水楊酸在鎘脅迫下對玉米種子發芽和幼苗生理特性的影響研究

羅秋權/湖南人文科技學院農業與生物技術學院

水楊酸在鎘脅迫下對玉米種子發芽和幼苗生理特性的影響研究

羅秋權/湖南人文科技學院農業與生物技術學院

采用水培的實驗方法來培養玉米種子，通過玉米種子發芽試驗來研究水楊酸在鎘脅迫下對玉米種子的萌發及幼苗生理特性的影響。結果表明：不同鎘離子濃度對玉米種子的發芽及幼苗生理特性有不同影響。在一定范圍內，隨著鎘離子的濃度升高，玉米的發芽率及發芽勢越低，玉米幼苗中可溶性糖、蛋白質和丙二醛的含量也越高。而加入適量的水楊酸后，玉米種子的發芽率相對對照組最高提高了7.78％；玉米幼苗葉片中可溶性糖最高提高了0.51％，可溶性蛋白質最高提高了371.14 μg·ml-1；丙二醛的含量相對對照組最高降低了219.97 μmol·g-1。表明水楊酸在鎘脅迫下對玉米有一定的緩解效果。

水楊酸；鎘脅迫；玉米；生理特性

玉米是我國農業生產的主體部分之一，其生產的高低對我國農業生產有著重要的影響。隨著工業化進程的加快，人們所生活的物質環境的污染日趨嚴重，尤其是鎘等重金屬的污染越來越嚴重，對我國的農業已然造成了嚴重的影響。所以，減少鎘等重金屬對玉米生產的影響也越來越重要。而鎘等重金屬污染對環境、抑制作物生長發育以及影響農產品安全和人體健康危害很大[1]。

水楊酸是生物體內普遍存在的酚類化合物之一，它可以促進種子萌發、幼苗生長等生理作用。為進一步探討水楊酸對鎘脅迫下的植物的作用規律，本研究采用水培試驗方法，在含有不同濃度鎘培養液中添加適量的水楊酸，探討適量水楊酸在不同濃度的鎘脅迫下對玉米種子的發芽及萌發后的生理特性的影響，從而為預防玉米重金屬早期傷害及重金屬污染土壤的治理提供理論依據。

1.材料與方法

試驗材料是從市場上購買來的普通玉米種子，再從中選取大小均勻、健康飽滿的無蟲害的玉米種子。

試驗共設計10個處理，以是否加入水楊酸為對照分為2組，每組設多個不同鎘離子濃度梯度，分別為：0 μmol·L-1、50 μmol·L-1、100 μmol·L-1、150 μmol·L-1、200 μmol·L-1。每個處理設3次重復。

選擇均勻、飽滿、健康、無蟲害的玉米種子，用2.5％次氯酸鈉消毒15 min，用自來水反復沖洗，再用去離子水沖洗數次。將種子分成與處理數相應份額，每份80粒，裝入干凈的小燒杯中并標記號碼，分別用水楊酸濃度梯度為0 μmol·L-1、50 μmol·L-1、100 μmol·L-1、150 μmol·L-1、200 μmol·L-1浸泡12 h。然后依次移入鋪有兩層濾紙的培養皿中，每皿20粒，余下種子做更換替補，用相應濃度的水楊酸于光照培養箱中培養（培養箱溫度25 ℃，光控12 h，間隔12 h）。每個處理重復三次。一周后，選取玉米種子發芽和幼苗生長最好的一組作為最適水楊酸濃度。

選擇均勻飽滿玉米種子，用2.5％次氯酸鈉消毒15 min，用自來水反復沖洗，再用去離子水沖洗數次。將種子分成與處理數相應份額，每份100粒，裝入干凈的小燒杯中并標記號碼，然后用相應鎘濃度和最適濃度的水楊酸溶液浸種12 h。采用水培法將種子按編號依次移入鋪有兩層濾紙的培養皿中，每皿30粒，余下種子做更換替補，于光照培養箱中培養（培養箱溫度25 ℃，光控12 h，間隔12 h）。補充等量相應濃度的鎘和最適濃度的水楊酸溶液或去離子水。培養一周左右，并記錄好其發芽數。然后將發芽的種子苗移至含相應濃度處理液的水培箱中繼續培養, 每組10株, 每個處理重復3次。一周后, 每個指標隨機抽5 株植株進行測定其可溶性總糖、蛋白質含量、丙二醛含量等生理指標, 取其平均值。

用蒽酮比色法測定其可溶性總糖，采用考馬氏亮藍染料結合法測定其蛋白質含量，用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測定其丙二醛的含量，采用Excel制作圖標，DPS軟件進行數據處理與分析。

2.結果與分析

2.1水楊酸最適濃度的篩選

玉米種子用相應濃度的水楊酸于光照培養箱中培養（培養箱溫度25 ℃，光控12 h，間隔12 h）。一周后，進行觀察，統計種子的發芽數，實驗結果見表1。從表1中可知，用100 μmol·L-1的水楊酸濃度處理過的玉米種子的發芽率最好。因此選取100 μmol·L-1的水楊酸濃度為本實驗的后續處理濃度。

表1 不同濃度的水楊酸對玉米種子的發芽率的影響

2.2水楊酸在鎘脅迫下對玉米種子發芽的影響

采用水培法將玉米種子按編號依次移入鋪有兩層濾紙的培養皿中，每皿30粒，余下種子做更換替補，于光照培養箱中培養（培養箱溫度25 ℃，光控12 h，間隔12 h），補充等量相應濃度的鎘和100 μmol·L-1的水楊酸溶液或去離子水。培養一周左右，各處理組發芽勢及發芽率數據見表2，從表2中看出：在沒有加水楊酸的試驗組中空白對照的玉米種子發芽率及發芽勢最好，隨著鎘離子濃度增加發芽率及發芽勢越來越差；加入水楊酸處理組發芽率及發芽勢明顯高于對照組。并且在發芽率方面，當鎘離子濃度低于或等于150 μmol·L-1時對照組和處理組都沒有顯著性差異，而當鎘離子濃度達到200 μmol·L-1時對照組與處理組卻存在顯著性差異，但沒有達到極顯著性差異。在第5天的發芽勢中所有的對照組與處理組都不存在明顯性差異的現象。

表2 水楊酸在不同鎘離子濃度脅迫下對玉米種子的發芽率及發芽勢的影響

2.3.1水楊酸在鎘脅迫下對玉米幼苗葉片中可溶性糖含量的影響

實驗采用蒽酮比色法測定各個組項的可溶性糖含量數據見圖1。從圖1可以看出不管是處理組還是對照組的玉米幼苗葉片中可溶性糖的含量都隨著重金屬鎘濃度的增加而增加，并且不難看出在加入水楊酸的處理組中玉米幼苗中可溶性糖的含量比沒加水楊酸的對照組可溶性糖的含量增加的還要多（最高竟達到0.51％左右）而且增加的幅度要大得多。這就說明，一定量的水楊酸使在鎘離子脅迫下的玉米幼苗葉片中的可溶性糖的含量提高。

圖1 水楊酸在不同鎘離子濃度脅迫下對玉米葉片中的可溶性糖的含量的影響

2.3.2水楊酸在鎘脅迫下對玉米幼苗葉片中蛋白質含量的影響

本實驗通過考馬氏亮藍染料結合法測定各組處理中玉米幼苗葉片中的可溶性蛋白質含量的數據見圖2。從圖2中可以看出玉米幼苗葉片中可溶性蛋白質的含量在鎘離子濃度低于150 μmol·L-1之前隨著重金屬鎘濃度的增加也隨之增加，并且在加入水楊酸處理組的玉米幼苗葉片中可溶性糖的含量比沒加水楊酸的對照組中的含量還要多，最大程度竟多出371.14 μg·ml-1左右。但在150 μmol·L-1到200 μmol·L-1這區間中不管試驗組還是對照組玉米幼苗葉片中的蛋白質的含量大幅度下降，且下降的幅度大致相同。這說明是否加入水楊酸在一定的鎘離子濃度范圍內，玉米幼苗葉片中的蛋白質含量會增加；而超過某個量后就會使其含量降低。而加入一定量的水楊酸會使玉米幼苗葉片中的可溶性蛋白質含量相對于相應的沒加水楊酸的玉米幼苗葉片中的可溶性蛋白質含量要更高。

2.3.3水楊酸在鎘脅迫下對玉米幼苗葉片中丙二醛含量的影響

采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測定各組玉米幼苗葉片中的丙二醛含量的數據，在沒加鎘離子的對照組中玉米幼苗葉片中的丙二醛的含量基本相同，而玉米幼苗受鎘離子脅迫后，葉片中的丙二醛含量會隨之重金屬濃度的增加而提高，隨著鎘離子的濃度的增加而增加。在比較之下加入水楊酸的實驗組相對于相對應未加水楊酸的對照組來說，增加的程度要低，且最大低至219.97 μmol·g-1。因此可以說，一定量的水楊酸在鎘離子脅迫下能降低玉米幼苗葉片中的丙二醛含量。

3結論與討論

本研究采用室內水培法的方式，研究了水楊酸在鎘脅迫下對玉米種子萌發及幼苗生理特性的影響。研究結果表明：（1）種子萌發既是玉米生活周期的起點，也是玉米感知外界環境的最初生命階段，對重金屬污染最敏感，較低濃度（0 μmol·L-1-150 μmol·L-1）的鎘離子處理后，玉米幼苗葉片中蛋質含量呈上升趨勢，較高濃度（150 μmol·L-1-200 μmol·L-1）鎘離子處理，使可溶性蛋白質含量降低。在較低濃度的鎘離子處理下，可溶性蛋白質的含量升高可能是由于鎘離子作為一種逆境因子激活了葉片中的抗氧化酶以及一些抗性蛋白的產生，較高濃度的鎘離子則一方面抑制蛋白質的合成，另一方面又加速了蛋白質的降解。

可溶性的糖對植物細胞具有滲透調節及保護膜結構穩定的作用，植物為了適應逆境環境會主動積累一些可溶性糖，可溶性糖降低細胞滲透勢和冰點，以適應外界環境的變化[16]。本研究中，隨著鎘離子處理濃度的增大，可溶性糖的含量也增加 ，這說明玉米幼苗對鎘離子毒害有一定的抗性。俞慧娜等[17]認為，在較高濃度的錳處理下，大豆葉片中脯氨酸含量增加是為了適應不利其生長的環境。該研究結果表明，在鎘離子處理下，玉米幼苗葉片組織中的脯氨酸含量增加與可溶性糖的含量增加是一致的，推測兩者共同對抗鎘離子的毒害。

丙二醛的含量的高低表明植物質膜的過氧化作用的強弱。丙二醛的含量越高，質膜的過氧化作用越強；反之則越弱[15]。本研究結果表明，一定濃度的水楊酸能降低玉米葉片中丙二醛的含量，從而減弱質膜的過氧化作用，使玉米的抗鎘離子傷害能力提升。總之，一定濃度的水楊酸對植物在鎘脅迫下有一定的緩解或抵抗作用。而水楊酸與鎘等重金屬之間的作用機理問題還需進一步研究。

[1]張大鵬,蔡春菊,范少輝,等.重金屬Pb2+和Cd2+對毛竹種子萌發及幼苗早期生長的影響[J].林業科學研究,2012,25(4):500-504.

[2]周媛,劉鵬.水楊酸對鋁脅迫下栝樓生長的調控機理研究[D].浙江師范大學碩士學位論文,2013,32-37.[3]趙明月,方巖雄,紀紅兵.水楊酸保結工藝和機理及其包結物的性能研究[D].廣州工業大學碩士學位論文,2013,55-59.

[4]朱杉, 安黎哲.擬南芥水楊酸通路蛋白參與植物抗生物脅迫的作用機理研究[D].蘭州大學博士學位論文,2013,2-4.

[5]張大鵬,蔡春菊,范少輝,蘇文會.重金屬Pb2+和Cd2+對毛竹種子萌發及幼苗早期生長的影響[J].林業科學研究,2012,04:500-504.

羅秋權（1993-），男，湖南郴州市人，湖南人文科技學院農業與生物技術學院2012級學生。