重金屬銅與小麥生長發(fā)育的關系

蘇雪怡

【摘?要】為研究銅對小麥發(fā)育的影響，通過不同濃度銅溶液對小麥發(fā)芽率、過氧化氫酶活力以及淀粉酶活力的影響。結果表明，高濃度銅溶液能夠抑制小麥種子萌發(fā)，低濃度銅溶液能夠在一定程度上促進小麥的萌發(fā);淀粉酶以及過氧化氫酶的活性會隨著銅溶液濃度的升高而降低。

【關鍵詞】重金屬銅;小麥生長;解毒作用

引言：

小麥是我國重要的糧食來源，但重金屬污染已經(jīng)對小麥的生長造成的嚴重的影響，同時重金屬銅離子的富集作用也會對人體健康造成極大的危害。工業(yè)排放以及農(nóng)田澆灌等活動都會導致重金屬銅離子進入到土壤中，并在土壤中積累，銅離子一旦進入到土壤中，幾乎無法被排除。而小麥植株會通過根須從土壤中吸收銅離子，累積的銅離子會通過食物的形式進入到食物鏈中，最終影響群眾的健康。

一、材料與方法

（一）儀器與材料

本次試驗使用恒溫干燥箱，發(fā)芽皿，不同濃度的銅溶液，常見品種小麥。

（二）試驗方法

在試驗之前，首先需選取均勻飽滿的小麥種子，并對其進行常規(guī)消毒。使用5%濃度的NaClO溶液浸泡20分鐘，而后再用離子水對種子進行多次沖洗。將消完毒的種子放在蒸餾水中浸泡24小時進行催芽，待所有工序完成后，將小麥種子放置在發(fā)芽皿中。將重金屬Cu離子以不同比例對小麥種子進行染毒，每種濃度的銅溶液各感染一皿中的小麥種子，作為對照組，并選取一皿沒有銅溶液的小麥種子作為觀察組。將其放置在光照、溫度以及濕度條件相同的環(huán)境下。

首次測量發(fā)芽率的時間為七天，一十天后在發(fā)芽皿中取十株幼苗，對其根部與胚軸之間的過渡點進行測量，測定方式通過直尺直接進行測量即可，并將測量結果錄入到計算機中，利用相關軟件對測定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。選取大小均勻，籽粒飽滿的小麥種子，在3%濃度的雙氧水浸泡十分鐘進行消毒，而后用蒸餾水對其浸泡24小時，達到促進萌發(fā)的作用。而后將其以腹溝向下的方式排放在盛有石英砂的杯子里，保證種子間留出均勻的距離，最后在杯中加入5%、10%濃度的無土栽培營養(yǎng)液。待染毒試驗進行10小時后，將種子取出、沖洗并用濾紙吸干水分，用剪刀分離其莖部以及根部，分別放日干燥箱中，進行高溫殺菌。

蛋白酶活性測定：定義每小時每一毫克蛋白質酶產(chǎn)生一毫克氨基酸為一個酶活力單位。過氧化氫酶活性測定：使用KMnO4進行滴定測試，定義每克樣品每分鐘內分解雙氧水量為一個酶活力單位。

二、結果與分析

試驗結果表明，高濃度銅溶液能夠抑制小麥種子萌發(fā)，低濃度銅溶液能夠在一定程度上促進小麥的萌發(fā);淀粉酶以及過氧化氫酶的活性會隨著銅溶液濃度的升高而降低。在試驗過程中，可以發(fā)現(xiàn)小麥自身具有一定的解毒作用，其能夠在一定程度上降低銅離子的影響。銅離子對植物生長來說是一種非必須的元素，在植物體內積累到一定程度后，就會對種子產(chǎn)生毒害作用[1]。相關研究表明，銅離子對小麥明發(fā)產(chǎn)生毒害作用的臨界點為5*10mol·L-1，過量的銅離子會影響未受保護蛋白質發(fā)揮正常功能，此外銅離子與蛋白質結合會使DNA片段的密度增加，進而使其在DNA鏈上的位置發(fā)生改變[2]。一旦NDA結構出現(xiàn)問題，就會導致種子更容易受到銅離子的影響，引發(fā)變質中毒。

小麥種子萌發(fā)的過程需消耗大量的物質和能量，這些物質和能量在很大程度上來源于儲藏物質所釋放出的能量。在這個過程中，需大量的酶作為支持，因此小麥種子發(fā)芽時，酶變化較為明顯。小麥屬于淀粉型種子，淀粉是種子中存的主要成分，蛋白質次之。因此兩者對應的淀粉酶以及蛋白酶是小麥種子萌發(fā)時的重要酶類。蛋白質分解出的氨基酸是新組織的重要組成部分，淀粉在分解的過程中，能夠為小麥種子的萌發(fā)提供碳源和能量。過氧化氫酶本質上屬于保護性酶，在小麥種子萌發(fā)的過程中，其能夠在極大程度上清除過氧化氫，限制其對種子的潛在傷害，其原因在于過氧化氫酶與植物所表現(xiàn)出的抗逆性緊密相關。

在單獨脅迫的情況下，過氧化氫酶以及淀粉酶的活性都會受到限制，蛋白酶活性提高，因此表明15mg/L-1Hg能夠促進蛋白質的分解和利用，同時限制淀粉的分解，降低整體組織的抗氧化能力，利用制度的應激反應能夠充分解釋蛋白酶活性提高[3]。小麥種子萌發(fā)的過程中，短時間內小劑量的重金屬銅處理能夠在一定程度上，加速植物的生化反應，這也是小麥種子解毒作用的充分體現(xiàn)，也即應激反應。導致這一現(xiàn)象的因素主要是當植物處于逆境誘導下，其本身防御機能本能性的加強，進而導致防御體系中的物質活性提高，在一定程度上促進了各種酶類的活性[4]。此外，重金屬銅對植物的應激刺激存在一個臨界值，也就是植物自身的解毒值，一旦超過該值，就會表現(xiàn)出毒害情況。如果控制得到，其就會成為促進種子萌發(fā)的“催化劑”。在小麥種子中，不同酶類的臨界值存在較大差異，因此15mg/L-1Hg脅迫情況下，也會表現(xiàn)出不同的變化趨勢。

參考文獻：

[1]趙秀芳、王藝璇、張永帥、王燕燕. 山東安丘地區(qū)土壤-小麥系統(tǒng)重金屬等元素間的相互作用[J]. 現(xiàn)代地質，2020，v.34（05）：74-82.

[2]ZHANG Jianghua. 小秦嶺金礦區(qū)小麥和玉米重金屬的健康風險評價[J]. Acta Geologica Sinica，2019，93（2）：501-508.

[3]王怡雯，芮玉奎，李中陽，et al. 冬小麥吸收重金屬特征及與影響因素的定量關系[J]. 環(huán)境科學，2020，v.41（03）：472-480.

[4]劉建國，耿純梅，齊桂英，等. 兩種不同檢測方法對比小麥中鉛，鎘，鉻等重金屬元素含量探討[J]. 醫(yī)學動物防制，2019，v.35（07）：106-108.

（作者單位：西北民族大學）