與高濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)大于這3種污染物的單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)；不管酸雨酸度強弱，低濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)小于Zn、Cd單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的拮抗效應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 酸雨；重金屬；絞股藍；抗性生理指標

中圖分類號： S567.23+7.01 文獻標識號：A 文章編號： 1001 - 4942（2014）08 - 0061 - 05

Effects of Combined Stress of Acid Rain and Heavy Metals on

Resistant Physiological Indexes of Gynostemma pentaphyllum

Su Tao， Si Meiru， Wang Renjun， Tang Meizhen

（College of Life Science， Qufu Normal University， Qufu 273165， China）

Abstract A pot experiment was conducted to study the effects of single or combined stress of Zn （30， 400 mg/kg）， Cd （1， 15 mg/kg） and acid rain varying in pH value on physiological indexes of resistance of Gynostemma pentaphyllum. The results showed that with the increase of acidity of acid rain and concentration of metal （Zn or Cd）， the malondialdehyde （MDA） content and peroxidase （POD） activity in leaves of Gynostemma pentaphyllum increased， and the superoxide dismutase （SOD） activity increased firstly and then decreased. The catalase （CAT） activity decreased with the increase of acidity of acid rain， but increased firstly and then decreased with the increase of heavy metal （Zn or Cd） concentration. The combined stress effect of high-acidity acid rain and high-concentration Zn-Cd on physiological indexes of resistance of Gynostemma pentaphyllum was greater than their single factor effect， which showed obvious synergistic effect. Regardless of the acigity of acid rain， the combined stress effects of low concentrations of Zn-Cd on physiological indexes of Gynostemma pentaphyllum was less than their single effect， so it showed obvious antagonistic effect.

Key words Acid rain； Heavy metal； Gynostemma pentaphyllum； Physiological indexes of resistance

酸雨和重金屬對陸生生態(tài)系統(tǒng)的影響是目前令人關(guān)注的重要環(huán)境問題。酸雨導致土壤酸化，造成土壤中有毒重金屬元素活性明顯提高、溶解性增加、遷移能力提高，不僅形成對植物有害的土壤環(huán)境，而且使植物地上部分的莖葉中重金屬含量明顯提高，改變植物的理化性質(zhì)、降低植物的抗性和品質(zhì)[1～4]。迄今為止，雖有大量文獻對酸雨或重金屬污染下，植物宏觀和微觀傷害、抗性生理等方面作了系統(tǒng)研究[5～7]，但以前的研究常常關(guān)注某單一污染因子對農(nóng)作物、蔬菜、部分林木的影響[8～12]，而對酸雨和重金屬復(fù)合脅迫下植物的抗性生理指標研究還比較少，藥用植物特別是草本藤類藥用植物研究的就更少。因此，研究酸雨和重金屬復(fù)合污染對藥用植物生長和抗性生理指標的影響，有利于提高資源植物的目標化種植。

絞股藍又名五葉參，七葉膽，系葫蘆科多年生草質(zhì)藤本植物。莖葉富含80多種皂甙，其中許多種類的皂甙與人參皂甙屬同一化合物。具有抗病毒、消炎、抗癌、調(diào)脂減肥、提高機體免疫能力、延長細胞壽命等多種生理功能，具有治療和保健雙向作用，因而被譽為“南人參”、“第二人參”、“東方神草”的美名[13]。在全國各省都能種植，但主產(chǎn)于秦嶺以南諸省，尤其是具有“巴山藥鄉(xiāng)”美譽的陜西省秦巴山區(qū)——平利縣，它是中國唯一絞股藍原產(chǎn)保護地，產(chǎn)量很大。但近年來，陜西南部受酸雨污染較為嚴重，降水年平均pH 值逐年降低，酸雨率逐年上升。因此，選擇絞股藍為研究對象，在一系列梯度酸雨和重金屬復(fù)合脅迫下，對絞股藍抗性生理指標進行了研究，探討絞股藍對酸雨和重金屬復(fù)合污染的抗性機理，以期為防治土壤酸化和絞股藍栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試植物

3 結(jié)論與討論

（1）MDA含量隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加而呈上升趨勢，使其在植物體內(nèi)積累，促進了絞股藍衰老的進程，這與前人的研究結(jié)果一致[10]。

（2）SOD、CAT及POD是細胞內(nèi)酶促氧化還原反應(yīng)的主要抗氧化酶，即植物細胞內(nèi)清除活性氧的重要酶類。抗氧化酶活性水平及相對大小直接影響細胞內(nèi)自由基的組成和水平，只有在各種酶的協(xié)同作用下，才能有效清除細胞內(nèi)的活性氧，使細胞免受活性氧的損傷[16]。SOD主要是將活性氧轉(zhuǎn)化為過氧化氫。在本試驗中，隨著酸雨酸度和單施重金屬（Zn或Cd）濃度的增加，SOD活性先升高后降低，這種現(xiàn)象可能是植物的一種應(yīng)急反應(yīng)。有關(guān)研究表明，適度逆境脅迫下可激發(fā)植物自身抗逆體系，誘導膜保護酶活性的升高，減少活性氧引起的毒害。當超過植物抗性限度時，轉(zhuǎn)而抑制體系中酶的活性，此時SOD歧化活性氧能力下降，導致活性氧積累[17]。CAT是細胞中過氧化氫的重要清除物。在本試驗中，整體上隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加，CAT活性下降，高酸度和高濃度重金屬作用下明顯低于對照組（pH5.6）。說明隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加，CAT清除過氧化氫的能力下降，將會造成過氧化氫積累。大量資料表明，細胞內(nèi)過氧化氫如不能及時清除，可與過量的活性氧結(jié)合生成毒性更強的羥基自由基，而羥基自由基可直接攻擊生物大分子，導致蛋白質(zhì)、DNA分子結(jié)構(gòu)異常，從而使SOD、CAT等酶活性進一步降低。

（3）高酸度的模擬酸雨與高濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)大于這3種污染物的單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)；無論是在高酸度的模擬酸雨還是低酸度的模擬酸雨下，低濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)小于Zn、Cd單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的拮抗效應(yīng)。

參 考 文 獻：

[1] 彭莉，黃亮，李承碑，等.模擬酸雨作用下紫色土鋅鎘復(fù)合污染對萵筍的影響[J].水土保持學報，2006，20（3）：28-31.

[2] 汪雅各，盛沛麟，袁大偉.模擬酸雨對土壤金屬離子的淋溶和植物有效性的影響[J].環(huán)境科學，1988，9（2）：22-26.

[3] 郭朝暉，廖柏寒，黃昌勇.酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH+4對紅壤中重金屬的影響[J].中國環(huán)境科學，2002，22（1）：6-10.

[4] Baba O. Acidification in nitrogen saturated forest catchment[J]. Soil Plant Nutr.， 1998， 44（4）： 513-525.

[5] Slavek J， Pickering W F. Metal ion interaction with the hydrousoxides of Aluminum[J]. Water， Air and Soil Pollution， 1988， 39（1-2）：201-216.

[6] 許中堅，劉廣深.模擬酸雨對紅壤重金屬元素釋放的影響研究[J].水土保持學報，2005，19（5）：89-93.

[7] 徐冬梅，劉廣深，李克斌，等.酸雨脅迫下有機-無機復(fù)合污染對土壤過氧化氫酶活性的影晌[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報， 2003，22（1）： 31-33.

[8] 楊光，錢丹，郭蘭萍，等.重金屬對膜莢黃芪種子生長及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].中國中藥雜志，2010，35（9）：1095-1099.

[9] 何潔，高鈺婷，賀鑫，等.重金屬Zn 和Cd 對翅堿蓬生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J]. 環(huán)境科學學報，2013，33（1）：312- 320.

[10] 何閃英，高永杰，申屠佳麗，等.銅和模擬酸雨復(fù)合脅迫對酸模銅富集、生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2011，22（2）：481-487.

[11] 劉鵬，俞慧娜，吳玉環(huán)，等.大豆幼苗根系抗氧化酶活性的耐酸、鋁研究[J].浙江師范大學學報：自然科學版，2011，34（1）：75-80.

[12] 秦海峰，儀慧蘭.小麥幼苗生長及其抗氧化酶活性對模擬酸雨與金屬離子復(fù)合脅迫的響應(yīng)[J].西北植物學報，2008，28（2）：331-335.

[13] 司美茹，蘇濤，趙云峰.模擬酸雨與重金屬復(fù)合脅迫對絞股藍生長及根際微生物的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2011，27（2）：69-74.

[14] 南京農(nóng)業(yè)大學. 土壤農(nóng)化分析（第2 版）[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1994：29-91.

[15] 張志良.植物生理學實驗指導（第2 版） [M]. 北京：高等教育出版社，1990：23-155.

[16] Polesskaya O G， Kashirina E I， Alekhina N D. Changes in the activity of antioxidant enzymes in wheat leaves and roots as a function of nitrogen source and supply[J]. Russian Journal of Plant Physiology，2004，51（5）：615-620.

[17] Neslon P V. Developing root zone management strategies to minimize water and fertilizer waste[J]. Acta Hort.， 1990， 272： 175-184.

[18] 童貫和，劉天驕，黃偉.模擬酸雨及其酸化土壤對小麥幼苗 膜脂過氧化水平的影響[J].生態(tài)學報，2005，25（6）：1510- 1516.

1 材料與方法

1.1 供試植物

3 結(jié)論與討論

（1）MDA含量隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加而呈上升趨勢，使其在植物體內(nèi)積累，促進了絞股藍衰老的進程，這與前人的研究結(jié)果一致[10]。

（2）SOD、CAT及POD是細胞內(nèi)酶促氧化還原反應(yīng)的主要抗氧化酶，即植物細胞內(nèi)清除活性氧的重要酶類。抗氧化酶活性水平及相對大小直接影響細胞內(nèi)自由基的組成和水平，只有在各種酶的協(xié)同作用下，才能有效清除細胞內(nèi)的活性氧，使細胞免受活性氧的損傷[16]。SOD主要是將活性氧轉(zhuǎn)化為過氧化氫。在本試驗中，隨著酸雨酸度和單施重金屬（Zn或Cd）濃度的增加，SOD活性先升高后降低，這種現(xiàn)象可能是植物的一種應(yīng)急反應(yīng)。有關(guān)研究表明，適度逆境脅迫下可激發(fā)植物自身抗逆體系，誘導膜保護酶活性的升高，減少活性氧引起的毒害。當超過植物抗性限度時，轉(zhuǎn)而抑制體系中酶的活性，此時SOD歧化活性氧能力下降，導致活性氧積累[17]。CAT是細胞中過氧化氫的重要清除物。在本試驗中，整體上隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加，CAT活性下降，高酸度和高濃度重金屬作用下明顯低于對照組（pH5.6）。說明隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加，CAT清除過氧化氫的能力下降，將會造成過氧化氫積累。大量資料表明，細胞內(nèi)過氧化氫如不能及時清除，可與過量的活性氧結(jié)合生成毒性更強的羥基自由基，而羥基自由基可直接攻擊生物大分子，導致蛋白質(zhì)、DNA分子結(jié)構(gòu)異常，從而使SOD、CAT等酶活性進一步降低。

（3）高酸度的模擬酸雨與高濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)大于這3種污染物的單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)；無論是在高酸度的模擬酸雨還是低酸度的模擬酸雨下，低濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)小于Zn、Cd單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的拮抗效應(yīng)。

參 考 文 獻：

[1] 彭莉，黃亮，李承碑，等.模擬酸雨作用下紫色土鋅鎘復(fù)合污染對萵筍的影響[J].水土保持學報，2006，20（3）：28-31.

[2] 汪雅各，盛沛麟，袁大偉.模擬酸雨對土壤金屬離子的淋溶和植物有效性的影響[J].環(huán)境科學，1988，9（2）：22-26.

[3] 郭朝暉，廖柏寒，黃昌勇.酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH+4對紅壤中重金屬的影響[J].中國環(huán)境科學，2002，22（1）：6-10.

[4] Baba O. Acidification in nitrogen saturated forest catchment[J]. Soil Plant Nutr.， 1998， 44（4）： 513-525.

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[6] 許中堅，劉廣深.模擬酸雨對紅壤重金屬元素釋放的影響研究[J].水土保持學報，2005，19（5）：89-93.

[7] 徐冬梅，劉廣深，李克斌，等.酸雨脅迫下有機-無機復(fù)合污染對土壤過氧化氫酶活性的影晌[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報， 2003，22（1）： 31-33.

[8] 楊光，錢丹，郭蘭萍，等.重金屬對膜莢黃芪種子生長及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].中國中藥雜志，2010，35（9）：1095-1099.

[9] 何潔，高鈺婷，賀鑫，等.重金屬Zn 和Cd 對翅堿蓬生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J]. 環(huán)境科學學報，2013，33（1）：312- 320.

[10] 何閃英，高永杰，申屠佳麗，等.銅和模擬酸雨復(fù)合脅迫對酸模銅富集、生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2011，22（2）：481-487.

[11] 劉鵬，俞慧娜，吳玉環(huán)，等.大豆幼苗根系抗氧化酶活性的耐酸、鋁研究[J].浙江師范大學學報：自然科學版，2011，34（1）：75-80.

[12] 秦海峰，儀慧蘭.小麥幼苗生長及其抗氧化酶活性對模擬酸雨與金屬離子復(fù)合脅迫的響應(yīng)[J].西北植物學報，2008，28（2）：331-335.

[13] 司美茹，蘇濤，趙云峰.模擬酸雨與重金屬復(fù)合脅迫對絞股藍生長及根際微生物的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2011，27（2）：69-74.

[14] 南京農(nóng)業(yè)大學. 土壤農(nóng)化分析（第2 版）[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1994：29-91.

[15] 張志良.植物生理學實驗指導（第2 版） [M]. 北京：高等教育出版社，1990：23-155.

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[17] Neslon P V. Developing root zone management strategies to minimize water and fertilizer waste[J]. Acta Hort.， 1990， 272： 175-184.

[18] 童貫和，劉天驕，黃偉.模擬酸雨及其酸化土壤對小麥幼苗 膜脂過氧化水平的影響[J].生態(tài)學報，2005，25（6）：1510- 1516.

1 材料與方法

1.1 供試植物

3 結(jié)論與討論

（1）MDA含量隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加而呈上升趨勢，使其在植物體內(nèi)積累，促進了絞股藍衰老的進程，這與前人的研究結(jié)果一致[10]。

（2）SOD、CAT及POD是細胞內(nèi)酶促氧化還原反應(yīng)的主要抗氧化酶，即植物細胞內(nèi)清除活性氧的重要酶類。抗氧化酶活性水平及相對大小直接影響細胞內(nèi)自由基的組成和水平，只有在各種酶的協(xié)同作用下，才能有效清除細胞內(nèi)的活性氧，使細胞免受活性氧的損傷[16]。SOD主要是將活性氧轉(zhuǎn)化為過氧化氫。在本試驗中，隨著酸雨酸度和單施重金屬（Zn或Cd）濃度的增加，SOD活性先升高后降低，這種現(xiàn)象可能是植物的一種應(yīng)急反應(yīng)。有關(guān)研究表明，適度逆境脅迫下可激發(fā)植物自身抗逆體系，誘導膜保護酶活性的升高，減少活性氧引起的毒害。當超過植物抗性限度時，轉(zhuǎn)而抑制體系中酶的活性，此時SOD歧化活性氧能力下降，導致活性氧積累[17]。CAT是細胞中過氧化氫的重要清除物。在本試驗中，整體上隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加，CAT活性下降，高酸度和高濃度重金屬作用下明顯低于對照組（pH5.6）。說明隨著酸雨酸度和重金屬濃度的增加，CAT清除過氧化氫的能力下降，將會造成過氧化氫積累。大量資料表明，細胞內(nèi)過氧化氫如不能及時清除，可與過量的活性氧結(jié)合生成毒性更強的羥基自由基，而羥基自由基可直接攻擊生物大分子，導致蛋白質(zhì)、DNA分子結(jié)構(gòu)異常，從而使SOD、CAT等酶活性進一步降低。

（3）高酸度的模擬酸雨與高濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)大于這3種污染物的單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)；無論是在高酸度的模擬酸雨還是低酸度的模擬酸雨下，低濃度的Zn-Cd復(fù)合脅迫對絞股藍各抗性生理指標的效應(yīng)小于Zn、Cd單因素效應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的拮抗效應(yīng)。

參 考 文 獻：

[1] 彭莉，黃亮，李承碑，等.模擬酸雨作用下紫色土鋅鎘復(fù)合污染對萵筍的影響[J].水土保持學報，2006，20（3）：28-31.

[2] 汪雅各，盛沛麟，袁大偉.模擬酸雨對土壤金屬離子的淋溶和植物有效性的影響[J].環(huán)境科學，1988，9（2）：22-26.

[3] 郭朝暉，廖柏寒，黃昌勇.酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH+4對紅壤中重金屬的影響[J].中國環(huán)境科學，2002，22（1）：6-10.

[4] Baba O. Acidification in nitrogen saturated forest catchment[J]. Soil Plant Nutr.， 1998， 44（4）： 513-525.

[5] Slavek J， Pickering W F. Metal ion interaction with the hydrousoxides of Aluminum[J]. Water， Air and Soil Pollution， 1988， 39（1-2）：201-216.

[6] 許中堅，劉廣深.模擬酸雨對紅壤重金屬元素釋放的影響研究[J].水土保持學報，2005，19（5）：89-93.

[7] 徐冬梅，劉廣深，李克斌，等.酸雨脅迫下有機-無機復(fù)合污染對土壤過氧化氫酶活性的影晌[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報， 2003，22（1）： 31-33.

[8] 楊光，錢丹，郭蘭萍，等.重金屬對膜莢黃芪種子生長及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].中國中藥雜志，2010，35（9）：1095-1099.

[9] 何潔，高鈺婷，賀鑫，等.重金屬Zn 和Cd 對翅堿蓬生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J]. 環(huán)境科學學報，2013，33（1）：312- 320.

[10] 何閃英，高永杰，申屠佳麗，等.銅和模擬酸雨復(fù)合脅迫對酸模銅富集、生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2011，22（2）：481-487.

[11] 劉鵬，俞慧娜，吳玉環(huán)，等.大豆幼苗根系抗氧化酶活性的耐酸、鋁研究[J].浙江師范大學學報：自然科學版，2011，34（1）：75-80.

[12] 秦海峰，儀慧蘭.小麥幼苗生長及其抗氧化酶活性對模擬酸雨與金屬離子復(fù)合脅迫的響應(yīng)[J].西北植物學報，2008，28（2）：331-335.

[13] 司美茹，蘇濤，趙云峰.模擬酸雨與重金屬復(fù)合脅迫對絞股藍生長及根際微生物的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2011，27（2）：69-74.

[14] 南京農(nóng)業(yè)大學. 土壤農(nóng)化分析（第2 版）[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1994：29-91.

[15] 張志良.植物生理學實驗指導（第2 版） [M]. 北京：高等教育出版社，1990：23-155.

[16] Polesskaya O G， Kashirina E I， Alekhina N D. Changes in the activity of antioxidant enzymes in wheat leaves and roots as a function of nitrogen source and supply[J]. Russian Journal of Plant Physiology，2004，51（5）：615-620.

[17] Neslon P V. Developing root zone management strategies to minimize water and fertilizer waste[J]. Acta Hort.， 1990， 272： 175-184.

[18] 童貫和，劉天驕，黃偉.模擬酸雨及其酸化土壤對小麥幼苗 膜脂過氧化水平的影響[J].生態(tài)學報，2005，25（6）：1510- 1516.