水杨酸在镉胁迫下对玉米种子发芽和幼苗生理特性的影响研究

罗秋权/湖南人文科技学院农业与生物技术学院

水杨酸在镉胁迫下对玉米种子发芽和幼苗生理特性的影响研究

罗秋权/湖南人文科技学院农业与生物技术学院

采用水培的实验方法来培养玉米种子，通过玉米种子发芽试验来研究水杨酸在镉胁迫下对玉米种子的萌发及幼苗生理特性的影响。结果表明：不同镉离子浓度对玉米种子的发芽及幼苗生理特性有不同影响。在一定范围内，随着镉离子的浓度升高，玉米的发芽率及发芽势越低，玉米幼苗中可溶性糖、蛋白质和丙二醛的含量也越高。而加入适量的水杨酸后，玉米种子的发芽率相对对照组最高提高了7.78％；玉米幼苗叶片中可溶性糖最高提高了0.51％，可溶性蛋白质最高提高了371.14 μg·ml-1；丙二醛的含量相对对照组最高降低了219.97 μmol·g-1。表明水杨酸在镉胁迫下对玉米有一定的缓解效果。

水杨酸；镉胁迫；玉米；生理特性

玉米是我国农业生产的主体部分之一，其生产的高低对我国农业生产有着重要的影响。随着工业化进程的加快，人们所生活的物质环境的污染日趋严重，尤其是镉等重金属的污染越来越严重，对我国的农业已然造成了严重的影响。所以，减少镉等重金属对玉米生产的影响也越来越重要。而镉等重金属污染对环境、抑制作物生长发育以及影响农产品安全和人体健康危害很大[1]。

水杨酸是生物体内普遍存在的酚类化合物之一，它可以促进种子萌发、幼苗生长等生理作用。为进一步探讨水杨酸对镉胁迫下的植物的作用规律，本研究采用水培试验方法，在含有不同浓度镉培养液中添加适量的水杨酸，探讨适量水杨酸在不同浓度的镉胁迫下对玉米种子的发芽及萌发后的生理特性的影响，从而为预防玉米重金属早期伤害及重金属污染土壤的治理提供理论依据。

1.材料与方法

试验材料是从市场上购买来的普通玉米种子，再从中选取大小均匀、健康饱满的无虫害的玉米种子。

试验共设计10个处理，以是否加入水杨酸为对照分为2组，每组设多个不同镉离子浓度梯度，分别为：0 μmol·L-1、50 μmol·L-1、100 μmol·L-1、150 μmol·L-1、200 μmol·L-1。每个处理设3次重复。

选择均匀、饱满、健康、无虫害的玉米种子，用2.5％次氯酸钠消毒15 min，用自来水反复冲洗，再用去离子水冲洗数次。将种子分成与处理数相应份额，每份80粒，装入干净的小烧杯中并标记号码，分别用水杨酸浓度梯度为0 μmol·L-1、50 μmol·L-1、100 μmol·L-1、150 μmol·L-1、200 μmol·L-1浸泡12 h。然后依次移入铺有两层滤纸的培养皿中，每皿20粒，余下种子做更换替补，用相应浓度的水杨酸于光照培养箱中培养（培养箱温度25 ℃，光控12 h，间隔12 h）。每个处理重复三次。一周后，选取玉米种子发芽和幼苗生长最好的一组作为最适水杨酸浓度。

选择均匀饱满玉米种子，用2.5％次氯酸钠消毒15 min，用自来水反复冲洗，再用去离子水冲洗数次。将种子分成与处理数相应份额，每份100粒，装入干净的小烧杯中并标记号码，然后用相应镉浓度和最适浓度的水杨酸溶液浸种12 h。采用水培法将种子按编号依次移入铺有两层滤纸的培养皿中，每皿30粒，余下种子做更换替补，于光照培养箱中培养（培养箱温度25 ℃，光控12 h，间隔12 h）。补充等量相应浓度的镉和最适浓度的水杨酸溶液或去离子水。培养一周左右，并记录好其发芽数。然后将发芽的种子苗移至含相应浓度处理液的水培箱中继续培养, 每组10株, 每个处理重复3次。一周后, 每个指标随机抽5 株植株进行测定其可溶性总糖、蛋白质含量、丙二醛含量等生理指标, 取其平均值。

用蒽酮比色法测定其可溶性总糖，采用考马氏亮蓝染料结合法测定其蛋白质含量，用硫代巴比妥酸（TBA）显色法测定其丙二醛的含量，采用Excel制作图标，DPS软件进行数据处理与分析。

2.结果与分析

2.1水杨酸最适浓度的筛选

玉米种子用相应浓度的水杨酸于光照培养箱中培养（培养箱温度25 ℃，光控12 h，间隔12 h）。一周后，进行观察，统计种子的发芽数，实验结果见表1。从表1中可知，用100 μmol·L-1的水杨酸浓度处理过的玉米种子的发芽率最好。因此选取100 μmol·L-1的水杨酸浓度为本实验的后续处理浓度。

表1 不同浓度的水杨酸对玉米种子的发芽率的影响

2.2水杨酸在镉胁迫下对玉米种子发芽的影响

采用水培法将玉米种子按编号依次移入铺有两层滤纸的培养皿中，每皿30粒，余下种子做更换替补，于光照培养箱中培养（培养箱温度25 ℃，光控12 h，间隔12 h），补充等量相应浓度的镉和100 μmol·L-1的水杨酸溶液或去离子水。培养一周左右，各处理组发芽势及发芽率数据见表2，从表2中看出：在没有加水杨酸的试验组中空白对照的玉米种子发芽率及发芽势最好，随着镉离子浓度增加发芽率及发芽势越来越差；加入水杨酸处理组发芽率及发芽势明显高于对照组。并且在发芽率方面，当镉离子浓度低于或等于150 μmol·L-1时对照组和处理组都没有显著性差异，而当镉离子浓度达到200 μmol·L-1时对照组与处理组却存在显著性差异，但没有达到极显著性差异。在第5天的发芽势中所有的对照组与处理组都不存在明显性差异的现象。

表2 水杨酸在不同镉离子浓度胁迫下对玉米种子的发芽率及发芽势的影响

2.3.1水杨酸在镉胁迫下对玉米幼苗叶片中可溶性糖含量的影响

实验采用蒽酮比色法测定各个组项的可溶性糖含量数据见图1。从图1可以看出不管是处理组还是对照组的玉米幼苗叶片中可溶性糖的含量都随着重金属镉浓度的增加而增加，并且不难看出在加入水杨酸的处理组中玉米幼苗中可溶性糖的含量比没加水杨酸的对照组可溶性糖的含量增加的还要多（最高竟达到0.51％左右）而且增加的幅度要大得多。这就说明，一定量的水杨酸使在镉离子胁迫下的玉米幼苗叶片中的可溶性糖的含量提高。

图1 水杨酸在不同镉离子浓度胁迫下对玉米叶片中的可溶性糖的含量的影响

2.3.2水杨酸在镉胁迫下对玉米幼苗叶片中蛋白质含量的影响

本实验通过考马氏亮蓝染料结合法测定各组处理中玉米幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量的数据见图2。从图2中可以看出玉米幼苗叶片中可溶性蛋白质的含量在镉离子浓度低于150 μmol·L-1之前随着重金属镉浓度的增加也随之增加，并且在加入水杨酸处理组的玉米幼苗叶片中可溶性糖的含量比没加水杨酸的对照组中的含量还要多，最大程度竟多出371.14 μg·ml-1左右。但在150 μmol·L-1到200 μmol·L-1这区间中不管试验组还是对照组玉米幼苗叶片中的蛋白质的含量大幅度下降，且下降的幅度大致相同。这说明是否加入水杨酸在一定的镉离子浓度范围内，玉米幼苗叶片中的蛋白质含量会增加；而超过某个量后就会使其含量降低。而加入一定量的水杨酸会使玉米幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量相对于相应的没加水杨酸的玉米幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量要更高。

2.3.3水杨酸在镉胁迫下对玉米幼苗叶片中丙二醛含量的影响

采用硫代巴比妥酸（TBA）显色法测定各组玉米幼苗叶片中的丙二醛含量的数据，在没加镉离子的对照组中玉米幼苗叶片中的丙二醛的含量基本相同，而玉米幼苗受镉离子胁迫后，叶片中的丙二醛含量会随之重金属浓度的增加而提高，随着镉离子的浓度的增加而增加。在比较之下加入水杨酸的实验组相对于相对应未加水杨酸的对照组来说，增加的程度要低，且最大低至219.97 μmol·g-1。因此可以说，一定量的水杨酸在镉离子胁迫下能降低玉米幼苗叶片中的丙二醛含量。

3结论与讨论

本研究采用室内水培法的方式，研究了水杨酸在镉胁迫下对玉米种子萌发及幼苗生理特性的影响。研究结果表明：（1）种子萌发既是玉米生活周期的起点，也是玉米感知外界环境的最初生命阶段，对重金属污染最敏感，较低浓度（0 μmol·L-1-150 μmol·L-1）的镉离子处理后，玉米幼苗叶片中蛋质含量呈上升趋势，较高浓度（150 μmol·L-1-200 μmol·L-1）镉离子处理，使可溶性蛋白质含量降低。在较低浓度的镉离子处理下，可溶性蛋白质的含量升高可能是由于镉离子作为一种逆境因子激活了叶片中的抗氧化酶以及一些抗性蛋白的产生，较高浓度的镉离子则一方面抑制蛋白质的合成，另一方面又加速了蛋白质的降解。

可溶性的糖对植物细胞具有渗透调节及保护膜结构稳定的作用，植物为了适应逆境环境会主动积累一些可溶性糖，可溶性糖降低细胞渗透势和冰点，以适应外界环境的变化[16]。本研究中，随着镉离子处理浓度的增大，可溶性糖的含量也增加 ，这说明玉米幼苗对镉离子毒害有一定的抗性。俞慧娜等[17]认为，在较高浓度的锰处理下，大豆叶片中脯氨酸含量增加是为了适应不利其生长的环境。该研究结果表明，在镉离子处理下，玉米幼苗叶片组织中的脯氨酸含量增加与可溶性糖的含量增加是一致的，推测两者共同对抗镉离子的毒害。

丙二醛的含量的高低表明植物质膜的过氧化作用的强弱。丙二醛的含量越高，质膜的过氧化作用越强；反之则越弱[15]。本研究结果表明，一定浓度的水杨酸能降低玉米叶片中丙二醛的含量，从而减弱质膜的过氧化作用，使玉米的抗镉离子伤害能力提升。总之，一定浓度的水杨酸对植物在镉胁迫下有一定的缓解或抵抗作用。而水杨酸与镉等重金属之间的作用机理问题还需进一步研究。

[1]张大鹏,蔡春菊,范少辉,等.重金属Pb2+和Cd2+对毛竹种子萌发及幼苗早期生长的影响[J].林业科学研究,2012,25(4):500-504.

[2]周媛,刘鹏.水杨酸对铝胁迫下栝楼生长的调控机理研究[D].浙江师范大学硕士学位论文,2013,32-37.[3]赵明月,方岩雄,纪红兵.水杨酸保结工艺和机理及其包结物的性能研究[D].广州工业大学硕士学位论文,2013,55-59.

[4]朱杉, 安黎哲.拟南芥水杨酸通路蛋白参与植物抗生物胁迫的作用机理研究[D].兰州大学博士学位论文,2013,2-4.

[5]张大鹏,蔡春菊,范少辉,苏文会.重金属Pb2+和Cd2+对毛竹种子萌发及幼苗早期生长的影响[J].林业科学研究,2012,04:500-504.

罗秋权（1993-），男，湖南郴州市人，湖南人文科技学院农业与生物技术学院2012级学生。