水體鎘污染對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

1、安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),JournalofAnhuiAgri.Sci.2009,37(31):15193-15194,15237責(zé)任編輯姜麗責(zé)任校對傅真治玲水體鎘污染對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響紀(jì)秀娥,許青華(周口師范學(xué)院生命科學(xué)系,河南周口466000)摘要目的研究水體鎘污染對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響,為小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培提供依據(jù)。方法采用不同濃度(0、1、5、30、2+100mg/L)CdCl2溶液模擬水體鎘污染,探討其對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果隨著Cd濃度的增加,小麥幼苗可溶性糖、可溶性蛋白的含量明顯減少,脯氨酸累積量增加,丙二醛(MDA)含量上升,細(xì)胞膜的相對透性也逐漸增強。此外

2、,高濃度的CdCl2溶液2+(100mg/L)會使小麥的根尖呈黃褐色。結(jié)論Cd對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長有明顯的抑制作用。關(guān)鍵詞水體鎘污染;小麥幼苗;可溶性糖;可溶性蛋白;脯氨酸;丙二醛中圖分類號S512.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611(2009)31-15193-02ImpactsofCadmiumPollutionofWaterBodiesontheSeedGerminationandSeedlingGrowthofWheatJIXiu2eetal(DepartmentofLifeScience,ZhoukouNormalUniversity,Zhoukou,Henan466000

3、)AbstractObjectiveTheresearchaimedtostudytheimpactsofcadmiumpollutionofwaterbodiesontheseedgerminationandseedlinggrowthofwheatandprovidesomebasisforhighyieldandhighqualitycultivationofwheat.MethodDifferentconcentrations(0,1,5,30,100mg/L)ofCdCl2solutionwereusedtosimulatethewaterpollutionofcadmiumtrea

4、tedwithyoungplants,anddiscusseditsimpactsontheseed2+germinationandgrowthseedlingsofwheat.ResultTheresultsshowedthatCdhadsignificantinhibitiononthegrowthofwheatseedlings.2+WiththeincreasingconcentrationofCd,solublesugarandsolubleproteinreduced,butPro,MDAcontentandpermeabilityofmembranein22+2+creased.

5、Besides,roottopsofyoungplantsbecametawnywhentheconcentrationofCdwas100mg/L.Cdhassignificantin2hibitionontheseedgerminationandseedlinggrowthofwheat.KeywordsWaterbodyCdpollution;Wheatseedling;Solublesugar;ro;隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展,金屬Cd,過采礦、冶煉、如何緩解和抑制Cd的毒害,為此,筆者采用在種子萌發(fā)期直接脅迫的方法研究水體Cd污染對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響,旨在為小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培提

6、供科學(xué)依據(jù)。1材料與方法1.1材料供試小麥品種為“周麥19”,是豫東地區(qū)的主栽2,即CdCl2對小麥種子的這表明CdCl2對小麥種子胚的傷害隨濃度的遞增而增大。從長勢上看,隨著CdCl2濃度的增大,苗高和根長逐漸縮短,100mg/LCdCl2處理還使幼苗葉片發(fā)黃,根系短小發(fā)育不良,根尖變成紅褐色,這是受鎘毒害的一種表現(xiàn),鎘對小麥的生長表現(xiàn)為抑制作用。這與陳志良等君等674、周青等5、李麗、檀建新等的試驗結(jié)果基本一致。品種。供試Cd制劑為分析純CdCl22.5H2O,用蒸餾水配制成濃度依次為0、1、5、30、100mg/L的處理液。1.2材料處理小麥經(jīng)表面消毒后,分別用0、1、5、30、100m

7、g/L的CaCl2溶液在室溫下浸泡12h;取粒大飽滿的不同濃表1CdCl2對小麥種子萌發(fā)及幼苗苗高和根長的影響Table1TheimpactofCdCl2ontheseedgerminationandseedlinggrowthofwheatCdCl2濃度mg/L01530發(fā)芽率%苗高cm根長cm7.1±0.016.5±0.025.4±0.012.1±0.01度吸脹后的種子各30粒,置于盛有一定量烘干土壤的杯子里,并且澆灌相對應(yīng)濃度的CdCl2溶液;移至人工氣候箱內(nèi),去蓋照光,晝夜溫度分別為25、18。在幼苗生長期間,經(jīng)常向杯中補充相應(yīng)濃度的CdCl2溶

8、液。每個濃度5次重復(fù)。1.3測定內(nèi)容及方法形態(tài)指標(biāo):第8天測定種子的發(fā)芽91±4.715.1±0.0187±5.113.4±0.0286±4.311.6±0.0153±3.66.8±0.012.2CdCl2對小麥幼苗細(xì)胞膜透性及MDA含量的影響率,第12天分別取各處理30株,測定苗高、根長。生理指標(biāo):采用蒽酮法測定可溶性糖含量法測定可溶性蛋白含量二醛(MDA)含量離脯氨酸含量3211植物器官在衰老或逆境條件下,由于自由基的毒害會發(fā)生膜脂的過氧化作用,其產(chǎn)物MDA會嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞膜系統(tǒng)。因此,MDA含量反映了膜脂的過氧

9、化程度。由圖1可知,MDA含量隨著CdCl2濃度的上升呈增加趨勢,1mg/LCdCl2處理較對照增加明顯,但隨著CdCl2濃度的增加,MDA含量變化不明顯,說明從種子萌發(fā)就開始進(jìn)行Cd處理,較低濃度的Cd對膜脂已產(chǎn)生明顯的過氧化作用。2+2+;采用考馬斯亮藍(lán)G2502;采用硫代巴比妥酸顯色法測定丙;采用;采用電導(dǎo)率儀測定細(xì)胞膜透性茚三酮比色法(用紫外分光光度計在515nm處比色)測定游。2結(jié)果與分析2.1CdCl2對小麥種子發(fā)芽率及幼苗苗高和根長的影響由表1可知,當(dāng)CdCl2濃度為1、5mg/L時,小麥種子的發(fā)芽率與對照相差不大,并且初期低濃度處理對小麥種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用;而當(dāng)CdCl2濃度

10、逐漸增大時,小麥種子的發(fā)芽率作者簡介紀(jì)秀娥(1966-),女,河南周口人,教授,從事植物生理生化研究。收稿日期2009207206由圖2可知,隨著Cd脅迫濃度的增加,小麥葉片的細(xì)胞膜透性呈上升趨勢,表現(xiàn)為電導(dǎo)率增加。與MDA不同的是,1mg/LCdCl2處理電導(dǎo)率并未明顯升高,但5mg/LCdCl2處理電導(dǎo)率與MDA含量變化相似,說明膜脂過氧化是膜透性增加的一個重要原因。相關(guān)研究表明,Cd能破壞生物膜的結(jié)構(gòu)8-92+2+,這方面的內(nèi)容有待于進(jìn)一步研究。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All

11、 rights reserved. 15194安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2009年并不高(0.20.7mg/gDW),約占游離氨基酸總量的百分之幾。由圖3可知,在該試驗中,隨著Cd濃度的增加,脯氨酸的含量呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢,說明作物體內(nèi)脯氨酸累積加速可能具有某種生理意義,并與其耐受Cd脅迫有關(guān)。2+2+圖1Cd對小麥幼苗葉片MDA含量的影響Fig.1TheimpactofCdleaves2+2+onMDAcontentinwheatseedling圖3Cd對小麥幼苗葉片脯氨酸含量的影響Fig.3TheimpactofCdleaves2+2+onProcontentinwheatseedlings3,同,

12、隨著Cd,根長均受2+2且具有濃度效應(yīng)。這與張志杰圖2CdFig.2Theimpact22+10等用汞處理得到的2+2+結(jié)果一致。根與莖葉相比,由于根直接接觸Cd溶液,Cdthemembranepermeabilityof毒害先作用于根部細(xì)胞,特別是生長部位的膜結(jié)構(gòu)可能受到破壞,影響物質(zhì)吸收,進(jìn)而抑制地上部的生長。閻雨平等亦證明,Cd對水稻不同器官毒害順序為:根>莖>葉,同一Cd濃度,處理時間越長,幼苗受害越嚴(yán)重2+2+2+2+112+wheatseedlingleaves2.3CdCl2對小麥幼苗可溶性糖、可溶性蛋白含量的影響植物組織中的可溶性糖不僅可以作為呼吸作用的直接底物,而

13、且呼吸代謝可以轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)物質(zhì)或貯藏物質(zhì),同時也是維持細(xì)胞液具有一定滲透勢的重要因素之一。在植物組織的汁液中還含有一定數(shù)量的可溶性蛋白,植物的不同器官或不同生育期其含量差異較大。因此,測定植物組織中可溶性蛋白的含量對于了解植物的代謝狀況有一定的意義。由表2可知,生長在含Cd土壤中的小麥幼苗,其體內(nèi)的可溶性糖和可溶性蛋白含量隨著Cd濃度的增加大大降低,嚴(yán)重干擾了小麥幼苗體內(nèi)的物質(zhì)代謝。這是Cd抑制小麥生長的又一重要原因。表2CdCl2對小麥幼苗可溶性糖及可溶性蛋白含量的影響Table2TheimpactofCdCl2onthecontentofsolublesugarandsolu2CdCl2濃度

14、mg/L可溶性糖mg/gCdClconcentrationSolublesugar08.6917.7656.77305.562+2+2+,這與外部Cd作用和幼苗吸收Cd和積累Cd后的內(nèi)部作用有關(guān),這一雙重作用造成了Cd毒害的時間效應(yīng)。Cd脅迫使小麥幼苗內(nèi)可溶性糖和可溶性蛋白含量減2+2+少,這也是抑制小麥幼苗生長的一個原因。據(jù)李榮春的研究,Cd能降低葉綠素與蛋白質(zhì)結(jié)合的牢固度,導(dǎo)致葉綠素降解,因而同化CO2的能力降低,作為光合產(chǎn)物的糖類(尤其可溶性糖)減少2+122+。2+Cd毒害造成生長受抑制,與Cd處理后幼苗細(xì)胞膜透性加大,過氧化產(chǎn)物增多緊密相關(guān)。該試驗結(jié)果表明,Cd處理后幼苗葉片相對透性

15、增大,電解質(zhì)外滲增加,表明2+質(zhì)膜系統(tǒng)遭受了破壞。另外,MAD含量的增加表明膜脂受到了傷害,過氧化加劇,造成代謝受抑,從而抑制了生長。Cd處理使小麥幼苗葉片脯氨酸含量升高,這也是農(nóng)作2+可溶性蛋白mg/gSolubleprotein5.545.034.293.56物對逆境條件的一種適應(yīng)和抵抗。在逆境條件下,脯氨酸含量上升可以提高農(nóng)作物的抗性,從而提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。參考文獻(xiàn)1白寶璋,靳占忠,李德春.植物生理生化測試技術(shù)M.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1995:25,34-35,37-38,45-48,76-77,88-89,99-100,162.2郝建軍,劉延吉.植物生理學(xué)實驗技術(shù)M.沈陽:遼

16、寧科學(xué)技術(shù)出版社,2001:43-46.3朱光廉,鐘文海,張愛琴,等.植物生理實驗M.北京:北京大學(xué)出版社,1988:25-28.4陳志良,莫大倫.鎘污染對生物有機體的危害及防治對策J.環(huán)境保護(hù)科學(xué),2001(4):37-39.5周青,黃曉華,張一.鎘對種子萌發(fā)的影響J.農(nóng)業(yè)生態(tài)保護(hù),2000,19(下轉(zhuǎn)第15237頁)(3):156-158.2.4CdCl2對小麥幼苗脯氨酸含量的影響相關(guān)研究表明,當(dāng)植物處于高溫、低溫、干旱、鹽漬、大氣污染等逆境下時組織內(nèi)的游離脯氨酸水平明顯提高,人們也通常將脯氨酸含量的變化作為植物體內(nèi)氨基酸代謝是否發(fā)生障礙的指標(biāo)。這是因為脯氨酸的分子結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì),能夠保護(hù)

17、酶的空間結(jié)構(gòu),穩(wěn)定膜系統(tǒng),參與葉綠素的合成,消除NH3的毒害,從而提高植物的抗性。在正常條件下,植物體內(nèi)游離脯氨酸的含量© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 37卷31期羅在柒等內(nèi)生真菌分泌物對金釵石斛酶活性的影響15237增加而升高。加,在分泌物濃度為0.132mg/ml時即達(dá)到飽和;菌株117和菌株120的作用效果相似,金釵石斛POD活性隨著其分泌物濃度的增加呈先降低后升高趨勢,其分泌物臨界濃度為0.066mg/ml。2.3內(nèi)生真菌分泌物對金釵石斛P

18、AL活性的影響由圖3可知,隨著菌株37和菌株120分泌物濃度的增大,PAL活性不斷增強;菌株117分泌物在低濃度時對PAL具有較強的誘導(dǎo)作用,PAL活性達(dá)63.57U/(mgh)。隨著分泌物濃度的增加,PAL活性急劇下降,在PAL活性達(dá)到34.34U/(mgh)后又逐漸增加。3討論圖1內(nèi)生真菌發(fā)酵液對金釵石斛SOD活性的影響Fig.1EffectsofendophyticfungifermentationsolutiononSODactivityofDendrobiumnobile近年來的研究發(fā)現(xiàn),菌根真菌可分泌多種無機和有機化合物,這些分泌物可滿足蘭科植物體生長的需要;菌絲入侵到植物細(xì)胞內(nèi)以

19、后被同化,同時激發(fā)寄主植物體內(nèi)一系列生理生化變化,促進(jìn)寄主植物生理代謝3。研究表明,即使同一種真菌,4。pH5-6,P、POD、LOX活性升高。,金釵石斛原球莖,調(diào)節(jié)體內(nèi)外pH值,激活體內(nèi)茉莉酸等抗性信號物質(zhì)的合成,在此類物質(zhì)達(dá)到植物調(diào)控閾值時,引發(fā)植物體內(nèi)的防衛(wèi)反應(yīng),大量合成圖2內(nèi)生真菌發(fā)酵液對金釵石斛POD活性的影響Fig.2EffectsofendophyticfungifermentationsolutiononPODactivityofD.nobile抗性物質(zhì)7。該研究結(jié)果表明,3株菌株不同濃度分泌物對SOD、POD、PAL活性作用存在差異,這可能是不同菌株分泌物對宿主生理生化代謝的

20、影響不同所致,其具體原因還有待于進(jìn)一步深入研究。參考文獻(xiàn)1李凡,周雪平,陳海如.病毒的侵染策略和植物的防衛(wèi)策略J.微生物學(xué)通報,2001,28(3):83-87.2郭順星,陳曉梅,于雪梅,等.金線蓮菌根真菌的分離及其生物活性研究J.中國藥學(xué)雜志,2000,35(7):344-346.3梁宗琦.真菌次生代謝產(chǎn)物多樣性及其潛在應(yīng)用價值J.生物多樣性,1999,7(2):145-150.4谷蘇,邵華,蔣曉華,等.藥用植物內(nèi)生真菌多樣性及其活性成分的潛在應(yīng)用價值J.中國藥學(xué)雜志,2001,36(1):14-15.5LIT,DUAND,YANGQ,etal.Effectsofinoculationofa

21、rbuscularmycor2rhizalfungiglomusmosseaeonSODandCATactivityinsuaedasalsaseedlingsundersaltstressJAgriculturalScience&Technology,2008,9(5):31-33,87.6羅在柒,乙引.3種內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子對金釵石斛部分生化指標(biāo)的影響J.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)2007,35(5):20-23.2+7WANGL,WANGLS,WANGL,etal.EffectsofHgonisozymesofper2oxidase,catalaseandsuperoxidedismutaseinwheatseedlingsJAg