，　　，　

(1.近海流域環(huán)境測控治理福建省高校重點實驗室(福建師范大學(xué) 福清分校)，　福建 福清 350300；2.福建師范大學(xué) 福清分校 海洋與生化工程學(xué)院，　福建 福清 350300)

銅和鋅既是生物體的必需微量營養(yǎng)元素，又是環(huán)境污染元素，全球每年釋放到環(huán)境中的鋅為27.6萬t，銅為14.7萬t，鋅、銅污染已經(jīng)占較大的比重[1]。工業(yè)和礦業(yè)廢棄物是最主要的重金屬污染來源[2]，包括銅鋅礦床的開采過程，合金電鍍、冶金等各種企業(yè)排放大量的銅鋅酸性廢水[3]，含銅殺菌劑被廣泛使用，含鋅等三廢作為土壤改良劑及肥料的使用造成土壤及農(nóng)作物污染，進(jìn)而危害人類的健康[4]。過量的銅會產(chǎn)生大量的自由基和丙二醛，抑制植物的生長，引起植物新陳代謝的紊亂[5]。鋅過量時會對植物的正常生長造成傷害[6]。國內(nèi)外關(guān)于銅鋅復(fù)合脅迫對植物的生理毒害的研究主要集中在蘆竹、西瓜、鳳仙花等植物上。朱志國等研究結(jié)果表明，在較低銅鋅復(fù)合濃度100 mg/kg下，蘆竹植株開始出現(xiàn)傷害癥狀；隨復(fù)合濃度的增大，葉片中葉綠素含量不斷下降，CAT和SOD活性先升后降，POD活性持續(xù)下降，MDA和脯氨酸含量及細(xì)胞質(zhì)膜透性均隨復(fù)合濃度的增加而上升[7]。華玉丹等[8]、申曉慧等[9]研究均得出相似的結(jié)論：Cu-Zn處理對幼苗的生長表現(xiàn)出低促高抑效應(yīng)。但是銅鋅復(fù)合脅迫對包菜的毒害作用鮮見報道。本試驗通過研究銅鋅復(fù)合脅迫對包菜種子萌發(fā)、幼苗生長及若干子葉生理指標(biāo)影響，來探索包菜對銅鋅復(fù)合脅迫產(chǎn)生的應(yīng)答，以期確定包菜生長的耐銅鋅范圍，為十字花科蕓苔屬其他蔬菜銅鋅復(fù)合脅迫下的耐性研究提供參考。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

供試品種為京豐一號包菜。

1.2　試驗設(shè)計

選擇大小一致并且健康飽滿的包菜種子，進(jìn)行表面消毒5 min(0.40%高錳酸鉀)，消毒后先用自來水沖洗數(shù)次再用蒸餾水反復(fù)沖洗種子，最后用粗濾紙將水吸干后為種子萌發(fā)試驗做準(zhǔn)備。試驗設(shè)計了8個處理，分別為對照(ck)：0 mg/L CuSO4·5 H2O+0 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 0)、100 mg/L CuSO4·5 H2O+100 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 1)、200 mg/L CuSO4·5 H2O+200 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 2)、300 mg/L CuSO4·5 H2O+300 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 3)、400 mg/L CuSO4·5 H2O+400 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 4)、500 mg/L CuSO4·5 H2O+500 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 5)、600 mg/L CuSO4·5 H2O+600 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 6)、800 mg/L CuSO4·5 H2O+800 mg/L ZnSO4·7 H2O(A 7)。消毒后的100粒種子鋪放于9 cm培養(yǎng)皿(以2張濾紙作為基質(zhì))內(nèi)，添加10 mL的銅鋅復(fù)合處理液于各皿中(以濕潤皿中所有種子)，每處理設(shè)置3個重復(fù)，將各皿隨機(jī)置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)(溫度28.0 ℃，光照14 h/d，光強(qiáng)6 000 lx，黑暗10 h/d，濕度≥80%[10])培養(yǎng)，培養(yǎng)期內(nèi)每天通過往皿內(nèi)增加相應(yīng)的處理液來維持濃度基本不變并保持濕度[11]。為保證種子的有氧呼吸，一般做法是使種子2/3浸在處理液中，1/3露在外面[12]。1 d后，開始觀察發(fā)芽情況(當(dāng)胚根長≥種子長，胚芽長≥1/2種子長時作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[13])，發(fā)芽期間每隔1 d記錄1次。

表1包菜種子萌發(fā)對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

處理(mg/kg)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)相對發(fā)芽率(%)相對傷害率(%)Cu0+Zn0(A0)44．33±1．53aA65．00±2．65aA——Cu100+Zn100(A1)45．33±1．53aA66．00±2．00aA101．54±3．08aA0．51±0．89fFCu200+Zn200(A2)32．00±1．73bB52．67±2．52bB81．03±3．87bB18．97±3．87eECu300+Zn300(A3)29．67±1．53bB51．33±2．08bB78．97±3．20bB21．03±3．20eECu400+Zn400(A4)21．33±2．31cC40．33±1．53cC62．05±2．35cC37．95±2．35dDCu500+Zn500(A5)16．33±1．53dD34．00±1．73dD52．31±2．66dD47．69±2．66cCCu600+Zn600(A6)7．67±2．08eE18．33±2．31eE28．21±3．55eE71．79±3．55bBCu800+Zn800(A7)1．67±1．53fF5．67±0．58fF8．72±0．89fF91．28±0．89aA

注：大寫字母為方差分析LSD法0.01水平上差異,小寫字母為方差分析LSD法0.05水平上差異。下同。

表2包菜種子萌發(fā)對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

處理(mg/kg)發(fā)芽指數(shù)相對發(fā)芽指數(shù)萌發(fā)活力指數(shù)相對萌發(fā)活力指數(shù)Cu0+Zn0(A0)25．89±1．10aA—139．55±6．30aA—Cu100+Zn100(A1)27．33±1．17aA105．57±4．53aA80．88±9．74bB57．96±6．98aACu200+Zn200(A2)19．58±1．05bB75．64±4．04bB44．75±3．68cC32．07±2．64bBCu300+Zn300(A3)18．41±0．43bB72．10±1．65bB30．31±2．11dD21．72±1．51cCCu400+Zn400(A4)12．86±0．99cC49．67±3．84cC15．21±1．04eE10．90±0．74dDCu500+Zn500(A5)10．64±0．89dD41．08±3．45dD10．57±1．46eEF7．57±1．05dDECu600+Zn600(A6)5．36±0．90eE20．71±3．47eE3．46±0．65fFG2．48±0．46eEFCu800+Zn800(A7)1．64±0．69fF6．33±2．68fF0．00±0．00fG0．00±0．00eF

1.3　測定指標(biāo)及方法

銅鋅復(fù)合處理后3天測定包菜種子的發(fā)芽勢，其它發(fā)芽指標(biāo)則于7 d后統(tǒng)計；第8天每皿隨機(jī)挑選20粒發(fā)芽種子測定其苗高和主根長[11]、苗干重和根干重的測定參考魯如坤[14]的方法，子葉光合色素含量的測定參考沈偉其[15]的方法，子葉可溶性蛋白質(zhì)含量的測定參考李合生[16]的方法，并按下列公式計算種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對發(fā)芽率、相對傷害率、發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)活力指數(shù)和相對萌發(fā)活力指數(shù)：

發(fā)芽勢(第3天)=前3 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[17]；

發(fā)芽率(第7天)=7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[17]；

相對發(fā)芽率(%)=重金屬處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100%[17]；

相對傷害率(%)=(對照發(fā)芽粒數(shù)-各處理發(fā)芽粒數(shù))/對照發(fā)芽粒數(shù)×100%[17]；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，式中：Gt為在t時間內(nèi)的發(fā)芽總數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)[18]；

相對發(fā)芽指數(shù)=重金屬處理發(fā)芽指數(shù)/對照發(fā)芽指數(shù)×100%[18]；

萌發(fā)活力指數(shù)=∑(Gt/Dt)×幼苗平均鮮重(或平均胚芽長+平均胚根長)，其中鮮重單位為g，長度單位為cm[18]；

相對萌發(fā)活力指數(shù)=重金屬處理萌發(fā)活力指數(shù)/對照萌發(fā)活力指數(shù)×100%[18]。

1.4　統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)分析通過DPS軟件處理，顯著性檢驗采用LSD法。

2　結(jié)果和分析

2.1　包菜種子萌發(fā)對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

由表1和表2可知，包菜不受銅鋅復(fù)合脅迫時(A 0)，其種子的萌發(fā)活力指數(shù)達(dá)到最高值，為139.55 cm。當(dāng)包菜受銅鋅復(fù)合脅迫為Cu 100 mg/kg+Zn 100 mg/kg時(A 1)，其種子的發(fā)芽指標(biāo)均為最高，而相對傷害率為最低。隨銅鋅復(fù)合程度的加劇，包菜種子的萌發(fā)指標(biāo)呈逐漸下降的態(tài)勢，而相對傷害率越來越大。而當(dāng)包菜受銅鋅復(fù)合脅迫為Cu 800 mg/kg+Zn 800 mg/kg時(A 7)，其種子的所有發(fā)芽指標(biāo)均達(dá)到最小值，其種子的相對傷害率達(dá)到最大值，與對照(Cu 0+Zn 0)相比，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)活力指數(shù)分別下降了96.23%、91.28%、93.66%和100%。差異顯著性表明，A 0處理與其他處理組間的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)差異均達(dá)到極顯著，但與A 1處理間的差異不顯著；A 1處理的與其他處理組間的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對萌發(fā)活力指數(shù)、相對傷害率差異均達(dá)極顯著；對照組的萌發(fā)活力指數(shù)與A 1～A 8處理間的差異均達(dá)到極顯著。由此可見，銅鋅復(fù)合脅迫整體上不利于包菜種子的發(fā)芽。

表3包菜幼苗生長對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

處理(mg/kg)苗高(cm)苗干重(mg)主根長(cm)根干重(mg)Cu0+Zn0(A0)2．25±0．13aA2．48±0．21cdBC3．14±0．14aA0．62±0．03aACu100+Zn100(A1)1．95±0．15bB2．63±0．12bcAB1．00±0．15bB0．35±0．03bBCu200+Zn200(A2)1．89±0．07bB2．86±0．15aA0．39±0．06cC0．16±0．01cCCu300+Zn300(A3)1．49±0．11cC2．81±0．07abA0．16±0．01dD0．15±0．01cCDCu400+Zn400(A4)1．04±0．09dD2．65±0．09bcAB0．14±0．01dD0．15±0．01cCDCu500+Zn500(A5)0．90±0．06dD2．48±0．06cdBC0．09±0．01deD0．12±0．01dDCu600+Zn600(A6)0．64±0．02eE2．34±0．02dC0．00±0．00eD0．00±0．00eECu800+Zn800(A7)0．00±0．00fF0．00±0．00eD0．00±0．00eD0．00±0．00eE

表4包菜子葉光合色素含量對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

處理(mg/kg)葉綠素a(mg/g)葉綠素b(mg/g)總?cè)~綠素(mg/g)類胡蘿卜素(mg/g)Cu0+Zn0(A0)0．58±0．02aA0．18±0．01aA0．77±0．02aA0．14±0．01aACu100+Zn100(A1)0．43±0．02bB0．12±0．01bB0．56±0．02bB0．12±0．01bBCu200+Zn200(A2)0．26±0．01cC0．11±0．01cB0．37±0．01cC0．08±0．01cCCu300+Zn300(A3)0．24±0．01dC0．06±0．01dC0．30±0．01dD0．06±0．01dDCu400+Zn400(A4)0．18±0．01eD0．06±0．01dC0．24±0．02eE0．06±0．01dDCu500+Zn500(A5)0．11±0．01fE0．05±0．01dC0．15±0．01fF0．03±0．01eECu600+Zn600(A6)0．06±0．01gF0．03±0．01eD0．09±0．01gG0．01±0．01fFCu800+Zn800(A7)0．00±0．00hG0．00±0．00fE0．00±0．00hH0．00±0．00fF

2.2　包菜幼苗生長對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

由表3得出，包菜的苗高隨銅鋅復(fù)合濃度的增加呈降低的趨勢，其他處理與A 0相比，分別減少了0.30～2.25 cm，降低了13.33%～100%；苗干重呈先升后降的趨勢，Cu 200 mg/kg+Zn 200 mg/kg(A 2)處理時達(dá)到最大值，與對照(A 0)相比提高了15.32%；主根長和根干重均呈降低的趨勢，Cu 800 mg/kg+Zn 800 mg/kg(A 7)處理的均為最低，與對照(A 0)相比分別下降了100%和100%。差異顯著性結(jié)果表明，A 0處理的苗高、主根長和根干重與A 1～A 8處理的差異均達(dá)極顯著；A 2處理的苗干重與A 3處理的差異不顯著，與A 1、A 4處理間的差異達(dá)顯著，與A 0、A 5、A 6和A 7處理間的差異均達(dá)極顯著。

可見，銅鋅復(fù)合脅迫整體上不利于包菜幼苗的生長，但包菜的苗干重出現(xiàn)低促高抑效應(yīng)。

2.3　包菜子葉光合色素含量對銅鋅復(fù)合脅迫的響應(yīng)

由表4可以看出，包菜子葉中的各光合色素含量均隨銅鋅復(fù)合濃度的加劇呈逐漸減少的趨勢。當(dāng)包菜不受銅鋅污染時，其子葉中的各類色素含量均達(dá)到最大。當(dāng)包菜經(jīng)Cu 800 mg/kg+Zn 800 mg/kg(A 7)處理后，與對照相比(A 0)，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素分別降低了100%、100%、100%和100%。差異顯著性結(jié)果表明，A 0處理的與其他處理間的光合色素含量差異均達(dá)到極顯著水平?？傊?，銅鋅復(fù)合脅迫抑制包菜子葉光合色素的合成。

2.4　銅鋅復(fù)合脅迫對包菜子葉可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖1可知，隨銅鋅復(fù)合濃度的加劇，包菜子葉的可溶性蛋白質(zhì)含量呈先增再減的態(tài)勢，A 3處理的達(dá)到最大值(為5.52 mg/g)，與對照組(A 0)相比，上升了123.48%；而A 7處理達(dá)到最低(為0.00 mg/g)，與對照組(A 0)相比下降了100%。差異顯著性結(jié)果表明，A 3處理的與A 2處理間的可溶性蛋白質(zhì)含量差異不顯著，與其他處理組間的差異均達(dá)極顯著水平。

可見，低濃度的銅鋅復(fù)合脅迫有利于提高包菜子葉中可溶性蛋白質(zhì)的含量，高濃度的則抑制其合成可溶性蛋白質(zhì)。

圖1　銅鋅復(fù)合脅迫對包菜子葉可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

3　討　論

種子萌發(fā)是植物感知外界環(huán)境的最初生命階段，同時也是對外界環(huán)境變化最敏感的階段[19]，種子萌發(fā)時期的生長狀況直接影響到作物以后的生長和產(chǎn)量。本試驗中，包菜種子受到銅鋅復(fù)合污染時能顯著抑制種子的發(fā)芽、幼苗和幼根的生長，同時顯著抑制包菜子葉的光合色素合成。有研究表明，低濃度的銅、鋅可促進(jìn)植物的生長發(fā)育，而高濃度的銅、鋅可對植物造成傷害，甚至?xí)l(fā)生中毒[20-21]。本試驗中包菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、包菜子葉的干重及可溶性蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)，高濃度銅鋅復(fù)合污染對包菜生長發(fā)育的影響可能是大量銅鋅進(jìn)入包菜體內(nèi)，破壞包菜體內(nèi)正常的生理代謝平衡，對包菜的光合、呼吸代謝等功能產(chǎn)生不良影響，從而使包菜生長不良[21]。

包菜子葉光合色素含量隨銅鋅復(fù)合污染的加劇呈現(xiàn)遞減走勢，究其原因可能是Cu-Zn進(jìn)入包菜體內(nèi)后，子葉中葉綠體的酶活性在Cu-Zn復(fù)合作用下比例失調(diào)，從而導(dǎo)致葉綠素分解加快；并且外源添加的Cu-Zn與葉綠體中蛋白質(zhì)上的-SH基結(jié)合或取代其中的Fe2+、Mg2+，致使葉綠素中的蛋白質(zhì)因中心離子組成改變而失去活性[22]，從而造成葉片中光合色素含量的降低。這與趙玉紅等[23]的研究結(jié)果相似。

包菜子葉的可溶性蛋白質(zhì)含量隨銅鋅復(fù)合脅迫的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其原因可能是由于可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，它的含量增加在一定程度上減弱了銅鋅對包菜的毒害效應(yīng)，但隨著銅鋅復(fù)合濃度進(jìn)一步升高，過量的重金屬造成了包菜體內(nèi)蛋白質(zhì)的分解以及運輸受阻[24]，從而最終導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)含量大幅度下降。這與楊紅飛等[25]的研究結(jié)果相似。

4　結(jié)　論

銅鋅復(fù)合脅迫總體上不利于包菜種子的萌發(fā)和幼苗生長。但低濃度Cu 100 mg/kg+Zn 100 mg/kg(A 1)可提高包菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，但與對照差異不顯著，同時包菜種子的相對傷害率最低，低濃度Cu 200 mg/kg+Zn 200 mg/kg(A 2)可增加包菜苗干重， Cu 300 mg/kg+Zn 300 mg/kg(A 3)處理的可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到最大值為5.52 mg/g。可以初步推斷包菜在低于300 mg/L CuSO4·5 H2O+300 mg/L ZnSO4·7 H2O的復(fù)合脅迫時表現(xiàn)出一定的耐性。

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