Zn2+对黄瓜发芽期生理特性的影响

生态环境2008,17(1):[e-mail]基金项目：河南省重点科技攻关项目（072102120006）；河南科技学院博士科研启动项目（6011）作者简介：孙涌栋（1980－），男，讲师，博士，主要从事蔬菜生理生态研究。E-mail:[e-mail]收稿日期：2007-08-02Zn2+对黄瓜发芽期生理特性的影响孙涌栋，罗未蓉，李新峥，陈碧华河南科技学院园林学院，河南新乡453003摘要：锌是植物必需的营养元素，同时也是一种常见的环境有毒重金属元素。以黄瓜（CucumissativusL.）为试验材料，设置不同Zn2+处理（0、25、50、100、200、300mg·L-1），利用发芽和出苗试验，研究了Zn2+对黄瓜发芽期生理特性的影响。结果显示，低ρ(Zn2+)处理（0～25mg·L-1）对黄瓜种子萌发和幼苗生长有促进作用，当ρ(Zn2+)为25mg·L-1时最有利于黄瓜种子萌发和幼苗生长，其种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、下胚轴长、下胚轴粗度和相对含水量均高于对照及其他浓度处理；幼苗相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、SOD活性及POD活性均在此浓度得到最低。但从50mg·L-1开始，随着ρ(Zn2+)增加，黄瓜种子萌发的各项指标开始下降，幼苗生长的各项生理指标开始上升，对黄瓜种子发芽和幼苗生长产生抑制作用，并在300mg·L-1时抑制作用得到最大。该研究为进一步研究农业生态整治与安全高效利用提供理论基础。关键词：Zn2+；黄瓜；生理特性中图分类号：Q141文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）01-0307-05锌作为植物生长不可缺少的重要营养元素，在植物的生理生化方面具有非常重要的作用，同时它还具有加速创伤愈合，维持细胞完整性和生理反应的作用[1-2]。缺锌引起的最早不良生物反应就是细胞膜损伤[3-4]。同时锌也是一种常见的环境有毒重金属元素。随着矿产资源的大量开发利用，工业“三废”、城市垃圾的排放及农化产品的不合理使用，重金属锌对土壤、水体的污染越来越严重，植物的锌毒害问题日显突出[5]。锌对植物生长发育的影响已引起了国内外很多科研人员的广泛关注[6-8]。蔬菜是人们日常生活中不可缺少的副食品，菜田遭受到锌污染后，不仅严重影响蔬菜的产量和品质，更为严重的是还会通过食物链影响人体健康。黄瓜是我国普遍栽培的一种大众化蔬菜，适应性广，高产，省工，易种，倍受人们青睐。目前Zn2+对黄瓜发芽期生理特性的影响未见报道。本试验以津优一号黄瓜为试材，研究Zn2+对黄瓜种子萌发及幼苗生理特性的影响，以期为进一步研究农作物生长与重金属锌之间的关系提供参考数据，为实施农业生态整治与安全高效利用提供理论基础。1材料与方法1.1实验材料津优一号黄瓜（CucumissativusL.）。1.2实验方法黄瓜种子用0.1%HgCl2消毒10min，经蒸馏水冲洗数次后，55℃温汤浸种2h，置于铺有2层定性滤纸的培养皿(直径为10cm)中，每皿30粒黄瓜种子，分别滴加ρ(Zn2+)0、25、50、100、200、300mg·L-1处理液至饱和，设置3个重复，于(25±1)℃的电热恒温培养箱中进行发芽。每天观察记录发芽种子数，并补充蒸发的水分至恒重。出芽后第2d测发芽势，第4d结束发芽，统计发芽率，测定主根长、一级侧根数、下胚轴长和粗度、相对含水量[9]。第5d测定幼苗的生理指标。1.3生理指标的测定相对电导率采用电导率仪测定；丙二醛（MDA）含量和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法测定[10]；脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定[10]；超氧化物歧化酶（SOD）采用氮蓝四唑NBT法测定[11]；过氧化物酶（POD）采用愈创木酚比色法测定[11]。2结果与分析2.1不同ρ（Zn2+）对黄瓜种子萌发特性的影响从图1可以看出，在ρ（Zn2+）为25mg·L-1时发芽率和发芽势都最高，分别达到93.95%和93.22%，随着质量浓度的提高，二者均呈现出下降的趋势，但在ρ（Zn2+）为50mg·L-1时仍高于对照，当ρ（Zn2+）为100mg·L-1时开始低于对照，ρ（Zn2+）为300mg·L-1时达到最低。从图2可以看出，黄瓜种子的发芽指数和活力指数都是在ρ（Zn2+）为25mg/L时达到最大值，分别为57.89和50.71，其中活力指数在此时远高于对照，其后随着ρ（Zn2+）的上升，二者在数值上都呈现出下降的趋势。2.2不同ρ（Zn2+）对黄瓜幼苗生长的影响从表1中可以看出，（1）一级侧根数：ρ（Zn2+）308生态环境第17卷第1期（2008年1月）为25～100mg·L-1时一级侧根数多于对照，但差异不显著，当ρ(Zn2+)为200mg·L-1和300mg·L-1时，一级侧根数急剧减少，显著低于对照。（2）主根长：当ρ(Zn2+)为25mg·L-1和50mg·L-1时，和对照差异不显著，随着ρ(Zn2+)的升高，在ρ(Zn2+)为100mg·L-1时，主根长显著缩短，在ρ(Zn2+)为200mg·L-1和300mg·L-1时，与对照相比呈现出极显著差异，根的生长几乎全被抑制。（3）下胚轴长：当ρ（Zn2+）为25～100mg·L-1时，下胚轴长与对照相比明显加长；随着ρ(Zn2+)的进一步提高，下胚轴长有所缩短，ρ(Zn2+)为300mg·L-1时，下胚轴长显著缩短。（4）粗度：在ρ(Zn2+)处理范围内，粗度变化不显著。2.3不同ρ(Zn2+)对黄瓜幼苗相对含水量的影响从图3可以看出，ρ(Zn2+)影响黄瓜幼苗对水分的吸收，随着ρ(Zn2+)的升高，幼苗体内含水量变化明显。当ρ(Zn2+)为25mg·L-1时相对含水量高达89.04%，是对照的1.06倍；此后随着ρ(Zn2+)的不断升高，相对含水量开始明显下降且全都低于对照，在ρ(Zn2+)为300mg·L-1时最低，仅为78.69%。2.4不同ρ(Zn2+)对黄瓜幼苗相对电导率的影响从图中4可以看出，ρ(Zn2+)为25mg·L-1时，相对电导率为46.4%，低于对照，随着ρ(Zn2+)的增加，相对电导率开始增大，且在ρ(Zn2+)为50mg·L-1时高于对照，其后一直呈上升趋势，当ρ(Zn2+)为300mg·L-1时达到最大，为61.4%。2.5不同ρ(Zn2+)对黄瓜幼苗丙二醛含量的影响图3Zn2+对黄瓜幼苗相对含水量的影响Fig.3TheeffectofdifferentZn2+treatmentsontherelativewatercontentofcucumberseedling图2Zn2+对黄瓜发芽指数、活力指数的影响Fig.2TheeffectofdifferentZn2+treatmentsonthegerminationindexandvigorindexofcucumberseed图4Zn2+对黄瓜幼苗相对电导率的影响Fig.4TheeffectofdifferentZn2+treatmentsontherelativeconductivityofcucumberseedling图1Zn2+对黄瓜种子发芽率、发芽势的影响Fig.1TheeffectofdifferentZn2+treatmentsonthegerminationrateandgerminationenergyofcucumberseed858687888990919293949502550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)发芽率发芽势01020304050607002550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)发芽指数活力指数7274767880828486889002550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)相对含水量/(%)01020304050607002550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)相对电导率/(%)孙涌栋等：Zn2+对黄瓜发芽期生理特性的影响309图5反映了不同ρ(Zn2+)处理对黄瓜幼苗MDA含量的影响。ρ(Zn2+)为25mg·L-1时，MDA含量明显低于对照，然后随着ρ(Zn2+)的升高而升高，在50mg·L-1时已高于对照，ρ(Zn2+)为300mg·L-1时为对照的1.63倍。MDA是膜脂过氧化的产物，MDA含量越高，表明胁迫越严重，细胞膜的破坏程度也越深。2.6不同ρ(Zn2+)对黄瓜幼苗可溶性糖含量的影响从图6中可知，黄瓜幼苗中的可溶性糖含量在ρ(Zn2+)为25和50mg·L-1时均低于对照，25mg·L-1时最低，为对照的0.64倍，其后然后随着ρ(Zn2+)的升高而升高，在300mg·L-1时含量最高，为对照的1.36倍。2.7不同ρ(Zn2+)对黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响图7反映了不同ρ(Zn2+)处理对黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响。在ρ(Zn2+)为25mg·L-1时脯氨酸含量最低，仅为28.7μg·g-1，远低于对照，而后随着ρ(Zn2+)的升高脯氨酸含量明显上升，但在ρ(Zn2+)为50mg·L-1时仍低于对照，当ρ(Zn2+)达到200mg·L-1时，脯氨酸含量最高，为对照的1.26倍，当ρ(Zn2+)达到300mg·L-1时比200mg·L-1略微有所下降。2.8不同ρ(Zn2+)对黄瓜幼苗SOD和POD活性的影响SOD和POD是植物体内两种清除活性氧的关键酶，二者与CAT协调作用，可清除植物体内的超氧阴离子自由基，在适度逆境条件下，通过增加其活性来提高植物的抗逆能力。黄瓜幼苗体内的SOD和POD活性随着ρ(Zn2+)的增高在25mg·L-1略降后迅速增加，在ρ(Zn2+)100mg·L-1处理下活性明显上升，在300mg·L-1时得到最大（图8和9）。表1Zn2+对黄瓜幼苗生长的影响Table1TheeffectofdifferentZn2+treatmentsonthegrowthofcucumberseedlingρ(Zn2+)/(mg·L-1)一级侧根数/个主根长/cm下胚轴长/cm粗度/cm0255010020030015.46aA16.66aA17.20aA15.60aA5.81bB3.20bB6.06aAB6.99aA6.44aA4.65bB1.52cC0.48cC1.86bcB2.91aA1.97bB1.99bB1.42cdB1.38dB0.19abA0.16abA0.16abA0.17abA0.18abA0.19abA图5Zn2+对黄瓜幼苗丙二醛含量的影响Fig.5TheeffectofdifferentZn2+treatmentsontheMDAcontentofcucumberseedling图6Zn2+对黄瓜幼苗可溶性糖含量的影响Fig.6TheeffectofdifferentZn2+treatmentsonthesolublesugarcontentofcucumberseedling图9Zn2+对黄瓜幼苗POD活性的影响Fig.9TheeffectofdifferentZn2+treatmentsonthePODactivityofcucumberseedling图7Zn2+对黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响Fig.7TheeffectofdifferentZn2+treatmentsontheprolinecontentofcucumberseedling0510152025303540455002550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)丙二醛含量/(µmol•g-1)00.511.522.533.502550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)可溶性糖含量/(mmol•L-1)010203040506002550100200300ρ(Zn2+)/(mg•L-1)脯氨酸含量/(µg•g-1)6006507007508008502550100200300