Cu2+和Zn2+对翅碱蓬种子萌发及幼苗渗透调节物质的影响

赵玥茹 蔡恒江 张靖凡 陈文翰 刘远 陈淼

摘要[目的]探讨重金属胁迫对翅碱蓬种子萌发及幼苗的影响。[方法]利用不同梯度的Cu2+和Zn2+溶液进行水培试验，测定翅碱蓬种子萌发和幼苗渗透调节物质含量的变化。[结果]翅碱蓬种子的总发芽率和萌发速率在较低浓度（50 mg/L）Cu2+胁迫下会上升，而在较高浓度（100、200 mg/L）Cu2+胁迫下会下降;Zn2+胁迫对种子的总发芽率和萌发速率均会产生明显的抑制。Cu2+和Zn2+胁迫会使幼苗可溶性蛋白、可溶性糖和游离脯氨酸含量明显升高。[结论]Cu2+和Zn2+胁迫会影响翅碱蓬种子的萌发，导致幼苗的渗透调节物质升高。

关键词 翅碱蓬;重金属;种子萌发;渗透调节物质

中图分类号 Q945.78文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）15-0045-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.014

开放科学（资源服务）标识码（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 国家自然科学基金项目（41306104）;盘锦红海滩湿地退化及生态修复项目（PHL-XZ-2017013-002）。

作者简介 赵玥茹（1991—），女，辽宁本溪人，硕士研究生，研究方向：海洋生态学。*通信作者，副教授，从事海洋生态学研究。

收稿日期 2019-03-12

河口湿地是河水与海水相遇并混合的区域，在环境调控、维持生态系统平衡和保障生态系统可持续发展中起着无法替代的作用[1]。然而，陆源污染物也会大量输入汇集于此，污染相对严重。在这些污染物中，重金属具有来源广、难降解、易富集等特征，对生态系统健康存在较大负面影响[2-3]。辽河口湿地位于辽河、大辽河入海口交汇处，受重金属污染较为严重。研究表明，Cu、Zn这2种元素在辽河口湿地沉积物中含量较高，最高分别可达108.2、207.7 μg/g[4]。

翅碱蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）是藜科碱蓬属一年生草本植物，它耐盐、耐淹，是辽河口湿地最为典型的湿地滩涂植被。近年来，翅碱蓬出现了不明原因的大面积死亡，湿地滩涂大面积退化裸露，生物多样性锐减，对湿地生态系统造成了严重的威胁[5-6]。翅碱蓬死亡原因较为复杂，其中重金属污染会对其生长产生影响[7]，是死亡的潜在原因之一。研究表明，在重金属胁迫下，植物体内的生理生化代谢会发生紊乱，导致植物抗逆性降低，严重时造成植株死亡[8]。以翅碱蓬为材料，研究重金属Cu2+和Zn2+胁迫对翅碱蓬种子萌发及幼苗渗透调节物质的影响，为探寻湿地退化原因和机理提供参考。

1 材料与方法

1.1 翅碱蓬种子及药品

试验所用翅碱蓬种子采集于辽河口湿地。挑选饱满的种子放入10%NaClO溶液中浸泡15 min后用蒸馏水淋洗，风干后进行试验。

CuSO4和ZnSO4溶于蒸馏水中分别配制成1.00 g/L的 Cu2+和Zn2+母液，用时逐级进行稀释。

1.2 方法

试验在底部铺有3层纱布的500 mL烧杯中进行，取50粒翅碱蓬种子均匀置于烧杯的底部，再加入20 mL不同浓度梯度重金属溶液后用封口膜密封烧杯进行水培试验。Cu2+ 和Zn2+浓度梯度为0（对照）、50、100、200 mg/L，试验设5个平行样，共进行7 d，培养温度为（25±1）℃，光照强度1 500 lx，光暗周期12 h∶12 h。

1.3 种子萌发的测定

每天记录种子的发芽数，胚根突破种皮1 mm视为发芽。

总发芽率=发芽数/50×100%;

萌发速率=N1×1+（N2-N1）×1/2+（N3-N2）×1/3+…+（Nn-Nn-1）×1/n，式中，N为第1，2，…，n天发芽种子的百分率[9]。

1.4 渗透调节物质含量的测定

试验进行7 d后，用镊子把幼苗轻轻夹出，放入蒸馏水中漂洗，并用滤纸轻轻吸干后进行渗透调节物质含量的测定。可溶性蛋白含量参照Bradford的方法测定[10];可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[11];游离脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定[12]。

1.5 数据处理

采用SPSS 11.0进行数据处理及统计分析，用One-way ANOVA进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 Cu2+和Zn2+对翅碱蓬种子萌发的影响

从图1可以看出，当Cu2+浓度较低（50 mg/L）时，翅碱蓬种子总发芽率升高，但并不明显（P>0.05）;当Cu2+浓度较高（100、200 mg/L）时，翅碱蓬种子总发芽率会明显降低（P<0.05），分别较对照降低了8.32百分点和17.22百分点。从图2可以看出，Zn2+会使翅碱蓬种子总发芽率明显降低（P<0.05），随着Zn2+浓度升高，总发芽率降低得愈加明显，Zn2+浓度分别为50、100、200 mg/L时，翅碱蓬种子总发芽率分别降低了11.32百分点、15.02百分点和26.42百分点。

2.2 Cu2+和Zn2+对翅碱蓬幼苗可溶性蛋白含量的影响

从图5、6可以看出，Cu2+和Zn2+对翅碱蓬幼苗可溶性蛋白含量有明显的影响，幼苗可溶性蛋白含量会有不同程度的升高。Cu2+浓度为50、100、200 mg/L时，幼苗可溶性蛋白含量分别升高了2.24%、6.49%和6.85%;Zn2+浓度为50、100、200 mg/L时，幼苗可溶性蛋白含量分别升高了3.71%、572%和4.88%。可溶性蛋白是植物重要的渗透调节物质之一，重金属能够促进络合蛋白的产生，降低对植物的毒害，这可能是植物抵抗重金属胁迫的一种解毒机制[12]。

2.3 Cu2+和Zn2+对翅碱蓬幼苗可溶性糖含量的影响

从图7、8可以看出，Cu2+和Zn2+会使翅碱蓬幼苗可溶性糖含量升高。当Cu2+浓度为200 mg/L时，幼苗可溶性糖含量达到最高，升高了5.57%;Zn2+浓度为100 mg/L时，幼苗可溶性糖含量达到最高，升高了6.42%。可溶性糖是植物的渗透调节物质之一，它的升高会提高幼苗对重金属胁迫的耐受能力。

2.4 Cu2+和Zn2+对翅碱蓬幼苗游离脯氨酸含量的影响

从图9、10可以看出，Cu2+和Zn2+对翅碱蓬幼苗游离脯氨酸含量有明显的影响，幼苗游离脯氨酸含量会有不同程度的升高。Cu2+浓度为50、100、200 mg/L时，幼苗游离脯氨酸含量分别升高了44.10%、89.15%和90.91%;Zn2+浓度为50、100、200 mg/L时，幼苗游离脯氨酸含量分别升高了32.51%、8706%和97.45%。在重金属胁迫条件下，由于有机体的氨基酸代谢发生改变，所以植物会在体内积累大量脯氨酸[13]，从而使幼苗的抗氧化能力增强。

3 结论与讨论

较低浓度（50 mg/L）的Cu2+会使翅碱蓬种子总萌发率和萌发速率上升，而较高浓度（100、200 mg/L）的Cu2+会使总萌发率和萌发速率下降。在试验选择的浓度梯度条件下，Zn2+会对翅碱蓬种子总萌发率和萌发速率起到抑制作用。已有研究结果发现，低浓度重金属胁迫会促进种子的发芽，而高浓度则抑制发芽[14]，这与该试验结果相似。较低浓度Cu2+促进翅碱蓬种子的萌发，这可能与“毒物的兴奋效应”有关[15]。Cu2+和Zn2+使种子萌发受到抑制的原因是淀粉酶和蛋白酶的活性下降，使种子内储藏的淀粉和蛋白质的分解受到抑制，影响种子萌发所需的物质和能量，进而萌发受到抑制[16]。

Cu2+和Zn2+会使翅碱蓬幼苗的渗透调节物质——可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸含量上升。在逆境受胁迫条件下，植物的渗透调节物质会不断积累，这是植物在逆境条件下得以生存的重要机制之一[17]。受到Cu2+和Zn2+胁迫，翅碱蓬幼苗会积累可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸，以调节细胞内的渗透平衡，间接保护那些参与新陈代谢的酶，从而增强幼苗对Cu2+和Zn2+胁迫的抵抗能力[12]。

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