銅離子脅迫對白三葉種子萌發及膜脂過氧化的影響

朱旺生

摘要[目的]研究銅離子脅迫對白三葉種子萌發及膜脂過氧化的影響。[方法]依據土壤環境質量標準設置銅離子脅迫濃度，研究其對白三葉種子萌發及膜脂過氧化的影響。[結果]當溶液中銅離子濃度不斷增加時，白三葉種子萌發受到抑制作用不斷增加，種子發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數及根芽長等指標呈降低趨勢，細胞膜脂過氧化的產物丙二醛（MDA）含量則逐漸上升。[結論]在銅離子濃度達到200～400 mg/L土壤中，不適宜播種白三葉種子，只有適當降低銅離子脅迫濃度，才可能適宜播種白三葉種子進行綠化或水土保持。

關鍵詞白三葉；銅離子；脅迫；種子萌發；膜脂過氧化

中圖分類號S181文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）34-104-02

隨著城市化和工業化的快速發展，環境污染問題日益嚴重。重金屬銅污染已成為當前環境污染較為突出的問題之一。銅是植物生長發育必需的微量元素，但過量的銅對植物有毒害效應，會造成種子萌發過程中氧化還原作用失控，引起植物種子萌發障礙[1]。而種子萌發時的生長狀況直接影響植物的生長量和生物產量，研究植物種子萌發階段受銅離子脅迫的影響具有重要的現實意義。

白三葉為豆科優良的綠化和水土保持草種。有關銅離子對白三葉種子萌發和膜質過氧化影響尚無深入系統的研究報道。 該研究依據土壤環境質量標準設置銅離子脅迫濃度[2]，研究其對白三葉種子萌發及膜脂過氧化作用（以MDA為評價指標）的影響，目的在于探索不同濃度的銅離子對白三葉種子萌發和膜質過氧化作用的影響，為在銅離子污染區種植白三葉提供依據。

1材料與方法

1.1試驗材料白三葉種子，江蘇明天種業提供。

1.2儀器與試劑

1.2.1儀器。培養皿（直徑9 cm），定性濾紙（直徑9 cm），SHANGPING FA1004電子天平（上海精科天平），恒溫光照培養箱（國華電器有限公司），研缽，GL-20G-II高速冷凍離心機（上海安亭科學儀器廠），TU-1201 紫外可見光分光光度計（北京普析通用儀器設備有限公司）等。

1.2.2試劑。

五水硫酸銅（中國醫藥集團上海化學試劑公司，分析純），硫代巴比妥酸（TBA，中國醫藥集團上海化學試劑公司，化學純），三氯乙酸（TCA，上海凌峰化學試劑有限公司，分析純）。

1.3試驗方法

選取直徑為9 cm的培養皿，皿內以定性濾紙為發芽床，將配好的銅離子溶液（0、20、40、60、80、100、200、400 mg/L）分別置于培養皿中，至濾紙飽和為止。每日用稱重法加水恒重，在保持溶液中銅離子濃度不變的情況下進行發芽培養，培養溫度為20 ℃。每個培養皿內均勻放入30顆白三葉種子，每個處理設置3個重復。播后8 d內每隔1 d統計發芽率，計算發芽勢，發芽結束后（第12天）統計總發芽率及根芽長，并計算發芽指數和活力指數。

1.4測定指標及方法[3]

發芽勢（%）=8 d內供試種子的發芽數/供試種子數*100%。發芽率（%）=發芽終期供試種子的發芽數/供試種子數*100%。發芽指數GI=Gt/Dt， Gt為在t日的發芽數，Dt為天數。活力指數VI= GI*S， GI為發芽指數，S為根芽長。根芽長（cm）= 發芽種子根芽平均長度。

1.5膜脂過氧化（MDA）的測定MDA的測定采用硫代巴比妥酸法（TBA法）[4-6]。

2結果與分析

2.1不同濃度的銅離子對白三葉種子萌發的影響

2.1.1不同濃度的銅離子對白三葉種子發芽勢的影響。從圖1可知，在同一發芽時間，隨著銅離子濃度增高，白三葉種子發芽個數逐漸降低，發芽勢也隨之降低。

2.1.2不同濃度的銅離子對白三葉種子發芽率的影響。從圖2可知，隨著銅離子濃度的不斷增加，白三葉種子發芽率不斷降低。當銅離子濃度達到200～400 mg/L時，白三葉種子基本不萌發，說明銅離子對白三葉種子萌發的抑制作用隨著銅離子濃度的增加而不斷增強，嚴重時甚至導致其死亡。

2.1.3不同濃度的銅離子對白三葉種子發芽指數的影響。由圖3可見，隨著銅離子濃度的不斷增加，白三葉種子發芽指數不斷降低，說明銅離子對白三葉種子萌發的脅迫隨銅離子濃度的增加而增強。

2.1.4不同濃度的銅離子對白三葉種子活力指數的影響。從圖4可知，隨著銅離子濃度的不斷增加，白三葉種子活力指數不斷降低，說明白三葉種子活力受到銅離子的抑制隨著其濃度的增加而不斷增加。

2.1.5不同濃度的銅離子對白三葉種子根芽長的影響。

從圖5可知，隨著銅離子濃度的不斷增加，白三葉種子的根芽長不斷降低，當溶液中銅的濃度達到200 mg/L 時，對白三葉根芽長產生明顯的抑制作用， 與對照相比差異明顯。

2.2不同濃度的銅離子對白三葉種子膜脂過氧化作用的影響

從圖6可知，隨著銅離子濃度不斷升高，白三葉種子萌發過程中細胞膜脂過氧化產物MDA的含量不斷增加，說明細胞膜脂過氧化程度不斷加劇。

3結論與討論

發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、根芽長等是衡量種子萌發好壞的重要指標[7-9]。該試驗結果顯示，隨著銅離子的濃度不斷升高，白三葉種子發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、根芽長均不斷降低。當銅離子濃度達到200～400 mg/L時，白三葉種子基本不萌發， 說明銅離子對白三葉種子萌發的抑制作用隨著銅離子濃度的增加而不斷增強，嚴重時甚至導致其死亡。丙二醛（MDA）是細胞膜脂過氧化產物之一，通常用它作為評價植物種子萌發過程中細胞膜脂過氧化程度 [10-11]。該研究表明，隨著銅離子的濃度不斷升高，白三葉種子MDA含量逐漸升高，這說明白三葉種子在銅離子脅迫條件下細胞膜脂過氧化程度不斷加劇，種子受到的傷害也越大。因此，在銅離子濃度達到200～400 mg/L土壤中，不適宜播種白三葉種子，只有適當降低銅離子脅迫濃度，才可能適宜播種白三葉種子進行綠化或水土保持。