铜胁迫对小麦种子萌发的影响

林泮+那日苏+徐妍妍+张凤杰

摘    要：以小麦种子为材料，采用培养皿滤纸发芽法，研究铜胁迫对种子发芽的影响。结果表明：低浓度铜胁迫可促进小麦种子发芽，短时间内高浓度铜胁迫可促进小麦的发芽，但随着时间的增加，小麦的发芽最终受到抑制;细胞表面存在抵抗机制，可在短期内保护细胞膜完整性，但随着时间与浓度的增加，自抵抗作用丧失。

关键词：铜胁迫;小麦种子;发芽率;细胞膜透性

中图分类号：S512.1         文献标识码：A         DOI 编码：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

铜是植物必需的微量营养元素，是植物体内很多关键酶的辅基，但超过一定数量会严重影响植物的代谢机制。 因“三废”排放引起的土壤和水体重金属污染日益加重，农作物中铜蓄积问题严重，沿着食物链传递将严重危害人体健康[1]。小麦是我国北方重要的粮食作物， 研究因冶炼、矿业、能源生产和农药使用带来的铜污染对小麦种子萌发的影响尤为重要[2]。目前，关于重金属胁迫对小麦生长发育的影响研究多数集中在铬盐污染和对幼苗生长阶段的形态学分析方面，而关于铜盐对小麦种子萌发阶段的影响的研究报道很少。本研究以小麦为试验材料，采用室内水培法研究铜胁迫对小麦种子发芽率、膜透性和幼苗生长与生理代谢的影响，探讨小麦种子在铜胁迫下的反应机制，为深入研究铜胁迫下植物的生长与代谢机制提供帮助。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

供试小麦品种选取辽春26号， 产自辽宁省农业科学院作物研究所。 试剂为天津科密欧试剂有限公司提供的氯化铜（CuCl2，分析纯）。

1.2 试验方法

挑选籽粒饱满，大小均一的辽春26号小麦种子于烧杯中，加入适量0.5%的次氯酸钠溶液消毒10 min，再用蒸馏水冲洗数次，滤纸吸干后放入培养皿中开始试验，备用。取直径10 cm的培养皿若干，每个平整放入两张90 cm的滤纸。每个培养皿中均匀放入30粒种子，再分别加入0 mg·L-1（不添加铜离子的蒸馏水为对照），25，50，100 ，200 ，400，800 mg·L-1的氯化铜溶液，每个处理设置3个重复。然后将所有培养皿置入（25±1） ℃恒温箱中培养，光照8 h·d -1，每天补充1次水分，计算发芽个数及发芽率。以胚根长度大于3 mm时为发芽标准，统计6天发芽数。每天发芽率（%）=6 d内每天供试种子的发芽数/供试种子总数×100%。在第6、7、8天，用电导仪法测定相对电导率， 相对电导率 = （浸泡液中电导率值 /煮沸后电导率值 ） × 100%[3]。

2 结果与分析

2.1 铜胁迫对小麦种子的萌发的影响

不同铜离子浓度的溶液处理小麦种子发芽率随时间的变化情况如图1。从图1可以看出，随着铜离子浓度的增加，种子的总发芽率随之降低。观察其发芽率可以发现，小麦第1天的发芽率随铜含量的增加呈先增后减的变化趋势，当铜含量为200 mg·L-1时，小麦的发芽率最大，之后随铜离子浓度的进一步增加发芽率呈下降;从第2 天开始可观察到铜离子浓度的增加对小麦发芽的抑制作用，并逐天增大。

2.2 铜胁迫对小麦种子质膜透性的影响

采用相对电导率来表示铜离子对小麦质膜透性的破坏程度，相对电导率越高，则说明细胞膜透性越大，植株收到了严重的毒害作用。

从图2 可以看出，在不同浓度铜离子的胁迫下，第6 天的电导率呈不规律变化;第7、8 天电导率随铜含量的增加呈先减后增的变化趋势，且在相同浓度下，第7 天电导率较第8 天低。而在图2数据中，800 mg·L-1的电导率都处于一个异常高的状态下，就第7、8 天而言，800 mg·L-1的电导率甚至较当日对照组的电导率高出一倍多。

3 结论与讨论

许多植物的种子萌发和苗期对环境因子的影响较敏感，因此在重金属胁迫下，萌发期和苗期植物生长的变化常作为评价植物重金属忍耐度的重要指标[4]。

对铜离子而言，小麦是比较敏感的植物。试验结果表明，铜离子浓度对小麦种子萌发期的影响表现分为两个方面：就总发芽率来说，随着浓度的升高，铜胁迫对小麦萌发的抑制作用增强。铜的存在，抑制了小麦种子淀粉酶的活性，降低贮存物质的分解速度，而随着浓度的增加，铜的富集作用使种子萌发所需物质和能量的供用受阻，从而降低了萌发率[5]。另一方面观察其第一天发芽情况，在一定范围内（0～200 mg·L-1），对小麦种子的萌发反而起到促进效应。分析其可能原因为：溶液与小麦种子接触时间不长，导致内渗的铜离子浓度不是很高，而此时的浓度刚好对于小麦的萌发起到促进作用;初期高浓度Cu2+引起了细胞活性氧的增加，从而刺激了保护酶系统，使保护酶活性增加[6]，保护酶可能激活小麦种子内萌发酶从而促进小麦种子的萌发。

重金属与细胞壁的结合可阻止过多的金属盐进入细胞原生质，从而保证了植物细胞正常的代谢过程，但细胞壁对重金属的容量是有限的。当细胞壁的容量达到饱和时，重金属盐进入细胞膜。细胞膜是细胞与环境的界面，是细胞进行物质和能量交换的重要通道。正常的细胞膜具有选择透性，如果把正常植物细胞放在蒸馏水中振荡，细胞内含物不易渗出细胞外。而当细胞受伤后，破坏了细胞膜的选择透性，细胞内含物就易外淅，测定细胞膜外淅液电导度能判断质膜透性大小及受害程度[7]。从该试验结果来看，前期即第6 天细胞膜透性随浓度呈不规律变化，第7、8 天变化较为平稳规律。在第6 天取样时细胞膜透性不规律的原因是此时发了芽的小麦种子仍处于Cu胁迫的前期，处于适应阶段，各种体内的生理活动变化比较剧烈，干扰各种物质和离子的进出[8]。第7、8天电导率随铜含量的增加呈先减后增。随胁迫时间延长，小麦耐性机制开始发挥作用，存在某些延迟响应来抵御短期高铜处理所造成的伤害[9-11]，比如脯氨酸的积累可以抑制细胞膜的受损过程[12]，于是细胞膜透性先随铜离子浓度的增加而降低。但保护功能是有限的，尤其是在高浓度下更明显，小麦的耐性机制开始失效，细胞膜受到破坏，膜透性增加甚至可能完全通透，从而使细胞内的电解质外渗，造成浸种液电导率升高。第8 天电导率较第7 天有所上升，与处理时间呈正相关，相信若将试验观察时间加以延长至细胞膜保护完全失效，则会得到膜透性的大小与浓度大小及处理时间呈正相关关系。

种子萌发是种子的胚从相对静止状态转化为生理活跃状态，进而发育成完整植株的过程。作物种子萌发后的生长状况及最终产量和品质的高低都与种子萌发状况休戚相关[13]。因此，研究重金属污染对种子萌发的影响具有重要的现实意义。

参考文献：

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