重金属铜与小麦生长发育的关系

苏雪怡

【摘 要】为研究铜对小麦发育的影响，通过不同浓度铜溶液对小麦发芽率、过氧化氢酶活力以及淀粉酶活力的影响。结果表明，高浓度铜溶液能够抑制小麦种子萌发，低浓度铜溶液能够在一定程度上促进小麦的萌发;淀粉酶以及过氧化氢酶的活性会随着铜溶液浓度的升高而降低。

【关键词】重金属铜;小麦生长;解毒作用

引言：

小麦是我国重要的粮食来源，但重金属污染已经对小麦的生长造成的严重的影响，同时重金属铜离子的富集作用也会对人体健康造成极大的危害。工业排放以及农田浇灌等活动都会导致重金属铜离子进入到土壤中，并在土壤中积累，铜离子一旦进入到土壤中，几乎无法被排除。而小麦植株会通过根须从土壤中吸收铜离子，累积的铜离子会通过食物的形式进入到食物链中，最终影响群众的健康。

一、材料与方法

（一）仪器与材料

本次试验使用恒温干燥箱，发芽皿，不同浓度的铜溶液，常见品種小麦。

（二）试验方法

在试验之前，首先需选取均匀饱满的小麦种子，并对其进行常规消毒。使用5%浓度的NaClO溶液浸泡20分钟，而后再用离子水对种子进行多次冲洗。将消完毒的种子放在蒸馏水中浸泡24小时进行催芽，待所有工序完成后，将小麦种子放置在发芽皿中。将重金属Cu离子以不同比例对小麦种子进行染毒，每种浓度的铜溶液各感染一皿中的小麦种子，作为对照组，并选取一皿没有铜溶液的小麦种子作为观察组。将其放置在光照、温度以及湿度条件相同的环境下。

首次测量发芽率的时间为七天，一十天后在发芽皿中取十株幼苗，对其根部与胚轴之间的过渡点进行测量，测定方式通过直尺直接进行测量即可，并将测量结果录入到计算机中，利用相关软件对测定数据进行统计学分析。选取大小均匀，籽粒饱满的小麦种子，在3%浓度的双氧水浸泡十分钟进行消毒，而后用蒸馏水对其浸泡24小时，达到促进萌发的作用。而后将其以腹沟向下的方式排放在盛有石英砂的杯子里，保证种子间留出均匀的距离，最后在杯中加入5%、10%浓度的无土栽培营养液。待染毒试验进行10小时后，将种子取出、冲洗并用滤纸吸干水分，用剪刀分离其茎部以及根部，分别放日干燥箱中，进行高温杀菌。

蛋白酶活性测定：定义每小时每一毫克蛋白质酶产生一毫克氨基酸为一个酶活力单位。过氧化氢酶活性测定：使用KMnO4进行滴定测试，定义每克样品每分钟内分解双氧水量为一个酶活力单位。

二、结果与分析

试验结果表明，高浓度铜溶液能够抑制小麦种子萌发，低浓度铜溶液能够在一定程度上促进小麦的萌发;淀粉酶以及过氧化氢酶的活性会随着铜溶液浓度的升高而降低。在试验过程中，可以发现小麦自身具有一定的解毒作用，其能够在一定程度上降低铜离子的影响。铜离子对植物生长来说是一种非必须的元素，在植物体内积累到一定程度后，就会对种子产生毒害作用[1]。相关研究表明，铜离子对小麦明发产生毒害作用的临界点为5*10mol·L-1，过量的铜离子会影响未受保护蛋白质发挥正常功能，此外铜离子与蛋白质结合会使DNA片段的密度增加，进而使其在DNA链上的位置发生改变[2]。一旦NDA结构出现问题，就会导致种子更容易受到铜离子的影响，引发变质中毒。

小麦种子萌发的过程需消耗大量的物质和能量，这些物质和能量在很大程度上来源于储藏物质所释放出的能量。在这个过程中，需大量的酶作为支持，因此小麦种子发芽时，酶变化较为明显。小麦属于淀粉型种子，淀粉是种子中存的主要成分，蛋白质次之。因此两者对应的淀粉酶以及蛋白酶是小麦种子萌发时的重要酶类。蛋白质分解出的氨基酸是新组织的重要组成部分，淀粉在分解的过程中，能够为小麦种子的萌发提供碳源和能量。过氧化氢酶本质上属于保护性酶，在小麦种子萌发的过程中，其能够在极大程度上清除过氧化氢，限制其对种子的潜在伤害，其原因在于过氧化氢酶与植物所表现出的抗逆性紧密相关。

在单独胁迫的情况下，过氧化氢酶以及淀粉酶的活性都会受到限制，蛋白酶活性提高，因此表明15mg/L-1Hg能够促进蛋白质的分解和利用，同时限制淀粉的分解，降低整体组织的抗氧化能力，利用制度的应激反应能够充分解释蛋白酶活性提高[3]。小麦种子萌发的过程中，短时间内小剂量的重金属铜处理能够在一定程度上，加速植物的生化反应，这也是小麦种子解毒作用的充分体现，也即应激反应。导致这一现象的因素主要是当植物处于逆境诱导下，其本身防御机能本能性的加强，进而导致防御体系中的物质活性提高，在一定程度上促进了各种酶类的活性[4]。此外，重金属铜对植物的应激刺激存在一个临界值，也就是植物自身的解毒值，一旦超过该值，就会表现出毒害情况。如果控制得到，其就会成为促进种子萌发的“催化剂”。在小麦种子中，不同酶类的临界值存在较大差异，因此15mg/L-1Hg胁迫情况下，也会表现出不同的变化趋势。

参考文献：

[1]赵秀芳、王艺璇、张永帅、王燕燕. 山东安丘地区土壤-小麦系统重金属等元素间的相互作用[J]. 现代地质，2020，v.34（05）：74-82.

[2]ZHANG Jianghua. 小秦岭金矿区小麦和玉米重金属的健康风险评价[J]. Acta Geologica Sinica，2019，93（2）：501-508.

[3]王怡雯，芮玉奎，李中阳，et al. 冬小麦吸收重金属特征及与影响因素的定量关系[J]. 环境科学，2020，v.41（03）：472-480.

[4]刘建国，耿纯梅，齐桂英，等. 两种不同检测方法对比小麦中铅，镉，铬等重金属元素含量探讨[J]. 医学动物防制，2019，v.35（07）：106-108.

（作者单位：西北民族大学）