酸雨与重金属复合胁迫对绞股蓝抗性生理指标的影响

苏涛++司美茹++王仁君++唐美珍

摘 要： 通过盆栽试验，研究了不同pH值的酸雨与Zn（30、400 mg/kg）、Cd（1、15 mg/kg）单独或复合胁迫对绞股蓝抗性生理指标的影响。结果表明：随着酸雨酸度和重金属（Zn或Cd）浓度的增加，绞股蓝叶片中丙二醛（MDA）含量和过氧化物酶（POD）活性上升，超氧化物歧化酶（SOD）活性先升高后下降，过氧化氢酶（CAT）活性随着酸雨酸度的增加而降低，随重金属（Zn或Cd）浓度的增加先升高后下降；高酸度的酸雨与高浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应大于这3种污染物的单因素效应，表现出明显的协同效应；不管酸雨酸度强弱，低浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应小于Zn、Cd单因素效应，表现出明显的拮抗效应。

关键词： 酸雨；重金属；绞股蓝；抗性生理指标

中图分类号： S567.23+7.01 文献标识号：A 文章编号： 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

酸雨和重金属对陆生生态系统的影响是目前令人关注的重要环境问题。酸雨导致土壤酸化，造成土壤中有毒重金属元素活性明显提高、溶解性增加、迁移能力提高，不仅形成对植物有害的土壤环境，而且使植物地上部分的茎叶中重金属含量明显提高，改变植物的理化性质、降低植物的抗性和品质[1～4]。迄今为止，虽有大量文献对酸雨或重金属污染下，植物宏观和微观伤害、抗性生理等方面作了系统研究[5～7]，但以前的研究常常关注某单一污染因子对农作物、蔬菜、部分林木的影响[8～12]，而对酸雨和重金属复合胁迫下植物的抗性生理指标研究还比较少，药用植物特别是草本藤类药用植物研究的就更少。因此，研究酸雨和重金属复合污染对药用植物生长和抗性生理指标的影响，有利于提高资源植物的目标化种植。

绞股蓝又名五叶参，七叶胆，系葫芦科多年生草质藤本植物。茎叶富含80多种皂甙，其中许多种类的皂甙与人参皂甙属同一化合物。具有抗病毒、消炎、抗癌、调脂减肥、提高机体免疫能力、延长细胞寿命等多种生理功能，具有治疗和保健双向作用，因而被誉为“南人参”、“第二人参”、“东方神草”的美名[13]。在全国各省都能种植，但主产于秦岭以南诸省，尤其是具有“巴山药乡”美誉的陕西省秦巴山区——平利县，它是中国唯一绞股蓝原产保护地，产量很大。但近年来，陕西南部受酸雨污染较为严重，降水年平均pH 值逐年降低，酸雨率逐年上升。因此，选择绞股蓝为研究对象，在一系列梯度酸雨和重金属复合胁迫下，对绞股蓝抗性生理指标进行了研究，探讨绞股蓝对酸雨和重金属复合污染的抗性机理，以期为防治土壤酸化和绞股蓝栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试植物

3 结论与讨论

（1）MDA含量随着酸雨酸度和重金属浓度的增加而呈上升趋势，使其在植物体内积累，促进了绞股蓝衰老的进程，这与前人的研究结果一致[10]。

（2）SOD、CAT及POD是细胞内酶促氧化还原反应的主要抗氧化酶，即植物细胞内清除活性氧的重要酶类。抗氧化酶活性水平及相对大小直接影响细胞内自由基的组成和水平，只有在各种酶的协同作用下，才能有效清除细胞内的活性氧，使细胞免受活性氧的损伤[16]。SOD主要是将活性氧转化为过氧化氢。在本试验中，随着酸雨酸度和单施重金属（Zn或Cd）浓度的增加，SOD活性先升高后降低，这种现象可能是植物的一种应急反应。有关研究表明，适度逆境胁迫下可激发植物自身抗逆体系，诱导膜保护酶活性的升高，减少活性氧引起的毒害。当超过植物抗性限度时，转而抑制体系中酶的活性，此时SOD歧化活性氧能力下降，导致活性氧积累[17]。CAT是细胞中过氧化氢的重要清除物。在本试验中，整体上随着酸雨酸度和重金属浓度的增加，CAT活性下降，高酸度和高浓度重金属作用下明显低于对照组（pH5.6）。说明随着酸雨酸度和重金属浓度的增加，CAT清除过氧化氢的能力下降，将会造成过氧化氢积累。大量资料表明，细胞内过氧化氢如不能及时清除，可与过量的活性氧结合生成毒性更强的羟基自由基，而羟基自由基可直接攻击生物大分子，导致蛋白质、DNA分子结构异常，从而使SOD、CAT等酶活性进一步降低。

（3）高酸度的模拟酸雨与高浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应大于这3种污染物的单因素效应，表现出明显的协同效应；无论是在高酸度的模拟酸雨还是低酸度的模拟酸雨下，低浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应小于Zn、Cd单因素效应，表现出明显的拮抗效应。

参 考 文 献：

[1] 彭莉，黄亮，李承碑，等.模拟酸雨作用下紫色土锌镉复合污染对莴笋的影响[J].水土保持学报，2006，20（3）：28-31.

[2] 汪雅各，盛沛麟，袁大伟.模拟酸雨对土壤金属离子的淋溶和植物有效性的影响[J].环境科学，1988，9（2）：22-26.

[3] 郭朝晖，廖柏寒，黄昌勇.酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH+4对红壤中重金属的影响[J].中国环境科学，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] 许中坚，刘广深.模拟酸雨对红壤重金属元素释放的影响研究[J].水土保持学报，2005，19（5）：89-93.

[7] 徐冬梅，刘广深，李克斌，等.酸雨胁迫下有机-无机复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影晌[J]. 农业环境科学学报， 2003，22（1）： 31-33.

[8] 杨光，钱丹，郭兰萍，等.重金属对膜荚黄芪种子生长及抗氧化系统的影响[J].中国中药杂志，2010，35（9）：1095-1099.

[9] 何洁，高钰婷，贺鑫，等.重金属Zn 和Cd 对翅碱蓬生长及抗氧化酶系统的影响[J]. 环境科学学报，2013，33（1）：312- 320.

[10] 何闪英，高永杰，申屠佳丽，等.铜和模拟酸雨复合胁迫对酸模铜富集、生长及抗氧化酶系统的影响[J].应用生态学报，2011，22（2）：481-487.

[11] 刘鹏，俞慧娜，吴玉环，等.大豆幼苗根系抗氧化酶活性的耐酸、铝研究[J].浙江师范大学学报：自然科学版，2011，34（1）：75-80.

[12] 秦海峰，仪慧兰.小麦幼苗生长及其抗氧化酶活性对模拟酸雨与金属离子复合胁迫的响应[J].西北植物学报，2008，28（2）：331-335.

[13] 司美茹，苏涛，赵云峰.模拟酸雨与重金属复合胁迫对绞股蓝生长及根际微生物的影响[J].生态与农村环境学报，2011，27（2）：69-74.

[14] 南京农业大学. 土壤农化分析（第2 版）[M].北京：农业出版社，1994：29-91.

[15] 张志良.植物生理学实验指导（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] 童贯和，刘天骄，黄伟.模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗 膜脂过氧化水平的影响[J].生态学报，2005，25（6）：1510- 1516.

1 材料与方法

1.1 供试植物

3 结论与讨论

（1）MDA含量随着酸雨酸度和重金属浓度的增加而呈上升趋势，使其在植物体内积累，促进了绞股蓝衰老的进程，这与前人的研究结果一致[10]。

（2）SOD、CAT及POD是细胞内酶促氧化还原反应的主要抗氧化酶，即植物细胞内清除活性氧的重要酶类。抗氧化酶活性水平及相对大小直接影响细胞内自由基的组成和水平，只有在各种酶的协同作用下，才能有效清除细胞内的活性氧，使细胞免受活性氧的损伤[16]。SOD主要是将活性氧转化为过氧化氢。在本试验中，随着酸雨酸度和单施重金属（Zn或Cd）浓度的增加，SOD活性先升高后降低，这种现象可能是植物的一种应急反应。有关研究表明，适度逆境胁迫下可激发植物自身抗逆体系，诱导膜保护酶活性的升高，减少活性氧引起的毒害。当超过植物抗性限度时，转而抑制体系中酶的活性，此时SOD歧化活性氧能力下降，导致活性氧积累[17]。CAT是细胞中过氧化氢的重要清除物。在本试验中，整体上随着酸雨酸度和重金属浓度的增加，CAT活性下降，高酸度和高浓度重金属作用下明显低于对照组（pH5.6）。说明随着酸雨酸度和重金属浓度的增加，CAT清除过氧化氢的能力下降，将会造成过氧化氢积累。大量资料表明，细胞内过氧化氢如不能及时清除，可与过量的活性氧结合生成毒性更强的羟基自由基，而羟基自由基可直接攻击生物大分子，导致蛋白质、DNA分子结构异常，从而使SOD、CAT等酶活性进一步降低。

（3）高酸度的模拟酸雨与高浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应大于这3种污染物的单因素效应，表现出明显的协同效应；无论是在高酸度的模拟酸雨还是低酸度的模拟酸雨下，低浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应小于Zn、Cd单因素效应，表现出明显的拮抗效应。

参 考 文 献：

[1] 彭莉，黄亮，李承碑，等.模拟酸雨作用下紫色土锌镉复合污染对莴笋的影响[J].水土保持学报，2006，20（3）：28-31.

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[3] 郭朝晖，廖柏寒，黄昌勇.酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH+4对红壤中重金属的影响[J].中国环境科学，2002，22（1）：6-10.

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[6] 许中坚，刘广深.模拟酸雨对红壤重金属元素释放的影响研究[J].水土保持学报，2005，19（5）：89-93.

[7] 徐冬梅，刘广深，李克斌，等.酸雨胁迫下有机-无机复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影晌[J]. 农业环境科学学报， 2003，22（1）： 31-33.

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[9] 何洁，高钰婷，贺鑫，等.重金属Zn 和Cd 对翅碱蓬生长及抗氧化酶系统的影响[J]. 环境科学学报，2013，33（1）：312- 320.

[10] 何闪英，高永杰，申屠佳丽，等.铜和模拟酸雨复合胁迫对酸模铜富集、生长及抗氧化酶系统的影响[J].应用生态学报，2011，22（2）：481-487.

[11] 刘鹏，俞慧娜，吴玉环，等.大豆幼苗根系抗氧化酶活性的耐酸、铝研究[J].浙江师范大学学报：自然科学版，2011，34（1）：75-80.

[12] 秦海峰，仪慧兰.小麦幼苗生长及其抗氧化酶活性对模拟酸雨与金属离子复合胁迫的响应[J].西北植物学报，2008，28（2）：331-335.

[13] 司美茹，苏涛，赵云峰.模拟酸雨与重金属复合胁迫对绞股蓝生长及根际微生物的影响[J].生态与农村环境学报，2011，27（2）：69-74.

[14] 南京农业大学. 土壤农化分析（第2 版）[M].北京：农业出版社，1994：29-91.

[15] 张志良.植物生理学实验指导（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] 童贯和，刘天骄，黄伟.模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗 膜脂过氧化水平的影响[J].生态学报，2005，25（6）：1510- 1516.

1 材料与方法

1.1 供试植物

3 结论与讨论

（1）MDA含量随着酸雨酸度和重金属浓度的增加而呈上升趋势，使其在植物体内积累，促进了绞股蓝衰老的进程，这与前人的研究结果一致[10]。

（2）SOD、CAT及POD是细胞内酶促氧化还原反应的主要抗氧化酶，即植物细胞内清除活性氧的重要酶类。抗氧化酶活性水平及相对大小直接影响细胞内自由基的组成和水平，只有在各种酶的协同作用下，才能有效清除细胞内的活性氧，使细胞免受活性氧的损伤[16]。SOD主要是将活性氧转化为过氧化氢。在本试验中，随着酸雨酸度和单施重金属（Zn或Cd）浓度的增加，SOD活性先升高后降低，这种现象可能是植物的一种应急反应。有关研究表明，适度逆境胁迫下可激发植物自身抗逆体系，诱导膜保护酶活性的升高，减少活性氧引起的毒害。当超过植物抗性限度时，转而抑制体系中酶的活性，此时SOD歧化活性氧能力下降，导致活性氧积累[17]。CAT是细胞中过氧化氢的重要清除物。在本试验中，整体上随着酸雨酸度和重金属浓度的增加，CAT活性下降，高酸度和高浓度重金属作用下明显低于对照组（pH5.6）。说明随着酸雨酸度和重金属浓度的增加，CAT清除过氧化氢的能力下降，将会造成过氧化氢积累。大量资料表明，细胞内过氧化氢如不能及时清除，可与过量的活性氧结合生成毒性更强的羟基自由基，而羟基自由基可直接攻击生物大分子，导致蛋白质、DNA分子结构异常，从而使SOD、CAT等酶活性进一步降低。

（3）高酸度的模拟酸雨与高浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应大于这3种污染物的单因素效应，表现出明显的协同效应；无论是在高酸度的模拟酸雨还是低酸度的模拟酸雨下，低浓度的Zn-Cd复合胁迫对绞股蓝各抗性生理指标的效应小于Zn、Cd单因素效应，表现出明显的拮抗效应。

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[2] 汪雅各，盛沛麟，袁大伟.模拟酸雨对土壤金属离子的淋溶和植物有效性的影响[J].环境科学，1988，9（2）：22-26.

[3] 郭朝晖，廖柏寒，黄昌勇.酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH+4对红壤中重金属的影响[J].中国环境科学，2002，22（1）：6-10.

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[6] 许中坚，刘广深.模拟酸雨对红壤重金属元素释放的影响研究[J].水土保持学报，2005，19（5）：89-93.

[7] 徐冬梅，刘广深，李克斌，等.酸雨胁迫下有机-无机复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影晌[J]. 农业环境科学学报， 2003，22（1）： 31-33.

[8] 杨光，钱丹，郭兰萍，等.重金属对膜荚黄芪种子生长及抗氧化系统的影响[J].中国中药杂志，2010，35（9）：1095-1099.

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[10] 何闪英，高永杰，申屠佳丽，等.铜和模拟酸雨复合胁迫对酸模铜富集、生长及抗氧化酶系统的影响[J].应用生态学报，2011，22（2）：481-487.

[11] 刘鹏，俞慧娜，吴玉环，等.大豆幼苗根系抗氧化酶活性的耐酸、铝研究[J].浙江师范大学学报：自然科学版，2011，34（1）：75-80.

[12] 秦海峰，仪慧兰.小麦幼苗生长及其抗氧化酶活性对模拟酸雨与金属离子复合胁迫的响应[J].西北植物学报，2008，28（2）：331-335.

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[14] 南京农业大学. 土壤农化分析（第2 版）[M].北京：农业出版社，1994：29-91.

[15] 张志良.植物生理学实验指导（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] 童贯和，刘天骄，黄伟.模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗 膜脂过氧化水平的影响[J].生态学报，2005，25（6）：1510- 1516.