铜胁迫对豇豆种子萌发影响的研究

赵雨云 龙岳峰

摘 要：以豇豆种子为试验材料，利用不同浓度的硫酸铜处理豇豆种子，在温度30℃、相对湿度90%的恒温恒湿培养箱里培养萌发，测定种子发芽率、发芽指数、发芽势、相对离子渗透率、丙二醛含量和过氧化物酶活性。结果表明：豇豆种子对铜胁迫有一定的耐受性，硫酸铜浓度在700mg/L时，种子发芽率受到极显著抑制;在100mg/L时，种子发芽指数受到极显著抑制;在400mg/L时，种子发芽势受到极显著抑制。硫酸铜浓度越高，对细胞相对离子渗透率的影响越大;MDA含量越高，对细胞的伤害越大。在硫酸铜浓度<100mg/L时，过氧化物酶活性逐渐上升;在硫酸铜浓度>400mg/L时，过氧化物酶活性随着萌发时间先上升后下降。

关键词：铜胁迫;豇豆种子;相对离子滲透率;丙二醛;过氧化物酶

中图分类号 Q945.78文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）20-0032-03

Abstract：In this experiment，cowflower seeds were used as the experimental materials，and the cowpea seeds were treated with different concentrations of copper sulfate. The seeds were germinated for 7 days in an incubator at a constant temperature of 30℃and 90% humidity. The relative ion permeability，malondialdehyde content，and peroxidase activity of the seeds were then measured at 1，3，5，and 7d. The minimum concentration of germination，the germination index and the germination potential of the cowpea seeds were 700mg /L，100mg/L and 400 mg /L，respectively. The content of malondialdehyde decreased with the increase in the number of days during which the seeds were germinated. The relative ion permeability increased as the concentration reached its peak，earlier，and then decreased. The activity of peroxidase also increased with the increase in the concentration and increased in parallel with the increase in the germination date.

Key words：Cowpea seeds;Relative ion permeability;Peroxidase;Malondialdehyde

由于采矿和金属冶炼中排放的废渣、废气和废水以及城市污水灌溉农田，重金属污染问题尤其突出。农作物的重金属含量超过了农作物在自然状态下的含量，影响了农作物的正常生长，也间接影响了人的身体健康[1]。朱喜锋[2]研究龙须菜能够正常生长的的铜离子浓度必须<50μg/L。赵淑玲[3]等利用不同浓度的Pb2+处理豇豆种子，结果随Pb2+浓度的增加，对豇豆种子的萌发率没有影响，但是其过氧化物酶活性先升高后下降。目前，尚未有研究铜胁迫对豇豆种子萌发影响的报道。本试验选用了不同的硫酸铜浓度处理，研究其对豇豆种子萌发特性的影响，以期获得豇豆对铜胁迫的耐受特性和影响种子萌发的生理特性，为豇豆高产优质高效栽培和选育抗铜胁迫的专用品种及鉴定方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 江西省丰城市洪斌牌豇豆种子，由江西丰城豇豆研究中心制种。

1.2 试验方法

1.2.1 种子消毒 采用药剂浸泡和温汤处理的方法对种子进行消毒。将去杂的豇豆种子用纱布包好，清洗掉污物，用30℃的水浸泡5min，然后浸入0.5%的高锰酸钾溶液中2h，再用清水冲洗净。

1.2.2 试验设计 试验设5个处理，硫酸铜溶液浓度分别为50mg/L、100mg/L、400mg/L和700mg/L，以0mg/L作对照，3次重复。

1.2.3 试验过程 将经过消毒的豇豆种子放入5个干净的玻璃瓶，置于温度30℃、相对湿度90%的培养箱，分别用5种硫酸铜溶液浓度浸种24h。将浸种后的豇豆种子沥干，准备直径10cm的培养皿15个，每个培养皿垫2张湿润的滤纸，各放入30粒种子，在温度30℃、相对湿度90%恒温培养箱培养。种子萌发7d后测定各浓度下的发芽率，在第4d测定发芽势。在种子浸泡1d、3d、5d、7d，分别测定各处理的丙二醛（MDA）浓度、POD酶活、相对离子渗透率。

1.3 测定指标

1.3.1 种子发芽率、发芽指数和发芽势 以肧根长到5mm记为发芽，每天记录种子的发芽数目，第7d统计发芽率。

发芽势（Gv）=n/N×100（n为规定天数内发芽种子数，N为种子总数）发芽率（Gp）=n1/N1×100（n1为发芽种子数，N1为种子总数）

发芽指数（Gi）=∑Gt/Dt （Gt为在t日的发芽数，Dt为相应的发芽日数）

1.3.2 相对离子渗透率 用DDS-307w型电导率仪于室温（20℃）下测定种子浸泡液的电导值（S1）。

1.3.3 丙二醛（MDA）含量 利用硫代巴比妥酸（TBA）溶液法测定在450、532、600nm处的吸光，计算MDA含量。

1.3.4 过氧化物酶（pod）活性 采用愈创木酚比色法测定。

1.4 数据处理 利用SPSS 13.0 For Windows和Microsoft Excel数据处理软件进行数据的统计和分析。采用t检验（Paired Samples T test）法进行比较，各数据均以平均值±样本值标准误差（Mean±SE）表示，其中P<0.05为存在显著性差异，P<0.01为存在极显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同硫酸铜浓度对豇豆种子萌发的影响 由表1可知，当硫酸铜浓度为700mg/L時，豇豆种子发芽率比其他处理的明显降低，且差异到达极显著水平（P<0.01）。说明豇豆种子对铜胁迫有一定的耐受性，但硫酸铜浓度达到700mg/L时，豇豆种子的发芽会受到明显抑制。在硫酸铜浓度100mg/L、400mg/L和700mg/L时，种子发芽指数受到抑制，各处理间差异到达极显著水平（P<0.01）。与对照相比，当硫酸铜浓度>100mg/L时，对豇豆的发芽指数抑制达到极显著水平;且浓度越高，对豇豆种子的发芽指数影响越大。种子的发芽指数代表种子的活力，发芽指数越大则种子的活力就越大。硫酸铜浓度在400mg/L和700mg/L时，豇豆种子的发芽势与对照的差异到达了极显著水平（P<0.01）。种子发芽势代表种子发芽过程中的整齐程度和出苗的快慢，说明在硫酸铜浓度>400 mg/L时，种子的发芽势会受到极显著抑制。

2.2 不同硫酸铜浓度对豇豆种子萌发时相对离子渗透率的影响 由图1可以看出，经过硫酸铜处理后，在发芽初期，各处理种子的相对离子渗透率都比较低，对照的一直在下降。在相同培养条件下，与对照相比，种子相对离子渗透率随时间的推移先是上升，然后又下降。在硫酸铜浓度700mg/L处理下，种子相对离子渗透率在第3d就达到了最大值;其他处理在第5d才下降。说明硫酸铜浓度越高，对种子的相对离子渗透率的影响越大，对种子的伤害也就越大。

2.3 不同硫酸铜浓度对豇豆种子萌发时丙二醛含量的影响 由图2可见，铜离子浓度越高，丙二醛含量越高。随着萌发日期的增加，各个浓度处理下的MDA含量增加。在萌发第3天的时候，在小于400mg/L的浓度下，MDA的含量都稍下降。从第3天过后，各个浓度处理下，MDA含量都是上升的趋势，而且浓度越高，含量上升的越快。结果说明：铜离子的浓度越高，MDA含量越高，对细胞的伤害越大。

2.4 不同硫酸铜浓度对豇豆种子萌发时过氧化物酶活性的影响 过氧化物酶（POD）在细胞中起着清除自由基的作用，从而保护细胞不受到自由基的伤害。由图3可见，在种子发芽的初期，在400mg/L和700mg/L的铜离子浓度下，过氧化物酶的活性与对照、50mg/L和100mg/L浓度下的酶活相比低得许多。在铜离子浓度<100mg/L时，过氧化物酶活性逐渐上升;在铜离子浓度>400mg/L时，过氧化物酶活性随着萌发日期上升然后又下降。

3 结论与讨论

3.1 结论 试验结果表明：豇豆种子对铜胁迫有一定的耐受性，硫酸铜浓度在700mg/L时，种子发芽率受到极显著抑制;在100mg/L时，种子发芽指数受到极显著抑制;在400mg/L时，种子发芽势受到极显著抑制。硫酸铜浓度越高，对细胞相对离子渗透率的影响越大;MDA含量也越高，对细胞的伤害越大。在硫酸铜浓度<100mg/L时，过氧化物酶活性逐渐上升;在硫酸铜浓度>400mg/L时，过氧化物酶活性随着萌发时间先上升后下降。

3.2 讨论 赵淑玲，王瀚[4]等研究重金属铅处理豇豆种子，重金属铅浓度在0～600mg/L范围内对豇豆种子的萌发没有显著性影响。而在本试验中，用硫酸铜处理豇豆种子，在0～400mg/L浓度范围内对豇豆种子的萌发率也没有显著的影响，这与上述研究结果是一致的;但不同的是在700mg/L的硫酸铜浓度处理下，豇豆的发芽率受到了极显著抑制。丁园、田力伟[5]等在铜胁迫对水稻种子的研究中，得出的结论是浓度在0～40mg/L范围内对水稻种子的发芽率和发芽势没有影响，这与本试验相同浓度范围内表现相一致;但在浓度>100mg/L时，豇豆的发芽指数随着处理浓度的升高呈负相关;当浓度>400mg/L时，种子的发芽势会受到明显抑制。

相对离子渗透率和丙二醛含量是细胞膜受到伤害的生理指标之一。从本试验结果可以看出，细胞的相对离子渗透率和丙二醛含量随着硫酸铜的浓度增加而升高，这与黄永杰，杨红飞[6]在铜胁迫对水生花的电导率和丙二醛含量的影响试验结果是一致的，与浓度呈正相关。本试验铜胁迫下，当浓度<100mg/L时，细胞的过氧化物酶有所提升，当浓度>100mg/L时，过氧化物酶活有所下降，这与黄永杰 、杨红飞研究铜胁迫对水生花过氧酶活性影响的结果也相一致。

参考文献

[1]陈怀满，郑春荣，涂从.中国土壤重金属污染现状与防治对策[J].AMBIO-人类环境杂志，1999（02）：130-134+207.

[2]朱喜锋，邹定辉，简建波.龙须菜对重金属铜胁迫的生理响应[J].应用生态学报，2009（06）：1438-1444.

[3]赵淑玲，王瀚，赵桂芳.重金属铅对豇豆种子的萌发及幼苗生长的影响[J].种子，2016（05）：99-101.

[4]赵淑玲，王瀚，赵桂芳.重金属铅对豇豆种子的萌发及幼苗生长的影响[J].种子，2016（05）：99-101.

[5]丁园，田力伟，罗应锦.铜胁迫对水稻种子萌发及幼苗生长的影响[J].南昌航空大学学报，自然科学版，2008（02）：86-89.

[6]黄永杰，杨红飞，杨集辉.铜胁迫对水花生生长及活性氧代谢的影响[J].生态学杂志，2009，28（6）：1112-1116.

（责编：汪新国）