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镉胁迫对黄瓜种子萌发及幼苗生理指标的影响

范文

姜晓君蒋英

摘 ? ?要：以黄瓜为试材，通过温室无土栽培的方式，研究0，10，40，120，240 μmol·L-1 5个镉浓度梯度对种子萌发（发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数）及幼苗生理指标[脯氨酸、氨基酸、可溶性糖、丙二醛（MDA）和SPAD值]的影响，其中0 μmol·L-1作为对照。结果表明：随着镉浓度的增加，种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数及幼苗SPAD值呈降低趋势，幼苗脯氨酸、氨基酸和MDA含量呈上升趋势，而幼苗可溶性糖含量表现出先升高再降低的单峰变化趋势，至镉浓度10 μmol·L-1时达到最大值;当镉浓度为10 μmol·L-1时，黄瓜种子发芽率、发芽势及幼苗脯氨酸、可溶性糖、MDA含量和SPAD值与对照差异均不显著（P>0.05），而40～240 μmol·L-1处理各种子萌发指标及幼苗生理指标均与对照差异显著（P<0.05），说明黄瓜可以耐受10 μmol·L-1以内的镉胁迫。

关键词：黄瓜;镉胁迫;种子萌发;幼苗;生理指标

中图分类号：O614.24; S642.2; Q945.78 ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.10.006

Abstract： The experiment was conducted with cucumber， the effects of five cadmium concentration gradients （0，10，40，120，240 μmol·L-1） on seed germination （germination percentage， germination potential， germination index and vigor index） and seedling physiological indices [proline， amino acid， soluble sugar， malondialdehyde （MDA） and SPAD value， were studied by soilless cultivation in greenhouse， the concentration of 0 μmol·L-1 was used as the control. The results showed that with the increase of cadmium concentration， seed germination rate， germination potential， germination index， vigor index and seedlings SPAD value decreased， the seedlings proline， amino acid and MDA content increased， while the seedlings soluble sugar content increased first and then decreased， which the maximum value was occurred in the 10 μmol·L-1 cadmium concentration. When the cadmium concentration was 10 μmol·L-1， the germination rate， germination potential， and seedlings proline， soluble sugar， MDA content and SPAD value had no significant difference with those of the control（P>0.05）， but the seed germination indices and seedlings physiological indices of cucumber treated with 40～240 μmol·L-1 were significantly different from those of the control（P<0.05）， indicating that the cucumber could tolerate cadmium stress within 10 μmol·L-1.

Key words： cucumber; cadmium stress; seed germination; seedling; physiological indicators

鎘作为有毒重金属元素，对动植物生长的各个阶段均可表现出毒性效应。镉污染土壤后经根系吸收进入植物体内，在植株体内积累[1]，并对植株形态、生理等方面产生危害，轻者表现为叶片皱缩、侧根生长受阻、光合作用减弱、矿物质吸收能力下降，细胞膜发生膜脂过氧化反应[2]，重者引起代谢紊乱直至植株死亡[3]。镉被植物吸收后通过食物链传递，使70%以上的镉在人体内富集，半衰期长达20～30年，对人类健康造成极大威胁[4]。

目前，有关镉胁迫对黄瓜幼苗生长指标的影响已有较多研究，但多为用土盆栽的方法。以草炭培、椰绒培、蛭石培、岩棉培、水培和雾培为代表的无土栽培可以有效避免土壤盆栽栽培试验因干湿不均造成的试验误差，故本文通过无土栽培方式研究镉胁迫对黄瓜种子萌发及幼苗生理指标的影响，探究黄瓜对镉的耐受范围，旨在为黄瓜重金属逆境伤害机理研究提供数据参考。

1 材料和方法

1.1 材料

供试黄瓜品种为‘粤绣一号。

1.2 试验设计

按镉浓度梯度0，10，40，120，240 μmol·L-1将硝酸铬Cd（NO3）2加入至Hoagland营养液中，用以开展黄瓜种子萌发和幼苗生理胁迫试验，其中0 μmol·L-1镉处理作为对照。

1.2.1 种子萌发试验 ? ?将杀菌消毒后的黄瓜种子均匀摆放在培养皿内，每皿50粒，培养皿底部垫一层滤纸。用含有上述镉浓度梯度的Hoagland营养液浸种，每处理用3个培养皿作为3次重复，每12 h更换1次营养液。温度设置为28±2 ℃。当胚根长度达到种子长度的一半时记为发芽，处理3 d后统计发芽粒数，计算发芽势，7 d后统计发芽粒数，计算发芽率、发芽指数和活力指数[5]。公式如下：

发芽率=种子发芽粒数/供试种子粒数×100%

发芽势=前3 d发芽种子总数/供试种子粒数×100%

发芽指数（GI）=ΣGt/Dt

活力指数（VI）=GI×S

式中，Gt为t时间种子发芽数，Dt为相应的发芽天数，S为芽长。

1.2.2 幼苗生理胁迫试验 ? ?用50孔的穴盘进行黄瓜育苗，将比例为1∶1∶3的珍珠岩、蛭石、草炭混合后作为基质。当黄瓜幼苗3叶1心时，选取长势一致的幼苗，洗去根部基质后，移栽至有Hoagland营养液的水培塑料盆（长75 cm、宽40 cm、高15 cm），塑料盆上覆盖有打孔均匀的泡沫板，每板8孔移栽8株黄瓜幼苗。5 d后，更换为含有上述镉浓度梯度的Hoagland营养液，每个处理3盆作为3次重复，共计15盆。胁迫10 d后，测定脯氨酸、氨基酸、可溶性糖、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量和SPAD值。

1.3 测定指标及方法

采用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量，蒽酮比色法测定可溶性糖含量，硫代巴比妥酸法测定MDA含量，茚三酮比色法测定氨基酸含量[6];采用叶绿素仪SPAD-502测定叶片SPAD（Soil and Plant Analyzer

Development）值。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理和绘图，用SAS软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对黄瓜种子萌发的影响

由表1可知，在镉浓度0～240 μmol·L-1范围内，随着镉浓度的增加，黄瓜种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈现逐渐下降的趋势，至240 μmol·L-1时值最低，与对照相比，其发芽率和发芽势分别降低50.25和16.01个百分点，发芽指数和活力指数分别降低了60.12%和85.36%，差异显著（P<0.05）;当镉浓度为10 μmol·L-1時，发芽率、发芽势和对照差异不显著（P>0.05），说明低浓度镉胁迫对黄瓜种子的萌发抑制作用不明显，但发芽指数和活力指数差异显著（P<0.05），表明黄瓜种子萌发后对镉胁迫更加敏感;40 μmol·L-1和120 μmol·L-1镉处理与其他浓度处理差异均显著（P<0.05）。

2.2 镉胁迫对叶片生理指标的影响

由表2可知，随镉浓度的增加，脯氨酸和MDA含量逐渐升高，在镉浓度10 μmol·L-1时与对照差异均不显著（P>0.05），表明此浓度对黄瓜叶片细胞膜的伤害不明显，其他处理与对照差异均达显著水平（P<0.05）;氨基酸含量亦呈升高趋势且处理间差异均显著（P<0.05）;可溶性糖含量呈先升高再降低的趋势，于10 μmol·L-1时最高，但与对照差异不显著（P>0.05），其他浓度处理均显著低于对照且处理间差异亦达显著水平（P<0.05），至240 μmol·L-1时较对照降低73.21%;SPAD值逐渐降低，在10 μmol·L-1时与对照差异不显著（P>0.05），表明低浓度的镉胁迫对叶绿素的抑制不明显，其他浓度处理与对照差异均显著（P<0.05），至240 μmol·L-1时较对照降低64.04%。

3 结论与讨论

镉是植物生长的非必需元素，当其在植物体内累积到一定量时会对植株产生毒害效应[7]。种子萌发是植物生长发育进程中对环境因子变化最敏感的一个时期[8]。镉可以使细胞中的DNA和RNA活性降低，抑制细胞有丝分裂[9]，同时还能抑制多种水解酶的活性，使胚体在发育过程中不能获得足够的物质和能量供应，最终抑制种子的萌发。欧丽等[10]研究指出，镉浓度>10 mg·L-1时抑制野茼蒿种子萌发，镉浓度<5 mg·L-1时则表现为促进作用;陈志德等[11]研究认为，0～10 mg·L-1时的镉胁迫对水稻种子发芽率和发芽指数影响不显著，但随胁迫强度的增加上述指标被抑制的程度增大。本试验结果表明，黄瓜种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均随镉胁迫浓度的增加而降低，除10 μmol·L-1时发芽率和发芽势与对照差异不显著之外，其他均达到显著水平，这与前人研究并不完全相同，可能是因为植物种子对镉的耐性受其遗传基因的影响，与植物的种类、品种、生长发育阶段有关[12]。

植物在遭受逆境胁迫时可通过渗透调节物质调节细胞渗透压，使其更好地适应外界环境的变化[13]。脯氨酸、氨基酸和可溶性糖都是重要的渗透调节物质[14]。本试验结果表明，在0～240 μmol·L-1范围，脯氨酸、氨基酸含量随镉浓度的增加而增加，这可能因为重金属离子通过与蛋白质的巯基或酶的活性中心结合使蛋白质构象发生改变，蛋白质合成受阻使游离氨基酸积累[15]，脯氨酸在蛋白质合成受阻情况下进一步积累。MDA是膜脂过氧化产物，其含量高低能够反映膜系统受伤害程度的强弱[16]。本试验条件下，MDA含量呈升高趋势，这表明随镉胁迫强度增加黄瓜叶片膜系统发生膜脂过氧化的程度加剧，膜系统受到损伤，而膜系统受损PS II活性被抑制，碳代谢途径受到破坏，光合能力下降，可溶性糖等同化物积累减少[17]，这进一步解释了可溶性糖含量降低的原因。

SPAD值能够在不损伤叶片的前提下获取，可用来反映叶片叶绿素的相对含量[18]。本试验结果表明，SPAD值随镉胁迫的增强而降低，与李雪玲[19]等在苎麻上的研究结论一致，表明镉胁迫使黄瓜叶片叶绿素含量降低，这可能是因为镉一方面可与叶绿素的某些酶结合如胆色素原脱氨酶结合，抑制酶活，阻碍叶绿素合成[20]，另一方面与叶绿体蛋白上的巯基结合破坏叶绿体结构，使叶绿素合成减少、分解加快。

参考文献：

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