Cu2+和Zn2+對翅堿蓬種子萌發及幼苗滲透調節物質的影響

趙玥茹 蔡恒江 張靖凡 陳文翰 劉遠 陳淼

摘要[目的]探討重金屬脅迫對翅堿蓬種子萌發及幼苗的影響。[方法]利用不同梯度的Cu2+和Zn2+溶液進行水培試驗，測定翅堿蓬種子萌發和幼苗滲透調節物質含量的變化。[結果]翅堿蓬種子的總發芽率和萌發速率在較低濃度（50 mg/L）Cu2+脅迫下會上升，而在較高濃度（100、200 mg/L）Cu2+脅迫下會下降;Zn2+脅迫對種子的總發芽率和萌發速率均會產生明顯的抑制。Cu2+和Zn2+脅迫會使幼苗可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸含量明顯升高。[結論]Cu2+和Zn2+脅迫會影響翅堿蓬種子的萌發，導致幼苗的滲透調節物質升高。

關鍵詞 翅堿蓬;重金屬;種子萌發;滲透調節物質

中圖分類號 Q945.78文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）15-0045-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.014

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract[Objective]The effects of heavy metal stress on seed germination and seedlings of Suaeda heteroptera were studied.[Method]The changes of seed germination and osmotic adjustment substances in seedling were measured under different gradients of Cu2+ and Zn2+ solutions by water culture test.[Result]The total germination percent and germination rate of S. heteroptera seeds were increased under low Cu2+ concentration （50 mg/L）， but decreased under higher Cu2+ concentration （100， 200 mg/L）. Zn2+ stress could inhibit the total germination percent and germination rate of S. heteroptera seeds. The contents of soluble protein， soluble sugar and free proline in seedlings were increased under Cu2+ and Zn2+ stress.[Conclusion]Cu2+ and Zn2+ could affect the germination of S. heteroptera seeds and increased osmotic adjustment substances of S. heteroptera seedlings.

Key words Suaeda heteroptera Kitagawa;Heavy metal;Seed germination;Osmotic adjustment substances

基金項目 國家自然科學基金項目（41306104）;盤錦紅海灘濕地退化及生態修復項目（PHL-XZ-2017013-002）。

作者簡介 趙玥茹（1991—），女，遼寧本溪人，碩士研究生，研究方向：海洋生態學。*通信作者，副教授，從事海洋生態學研究。

收稿日期 2019-03-12

河口濕地是河水與海水相遇并混合的區域，在環境調控、維持生態系統平衡和保障生態系統可持續發展中起著無法替代的作用[1]。然而，陸源污染物也會大量輸入匯集于此，污染相對嚴重。在這些污染物中，重金屬具有來源廣、難降解、易富集等特征，對生態系統健康存在較大負面影響[2-3]。遼河口濕地位于遼河、大遼河入海口交匯處，受重金屬污染較為嚴重。研究表明，Cu、Zn這2種元素在遼河口濕地沉積物中含量較高，最高分別可達108.2、207.7 μg/g[4]。

翅堿蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）是藜科堿蓬屬一年生草本植物，它耐鹽、耐淹，是遼河口濕地最為典型的濕地灘涂植被。近年來，翅堿蓬出現了不明原因的大面積死亡，濕地灘涂大面積退化裸露，生物多樣性銳減，對濕地生態系統造成了嚴重的威脅[5-6]。翅堿蓬死亡原因較為復雜，其中重金屬污染會對其生長產生影響[7]，是死亡的潛在原因之一。研究表明，在重金屬脅迫下，植物體內的生理生化代謝會發生紊亂，導致植物抗逆性降低，嚴重時造成植株死亡[8]。以翅堿蓬為材料，研究重金屬Cu2+和Zn2+脅迫對翅堿蓬種子萌發及幼苗滲透調節物質的影響，為探尋濕地退化原因和機理提供參考。

1 材料與方法

1.1 翅堿蓬種子及藥品

試驗所用翅堿蓬種子采集于遼河口濕地。挑選飽滿的種子放入10%NaClO溶液中浸泡15 min后用蒸餾水淋洗，風干后進行試驗。

CuSO4和ZnSO4溶于蒸餾水中分別配制成1.00 g/L的 Cu2+和Zn2+母液，用時逐級進行稀釋。

1.2 方法

試驗在底部鋪有3層紗布的500 mL燒杯中進行，取50粒翅堿蓬種子均勻置于燒杯的底部，再加入20 mL不同濃度梯度重金屬溶液后用封口膜密封燒杯進行水培試驗。Cu2+ 和Zn2+濃度梯度為0（對照）、50、100、200 mg/L，試驗設5個平行樣，共進行7 d，培養溫度為（25±1）℃，光照強度1 500 lx，光暗周期12 h∶12 h。

1.3 種子萌發的測定

每天記錄種子的發芽數，胚根突破種皮1 mm視為發芽。

總發芽率=發芽數/50×100%;

萌發速率=N1×1+（N2-N1）×1/2+（N3-N2）×1/3+…+（Nn-Nn-1）×1/n，式中，N為第1，2，…，n天發芽種子的百分率[9]。

1.4 滲透調節物質含量的測定

試驗進行7 d后，用鑷子把幼苗輕輕夾出，放入蒸餾水中漂洗，并用濾紙輕輕吸干后進行滲透調節物質含量的測定。可溶性蛋白含量參照Bradford的方法測定[10];可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[11];游離脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定[12]。

1.5 數據處理

采用SPSS 11.0進行數據處理及統計分析，用One-way ANOVA進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 Cu2+和Zn2+對翅堿蓬種子萌發的影響

從圖1可以看出，當Cu2+濃度較低（50 mg/L）時，翅堿蓬種子總發芽率升高，但并不明顯（P>0.05）;當Cu2+濃度較高（100、200 mg/L）時，翅堿蓬種子總發芽率會明顯降低（P<0.05），分別較對照降低了8.32百分點和17.22百分點。從圖2可以看出，Zn2+會使翅堿蓬種子總發芽率明顯降低（P<0.05），隨著Zn2+濃度升高，總發芽率降低得愈加明顯，Zn2+濃度分別為50、100、200 mg/L時，翅堿蓬種子總發芽率分別降低了11.32百分點、15.02百分點和26.42百分點。

2.2 Cu2+和Zn2+對翅堿蓬幼苗可溶性蛋白含量的影響

從圖5、6可以看出，Cu2+和Zn2+對翅堿蓬幼苗可溶性蛋白含量有明顯的影響，幼苗可溶性蛋白含量會有不同程度的升高。Cu2+濃度為50、100、200 mg/L時，幼苗可溶性蛋白含量分別升高了2.24%、6.49%和6.85%;Zn2+濃度為50、100、200 mg/L時，幼苗可溶性蛋白含量分別升高了3.71%、572%和4.88%。可溶性蛋白是植物重要的滲透調節物質之一，重金屬能夠促進絡合蛋白的產生，降低對植物的毒害，這可能是植物抵抗重金屬脅迫的一種解毒機制[12]。

2.3 Cu2+和Zn2+對翅堿蓬幼苗可溶性糖含量的影響

從圖7、8可以看出，Cu2+和Zn2+會使翅堿蓬幼苗可溶性糖含量升高。當Cu2+濃度為200 mg/L時，幼苗可溶性糖含量達到最高，升高了5.57%;Zn2+濃度為100 mg/L時，幼苗可溶性糖含量達到最高，升高了6.42%。可溶性糖是植物的滲透調節物質之一，它的升高會提高幼苗對重金屬脅迫的耐受能力。

2.4 Cu2+和Zn2+對翅堿蓬幼苗游離脯氨酸含量的影響

從圖9、10可以看出，Cu2+和Zn2+對翅堿蓬幼苗游離脯氨酸含量有明顯的影響，幼苗游離脯氨酸含量會有不同程度的升高。Cu2+濃度為50、100、200 mg/L時，幼苗游離脯氨酸含量分別升高了44.10%、89.15%和90.91%;Zn2+濃度為50、100、200 mg/L時，幼苗游離脯氨酸含量分別升高了32.51%、8706%和97.45%。在重金屬脅迫條件下，由于有機體的氨基酸代謝發生改變，所以植物會在體內積累大量脯氨酸[13]，從而使幼苗的抗氧化能力增強。

3 結論與討論

較低濃度（50 mg/L）的Cu2+會使翅堿蓬種子總萌發率和萌發速率上升，而較高濃度（100、200 mg/L）的Cu2+會使總萌發率和萌發速率下降。在試驗選擇的濃度梯度條件下，Zn2+會對翅堿蓬種子總萌發率和萌發速率起到抑制作用。已有研究結果發現，低濃度重金屬脅迫會促進種子的發芽，而高濃度則抑制發芽[14]，這與該試驗結果相似。較低濃度Cu2+促進翅堿蓬種子的萌發，這可能與“毒物的興奮效應”有關[15]。Cu2+和Zn2+使種子萌發受到抑制的原因是淀粉酶和蛋白酶的活性下降，使種子內儲藏的淀粉和蛋白質的分解受到抑制，影響種子萌發所需的物質和能量，進而萌發受到抑制[16]。

Cu2+和Zn2+會使翅堿蓬幼苗的滲透調節物質——可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量上升。在逆境受脅迫條件下，植物的滲透調節物質會不斷積累，這是植物在逆境條件下得以生存的重要機制之一[17]。受到Cu2+和Zn2+脅迫，翅堿蓬幼苗會積累可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸，以調節細胞內的滲透平衡，間接保護那些參與新陳代謝的酶，從而增強幼苗對Cu2+和Zn2+脅迫的抵抗能力[12]。

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