銅離子對(duì)葡萄試管苗的毒害機(jī)理研究

管 虹

摘要以葡萄試管苗為材料,研究不同濃度Cu2+對(duì)葡萄試管苗生長的影響及機(jī)理,檢測(cè)銅離子毒害模式。結(jié)果表明:在5mg/L Cu2+脅迫處理下,所檢測(cè)的試管苗長勢(shì)及各項(xiàng)生長指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照組,從而進(jìn)一步證明了銅離子作為植物必需微量元素在低濃度時(shí)促進(jìn)植物生長;10mg/L、15mg/L Cu2+脅迫處理對(duì)試管苗生長不利,表現(xiàn)出試管苗的生根數(shù)、根長均低于對(duì)照組,即抑制了試管苗的生長;40mg/L Cu2+為脅迫試管苗的致死濃度。

關(guān)鍵詞銅離子;葡萄試管苗;脅迫;毒害機(jī)理

中圖分類號(hào)X173;Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)21-0061-02

隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,重金屬污染物的來源渠道明顯增加,如工業(yè)三廢以及農(nóng)業(yè)中含銅農(nóng)藥的過量使用等,由此產(chǎn)生的環(huán)境污染隨之加重,從而使植物正常的新陳代謝、發(fā)育以及產(chǎn)量品質(zhì)受到影響。不同種類的植物其耐受性也不盡相同,即使同種植物也會(huì)因生活環(huán)境的差異而分化出不同耐受性的生態(tài)型。通過對(duì)植物的重金屬毒害及其耐受性進(jìn)行研究,為治理重金屬污染的土壤和生態(tài)恢復(fù)提供幫助,從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境,生產(chǎn)綠色產(chǎn)品,為人類健康服務(wù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為濰坊學(xué)院植物組培實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的葡萄試管苗,共3個(gè)品種,分別是克瑞斯(17號(hào))、安逸無核(A27)、螺沙(LS),每個(gè)品種11瓶。培養(yǎng)基為:GS培養(yǎng)基+0.5%瓊脂+2%蔗糖,培養(yǎng)基pH值為5.8～6.0,培養(yǎng)溫度(27±2)℃,光照時(shí)間每天16h,光照強(qiáng)度為2 000Lx。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為摸索Cu2+的毒害計(jì)量,向試驗(yàn)材料培養(yǎng)基中添加CuSO4,濃度分別為0mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、40mg/L,其中0mg/L作為對(duì)照組,5mg/L、10mg/L、15mg/L、40mg/L作為試驗(yàn)組。將培養(yǎng)30～35d的葡萄試管苗,切去莖尖與下部莖段,取中間第2、第3節(jié)位的芽接種。每瓶培養(yǎng)基接種2芽,每種Cu2+處理濃度接種20瓶。培養(yǎng)第10天開始,每隔5d隨機(jī)選擇11棵試管苗,分別測(cè)其試管苗生根數(shù),共測(cè)5次。接種后第18天開始取樣測(cè)定質(zhì)膜相對(duì)透性,每隔5d測(cè)定1次,共測(cè)3次。于接種后第30天取樣測(cè)定葉綠素含量及葉片凈光合速率。3次重復(fù)。

1.3測(cè)定方法

試管苗生長指標(biāo)的測(cè)定:每隔5d隨機(jī)抽取10瓶共22棵試管苗,統(tǒng)計(jì)生根數(shù),共測(cè)3次,計(jì)算平均數(shù)。葉綠素(Chl)含量的測(cè)定:選取各濃度中的葡萄試管苗葉片2～4張,在電子天平上稱取0.5g,研磨,勻漿,用漏斗過濾到50mL容量瓶中,注意在研缽中加入少量80%丙酮將研缽洗凈,一并過濾到容量瓶內(nèi),并定容至50mL;用723A型分光光度計(jì)分別測(cè)定663nm和645nm下的吸光度。注意在整個(gè)過程中避免強(qiáng)光,以減少光對(duì)葉綠素的破壞。光合速率(Pn)的測(cè)定:用美國CID公司生產(chǎn)的CID-301PS便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定,采用開放式氣路;測(cè)定條件T=(30±1)℃,空氣CO2濃度(400±5)μL/L,每個(gè)處理均重復(fù)3次。細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性(PMP)測(cè)定:取試管苗頂端第2～4片葉,用去離子水沖洗干凈,擦干,用直徑0.5cm的打孔器避開主脈取葉圓片,放入干凈的三角燒瓶中,加入50mL去離子水,測(cè)定初始電導(dǎo)值E0;然后真空抽氣30min,充分振蕩后測(cè)定電導(dǎo)值E1;測(cè)定后試管在100℃水浴中加熱15min,以殺死植物組織,取出放入自來水冷卻至室溫測(cè)定電導(dǎo)值E2,按照公式(E1-E0)/(E2-E0)×100%計(jì)算細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性。

2結(jié)果與分析

由圖1~4可知,Cu2+濃度為5mg/L時(shí),葡萄試管苗的生根數(shù)、色素總和、凈光合速率等指標(biāo)均高于對(duì)照,且細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性較低;當(dāng)Cu2+濃度為10mg/L、15mg/L時(shí),葡萄試管苗的生長受到抑制,生根數(shù)均低于5mg/L,且凈光合速率顯著降低;當(dāng)Cu2+濃度為40mg/L時(shí),葡萄試管苗死亡。

3結(jié)論與討論

通過測(cè)定不同濃度的銅處理對(duì)不同品種葡萄試管苗幼苗的生長指標(biāo)和生理指標(biāo)表明:在5mg/L的Cu2+脅迫處理下試管苗長勢(shì)及各項(xiàng)生長指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照。研究認(rèn)為5mg/L的Cu2+是葡萄試管苗在培養(yǎng)瓶中的合適濃度,因此表現(xiàn)出比對(duì)照更好的生長狀況。在今后運(yùn)用試管苗作逆境研究的試材時(shí),當(dāng)考慮此情況。

通過對(duì)整株試管苗的觀察可知,對(duì)葉片來說,低濃度Cu2+反而有輕微的促進(jìn)作用,生長指標(biāo)高于對(duì)照組,根部位最先表現(xiàn)出停止生長。其原因可能主要是根直接接觸銅溶液,銅毒害首先作用于根部細(xì)胞,影響了根細(xì)胞的分裂生長與物質(zhì)的吸收利用,從而抑制了地上部分的生長,使試管苗的生長抑制表現(xiàn)出根系高于莖葉的特點(diǎn)。

通過分析不同濃度的銅處理對(duì)葡萄試管苗有關(guān)生理指標(biāo)的影響,發(fā)現(xiàn)Cu2+對(duì)試管苗的毒理主要原因:隨著Cu2+濃度的升高,葡萄試管苗幼苗的葉綠素含量降低,從而抑制了試管苗的光合作用,使凈光合速率下降,減慢了幼苗的進(jìn)一步生長和發(fā)育,這與Lidon等人的結(jié)論相一致。原因可能是Cu2+的脅迫處理,影響葉綠素合成酶的空間構(gòu)型或者取代葉綠素合成酶中的Mg2+,從而使酶失去活性,葉綠素合成受阻。此外,在試管苗受到脅迫時(shí),體內(nèi)產(chǎn)生大量的自由基,可能加速葉片中已有葉綠素的氧化分解,發(fā)生了脂質(zhì)過氧化。通過測(cè)定葉片的電導(dǎo)率發(fā)現(xiàn),隨Cu2+濃度的升高,膜透性大大增加,說明銅離子可能是通過與細(xì)胞膜上一些蛋白基團(tuán)結(jié)合形成絡(luò)合物,從而改變了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),并破壞了細(xì)胞膜的正常功能,進(jìn)一步導(dǎo)致了細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)容物包括大量的營養(yǎng)物質(zhì)流出細(xì)胞,從而使電導(dǎo)率升高,膜透性加大。

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