趙玥茹 蔡恒江 張靖凡 陳文翰 劉遠(yuǎn) 陳淼

摘要[目的]探討重金屬脅迫對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)及幼苗的影響。[方法]利用不同梯度的Cu2+和Zn2+溶液進(jìn)行水培試驗(yàn)，測(cè)定翅堿蓬種子萌發(fā)和幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化。[結(jié)果]翅堿蓬種子的總發(fā)芽率和萌發(fā)速率在較低濃度（50 mg/L）Cu2+脅迫下會(huì)上升，而在較高濃度（100、200 mg/L）Cu2+脅迫下會(huì)下降;Zn2+脅迫對(duì)種子的總發(fā)芽率和萌發(fā)速率均會(huì)產(chǎn)生明顯的抑制。Cu2+和Zn2+脅迫會(huì)使幼苗可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸含量明顯升高。[結(jié)論]Cu2+和Zn2+脅迫會(huì)影響翅堿蓬種子的萌發(fā)，導(dǎo)致幼苗的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)升高。

關(guān)鍵詞 翅堿蓬;重金屬;種子萌發(fā);滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

中圖分類號(hào) Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）15-0045-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.014

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（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(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41306104）;盤錦紅海灘濕地退化及生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目（PHL-XZ-2017013-002）。

作者簡(jiǎn)介 趙玥茹（1991—），女，遼寧本溪人，碩士研究生，研究方向：海洋生態(tài)學(xué)。*通信作者，副教授，從事海洋生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期 2019-03-12

河口濕地是河水與海水相遇并混合的區(qū)域，在環(huán)境調(diào)控、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和保障生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展中起著無(wú)法替代的作用[1]。然而，陸源污染物也會(huì)大量輸入?yún)R集于此，污染相對(duì)嚴(yán)重。在這些污染物中，重金屬具有來(lái)源廣、難降解、易富集等特征，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康存在較大負(fù)面影響[2-3]。遼河口濕地位于遼河、大遼河入海口交匯處，受重金屬污染較為嚴(yán)重。研究表明，Cu、Zn這2種元素在遼河口濕地沉積物中含量較高，最高分別可達(dá)108.2、207.7 μg/g[4]。

翅堿蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）是藜科堿蓬屬一年生草本植物，它耐鹽、耐淹，是遼河口濕地最為典型的濕地灘涂植被。近年來(lái)，翅堿蓬出現(xiàn)了不明原因的大面積死亡，濕地灘涂大面積退化裸露，生物多樣性銳減，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的威脅[5-6]。翅堿蓬死亡原因較為復(fù)雜，其中重金屬污染會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生影響[7]，是死亡的潛在原因之一。研究表明，在重金屬脅迫下，植物體內(nèi)的生理生化代謝會(huì)發(fā)生紊亂，導(dǎo)致植物抗逆性降低，嚴(yán)重時(shí)造成植株死亡[8]。以翅堿蓬為材料，研究重金屬Cu2+和Zn2+脅迫對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)及幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響，為探尋濕地退化原因和機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 翅堿蓬種子及藥品

試驗(yàn)所用翅堿蓬種子采集于遼河口濕地。挑選飽滿的種子放入10%NaClO溶液中浸泡15 min后用蒸餾水淋洗，風(fēng)干后進(jìn)行試驗(yàn)。

CuSO4和ZnSO4溶于蒸餾水中分別配制成1.00 g/L的 Cu2+和Zn2+母液，用時(shí)逐級(jí)進(jìn)行稀釋。

1.2 方法

試驗(yàn)在底部鋪有3層紗布的500 mL燒杯中進(jìn)行，取50粒翅堿蓬種子均勻置于燒杯的底部，再加入20 mL不同濃度梯度重金屬溶液后用封口膜密封燒杯進(jìn)行水培試驗(yàn)。Cu2+ 和Zn2+濃度梯度為0（對(duì)照）、50、100、200 mg/L，試驗(yàn)設(shè)5個(gè)平行樣，共進(jìn)行7 d，培養(yǎng)溫度為（25±1）℃，光照強(qiáng)度1 500 lx，光暗周期12 h∶12 h。

1.3 種子萌發(fā)的測(cè)定

每天記錄種子的發(fā)芽數(shù)，胚根突破種皮1 mm視為發(fā)芽。

總發(fā)芽率=發(fā)芽數(shù)/50×100%;

萌發(fā)速率=N1×1+（N2-N1）×1/2+（N3-N2）×1/3+…+（Nn-Nn-1）×1/n，式中，N為第1，2，…，n天發(fā)芽種子的百分率[9]。

1.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測(cè)定

試驗(yàn)進(jìn)行7 d后，用鑷子把幼苗輕輕夾出，放入蒸餾水中漂洗，并用濾紙輕輕吸干后進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測(cè)定?？扇苄缘鞍缀繀⒄誃radford的方法測(cè)定[10];可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[11];游離脯氨酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定[12]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 11.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析，用One-way ANOVA進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu2+和Zn2+對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)的影響

從圖1可以看出，當(dāng)Cu2+濃度較低（50 mg/L）時(shí)，翅堿蓬種子總發(fā)芽率升高，但并不明顯（P>0.05）;當(dāng)Cu2+濃度較高（100、200 mg/L）時(shí)，翅堿蓬種子總發(fā)芽率會(huì)明顯降低（P<0.05），分別較對(duì)照降低了8.32百分點(diǎn)和17.22百分點(diǎn)。從圖2可以看出，Zn2+會(huì)使翅堿蓬種子總發(fā)芽率明顯降低（P<0.05），隨著Zn2+濃度升高，總發(fā)芽率降低得愈加明顯，Zn2+濃度分別為50、100、200 mg/L時(shí)，翅堿蓬種子總發(fā)芽率分別降低了11.32百分點(diǎn)、15.02百分點(diǎn)和26.42百分點(diǎn)。

2.2 Cu2+和Zn2+對(duì)翅堿蓬幼苗可溶性蛋白含量的影響

從圖5、6可以看出，Cu2+和Zn2+對(duì)翅堿蓬幼苗可溶性蛋白含量有明顯的影響，幼苗可溶性蛋白含量會(huì)有不同程度的升高。Cu2+濃度為50、100、200 mg/L時(shí)，幼苗可溶性蛋白含量分別升高了2.24%、6.49%和6.85%;Zn2+濃度為50、100、200 mg/L時(shí)，幼苗可溶性蛋白含量分別升高了3.71%、572%和4.88%?？扇苄缘鞍资侵参镏匾臐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，重金屬能夠促進(jìn)絡(luò)合蛋白的產(chǎn)生，降低對(duì)植物的毒害，這可能是植物抵抗重金屬脅迫的一種解毒機(jī)制[12]。

2.3 Cu2+和Zn2+對(duì)翅堿蓬幼苗可溶性糖含量的影響

從圖7、8可以看出，Cu2+和Zn2+會(huì)使翅堿蓬幼苗可溶性糖含量升高。當(dāng)Cu2+濃度為200 mg/L時(shí)，幼苗可溶性糖含量達(dá)到最高，升高了5.57%;Zn2+濃度為100 mg/L時(shí)，幼苗可溶性糖含量達(dá)到最高，升高了6.42%?？扇苄蕴鞘侵参锏臐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，它的升高會(huì)提高幼苗對(duì)重金屬脅迫的耐受能力。

2.4 Cu2+和Zn2+對(duì)翅堿蓬幼苗游離脯氨酸含量的影響

從圖9、10可以看出，Cu2+和Zn2+對(duì)翅堿蓬幼苗游離脯氨酸含量有明顯的影響，幼苗游離脯氨酸含量會(huì)有不同程度的升高。Cu2+濃度為50、100、200 mg/L時(shí)，幼苗游離脯氨酸含量分別升高了44.10%、89.15%和90.91%;Zn2+濃度為50、100、200 mg/L時(shí)，幼苗游離脯氨酸含量分別升高了32.51%、8706%和97.45%。在重金屬脅迫條件下，由于有機(jī)體的氨基酸代謝發(fā)生改變，所以植物會(huì)在體內(nèi)積累大量脯氨酸[13]，從而使幼苗的抗氧化能力增強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

較低濃度（50 mg/L）的Cu2+會(huì)使翅堿蓬種子總萌發(fā)率和萌發(fā)速率上升，而較高濃度（100、200 mg/L）的Cu2+會(huì)使總萌發(fā)率和萌發(fā)速率下降。在試驗(yàn)選擇的濃度梯度條件下，Zn2+會(huì)對(duì)翅堿蓬種子總萌發(fā)率和萌發(fā)速率起到抑制作用。已有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低濃度重金屬脅迫會(huì)促進(jìn)種子的發(fā)芽，而高濃度則抑制發(fā)芽[14]，這與該試驗(yàn)結(jié)果相似。較低濃度Cu2+促進(jìn)翅堿蓬種子的萌發(fā)，這可能與“毒物的興奮效應(yīng)”有關(guān)[15]。Cu2+和Zn2+使種子萌發(fā)受到抑制的原因是淀粉酶和蛋白酶的活性下降，使種子內(nèi)儲(chǔ)藏的淀粉和蛋白質(zhì)的分解受到抑制，影響種子萌發(fā)所需的物質(zhì)和能量，進(jìn)而萌發(fā)受到抑制[16]。

Cu2+和Zn2+會(huì)使翅堿蓬幼苗的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)——可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量上升。在逆境受脅迫條件下，植物的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會(huì)不斷積累，這是植物在逆境條件下得以生存的重要機(jī)制之一[17]。受到Cu2+和Zn2+脅迫，翅堿蓬幼苗會(huì)積累可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透平衡，間接保護(hù)那些參與新陳代謝的酶，從而增強(qiáng)幼苗對(duì)Cu2+和Zn2+脅迫的抵抗能力[12]。

參考文獻(xiàn)

[1]蘆曉峰，張亦舒，王毅，等.遼寧雙臺(tái)河口濕地各功能區(qū)中沉積物全磷的時(shí)空分布規(guī)律[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，46（6）：751-756.

[2]張林英，徐頌軍，付笛峰.珠江河口濕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及空間特征分析[J].熱帶地貌，2018，39（1）：20-25.

[3]XIAO R，BAI J H，LU Q Q，et al.Fractionation，transfer，and ecological risks of heavy metals in riparian and ditch wetlands across a 100year chronosequence of reclamation in an estuary of China[J].Science of the total environment，2015，517：66-75.

[4]朱鳴鶴，方飚雄，丁永生，等.常見重金屬在翅堿蓬（Suaeda heteroptera）根際沉積物系統(tǒng)季節(jié)遷移變化[J].海洋與湖沼，2010，41（5）：784-790.

[5]臺(tái)培東，蘇丹，劉延斌，等.雙臺(tái)子河口國(guó)家自然保護(hù)區(qū)紅海灘景觀退化機(jī)制研究[J].環(huán)境污染與防治，2009，31（1）：17-20.

[6]陳文翰，蔡恒江，趙玥茹，等.鹽脅迫對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)及幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（16）：65-67.

[7]何潔，高鈺婷，賀鑫，等.重金屬Zn和Cd對(duì)翅堿蓬生長(zhǎng)及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（1）：312-320.

[8]張義賢，張麗萍.重金屬對(duì)大麥幼苗膜脂過(guò)氧化及脯氨酸和可溶性糖含量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（4）：857-860.

[9]GREENWOOD M E，MACFARLANE G R.Effects of salinity and temperature on the germination of Phragmites australis，Juncus kraussii，and Juncus acutus： Implications for estuarine restoration initiatives[J].Wetlands，2006，26（3）：854-861.

[10]BRADFORD M M.A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of proteindye binding[J].Analytical biochemistry，1976，72：248-254.

[11]王三根.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2017.

[12]李德生，何安，彭玲，等.重金屬對(duì)日本楤木內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（1）：101-104.

[13]徐超.脯氨酸與重金屬耐性和富集的研究進(jìn)展[J].中國(guó)資源綜合利用，2018，36（2）：80-83.

[14]魚小軍，張建文，潘濤濤，等.銅、鎘、鉛對(duì)7種豆科牧草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J].草地學(xué)報(bào)，2015，23（4）：793-803.

[15]顧曉軍，田素芬.毒物興奮效應(yīng)概念及其生物學(xué)意義[J].毒理學(xué)雜志，2007，21（5）： 425-428.

[16]梁芳，郭晉平.植物重金屬毒害作用機(jī)理研究進(jìn)展[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（11）：59-61.

[17]王娟，李德全.逆境條件下植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累與活性氧代謝[J].植物學(xué)通報(bào)，2001，18（4）：459-465.

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，J.Anhui Agric.Sci. 2019，47（15）：53-55，59