土壤外源cd 和pb 复合污染对小麦(triticum aestivum l.) 根系植物络合素和谷胱甘肽合成的影响

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1、孙琴等：土壤外源Cd和Pb复合污染对小麦（TriticumaestivumL.）根系植物络合素和谷胱甘肽合成的影响1837土壤外源Cd和Pb复合污染对小麦（TriticumaestivumL.）根系植物络合素和谷胱甘肽合成的影响孙琴*，王超河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室//河海大学环境学院，江苏南京210098摘要：采用盆栽实验研究了土壤外源Cd和Pb复合污染对小麦（TriticumaestivumL.）根系植物络合素（PCs）和谷胱甘肽（GSH）合成的影响。结果表明，土壤外源较高浓度Cd处理（≥3mg·kg

2、-1）和高浓度Pb处理（630mg·kg-1）均抑制了小麦的生长，Cd和Pb复合处理加重了Cd的毒性；Pb处理小麦根内未检出PCs，仅检出GSH，但GSH并没有随Pb处理浓度的增加而增加。随Cd处理浓度（≥1mg·kg-1）的增加，小麦根内PCs和GSH含量显著增加；Cd和Pb复合处理增加了小麦根内PCs的合成水平，而降低了GSH的合成水平。回归分析显示,Cd及Cd和Pb复合污染小麦根内PCs的含量与小麦地上部生物量的抑制率保持相当好的线性关系。结果显示，PCs可用于评价土壤环境中Cd及Cd和Pb复合污染的毒性。关键词：镉；铅；

3、复合污染；小麦根系；植物络合素；谷胱甘肽中图分类号：X171.5文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）05-1833-06孙琴等：土壤外源Cd和Pb复合污染对小麦（TriticumaestivumL.）根系植物络合素和谷胱甘肽合成的影响1837植物络合素（phytochelatins,PCs）是重金属胁迫诱导下细胞质中响应合成的一类与金属硫蛋白（Metallothionein,MT）结构相似的巯基多肽化合物，又称为植物螯合肽或金属结合体，广泛存在于植物界、藻类、真菌和部分动物体内[1]。大量的生理、生化和遗传学研

4、究证明谷胱甘肽（GSH）是PCs合成的底物，PCs的合成常伴随GSH水平的下降[2-4]。多种金属（如Cd、Zn、Pb、Hg、As等）能够诱导PCs的合成，其合成水平的高低与金属的浓度和存在形态有关。如Ahner等[5]研究发现PC2-4的合成主要取决于Cd2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+自由离子的浓度，而不是金属的总浓度，PCs诱导量与进入细胞内的金属离子呈显著正相关。另研究表明，PCs的合成是一个快速的响应过程。例如番茄的细胞悬液中加入Cd,5~15min即可检测PCs的存在[6]；Sun等[7]研究发现Cd暴露1d诱导小

5、麦根系和茎中PCs的合成。因此建议PCs作为一种生物标记物（biomarker）衡量环境中重金属污染水平[7-10]。正是由于PCs在生物体内发挥的重要生理作用，近年来PCs一度成为重金属毒害和耐重金属胁迫的研究热点。目前国际上对PCs的研究报道较多，但多侧重于采用溶液培养方式单一重金属暴露下PCs的研究，而实际污染环境中多种重金属往往同时存在，因此有必要加强重金属复合污染下植物体内PCs的响应研究。环境中Cd和Pb多相伴存在，单纯的Cd或Pb极为少见，因此研究Cd和Pb复合污染对植物的影响，以消除Cd和Pb污染对植物生长的危害

6、，更具有重要的理论和实际意义。有关Cd和Pb复合污染对植物生长的危害，国内外都进行了较为广泛的研究，多集中在探讨重金属的吸收和积累、生长发育、光合、呼吸及品质等方面，而Cd和Pb复合污染对植物体内PCs和GSH合成的影响研究却不多。Sun等[7-9]研究显示重金属胁迫下小麦（TriticumaestivumL.）根系是PCs和GSH合成的主要部位。本文在前期大量研究的基础上[7-9]，进一步以农田作物小麦为试材，采用盆栽土培方式研究了Cd和Pb复合污染小麦根系PCs和GSH的合成规律，试图为早期诊断环境中Cd、Pb污染提供理论依

7、据。1材料与方法1.1供试材料仪器美国HP1100高效液相色谱系统，包括自动脱气系统（G1322a）、四元泵系统（G1311A）、自动进样系统（G1313A）和HP荧光检测器（1046A）。色谱柱为VydacC18柱（250mm×4.6mm，粒径为5µm）。美国公司生产的5510E-DTH型超声波清洗器。德国公司生产的5417R型低温离心机。试剂N-（2-羟乙基）哌嗪-N-3-丙磺酸（HEPPS>99.5%）、谷胱甘肽（GSH>98%）、半胱氨酸（Cys孙琴等：土壤外源Cd和Pb复合污染对小麦（TriticumaestivumL

8、.）根系植物络合素和谷胱甘肽合成的影响1837>98%）和三氟乙酸（TFA>99%）为Sigma产品。衍生试剂monobromobimane（mBBr>95%）、甲磺酸（MSA>99%）和二乙烯三胺五乙酸（DTPA>99%）为Fluka产品。乙腈（ACN，HPL