趙淑玲, 何九軍, 王一峰, 王 瀚, 孫 杰, 蹇小勇

(1.隴南師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心，甘肅 成縣 742500)

鋅是自然界中分布較廣的重金屬元素[1]。成縣位于甘肅東南部，西成鉛鋅礦帶是我國第二大鉛鋅礦。工業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的聚集，造成土壤和水體中重金屬的含量增加。據(jù)測(cè)定，甘肅省土壤Zn2+含量為66.4 mg·kg-1，而成縣土壤Zn2+含量為70.0～84.0 mg·kg-1[2]。

紅秋葵(Hibiscuscoccineus(Medicus)Walt.)，是錦葵科(Malvaceae)木槿屬(Hibiscus)植物[3]。多年生直立草本，高1～3 m，葉指狀5裂，花瓣玫瑰紅至洋紅色，倒卵形，長7～8 cm，寬3～4 cm，蒴果近球形，花期8月，嫩果可食用，研究表明，紅秋葵含有人體必需的礦質(zhì)元素鈣、鎂，微量元素硒、鐵等[4]，營養(yǎng)價(jià)值高，其可食部位色彩鮮艷。紅秋葵栽培面積逐漸擴(kuò)大，既可食用，其艷麗的葉、花、果又具有一定的觀賞性。成為常見蔬菜之一。本試驗(yàn)以紅秋葵種子為材料，用不同濃度Zn2+處理，研究Zn2+對(duì)紅秋葵種子的萌發(fā)、幼苗生長情況，葉綠素含量、SOD(超氧化物歧化酶)、MDA(丙二醛)、PRO(脯氨酸)以及可溶性糖含量的變化，探討蔬菜對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料、儀器及試劑

紅秋葵種子由隴南師專智能溫室提供。RQH-250人工培養(yǎng)箱(金壇市醫(yī)療儀器廠)，5424冷凍離心機(jī)(德國艾本德)，茚三酮、硫酸鋅等試劑均為AR級(jí)(試劑由天津大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn))。

1.2 試驗(yàn)處理

用0.5%的KMnO4溶液消毒紅秋葵種子1 min，用純水沖洗干凈，挑選取籽粒飽滿的種子，播在鋪有雙層濾紙的市售發(fā)芽盒(長×寬×高18.5 cm×14.5 cm×10.5 cm)中，每盒40粒，試驗(yàn)期間分別澆20、40、60、80 mg·L-1的Zn2+溶液(用硫酸鋅配制)，每一濃度梯度做3個(gè)重復(fù)，每天根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充相應(yīng)濃度的Zn2+溶液，以純水處理為對(duì)照。發(fā)芽盒在生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度設(shè)置為25 ℃，12 h/12 h(白天/黑夜)每天觀察并記錄發(fā)芽情況，在第7天進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1.2.1種子萌發(fā)情況統(tǒng)計(jì)

種子放入發(fā)芽盒后第2天開始統(tǒng)計(jì)每天的發(fā)芽數(shù)等。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子總粒數(shù)/試驗(yàn)種子總粒數(shù))×100%[5]。

發(fā)芽勢(shì)(%)=(第3天發(fā)芽種子總數(shù)/試驗(yàn)種子總粒數(shù))×100%[7]；

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)(%)=(處理組種子發(fā)芽率/對(duì)照組種子發(fā)芽率)×100%[8]；

1.2.2幼苗生長情況測(cè)定

從胚根突破種皮后開始觀察胚根、幼苗的生長情況并記錄，在第7天每個(gè)發(fā)芽盒中隨機(jī)取10株，測(cè)定胚根長度、下胚軸長度以及株高、鮮重和干重等指標(biāo)。

1.2.3葉綠素、MDA、PRO以及可溶性糖含量測(cè)定

葉綠素含量測(cè)定、PRO含量測(cè)定參照王學(xué)奎[10]的方法；參考林艷等[11]的方法測(cè)定MDA及可溶性糖含量。

1.2.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

IBM SPSS Statistics 23軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用Excel軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵種子萌發(fā)的影響

由圖1可以看出，Zn2+溶液低濃度下，對(duì)紅秋葵種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及相對(duì)發(fā)芽勢(shì)有一定的促進(jìn)作用，隨質(zhì)量濃度的增加，脅迫的加劇，紅秋葵種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及相對(duì)發(fā)芽勢(shì)受到一定的抑制，其中Zn2+溶液濃度在20～80 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率均在95%以上，當(dāng)Zn2+溶液在100 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率高達(dá)88.3%。說明在此脅迫范圍內(nèi)，紅秋葵種子的發(fā)芽受影響。

2.2 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵種子逐日萌發(fā)率的影響

逐日萌發(fā)率反映植物種子萌發(fā)速率。圖2看出，在Zn2+溶液脅迫下，各個(gè)處理組的逐日萌發(fā)率的高峰期均出現(xiàn)在第4天，但逐日萌發(fā)率的高峰值隨脅迫的增加有所下降，ck組從第3天開始發(fā)芽，在第4、5天以比較高的速度完成發(fā)芽。在Zn2+溶液80～100mg·L-1脅迫下，紅秋葵種子的逐日萌發(fā)率出現(xiàn)2個(gè)波峰，分別是第4天和第6天，說明在此質(zhì)量濃度Zn2+脅迫下，對(duì)紅秋葵種子的萌發(fā)有抑制作用，整體推遲了種子的萌發(fā)進(jìn)程。

表1 不同Zn2+脅迫下紅秋葵種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的方差分析

圖2 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵種子逐日萌發(fā)率的影響

2.3 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵幼苗胚根長度、下胚軸長度及株高的影響

試驗(yàn)第2天，紅秋葵種子對(duì)照組與處理組都有萌動(dòng)跡象，第3天，脅迫組與對(duì)照組均開始長出胚根，胚根色澤白亮，均勻，脅迫組與處理組無明顯差異，但是隨著時(shí)間的推移，處理組與ck組出現(xiàn)較為明顯的差異：隨處理濃度的增加，處理組的胚根長度，下胚軸長度、株高等逐漸減小，胚根長度在Zn2+溶液為20 mg·L-1時(shí)，與ck無差異，但隨Zn2+溶液濃度的增加，胚根長度與ck相比，差異顯著(p<0.01)。下胚軸長度、株高在Zn2+溶液為80～100 mg·L-1時(shí)，與ck差異顯著(p<0.01)，表明隨Zn2+濃度的增加，紅秋葵幼苗根的生長發(fā)育抑制逐漸增強(qiáng)，紅秋葵幼苗生長受到脅迫。

表2 培養(yǎng)7 d后紅秋葵胚根長度、下胚軸長度及株高情況

注：1為純水處理(ck)；2為20 mg·L-1；3為40 mg·L-1；4為60 mg·L-1；5為80 mg·L-1；6為100 mg·L-1。

2.4 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵幼苗生物量的影響

紅秋葵的幼苗用不同Zn2+溶液脅迫后，發(fā)現(xiàn)對(duì)其鮮重有一定的影響，在Zn2+溶液濃度為100 mg·L-1時(shí)，與ck有差異(p<0.05)，其他處理組無差異。從圖4看出，Zn2+溶液濃度為60～100 mg·L-1處理組的干重與ck相比，有差異(p<0.05)。

圖4 不同Zn2+濃度處理紅秋葵生物量的影響

2.5 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵幼苗葉綠素含量的影響

由表3可看出，隨脅迫的增加，葉綠素a、葉綠素b整體呈下降趨勢(shì)，類胡蘿卜素的含量先升高再下降。葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素的含量與對(duì)照相比，在Zn2+溶液濃度為20～40 mg·L-1無差異(p>0.05)，在Zn2+溶液濃度為60～80 mg·L-1有差異(0.01>p<0.05)，在100 mg·L-1時(shí)，有顯著差異(p<0.01)。表明過高的Zn2+溶液濃度(大于100 mg·L-1)會(huì)對(duì)植物的光合色素合成有明顯的抑制作用，進(jìn)而影響植物的正常生長。

表3 不同Zn2+濃度對(duì)紅秋葵幼苗體內(nèi)葉綠素及類胡蘿卜素含量的影響

2.6 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵幼苗可溶性糖和MDA含量的影響

由圖5可見，可溶性糖的含量與ck相比差異不明顯，在Zn2+濃度為80 mg·L-1時(shí)，可溶性糖的含量與ck有差異(p<0.05)。

圖5 不同Zn2+濃度對(duì)紅秋葵幼苗體內(nèi)的可溶性糖、MDA含量的影響

MDA的含量出現(xiàn)上升趨勢(shì)，其含量在Zn2+濃度為80 mg·L-1時(shí)達(dá)最高值，為1.22μmol·g-1，是ck的1.1倍。MDA的含量在Zn2+濃度為80～100 mg·L-1時(shí)，與ck相比，差異明顯(p<0.01)。

表4 不同Zn2+脅迫下紅秋葵幼苗葉綠素a、葉綠素b以及類胡蘿卜素含量的方差分析

2.7 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵幼苗PRO含量的影響

由圖6可以看出，紅秋葵葉片中PRO含量隨Zn2+濃度的增加整體呈增加趨勢(shì)，PRO的含量在Zn2+濃度為80 mg·L-1時(shí)達(dá)最高值，是ck的2.26倍。Zn2+濃度在60～100 mg·L-1時(shí)，PRO含量明顯增加，Zn2+濃度在80 mg·L-1時(shí)，與ck相比差異明顯(p<0.05)。Zn2+濃度在100 mg·L-1時(shí)，與ck相比差異顯著(p<0.01)。

圖6 Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵幼苗PRO含量的影響

3 討 論

研究認(rèn)為，重金屬在低濃度下對(duì)植物種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，在高濃度下有抑制作用[12]。本試驗(yàn)用Zn2+濃度分別為20、40、60、80、100 mg·L-1的溶液作用于紅秋葵種子，發(fā)現(xiàn)在Zn2+濃度分別為20、40、60、80 mg·L-1時(shí)對(duì)其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等指標(biāo)基本無影響，發(fā)芽率均能達(dá)到95%以上，在Zn2+濃度為100 mg·L-1時(shí)發(fā)芽率降至85%。隨著脅迫濃度的增加，紅秋葵種子的發(fā)芽速度進(jìn)程受到抑制。紅秋葵種子的發(fā)芽在本試驗(yàn)脅迫范圍內(nèi)基本不受影響，但幼苗的生長受到抑制，其胚根、下胚軸的長度、株高等指標(biāo)隨脅迫濃度的增加而呈下降的趨勢(shì)。在比較高的Zn2+濃度(100 mg·L-1)下，胚根、下胚軸的長度、株高與ck相比，差異顯著(p<0.01)，與王瀚等[13]、張遠(yuǎn)兵等[14]的研究結(jié)果相同。

本試驗(yàn)中，隨Zn2+濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b整體呈下降趨勢(shì)，類胡蘿卜素的含量先升高再下降。一般情況下，植物體內(nèi)葉綠素和類胡蘿卜素，以及葉綠素a、葉綠素b，與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合形成色素蛋白復(fù)合體，葉綠素a蛋白復(fù)合體中主要色素是葉綠素a和類胡蘿卜素，葉綠素a/b蛋白復(fù)合體主要色素是葉綠素a和葉綠素b[15]。在光合作用過程中有重要的生理作用。Zn2+脅迫下，會(huì)使類囊體膜、細(xì)胞核膜等消失，造成細(xì)胞傷害[16]。植物細(xì)胞由于Zn2+脅迫，體內(nèi)氧自由基的增多，過多的氧自由基攻擊膜系統(tǒng)，膜脂過氧化的主要產(chǎn)物MDA增多[17]。本試驗(yàn)中，隨Zn2+脅迫的增強(qiáng)，MDA整體呈上升趨勢(shì)，并在Zn2+濃度為80 mg·L-1時(shí)達(dá)到最高值，表明此濃度的Zn2+脅迫對(duì)紅秋葵破壞較為嚴(yán)重。可溶性糖、PRO都是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其特點(diǎn)為分子量小，合成迅速，能快速降低細(xì)胞滲透勢(shì)[18]，PRO的含量在Zn2+濃度為60～100 mg·L-1時(shí)急劇升高，可溶性糖含量整體升高，是植物對(duì)外界刺激的積極應(yīng)對(duì)。