HJAS  >> Vol. 8 No. 5 (May 2018)

    铜胁迫对萝卜和菠菜种子萌发的影响
    Effects of Copper Stress on Seed Germination of Radish and Spinach

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作者:  

周静怡,公 勤:湖北大学资源环境学院,湖北 武汉

关键词:
铜胁迫种子萌发萝卜菠菜Copper Stress Seed Germination Radish (Raphanus sativus L.) Spinach (Spinacia oleracea L.)

摘要:

为研究和筛选适合不同程度重金属污染农田的蔬菜品种,以萝卜、菠菜种子为试材,采用培养皿法研究单一重金属铜对萝卜、菠菜种子萌发的影响。结果表明,低于550 mg/L的铜处理对白萝卜种子发芽率存在“低促高抑”效应,对青萝卜发芽率存在抑制作用;而对菠菜种子发芽率起促进作用,菠菜的耐铜性强于萝卜。同一蔬菜的不同品种的耐铜性存在差异,白萝卜耐铜性强于青萝卜,小叶菠菜耐铜性强于大叶菠菜。

To study and screen suitable vegetables in heavy metals polluted agricultural soils, the effects of copper on seed germination of Raphanus sativus L. radish and Spinacia oleracea L. spinach were studied by the method of culture dish. The results show that under the condition of 0 - 550 mg/L copper treatment, the germination rate of white radish rose first and then dropped; the germination rate of green radish dropped; the germination rate of spinach increased in general. The copper resistance of spinach was stronger than that of radish. There was a difference in the copper resistance of different varieties of the same vegetable. The copper resistance of white radish is stronger than that of green radish, and small-leaf spinach resistance to copper is stronger than that of big-leaf spinach.

1. 引言

铜是最常见的重金属元素之一,是植物生长发育必需的微量元素,它参与植物体多种生理代谢过程,对作物的生长发育、产量、品质都有重要影响 [1] [2] [3] 。近年来,由于工业采矿、城市污水的排放和含铜杀菌剂的长期大量使用,土壤含铜量迅速增加,远远超出了土壤环境标准含量,高浓度的铜对自然界的生物产生严重危害 [4] 。因此研究重金属污染对蔬菜的胁迫机理,对保障农产品质量安全具有重要意义。

萝卜和菠菜均为人们常食用的蔬菜。萝卜的主要食用部分是根。高浓度的铜离子通过根系吸收进入萝卜的地下块根内,可能对萝卜的产量和质量产生严重的影响,并经食物链进入人体,在人体内富集,危害人体的健康 [5] 。菠菜的主要食用部分是茎和叶,富含类胡萝卜、维生素C等营养素,有极高的养生价值。虽然前人对铜胁迫蔬菜生长有些探讨 [6] [7] [8] ,但目前有关铜胁迫对菠菜种子萌发影响的研究鲜有报道,关于蔬菜耐铜性的种间、种内的比较研究仍较少,本试验以萝卜、菠菜种子为试材,采用培养皿法研究单一重金属铜对萝卜、菠菜种子萌发的影响,旨在探究不同蔬菜和同种蔬菜的不同品种对重金属耐性的差异,为筛选适合不同程度重金属污染农田的蔬菜品种提供理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 试验材料

供试种子为萝卜种子(白萝卜、青萝卜)、菠菜种子(小叶菠菜、大叶菠菜),购置市场常见品种。供试金属离子CuSO4·5H2O为分析纯试剂。试验于2017年11月至12月进行。

2.2. 铜溶液配置和浓度设置

根据中华人民共和国土壤环境质量标准(GB15618-2008)三级土壤环境标准质量进行设定 [9] 。CuSO4处理浓度具体如下(mg/L):0、50、150、250、350、450、550。

2.3. 试验设计

供试种子用蒸馏水浸泡过夜后,将浮在水面上的瘪种、籽粒不饱满的或是已脱皮的种子剔除。选取粒饱满的种子,用0.1%NaClO溶液消毒10 min后,用蒸馏水润洗。选取直径为9 cm的培养皿,每个培养皿中垫2层滤纸作为发芽床,将配好的处理液加入培养皿中,至滤纸饱和。每个培养皿中均放入50粒种子,将其置于白天光照12 h,温度25℃,光照为1000 lx;夜晚黑暗12 h,温度20℃的培养箱中。每个处理设置3次重复。每日记录发芽种子数量,并用称重法加水恒重,保证重金属浓度恒定。待对照种子2片子叶完全变绿后,结束试验。选取最理想的一组结果进行分析。

2.4. 测定指标及方法

发芽率(%) = 供试种子的发芽数/供试种子总数 × 100%。

2.5. 统计分析

试验数据采用Excel 2013进行分析。

3. 结果与分析

3.1. 不同浓度铜处理对萝卜种子发芽率的影响

通过对各处理组和对照组的种子发芽率进行分析,结果表明:铜对萝卜种子发芽率有明显影响,并且对不同品种的影响程度不同。从图1可以看出,在不同铜浓度处理的条件下,白萝卜的发芽率表现出“低浓度促进,高浓度抑制”现象。与对照组相比,150 mg/L铜浓度处理的发芽率增加了2%;350 mg/L铜浓度处理的发芽率减少了34%,降幅达35.42%。相比白萝卜,青萝卜发芽率较低,且随浓度增大呈降低趋势。在150 mg/L条件下,青萝卜发芽率相比其对照减少了64%,降幅达82.05%。

3.2. 不同浓度铜处理对菠菜种子发芽率的影响

图2可知,随着铜浓度的增加,对菠菜种子发芽率总体上产生促进作用,其中大叶菠菜在450 mg/L铜浓度条件下,发芽率为对照组的1.17倍。小叶菠菜发芽率无明显变化,其中250 mg/L、550 mg/L处理组的发芽率较对照组增加了8%。在此铜浓度范围内,尚未发现对菠菜种子萌发的显著抑制作用。但菠菜不同品种的耐铜性仍有差异,小叶菠菜的耐铜性更强。

3.3. 不同浓度铜处理对种子胚根的影响

图3图4可见,铜对萝卜的胚根伸长影响表现为抑制作用。仅对照组出现根毛,各处理组未出现根毛。在较低浓度50 mg/L处理条件下,白萝卜的胚根较长,但根尖出现发黑症状;青萝卜的胚根开始萎缩。在较高浓度条件下,萝卜的胚根均急剧缩短,子叶逐渐发黄变小,胚乳有发黑的趋势。

Figure 1. Effects of Cu stresses on germination rate of radish

图1. 不同浓度铜处理对萝卜发芽率的影响

Figure 2. Effects of Cu stresses on germination rate of spinach

图2. 不同浓度铜处理对菠菜发芽率的影响

Figure 3. Effects of Cu stresses on radicles of white radish

图3. 铜对白萝卜胚根的影响

图5图6可见,铜对大叶菠菜的胚根伸长影响表现为抑制作用,而对小叶菠菜的胚根长度表现为先增后降的趋势。在较低浓度50 mg/L、150 mg/L条件下,菠菜的胚根根尖出现发黑症状。与对照相比,大叶菠菜的胚根长度显著减小;小叶菠菜在50 mg/L处理下的胚根长度、粗度均大于对照,但未出现根毛。

4. 讨论

已有研究表明,重金属对种子萌发存在低浓度刺激而高浓度呈抑制作用 [10] [11] [12] ,但具体表现又

Note: In the above pictures, from left to right, they are under 0, 50, 150, 250, 350, 450, 550 (mg/L) copper stress respectively.注:上述图片中,从左至右分别为在0、50、150、250、350、450、550 (mg/L)铜溶液处理下的形态。

Figure 4. Effects of Cu stresses on radicles of green radish

图4. 铜对青萝卜胚根的影响

Figure 5. Effects of Cu stresses on radicles of big-leaf spinach

图5. 铜对大叶菠菜胚根的影响

因重金属、植物不同而有所变化 [13] [14] [15] 。

本试验结果表明,随着铜浓度的增加,白萝卜种子发芽率表现出先增后降的趋势,这与之前研究者的研究结果相似 [16] [17] [18] 。但在本试验中,在相同处理条件下,青萝卜种子发芽率受到抑制作用,其中在50 mg/L时,青萝卜发芽率已低于对照20%。而在350 mg/L时,白萝卜发芽率才开始低于对照,因此白萝卜的耐性较青萝卜强。

和萝卜相比,相同浓度铜处理对菠菜种子发芽率在总体上表现为促进作用,表明菠菜的耐性较萝卜强。这可能是因为菠菜作为深绿叶蔬菜,叶绿素含量更高,在种子萌发过程中需要积累更多的铜离子合成相关酶。因此在较低的铜浓度处理下,反而有促进作用。有研究表明,菠菜POD活性和CAT的活性随着硫酸铜浓度的增大呈现先增加后降低的规律;可溶性蛋白的含量随着硫酸铜的浓度的增加先减少后增加 [19] 。同时,铜胁迫对菠菜种子不同品种的发芽率有影响,且程度不同,小叶菠菜的耐性较大叶菠菜强。

Note: in the above pictures, from left to right, they are under 0, 50, 150, 250, 350, 450, 550 (mg/L) copper stress respectively.注:上述图片中,从左至右分别为在0、50、150、250、350、450、550 (mg/L)铜溶液处理下的形态。

Figure 6. Effects of Cu stresses on radicles of small-leaf spinach

图6. 铜对小叶菠菜胚根的影响

从萝卜、菠菜种子胚根长的总体情况来看,随着铜浓度增加,对胚根主要是抑制作用,具体表现在胚根长度变短、胚根根尖出现发黑症状、无根毛生长三个方面。但也有在较高浓度(50 mg/mL、100 mg/mL)处理下,萝卜种子才出现这种明显的发育不良现象 [20] ,这可能是因为品种的差异。铜胁迫对萝卜胚根的抑制程度大于菠菜,这与发芽率的变化情况相似。

综上,本文初步研究了单一重金属铜的不同浓度对萝卜、菠菜种子萌发的影响,表明菠菜的耐铜性强于萝卜,同种蔬菜的不同品种耐铜性也存在差异。但本次试验测定指标和试验品种较少,仍有很大的提升空间,后期可结合相关酶指标进一步研究。

5. 结论

在较低铜浓度(0~550 mg/L)条件下,白萝卜种子发芽率存在“低促高抑”的现象,青萝卜发芽率受到抑制作用;菠菜种子发芽率总体上受到促进作用,表明菠菜的耐铜性强于萝卜。同种蔬菜的不同品种耐铜性存在差异,其中白萝卜的耐铜性强于青萝卜,小叶菠菜的耐铜性较大叶菠菜更强。

文章引用:
周静怡, 公勤. 铜胁迫对萝卜和菠菜种子萌发的影响[J]. 农业科学, 2018, 8(5): 468-474. https://doi.org/10.12677/HJAS.2018.85072

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