銅脅迫對小麥種子萌發的影響

林泮+那日蘇+徐妍妍+張鳳杰

摘 ? ?要：以小麥種子為材料，采用培養皿濾紙發芽法，研究銅脅迫對種子發芽的影響。結果表明：低濃度銅脅迫可促進小麥種子發芽，短時間內高濃度銅脅迫可促進小麥的發芽，但隨著時間的增加，小麥的發芽最終受到抑制;細胞表面存在抵抗機制，可在短期內保護細胞膜完整性，但隨著時間與濃度的增加，自抵抗作用喪失。

關鍵詞：銅脅迫;小麥種子;發芽率;細胞膜透性

中圖分類號：S512.1 ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.11.029

Effect of Copper stress on Wheat Seed Germination

LIN Pan， NA Ri-su， XU Yan-yan， ZHANG Feng-jie

（College of Environmental and Resource Sciences， Dalian Nationalities University， Dalian， Liaoning 116600，China）

Abstract： The purpose of this study was to investigate the effects of copper stress on germination of liaomai 26 wheat feed. The results showed that low concentration of copper stress could promote the germination of wheat seeds. In short time， the high concentrations of copper stress might promote the wheat germination， but with increasing time， the final germination rates were inhibited. Resistance mechanisms existed in the cell surface， it could protect the integrity of cell membrane in the short term， but with the increase of concentration and time， it couldnt protect the loss ultimately.

Key words： copper stress; wheat seed;germination rate;cell membrane permeability

銅是植物必需的微量營養元素，是植物體內很多關鍵酶的輔基，但超過一定數量會嚴重影響植物的代謝機制。 因“三廢”排放引起的土壤和水體重金屬污染日益加重，農作物中銅蓄積問題嚴重，沿著食物鏈傳遞將嚴重危害人體健康[1]。小麥是我國北方重要的糧食作物， 研究因冶煉、礦業、能源生產和農藥使用帶來的銅污染對小麥種子萌發的影響尤為重要[2]。目前，關于重金屬脅迫對小麥生長發育的影響研究多數集中在鉻鹽污染和對幼苗生長階段的形態學分析方面，而關于銅鹽對小麥種子萌發階段的影響的研究報道很少。本研究以小麥為試驗材料，采用室內水培法研究銅脅迫對小麥種子發芽率、膜透性和幼苗生長與生理代謝的影響，探討小麥種子在銅脅迫下的反應機制，為深入研究銅脅迫下植物的生長與代謝機制提供幫助。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

供試小麥品種選取遼春26號， 產自遼寧省農業科學院作物研究所。 試劑為天津科密歐試劑有限公司提供的氯化銅（CuCl2，分析純）。

1.2 試驗方法

挑選籽粒飽滿，大小均一的遼春26號小麥種子于燒杯中，加入適量0.5%的次氯酸鈉溶液消毒10 min，再用蒸餾水沖洗數次，濾紙吸干后放入培養皿中開始試驗，備用。取直徑10 cm的培養皿若干，每個平整放入兩張90 cm的濾紙。每個培養皿中均勻放入30粒種子，再分別加入0 mg·L-1（不添加銅離子的蒸餾水為對照），25，50，100 ，200 ，400，800 mg·L-1的氯化銅溶液，每個處理設置3個重復。然后將所有培養皿置入（25±1） ℃恒溫箱中培養，光照8 h·d -1，每天補充1次水分，計算發芽個數及發芽率。以胚根長度大于3 mm時為發芽標準，統計6天發芽數。每天發芽率（%）=6 d內每天供試種子的發芽數/供試種子總數×100%。在第6、7、8天，用電導儀法測定相對電導率， 相對電導率 = （浸泡液中電導率值 /煮沸后電導率值 ） × 100%[3]。

2 結果與分析

2.1 銅脅迫對小麥種子的萌發的影響

不同銅離子濃度的溶液處理小麥種子發芽率隨時間的變化情況如圖1。從圖1可以看出，隨著銅離子濃度的增加，種子的總發芽率隨之降低。觀察其發芽率可以發現，小麥第1天的發芽率隨銅含量的增加呈先增后減的變化趨勢，當銅含量為200 mg·L-1時，小麥的發芽率最大，之后隨銅離子濃度的進一步增加發芽率呈下降;從第2 天開始可觀察到銅離子濃度的增加對小麥發芽的抑制作用，并逐天增大。

2.2 銅脅迫對小麥種子質膜透性的影響

采用相對電導率來表示銅離子對小麥質膜透性的破壞程度，相對電導率越高，則說明細胞膜透性越大，植株收到了嚴重的毒害作用。

從圖2 可以看出，在不同濃度銅離子的脅迫下，第6 天的電導率呈不規律變化;第7、8 天電導率隨銅含量的增加呈先減后增的變化趨勢，且在相同濃度下，第7 天電導率較第8 天低。而在圖2數據中，800 mg·L-1的電導率都處于一個異常高的狀態下，就第7、8 天而言，800 mg·L-1的電導率甚至較當日對照組的電導率高出一倍多。

3 結論與討論

許多植物的種子萌發和苗期對環境因子的影響較敏感，因此在重金屬脅迫下，萌發期和苗期植物生長的變化常作為評價植物重金屬忍耐度的重要指標[4]。

對銅離子而言，小麥是比較敏感的植物。試驗結果表明，銅離子濃度對小麥種子萌發期的影響表現分為兩個方面：就總發芽率來說，隨著濃度的升高，銅脅迫對小麥萌發的抑制作用增強。銅的存在，抑制了小麥種子淀粉酶的活性，降低貯存物質的分解速度，而隨著濃度的增加，銅的富集作用使種子萌發所需物質和能量的供用受阻，從而降低了萌發率[5]。另一方面觀察其第一天發芽情況，在一定范圍內（0～200 mg·L-1），對小麥種子的萌發反而起到促進效應。分析其可能原因為：溶液與小麥種子接觸時間不長，導致內滲的銅離子濃度不是很高，而此時的濃度剛好對于小麥的萌發起到促進作用;初期高濃度Cu2+引起了細胞活性氧的增加，從而刺激了保護酶系統，使保護酶活性增加[6]，保護酶可能激活小麥種子內萌發酶從而促進小麥種子的萌發。

重金屬與細胞壁的結合可阻止過多的金屬鹽進入細胞原生質，從而保證了植物細胞正常的代謝過程，但細胞壁對重金屬的容量是有限的。當細胞壁的容量達到飽和時，重金屬鹽進入細胞膜。細胞膜是細胞與環境的界面，是細胞進行物質和能量交換的重要通道。正常的細胞膜具有選擇透性，如果把正常植物細胞放在蒸餾水中振蕩，細胞內含物不易滲出細胞外。而當細胞受傷后，破壞了細胞膜的選擇透性，細胞內含物就易外淅，測定細胞膜外淅液電導度能判斷質膜透性大小及受害程度[7]。從該試驗結果來看，前期即第6 天細胞膜透性隨濃度呈不規律變化，第7、8 天變化較為平穩規律。在第6 天取樣時細胞膜透性不規律的原因是此時發了芽的小麥種子仍處于Cu脅迫的前期，處于適應階段，各種體內的生理活動變化比較劇烈，干擾各種物質和離子的進出[8]。第7、8天電導率隨銅含量的增加呈先減后增。隨脅迫時間延長，小麥耐性機制開始發揮作用，存在某些延遲響應來抵御短期高銅處理所造成的傷害[9-11]，比如脯氨酸的積累可以抑制細胞膜的受損過程[12]，于是細胞膜透性先隨銅離子濃度的增加而降低。但保護功能是有限的，尤其是在高濃度下更明顯，小麥的耐性機制開始失效，細胞膜受到破壞，膜透性增加甚至可能完全通透，從而使細胞內的電解質外滲，造成浸種液電導率升高。第8 天電導率較第7 天有所上升，與處理時間呈正相關，相信若將試驗觀察時間加以延長至細胞膜保護完全失效，則會得到膜透性的大小與濃度大小及處理時間呈正相關關系。

種子萌發是種子的胚從相對靜止狀態轉化為生理活躍狀態，進而發育成完整植株的過程。作物種子萌發后的生長狀況及最終產量和品質的高低都與種子萌發狀況休戚相關[13]。因此，研究重金屬污染對種子萌發的影響具有重要的現實意義。

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