黃振燕　賀柯翔　鄢夢玲　楊賢均

摘要以狹葉香蒲種子及幼苗為材料，研究了0、50、100、150、200、300μmol/LCu2+脅迫下狹葉香蒲種子的萌發(fā)特性，以及0、250、500、750、1000μmol/LCu2脅迫下狹葉香蒲幼苗的生理響應(yīng)。結(jié)果表明，當(dāng)Cu2+濃度增加時，狹葉香蒲種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢和活性逐漸減弱;隨著Cut濃度增加，葉片和根中的POD活性上升，且在750～1000μmol/LCu2+脅迫下葉片的POD活性顯著高于對照組;在Cu2*影響下幼苗的子葉以及根中AsA和MDA顯著高于對照組。當(dāng)Cu2+濃度增加時，狹葉香蒲葉片和根部的MAD呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢，且與對照組無顯著差異?？梢姡M葉香蒲幼苗葉片對Cu2+脅迫的敏感性比根部強，其種子可在輕度（0～300μmol/）污染的水體中萌發(fā)，狹葉香蒲幼苗對Cu2*存在著可耐性，可用于Cu2+輕度污染和中度污染的治理和修復(fù)。

關(guān)鍵詞 狹葉香蒲;Cut脅迫;種子萌發(fā);抗氧化物活性

中圖分類號 S567.23+9

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）05-0157-03

隨著社會的進步與經(jīng)濟的快速發(fā)展，水體受重金屬的影響日益嚴重。這種影響通過整條食物鏈的集聚，直接或間接地威脅人類的生存環(huán)境"。在處理水質(zhì)被重金屬污染的修復(fù)技術(shù)中，采用水生植物進行修復(fù)的方法越來越受到業(yè)內(nèi)同行的認可，其具有事半功倍的環(huán)境治理效益、不會對水體構(gòu)成二次污染治理成本價格較低、無需中間運送費用等優(yōu)勢12-3）。在眾多重金屬污染問題中，其中污染比較嚴重的是Cu2+，其一直是惡性循環(huán)體，亟待人們提出相應(yīng)的治理方案。通過種植轉(zhuǎn)化Cu2+毒害能力比較好的水生植物，將Cu2+對生態(tài)系統(tǒng)的污染導(dǎo)人良性循環(huán)，是保護水體良性水質(zhì)的有效方法之一。

狹葉香蒲（Typhaangustifolia?Linn.）是香蒲科香蒲屬植物，多年生水生或沼生草本，根部呈淡黃色、黃灰色，發(fā)達部分呈白色，生長在湖水、小溪、水池岸邊，濕地水渠經(jīng)?？梢?，即使地面出現(xiàn)龜裂也能繼續(xù)生長，也可生長在濕地里。陳桂珠等、陽承勝等研究發(fā)現(xiàn)，香蒲屬植物對化學(xué)工廠產(chǎn)生的污染物（其中含有Cu、Zn.Cd等重金屬元素）可以進行治理，有改善水體污染的功能。張開明等阿劉素純等間Zhangs等嘟對重金屬污染對植物的影響進行了研究。關(guān)于Cu2+對綠色植物生長機理的影響研究有很多18-10但對Cu2+脅迫下狹葉香蒲種子的萌發(fā)以及幼苗生長的影響還鮮見報道。本研究以狹葉香蒲為材料，探討不同程度Cu2+脅迫下狹葉香蒲種子萌發(fā)及其幼苗生長機理，以期為狹葉香蒲凈化Cu2污染水體提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為狹葉香蒲的蒲棒（種子）以及當(dāng)年生幼苗，分別于2016年9月20日和2017年3月22日采集于湖南省邵陽市大祥區(qū)池塘。

1.2試驗準備

1.2.1實地采取種子。采用水泡選法、鼓風(fēng)機選法在收集好的狹葉香蒲堆中選出肥大、營養(yǎng)器官健全的種子，并去掉種皮上的附著物。

1.2.2狹葉香蒲種子萌發(fā)的最適溫度。本次課題以研究不同Cu2+脅迫濃度對狹葉香蒲種子萌發(fā)特性的影響為主，且本研究在狹葉香蒲種子溫度試驗結(jié)果的基礎(chǔ)之上進行。因此，先進行溫度試驗，即設(shè)置10、15、20、25、30C共5個溫度梯度，取消毒后的培養(yǎng)皿盛放大小一致的飽滿狹葉香蒲種子5份，每份50顆，加入蒸餾水至種子1/3處，再放人培養(yǎng)箱中在上述溫度梯度條件下開始試驗。在試驗階段，每隔24h觀察培養(yǎng)皿的水分情況并記錄狹葉香蒲種子的萌發(fā)情況，在試驗開始后的第7天，首先觀察到25C條件下種子萌發(fā)，直至試驗結(jié)束，5個溫度梯度共萌發(fā)162粒狹葉香蒲種子，多組研究顯示25C條件下狹葉香蒲種子的萌芽程度最高。為精確其最佳發(fā)芽溫度，試驗組在23～28C之間再進行一次溫度試驗，最終得到狹葉香蒲的最佳萌發(fā)溫度為24C。此后試驗都在最佳溫度基礎(chǔ)上進行。

1.3試驗方法

1.3.1Cu2+脅迫對狹葉香蒲種子萌芽率的影響。將處理后的種子用20μmol/LNaCl0溶液浸泡6min，再用干凈自來水過濾，然后將其收集放人分好類的培養(yǎng)皿中，在培養(yǎng)皿中墊人濾紙，共分7組，分別加入0（CK）、50、100、150、200、300μmol/LCuSO4溶液，種子要被溶液完全覆蓋，其中對照組（CK）為不添加CuSO4溶液的等量蒸餾水。4次重復(fù)，等量放入100粒種子，然后將培養(yǎng)皿放人24C光照培養(yǎng)箱中，提供24h恒溫和12h光照時間。計算狹葉香蒲種子的發(fā)芽率，觀察幼苗生長響應(yīng)總趨勢，發(fā)芽率計算公式為：發(fā)芽率（%）=（研究完成后健康萌發(fā)并生長正常的種子數(shù)/研究開始前培養(yǎng)皿中的種子數(shù)量）x100;種子活力（%）=（種子發(fā)芽20d生長健康的幼苗/研究中已經(jīng)發(fā)芽的培養(yǎng)皿中的種子數(shù)量）10013。1.3.2狹葉香蒲幼苗在Cu2+脅迫條件下的生理響應(yīng)。將正常發(fā)芽的狹葉香蒲幼苗用已消毒的鑷子夾人至生長箱中，記錄處理前后的根和葉的生長狀況，注入適量蒸餾水清洗9d（每3d為一個周期進行替換），然后轉(zhuǎn)至保溫箱中，用植物生長營養(yǎng)液進行培養(yǎng)，每24h更換1次培養(yǎng)液，待幼苗根長達到一定數(shù)量后，挑選出生長狀況相似的幼苗，等量放到0、250、500、750、1000μmol/LCu（NO3）2營養(yǎng)溶液中，每個梯度設(shè)4次重復(fù)。經(jīng)過15d培養(yǎng)液浸泡后，用鑷子取出并將其均分成上部組織和根部組織，用蒸餾水洗凈后進行生理響應(yīng)指標變化的記錄。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用電子設(shè)備合并數(shù)據(jù)進行分析，對數(shù)據(jù)及差異性進行分析。

2結(jié)果與分析

2.1狹葉香蒲種子誘發(fā)癥狀在Cu2t脅迫下的響應(yīng)

不同濃度Cu2脅迫對狹葉香蒲種子的誘發(fā)情況影響如表1所示?？梢钥闯?，在Cu2脅迫狀態(tài)下，隨著Cu2+含量不斷提高，狹葉香蒲種子的萌發(fā)情況、萌發(fā)趨勢、萌發(fā)癥狀和生命活性都逐漸下降4。在50μumol/LCu2+的脅迫條件下，種子的萌芽率、萌芽數(shù).種子活性系數(shù)與對照組不存在差異;當(dāng)Cu2+）濃度達150μmol/L時，種子的萌芽率、萌芽數(shù)、種子活性系數(shù)均明顯低于對照，其值分別較對照降低了16.6%、16.0%和42.4%，說明在150μumol/LCu2脅迫條件下狹葉香蒲種子的萌發(fā)受到了一定的抑制;當(dāng)Cu2+濃度達到300μmol/L時，種子的萌芽率、萌芽數(shù)、種子活性系數(shù)很明顯低于對照組且降低幅度大，分別比對照降低了51.7%、50.7%、65.5%。綜上所述，隨著Cu2+濃度逐漸增高，對狹葉香蒲種子萌發(fā)的抑制作用越大。

2.2Cu2+脅迫對狹葉香蒲幼苗生理特性的影響

2.2.1對狹葉香蒲幼苗葉片以及根中SOD、POD活性的影響。在不同濃度Cu2+脅迫條件下，狹葉香蒲幼苗中葉片、根中SOD與POD活性的響應(yīng)見表2。可以看出，在不同濃度Cu2+脅迫條件下，狹葉香蒲葉片、根中SOD活性均顯著高于對照且差異顯著，但兩者變化趨勢各不相同。葉片SOD活性隨著Cu2+濃度變大波動，但整體呈上升的趨勢，其中在250～500pumol/L濃度下波動較大，在500～1000μmol/L濃度下增幅較小，在1000μmol/LCu2脅迫條件下達到最高，為對照的2.93倍。根中SOD活性則隨著Cu2+濃度變大表現(xiàn)出先上升后下降的趨式，Cu2+脅迫下波動最高的濃度是500μmol/L，SOD活性達到724.54U/g，為對照的3.39倍;在1000μmol/LCu2+脅迫條件下，SOD活性為534.88U/g，為對照的2.50倍。

不同濃度Cu2+脅迫條件下，狹葉香蒲的葉片和根中POD活性隨著Cu2+濃度的增加而，上升。在250μmol/LCu2+脅迫條件～下葉片POD活性略低于對照，在500μmol/LCu2+脅迫條件下與對照有顯著差異;而在750、1000μmol/LCu2+脅迫條件下葉片POD活性顯著高于對照組，分別為對照組的1.51倍和1.71倍。

2.2.2對狹葉香蒲幼苗葉片以及根中AsA、MDA的影響。在不同濃度Cu2脅迫下，狹葉香蒲幼苗子葉以及根中的AsA和MDA的響應(yīng)情況如表3表示?？梢钥闯?，不同濃度Cu2+脅迫情況下狹葉香蒲子葉以及根中的AsA顯著高于對照，葉片中的AsA活性都表現(xiàn)出上升趨勢，但在250μmol/LCu2+脅迫條件下與對照組差異不明顯;而在1000μmol/LCu2+脅迫條件下，葉片中的AsA活性與對照組存在著很明顯的差異，為對照組的1.52倍。根中AsA的活性與對照組存在明顯差異，并隨著Cu2+濃度的上升呈先上升而后趨于平穩(wěn)的趨勢，根中AsA的活性在750μmol/LCu2+脅迫條件下，為對照組的5.08倍。

在Cu2+脅迫影響下，狹葉香蒲幼苗子葉和根中MDA活性與對照組差異不明顯，僅僅只是波動變化和波動趨勢存在微小差異。葉片中MDA活性隨著Cu2+濃度變大表現(xiàn)出先上升后稍有下降的波動趨式，在750μmol/LCu2+脅迫條件下最高。研究發(fā)現(xiàn)，葉片中的MDA與對照組差異不顯著，說明不同濃度Cu2+脅迫對狹葉香蒲幼苗葉片的質(zhì)膜基本不存在過氧化破壞。根中的MDA活性隨著Cu2+含量上升呈現(xiàn)高一低一高的波動變化，在500μmol/LCu2時活性最大，是對照組的1.27倍;但是其他處理根中的MDA活性與對照組沒有很明顯的差別，很有可能是較低濃度Cu2+脅迫時狹葉香蒲幼苗產(chǎn)生的抗逆性而表現(xiàn)出MDA活性上升。

3結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，隨著Cu2+濃度逐漸上升，狹葉香蒲種子的萌發(fā)率、萌發(fā)趨勢、萌發(fā)癥狀和生命活性均呈下降趨勢，這與試驗之前所收集到的文獻結(jié)論基本一致。該試驗中，在Cu2脅迫濃度較低（50～150μmol/L）的情況下，狹葉香蒲種子的發(fā)芽癥狀以及小苗的生理響應(yīng)比對照組低，顯然，濃度偏低的Cu2脅迫對狹葉香蒲種子的萌發(fā)及其幼苗的生理響應(yīng)均存在著不同程度的影響，但其發(fā)芽率仍然達到了63%，這也說明狹葉香蒲能在較低的Cu2+脅迫環(huán)境下萌發(fā)、生長;在相對高濃度Cu2+（150～300μmol/L）時，狹葉香蒲種子的發(fā)芽率和幼苗的生理響應(yīng)情況都明顯低于對照組，在濃度高達300μmol/L情況下發(fā)芽率僅有36.5%，比對照組降低了51.7%;萌發(fā)的種子活力也只有28.05%。由此可見，濃度高的Cu2+脅迫對狹葉香蒲種子的發(fā)芽率和幼苗生理響應(yīng)具抑制作用，這與王穗子等對Cu脅迫條件下AMF對海洲香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂過氧化的影響的相關(guān)試驗結(jié)果一致。

超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）是綠色植物體內(nèi)抗氧化組織的重要組成部分，其具有可抑制活性氧生成、消滅超氧陰離子自由基限制脂質(zhì)過氧化和減低細胞膜系統(tǒng)受傷等功能15-17。在不同濃度Cu2+脅迫影響下，狹葉香蒲幼苗子葉以及吸收組織SOD活性都表現(xiàn)出比空白對照組高的現(xiàn)象，這充分表明Cu2+脅迫可以增加狹葉香蒲體內(nèi)細胞消除超氧陰離子自由基的功效，植物通過自我修復(fù)能在一定程度上降低細胞被毒害的程度，加強植株對Cu2+的抵抗力。不同濃度Cu2+脅迫對狹葉香蒲根部和葉SOD活性的影響研究表明，狹葉香蒲根部對Cu2+的敏感度強于葉。在750、I000umol/LCu2t離子脅迫影響下，狹葉香蒲葉片的POD分別是對照組的1.51倍和1.71倍，而狹葉香蒲根部的POD分別是對照組的1.37、1.77倍。可見濃度較高的Cu2+脅迫可以引起狹葉香蒲植株體內(nèi)POD活性的上升且根系對Cut脅迫的敏感度強于葉。

抗壞血酸（AsA）是植物細胞中的重要抗氧化劑。隨Cu2+脅迫濃度的不斷增高，狹葉香蒲植株中葉內(nèi)AsA呈現(xiàn)增高趨勢，但只有在1000μumol/L濃度下增高顯著高于對照，根內(nèi)AsA更為顯著地表現(xiàn)出增高趨勢。這表明低濃度Cu2對植株內(nèi)細胞存在著一定的危害，最大的傷害是對根部的傷害，葉對Cu2脅迫的敏感程度小于根系。

丙二醛（MDA）是環(huán)境污染情況下植物中膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，其在植物體中的沉積含量可體現(xiàn)出膜脂過氧化。當(dāng)Cu2脅迫濃度逐漸變大時，狹葉香蒲植株中葉內(nèi)MDA含量有升高趨勢但并不顯著。根部呈現(xiàn)了高一低一高的趨勢，但是只有在500umol/LCu2脅迫下顯著高于對照組，由此推測原因可能是低濃度的條件下根系有應(yīng)激反應(yīng)，以致影響了MDA含量上升。

綜上所述，在低濃度Cu2+脅迫條件下狹葉香蒲仍然具備相對較高的發(fā)芽率，說明該植株可以在輕度或中度的Cu2+污染水域中萌發(fā)和生長;在同一梯度Cu2*脅迫下，狹葉香蒲植株葉內(nèi)的SODPOD活性以及MADAsA比根部小，這可能是由于根部是水體和植株直接接觸的位置，屬直接的受害器官叫。試驗結(jié)果表明，狹葉香蒲能夠通過根部和葉吸收部分Cu2+，以減少水體中Cu2t的含量，進而起到凈化水體的作用，可用于治理和修復(fù)輕度中度水體污染。

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