Cu2+胁迫对狭叶香蒲种子萌发与生长及抗氧化物活性的影响

黄振燕　贺柯翔　鄢梦玲　杨贤均

摘要以狭叶香蒲种子及幼苗为材料，研究了0、50、100、150、200、300μmol/LCu2+胁迫下狭叶香蒲种子的萌发特性，以及0、250、500、750、1000μmol/LCu2胁迫下狭叶香蒲幼苗的生理响应。结果表明，当Cu2+浓度增加时，狭叶香蒲种子的萌发率、萌发势和活性逐渐减弱;随着Cut浓度增加，叶片和根中的POD活性上升，且在750～1000μmol/LCu2+胁迫下叶片的POD活性显著高于对照组;在Cu2*影响下幼苗的子叶以及根中AsA和MDA显著高于对照组。当Cu2+浓度增加时，狭叶香蒲叶片和根部的MAD呈先上升后趋于稳定的趋势，且与对照组无显著差异。可见，狭叶香蒲幼苗叶片对Cu2+胁迫的敏感性比根部强，其种子可在轻度（0～300μmol/）污染的水体中萌发，狭叶香蒲幼苗对Cu2*存在着可耐性，可用于Cu2+轻度污染和中度污染的治理和修复。

关键词 狭叶香蒲;Cut胁迫;种子萌发;抗氧化物活性

中图分类号 S567.23+9

文献标识码 A

文章编号 1007-5739（2019）05-0157-03

随着社会的进步与经济的快速发展，水体受重金属的影响日益严重。这种影响通过整条食物链的集聚，直接或间接地威胁人类的生存环境"。在处理水质被重金属污染的修复技术中，采用水生植物进行修复的方法越来越受到业内同行的认可，其具有事半功倍的环境治理效益、不会对水体构成二次污染治理成本价格较低、无需中间运送费用等优势12-3）。在众多重金属污染问题中，其中污染比较严重的是Cu2+，其一直是恶性循环体，亟待人们提出相应的治理方案。通过种植转化Cu2+毒害能力比较好的水生植物，将Cu2+对生态系统的污染导人良性循环，是保护水体良性水质的有效方法之一。

狭叶香蒲（Typhaangustifolia Linn.）是香蒲科香蒲属植物，多年生水生或沼生草本，根部呈淡黄色、黄灰色，发达部分呈白色，生长在湖水、小溪、水池岸边，湿地水渠经常可见，即使地面出现龟裂也能继续生长，也可生长在湿地里。陈桂珠等、阳承胜等研究发现，香蒲属植物对化学工厂产生的污染物（其中含有Cu、Zn.Cd等重金属元素）可以进行治理，有改善水体污染的功能。张开明等阿刘素纯等间Zhangs等嘟对重金属污染对植物的影响进行了研究。关于Cu2+对绿色植物生长机理的影响研究有很多18-10但对Cu2+胁迫下狭叶香蒲种子的萌发以及幼苗生长的影响还鲜见报道。本研究以狭叶香蒲为材料，探讨不同程度Cu2+胁迫下狭叶香蒲种子萌发及其幼苗生长机理，以期为狭叶香蒲净化Cu2污染水体提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料为狭叶香蒲的蒲棒（种子）以及当年生幼苗，分别于2016年9月20日和2017年3月22日采集于湖南省邵阳市大祥区池塘。

1.2试验准备

1.2.1实地采取种子。采用水泡选法、鼓风机选法在收集好的狭叶香蒲堆中选出肥大、营养器官健全的种子，并去掉种皮上的附着物。

1.2.2狭叶香蒲种子萌发的最适温度。本次课题以研究不同Cu2+胁迫浓度对狭叶香蒲种子萌发特性的影响为主，且本研究在狭叶香蒲种子温度试验结果的基础之上进行。因此，先进行温度试验，即设置10、15、20、25、30C共5个温度梯度，取消毒后的培养皿盛放大小一致的饱满狭叶香蒲种子5份，每份50颗，加入蒸馏水至种子1/3处，再放人培养箱中在上述温度梯度条件下开始试验。在试验阶段，每隔24h观察培养皿的水分情况并记录狭叶香蒲种子的萌发情况，在试验开始后的第7天，首先观察到25C条件下种子萌发，直至试验结束，5个温度梯度共萌发162粒狭叶香蒲种子，多组研究显示25C条件下狭叶香蒲种子的萌芽程度最高。为精确其最佳发芽温度，试验组在23～28C之间再进行一次温度试验，最终得到狭叶香蒲的最佳萌发温度为24C。此后试验都在最佳温度基础上进行。

1.3试验方法

1.3.1Cu2+胁迫对狭叶香蒲种子萌芽率的影响。将处理后的种子用20μmol/LNaCl0溶液浸泡6min，再用干净自来水过滤，然后将其收集放人分好类的培养皿中，在培养皿中垫人滤纸，共分7组，分别加入0（CK）、50、100、150、200、300μmol/LCuSO4溶液，种子要被溶液完全覆盖，其中对照组（CK）为不添加CuSO4溶液的等量蒸馏水。4次重复，等量放入100粒种子，然后将培养皿放人24C光照培养箱中，提供24h恒温和12h光照时间。计算狭叶香蒲种子的发芽率，观察幼苗生长响应总趋势，发芽率计算公式为：发芽率（%）=（研究完成后健康萌发并生长正常的种子数/研究开始前培养皿中的种子数量）x100;种子活力（%）=（种子发芽20d生长健康的幼苗/研究中已经发芽的培养皿中的种子数量）10013。1.3.2狹叶香蒲幼苗在Cu2+胁迫条件下的生理响应。将正常发芽的狭叶香蒲幼苗用已消毒的镊子夹人至生长箱中，记录处理前后的根和叶的生长状况，注入适量蒸馏水清洗9d（每3d为一个周期进行替换），然后转至保温箱中，用植物生长营养液进行培养，每24h更换1次培养液，待幼苗根长达到一定数量后，挑选出生长状况相似的幼苗，等量放到0、250、500、750、1000μmol/LCu（NO3）2营养溶液中，每个梯度设4次重复。经过15d培养液浸泡后，用镊子取出并将其均分成上部组织和根部组织，用蒸馏水洗净后进行生理响应指标变化的记录。

1.4数据分析

采用电子设备合并数据进行分析，对数据及差异性进行分析。

2结果与分析

2.1狭叶香蒲种子诱发症状在Cu2t胁迫下的响应

不同浓度Cu2胁迫对狭叶香蒲种子的诱发情况影响如表1所示。可以看出，在Cu2胁迫状态下，随着Cu2+含量不断提高，狭叶香蒲种子的萌发情况、萌发趋势、萌发症状和生命活性都逐渐下降4。在50μumol/LCu2+的胁迫条件下，种子的萌芽率、萌芽数.种子活性系数与对照组不存在差异;当Cu2+）浓度达150μmol/L时，种子的萌芽率、萌芽数、种子活性系数均明显低于对照，其值分别较对照降低了16.6%、16.0%和42.4%，说明在150μumol/LCu2胁迫条件下狭叶香蒲种子的萌发受到了一定的抑制;当Cu2+浓度达到300μmol/L时，种子的萌芽率、萌芽数、种子活性系数很明显低于对照组且降低幅度大，分别比对照降低了51.7%、50.7%、65.5%。综上所述，随着Cu2+浓度逐渐增高，对狭叶香蒲种子萌发的抑制作用越大。

2.2Cu2+胁迫对狭叶香蒲幼苗生理特性的影响

2.2.1对狭叶香蒲幼苗叶片以及根中SOD、POD活性的影响。在不同浓度Cu2+胁迫条件下，狭叶香蒲幼苗中叶片、根中SOD与POD活性的响应见表2。可以看出，在不同浓度Cu2+胁迫条件下，狭叶香蒲叶片、根中SOD活性均显著高于对照且差异显著，但两者变化趋势各不相同。叶片SOD活性随着Cu2+浓度变大波动，但整体呈上升的趋势，其中在250～500pumol/L浓度下波动较大，在500～1000μmol/L浓度下增幅较小，在1000μmol/LCu2胁迫条件下达到最高，为对照的2.93倍。根中SOD活性则随着Cu2+浓度变大表现出先上升后下降的趋式，Cu2+胁迫下波动最高的浓度是500μmol/L，SOD活性达到724.54U/g，为对照的3.39倍;在1000μmol/LCu2+胁迫条件下，SOD活性为534.88U/g，为对照的2.50倍。

不同浓度Cu2+胁迫条件下，狭叶香蒲的叶片和根中POD活性随着Cu2+浓度的增加而，上升。在250μmol/LCu2+胁迫条件～下叶片POD活性略低于对照，在500μmol/LCu2+胁迫条件下与对照有显著差异;而在750、1000μmol/LCu2+胁迫条件下叶片POD活性显著高于对照组，分别为对照组的1.51倍和1.71倍。

2.2.2对狭叶香蒲幼苗叶片以及根中AsA、MDA的影响。在不同浓度Cu2胁迫下，狭叶香蒲幼苗子叶以及根中的AsA和MDA的响应情况如表3表示。可以看出，不同浓度Cu2+胁迫情况下狭叶香蒲子叶以及根中的AsA显著高于对照，叶片中的AsA活性都表现出上升趋势，但在250μmol/LCu2+胁迫条件下与对照组差异不明显;而在1000μmol/LCu2+胁迫条件下，叶片中的AsA活性与对照组存在着很明显的差异，为对照组的1.52倍。根中AsA的活性与对照组存在明显差异，并随着Cu2+浓度的上升呈先上升而后趋于平稳的趋势，根中AsA的活性在750μmol/LCu2+胁迫条件下，为对照组的5.08倍。

在Cu2+胁迫影响下，狭叶香蒲幼苗子叶和根中MDA活性与对照组差异不明显，仅仅只是波动变化和波动趋势存在微小差异。叶片中MDA活性随着Cu2+浓度变大表现出先上升后稍有下降的波动趋式，在750μmol/LCu2+胁迫条件下最高。研究发现，叶片中的MDA与对照组差异不显著，说明不同浓度Cu2+胁迫对狭叶香蒲幼苗叶片的质膜基本不存在过氧化破坏。根中的MDA活性随着Cu2+含量上升呈现高一低一高的波动变化，在500μmol/LCu2时活性最大，是对照组的1.27倍;但是其他处理根中的MDA活性与对照组没有很明显的差别，很有可能是较低浓度Cu2+胁迫时狭叶香蒲幼苗产生的抗逆性而表现出MDA活性上升。

3结论与讨论

试验结果表明，随着Cu2+浓度逐渐上升，狭叶香蒲种子的萌发率、萌发趋势、萌发症状和生命活性均呈下降趋势，这与试验之前所收集到的文献结论基本一致。该试验中，在Cu2胁迫浓度较低（50～150μmol/L）的情况下，狭叶香蒲种子的发芽症状以及小苗的生理响应比对照组低，显然，浓度偏低的Cu2胁迫对狭叶香蒲种子的萌发及其幼苗的生理响应均存在着不同程度的影响，但其发芽率仍然达到了63%，这也说明狭叶香蒲能在较低的Cu2+胁迫环境下萌发、生长;在相对高浓度Cu2+（150～300μmol/L）时，狭叶香蒲种子的发芽率和幼苗的生理响应情况都明显低于对照组，在浓度高达300μmol/L情況下发芽率仅有36.5%，比对照组降低了51.7%;萌发的种子活力也只有28.05%。由此可见，浓度高的Cu2+胁迫对狭叶香蒲种子的发芽率和幼苗生理响应具抑制作用，这与王穗子等对Cu胁迫条件下AMF对海洲香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂过氧化的影响的相关试验结果一致。

超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）是绿色植物体内抗氧化组织的重要组成部分，其具有可抑制活性氧生成、消灭超氧阴离子自由基限制脂质过氧化和减低细胞膜系统受伤等功能15-17。在不同浓度Cu2+胁迫影响下，狭叶香蒲幼苗子叶以及吸收组织SOD活性都表现出比空白对照组高的现象，这充分表明Cu2+胁迫可以增加狭叶香蒲体内细胞消除超氧阴离子自由基的功效，植物通过自我修复能在一定程度上降低细胞被毒害的程度，加强植株对Cu2+的抵抗力。不同浓度Cu2+胁迫对狭叶香蒲根部和叶SOD活性的影响研究表明，狭叶香蒲根部对Cu2+的敏感度强于叶。在750、I000umol/LCu2t离子胁迫影响下，狭叶香蒲叶片的POD分别是对照组的1.51倍和1.71倍，而狭叶香蒲根部的POD分别是对照组的1.37、1.77倍。可见浓度较高的Cu2+胁迫可以引起狭叶香蒲植株体内POD活性的上升且根系对Cut胁迫的敏感度强于叶。

抗坏血酸（AsA）是植物细胞中的重要抗氧化剂。随Cu2+胁迫浓度的不断增高，狭叶香蒲植株中叶内AsA呈现增高趋势，但只有在1000μumol/L浓度下增高显著高于对照，根内AsA更为显著地表现出增高趋势。这表明低浓度Cu2对植株内细胞存在着一定的危害，最大的伤害是对根部的伤害，叶对Cu2胁迫的敏感程度小于根系。

丙二醛（MDA）是环境污染情况下植物中膜脂过氧化作用的产物，其在植物体中的沉积含量可体现出膜脂过氧化。当Cu2胁迫浓度逐渐变大时，狭叶香蒲植株中叶内MDA含量有升高趋势但并不显著。根部呈现了高一低一高的趋势，但是只有在500umol/LCu2胁迫下显著高于对照组，由此推测原因可能是低浓度的条件下根系有应激反应，以致影响了MDA含量上升。

综上所述，在低浓度Cu2+胁迫条件下狭叶香蒲仍然具备相对较高的发芽率，说明该植株可以在轻度或中度的Cu2+污染水域中萌发和生长;在同一梯度Cu2*胁迫下，狭叶香蒲植株叶内的SODPOD活性以及MADAsA比根部小，这可能是由于根部是水体和植株直接接触的位置，属直接的受害器官叫。试验结果表明，狭叶香蒲能够通过根部和叶吸收部分Cu2+，以减少水体中Cu2t的含量，进而起到净化水体的作用，可用于治理和修复轻度中度水体污染。

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