全 文 :文章编号:1001 - 4829(2011)05 - 1904 - 04
收稿日期:2011 - 05 - 09
作者简介:王 景(1989 -) ,女,园林(景观设计)专业,大学本
科在读,E-mail:yuer1023@ qq. com,* 为通讯作者。
Pb2 + 对紫萼玉簪种子萌发和幼苗生长的影响
王 景,王 娟,高素萍* ,赵志惠,何海峰
(四川农业大学风景园林院,四川 温江 611130)
摘 要:试验以紫萼玉簪为材料,研究了不同浓度铅(125,250,500,1000,2000 mg·kg -1)胁迫对紫萼种子萌发及幼苗生长的影
响。结果表明:Pb2 +浓度小于 500 mg·kg -1对紫萼玉簪种子的发芽及幼苗生长有一定的促进作用;随着浓度提高,Pb2 +胁迫对紫
萼玉簪萌发的抑制作用增大,浓度为 1000 和 2000 mg·kg -1抑制作用明显,同时 POD活性随 Pb2 +浓度的升高呈现先升高后降低
的趋势,SOD活性随着 Pb2 +浓度升高呈现先降低后升高的趋势。说明低浓度 Pb2 +处理可以促进种子萌发和提高生物量;高浓度
则抑制。
关键词:铅;紫萼玉簪;种子萌发;幼苗生长
中图分类号:S330. 2 文献标识码:A
Effects of Lead Stress on Seed Germination and
Seedlings Growth of Hosta ventricosa
WANG Jing ,WANG Juan,GAO Su-ping* ,ZHAO Zhi-hui,HE Hai-feng
(Sichuan Agricultural University Landscape Architecture College,Sichuan Wenjiang 611130,China)
Abstract:Taken Hosta ventricosa as materials,the effects of the different concentrations lead coercion(125,250,500,1000,2000 mg·kg -1)
on the Hosta ventricosa seed germination and the seedling growth were studied. The result showed that,when the Pb2 + concentration was low-
er than 500 mg·kg -1,the Pb2 + had prmoting effects on Hosta ventricosa seed germination and the seedling growth. With the Pb2 + concen-
trations increasing,the inhibition effect on the seeds germination increased. When the Pb2 + concentration reached 1000 and 2000 mg·
kg -1,the inhibition effect was the most obvious. With the Pb2 + concentrations increasing,POD activity first rose ,then decreased. The
change of SOD acativity was opposite to that of POD activity . The conclusion was drawn that when Pb2 + of low concentrations could improve
seed germination and biomass but high concentrations Pb2 + had inhibition effects.
Key words:Plumbum;Hosta ventricosa;Germination;Seedhng growth
紫萼[Hosta ventricosa(Salisb.)Stearn]又称紫
萼玉簪、紫玉簪,为百合科玉簪属 (Liliaceae H.)多
年生宿根草本植物,是典型的阴性植物,极耐寒,在
我国大部分地区均能露地越冬,适于树下或建筑物
周围荫蔽处或岩石园栽植,既可地栽,又可盆栽,或
作切花切叶,被广泛应用于园林地被、花坛和花境
中[1 ~ 2]。
目前,对玉簪属植物的研究主要集中在系统发
育与分类学、细胞学、病理学、繁殖与育种等方面,对
玉簪属植物种子储存、生理胁迫等方面的研究还较
少。本研究以紫萼玉簪为材料,探讨铅对其种子萌
发和幼苗生长的影响,为紫萼玉簪在城市绿化配置、
大气污染监测以及土壤生态修复等方面的应用提供
参考。
1 材料与方法
1. 1 材料
紫萼玉簪[H. ventricosa(Salisb.)Stearn]种子
采自四川省雅安市碧峰峡熊猫基地,经除杂、去果皮
和筛选后,室外风干,储藏待用,Pb(NO3)2 为分析
纯。
1. 2 试验设计
选取优质饱满的紫萼玉簪种子去皮,用 0. 5 %
的 KMnO4 溶液浸泡 0. 5 h消毒,然后用不同浓度的
铅浸种 24 h。将种子均匀放在培养皿内,每个培养
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西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2011 年 24 卷 5 期
Vol. 24 No. 5
皿中放置 30 粒种子,期间分别施浇浓度为 0 、125、
250、500、1000、2000 mg·kg -1(浓度以纯铅离子计)
的铅溶液,重复 3 次。每日补加相应浓度的铅溶液
(每皿等量) ,以保持种子湿润状态[3]。培养箱温度
25 ℃,光照 4000 lx。
1. 3 测定指标与方法
1. 3. 1 种子类型测定 将风干的紫萼玉簪种子去
皮,粉碎成粉末,烘干至恒重,然后测定粗脂肪、粗蛋
白和总糖含量。粗脂肪含量测定采用索氏抽提法,
粗蛋白含量测定采用分光光度法,总糖含量测定采
用比色法[3]。
1. 3. 2 Pb2 +对种子萌发影响 选取优质饱满的紫
萼玉簪种子去皮,用 0. 5 %的 KMnO4 溶液浸泡 0. 5
h消毒,然后用不同浓度的铅浸种 24 h。将种子均
匀放在培养皿内,每个培养皿中放置 30 粒种子,期
间分别施浇处理浓度为 0 、125、250、500、1000、2000
mg·kg -1(浓度以纯铅离子计)的铅溶液,重复 3
次。每日补加相应浓度的铅溶液(每皿等量) ,以保
持种子湿润状态[4]。培养箱温度 25 ℃,光照 80
μmol·m -2·s - 1。
从种子置床开始每天观察记录,第 7 天测定种
子 POD、SOD 含量和脂肪酸含量,第 14 天统计发芽
势,第 28 天统计发芽率。
发芽率(Gt)=萌发种子总数 /供试种子总粒数
× 100%
发芽势(GP)=规定天数内发芽中子数 /供试种
子总粒数 × 100%
1. 3. 3 根冠比 发芽结束 20 d 后,从各处理中随
机选取 10 株幼苗,105 ℃下杀青 30 min,85 ℃下烘
干至恒重,用电子天平分别称量其地上和地下部分
的干重,计算根冠比 (R /S)。
根冠比 =根干重 /地上部干重
1. 3. 4 抗氧化酶测定 过氧化物酶(POD)活性的
测定参考何冰等[5]的方法,略做修改。向 3 mL 反
应混合液(混合液由 500 mL 0. 05 mol·L -1 pH 7. 0
磷酸缓冲液、0. 28 mL 愈创木酚和 0. 19 mL 30 %
H2O2 配制而成)中加入酶液 0. 025 mL,用提取缓冲
液调零后迅速摇匀,立即测定 A470,每 30 s 读数 1
次,共 4 min。以每分钟每克鲜重的吸光值的降低来
表示酶活性大小,单位为 ΔA470·min
-1·g -1 FW。
超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用 NBT还
表 1 紫萼玉簪种子的 3 种主要储藏物质(干重 g)
Table 1 Three main store materials of Hosta ventricosa
总糖 总脂肪 总蛋白质
质量百分数(%) 19. 04 37. 13 23. 80
原法[6],略做修改。在 80 μmol·m -2·s - 1光强下
反应,待该组试管内的溶液黄色全部消失便立即将
其取出,反应结束后,以不照光的对照管作为空白,
在波长 560 nm 处分别测定各管吸光度。以抑制
NBT光化还原 50 %为一个酶活力单位。
1. 3. 5 脂肪酸含量测定 脂肪酸含量测定参考张
志良,瞿伟菁等[3]的方法略作修改。将萌动的种子
(播种 6 d后)擦干,在电子天平上称 1 g 放入研钵
中,加入适量液氮研磨,加 3 mL 95 %乙醇,将材料
研磨成匀浆,然后倒入离心管,再取 22 mL乙醇洗涤
研磨,将洗液和多余乙醇全部并入离心管,加盖,将
离心管在 70 ℃的水浴锅中保存 40 min。取出后在 r
= 4459,T = 4 ℃下离心 20 min,在上清液中放入少
量活性炭再离心 20 min。取滤液 10 mL置于三角瓶
中,加酚酞试剂 2 滴,用 0. 05 mol /L NaOH 滴定之,
生成微红色,在 1 min 内不褪色即为终点,记录用去
NaOH的体积表示脂肪酸含量。
2 结果与分析
2. 1 种子类型测定
种子的主要贮藏物质有淀粉、脂肪和蛋白质,根
据上述物质的数量不同,可分为淀粉、脂肪和蛋白质
种子[7]。由表 1 可以看出紫萼玉簪种子中主要贮藏
物质为脂肪,故为脂肪类种子。
2. 2 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪种子萌发的影响
由图 1 可知,随着 Pb2 +浓度的增加,紫萼玉簪
种子的发芽率和发芽势均呈现先升高后降低的趋
势。发芽势在 Pb2 +为 1000 和 2000 mg·kg -1时降
为 0,但随着紫萼玉簪种子对这种逆境的适应,发芽
率显著下降均小于 CK,但也有少量种子萌发。试验
表明,低浓度铅胁迫可以提高种子的发芽率和发芽
势,高浓度则表现为抑制。低浓度的铅胁迫对紫萼
玉簪种子起到了一定的刺激诱导作用,表现为提高
种子的发芽率和发芽势;然而高浓度的铅胁迫却明
显影响种子的正常生理,导致大多数种子不能萌发,
表现为很强的抑制作用。
图 1 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪种子发芽率和发芽势的影响
Fig. 1 Effects of different lead density on seeds germination vigor and
rate of Hosta ventricosa
50915 期 王 景等:Pb2 +对紫萼玉簪种子萌发和幼苗生长的影响
图 2 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪幼苗根冠比的影响
Fig. 2 Effects of different lead density on seeds crown-root ratio of
Hosta ventricosa
2. 3 不同浓度 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪根冠比的影响
2. 3. 1 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪根冠比的影响 由图
2 可知,随着 Pb2 +浓度的增加,紫萼玉簪幼苗根冠比
呈现先升高后降低的趋势,但均大于对照,在 125
mg·kg -1时达到最大值,当 Pb2 +浓度为 500 mg·
kg -1时,与 CK 相差不大;Pb2 + 浓度为 1000 mg·
kg -1时,种子萌发缓慢,幼苗生长不良,无法进行指
标测定,当 Pb2 +浓度为 2000 mg·kg -1时种子几乎
不萌发。由此说明,低浓度的铅可促进紫萼玉簪根
冠比的提高,高浓度则抑制;低浓度下铅对紫萼玉簪
幼苗的促进为根系生物量的增加幅度大于地上部分
生物量上升幅度,可能原因是植物主要从土壤中吸
收铅离子,铅被植物吸收后在根中的积累量大于地
上的茎和叶。
2. 3. 2 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪根长和地上部苗长部
分的影响 从图 3 可以看出,紫萼玉簪的幼苗苗长
随着 Pb2 +浓度的增加逐渐低于 CK,根长在浓度为
125 mg·kg -1时高于 CK,随后低于 CK 且呈下降趋
势,当 Pb2 +浓度达到 250 mg·kg -1时,即开始表现
为抑制效应,且随着 Pb2 +浓度的增加,抑制效应增
强。当 Pb2 + 浓度为 1000 mg·kg -1时种子萌发缓
慢,幼苗生长不良,无法进行指标的测定,当 Pb2 +浓
度为 2000 mg·kg -1时种子几乎未萌发(此处描述
与根冠比的分析统一)。由此说明 Pb2 +处理对紫萼
玉簪幼苗生长起抑制作用;低浓度 Pb2 +处理对紫萼
玉簪的幼苗根长的生长有一定的促进作用,高浓度
则抑制。
2. 4 不同浓度 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪种子抗氧化酶
活性的影响
2. 4. 1 Pb2 +胁迫对 SOD 活性的影响 由图 4 可
知,着 Pb2 +浓度的升高 SOD活性呈现先降低后升高
图 3 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪幼苗根长及地上部分芽长
Fig. 3 Effects of lead stress on root and seedling length of Hosta
ventricosa seedlings
的趋势。当 Pb2 + 浓度为 125 和 250 mg·kg -1时,
SOD活性低于 CK;当 Pb2 +浓度在 500 mg·kg -1以
上时,SOD活性高于 CK。由此说明:在低浓度前胁
迫下,Pb2 +对 SOD 有抑制作用,高浓度下有促进作
用。
2. 4. 2 Pb2 +胁迫对 POD 活性的影响 由图 5 可
知,POD活性呈现先升高后降低的趋势,在 2000 mg
·kg -1处出现反弹(比相邻高浓度高)。当 Pb2 +浓
度在 500 mg·kg -1以内时,POD 的活性大于 CK,在
Pb2 +浓度为 125 mg·kg -1时,POD 的活性最高,为
CK的 154. 28 %;随着 Pb2 +浓度增加,POD 活性低
于 CK。由此这说明低浓度的铅激活了 POD 的活
性,高浓度的铅则抑制了 POD 的活性并对 POD 酶
系统产生伤害。
2. 5 不同浓度 Pb2 +胁迫对紫萼玉簪种子脂肪酸含
量的影响
由图 6 可知,随 Pb2 +浓度的增大,紫萼玉簪萌
发种子中的脂肪酸含量呈递减趋势,当 Pb2 +浓度为
2000 mg·kg -1时,脂肪酸含量最低,仅为 CK的 39.
74 %。由此说明,铅在萌发种子中的积累导致种子
脂肪代谢过程减弱。
3 结论与讨论
在铅胁迫下,紫萼玉簪的种子发芽率和发芽势、
图 6 Pb2 +胁迫对于紫萼玉簪种子脂肪酸的影响
Fig. 6 Effects of lead stress on fatty acids
6091 西 南 农 业 学 报 23 卷
幼苗生物量和抗氧化酶 SOD、POD 活性均呈一定的
规律性变化[8],即表现为低浓度下的促进和高浓度
下的抑制,这与秦普丰[9]、张震[10]、郭树荣[11]等人
就铅对植物生长发育的影响研究结论相符。但在极
高浓度下 SOD、POD 等指标出现反弹(比相邻高浓
度高)的现象,这可能是极高浓度的铅胁迫激发了
紫萼玉簪的潜能,使其内部生理特性发生了一定变
化,在这种极端条件下表现出特定的生命现象。
铅并不是植物生长发育的必需元素,其浓度在
一定范围内不至于影响到植物的生长发育,但如果
浓度过高,植物富集于体内的含量超过了本身的富
集阈值,就会表现出相应的毒害症状,导致植物地上
部分生物量下降,氧化过程和脂肪代谢过程减弱,阻
碍植物生长,甚至死亡[10,12]本次试验证明了这点,
其种子和幼苗对 Pb2 +胁迫的耐受范围为 0 ~ 500 mg
·kg -1,高于这个浓度则表现为抑制。
铅胁迫会产生活性氧类物质(ROS) ,如 O2 -、
H2O2、-OH等抑制植物的生长,植物通过氧化酶消
除活性氧类物质。SOD 清除 O2 -而形成 H2O2,POD
则催化 H2O2 形成 H2O,从而有效阻止 O
2 -和 H2O2
的积累,限制了这些自由基对膜脂的过氧化启动。
实验中,当 Pb2 +浓度小于 500 mg·kg -1时,POD 活
性高于对照,可能是铅胁迫激活了 POD 酶活性;当
Pb2 +浓度大于 500 mg·kg -1时,POD 活性降低,可
能原因是 SOD 活性升高产生大量的 H2O2 超过了
POD对 H2O2 的清除能力。低浓度铅胁迫下 SOD活
性降低可能原因是 Pb2 +能与酶分子中 - SH 络合而
抑制酶的活性[13]。高浓度铅胁迫 SOD 活性上升可
能是高浓度的铅激活了 SOD的活性。总的来看,在
Pb2 +胁迫下,紫萼玉簪抗氧化酶活性在低浓度时因
受胁迫诱导活性增加,然而随着浓度(250、500、1000
mg·kg -1)的增加,抗氧化酶活性不断降低,可能由
于环境的恶劣程度超过了细胞自身的调节范围,所
以抗氧化酶活性在 250 达到最高后,后面一直呈下
降趋势,在 2000 时的反弹可能是由于极高的胁迫程
度使植物细胞存在一种在极端环境中爆发出旺盛生
命潜能的反刍现象。
SOD、POD、CAT 等属于植物的抗氧化酶系统,
它们在植物处于逆境时受到激发,清除细胞内的活
性氧类物质,使细胞的正常生理生化反应得以正常
进行,植物才能正常生长发育。然而它们的在这个
过程中的作用不尽相同,在这整个过程中,它们可能
是在不同阶段起作用,但往往不是仅在一个阶段起
作用,而是在几个位点都起作用,作为一个系统,它
们的作用是协同的,单单从每一种酶的活性进行分
析植物细胞内的生理响应情况得出的结论可能并不
是那么准确。所以,可以在单一分析的基础上,对这
个酶系统的酶活性的总和进行分析,可能会得到更
有价值的结论。鉴于此,下一阶段将更完善地分析
铅胁迫下酶系统的各种反应,对紫萼玉簪对铅胁迫
的响应机理进一步阐明。
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(责任编辑 李 洁)
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