銅離子對葡萄試管苗的毒害機理研究

管 虹

摘要以葡萄試管苗為材料,研究不同濃度Cu2+對葡萄試管苗生長的影響及機理,檢測銅離子毒害模式。結果表明:在5mg/L Cu2+脅迫處理下,所檢測的試管苗長勢及各項生長指標均優于對照組,從而進一步證明了銅離子作為植物必需微量元素在低濃度時促進植物生長;10mg/L、15mg/L Cu2+脅迫處理對試管苗生長不利,表現出試管苗的生根數、根長均低于對照組,即抑制了試管苗的生長;40mg/L Cu2+為脅迫試管苗的致死濃度。

關鍵詞銅離子;葡萄試管苗;脅迫;毒害機理

中圖分類號X173;Q945.78文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)21-0061-02

隨著我國工農業生產的發展,重金屬污染物的來源渠道明顯增加,如工業三廢以及農業中含銅農藥的過量使用等,由此產生的環境污染隨之加重,從而使植物正常的新陳代謝、發育以及產量品質受到影響。不同種類的植物其耐受性也不盡相同,即使同種植物也會因生活環境的差異而分化出不同耐受性的生態型。通過對植物的重金屬毒害及其耐受性進行研究,為治理重金屬污染的土壤和生態恢復提供幫助,從而保護生態環境,生產綠色產品,為人類健康服務。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為濰坊學院植物組培實驗室培養的葡萄試管苗,共3個品種,分別是克瑞斯(17號)、安逸無核(A27)、螺沙(LS),每個品種11瓶。培養基為:GS培養基+0.5%瓊脂+2%蔗糖,培養基pH值為5.8～6.0,培養溫度(27±2)℃,光照時間每天16h,光照強度為2 000Lx。

1.2試驗設計

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

1.3測定方法

試管苗生長指標的測定:每隔5d隨機抽取10瓶共22棵試管苗,統計生根數,共測3次,計算平均數。葉綠素(Chl)含量的測定: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,并定容至50mL;用723A型分光光度計分別測定663nm和645nm下的吸光度。注意在整個過程中避免強光,以減少光對葉綠素的破壞。光合速率(Pn)的測定:用美國CID公司生產的CID-301PS便攜式光合測定儀測定,采用開放式氣路;測定條件T=(30±1)℃,空氣CO2濃度(400±5)μL/L,每個處理均重復3次。細胞質膜相對透性(PMP)測定: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,測定初始電導值E0;然后真空抽氣30min,充分振蕩后測定電導值E1;測定后試管在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定電導值E2,按照公式(E1-E0)/(E2-E0)×100%計算細胞質膜相對透性。

2結果與分析

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

3結論與討論

通過測定不同濃度的銅處理對不同品種葡萄試管苗幼苗的生長指標和生理指標表明:在5mg/L的Cu2+脅迫處理下試管苗長勢及各項生長指標均優于對照。研究認為5mg/L的Cu2+是葡萄試管苗在培養瓶中的合適濃度,因此表現出比對照更好的生長狀況。在今后運用試管苗作逆境研究的試材時,當考慮此情況。

通過對整株試管苗的觀察可知,對葉片來說,低濃度Cu2+反而有輕微的促進作用,生長指標高于對照組,根部位最先表現出停止生長。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胞,影響了根細胞的分裂生長與物質的吸收利用,從而抑制了地上部分的生長,使試管苗的生長抑制表現出根系高于莖葉的特點。

通過分析不同濃度的銅處理對葡萄試管苗有關生理指標的影響,發現Cu2+對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,減慢了幼苗的進一步生長和發育,這與Lidon等人的結論相一致。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,體內產生大量的自由基,可能加速葉片中已有葉綠素的氧化分解,發生了脂質過氧化。通過測定葉片的電導率發現,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胞膜上一些蛋白基團結合形成絡合物,從而改變了細胞膜的結構,并破壞了細胞膜的正常功能,進一步導致了細胞質中的內容物包括大量的營養物質流出細胞,從而使電導率升高,膜透性加大。

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