銅脅迫對板藍根幼苗生長的影響

劉建霞，溫日宇，劉建林

（1.山西大同大學生命科學學院，山西大同037009；2.山西省農業(yè)科學院玉米研究所，山西忻州034000）

銅脅迫對板藍根幼苗生長的影響

劉建霞1，溫日宇2，劉建林1

（1.山西大同大學生命科學學院，山西大同037009；2.山西省農業(yè)科學院玉米研究所，山西忻州034000）

研究不同質量濃度硫酸銅溶液浸種對板藍根種子發(fā)芽率、過氧化氫酶活性、脯氨酸含量的影響。結果表明，當硫酸銅質量濃度≤40 mg/L時，各處理板藍根種子發(fā)芽率顯著高于對照組，且隨硫酸銅質量濃度增大呈逐漸上升趨勢，40 mg/L時達到最大值；當硫酸銅質量濃度＞40 mg/L時，板藍根的種子發(fā)芽率顯著低于對照組，且隨硫酸銅質量濃度增大呈逐漸下降趨勢；當硫酸銅質量濃度＞40 mg/L，脯氨酸含量則呈現(xiàn)升高的趨勢，而過氧化氫酶活性與對照組相比，無顯著性差異。不同質量濃度的硫酸銅對板藍根種子發(fā)芽和幼苗脯氨酸含量的變化都有顯著影響，但對幼苗過氧化氫酶活性的影響不顯著。

板藍根；銅脅迫；酶活性；脯氨酸

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境受到嚴重污染，重金屬污染逐漸開始影響人體健康和生命安全[1]。中藥材重金屬污染成為當前急需解決的問題，對中藥材中重金屬超標的原因以及相應對策的研究勢在必行[2]。

銅參與植物的光合作用、呼吸作用、碳循環(huán)以及氮循環(huán)和木質化等過程，對植物代謝也起著重要作用[3]。但是銅一旦超量，將會對植物造成一定毒害，阻礙其生長，從而降低產品質量，抑制植物生長，更有甚者會直接導致植物死亡。過量的銅對植物的毒害作用不可忽視，已引起越來越多的人關注[4-5]。

板藍根（Radix Isatidis）為十字花科植物菘藍的干燥根，具有抗菌、抗病毒、抗內毒素、增強免疫力、抗癌等作用。最新研究發(fā)現(xiàn)，板藍根聯(lián)合阿奇霉素能夠明顯降低小兒支原體肺炎患者血清中TNF-α，IL-6，IL-8和IL-10的濃度，提高治療效果[6]。因此，板藍根是使用量較大的一種藥材，也是目前實現(xiàn)規(guī)范化栽種的藥材之一[2]。銅是植物生長發(fā)育必需的微量元素，但過量的銅對植物有毒害效應[7]。

本試驗以板藍根種子為材料，不同質量濃度的重金屬銅溶液作為脅迫因子，研究重金屬銅對板藍根幼苗的影響，探討銅對板藍根的毒害機制。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試板藍根種子由山西省陵川縣中藥材種植基地提供。

1.2 試驗方法

選擇籽粒飽滿、大小均勻的板藍根種子。用自來水淘洗數(shù)次后，浸泡于0.01%H2O2中消毒10 min，然后用蒸餾水清洗數(shù)次，分裝在質量濃度分別為5，10，20，40，60，80，100 mg/L 的 CuSO4溶液中浸泡過夜，以蒸餾水處理作為對照。將浸泡后的板藍根種子整齊擺放在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿100粒種子，3次重復，置于20℃光照恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。期間每個培養(yǎng)皿每天補加相應質量濃度的CuSO4溶液4 mL。

1.3 測定項目及方法

發(fā)芽率＝7 d內發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。將培養(yǎng)11 d后的板藍根幼苗，根據(jù)文獻[8]的方法測定葉片過氧化氫酶活性，12 d后測定葉片脯氨酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度CuSO4對板藍根種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知，重金屬銅溶液對于板藍根種子發(fā)芽率的影響為低濃度起促進作用、高濃度起抑制作用。當CuSO4的質量濃度為40 mg/L時，種子的發(fā)芽率最高；＞40 mg/L時，隨著CuSO4質量濃度的增加，各處理的種子發(fā)芽率會逐漸降低。當CuSO4質量濃度為100 mg/L時，雖然種子可以萌發(fā)，但根尖已嚴重受損，發(fā)黑變短，根須稀疏，整個根呈畸形，不能繼續(xù)生長。說明過量的銅會首先直接毒害植物根部，進而影響植物正常生長。

2.2 不同質量濃度CuSO4對板藍根幼苗葉片過氧化氫酶活性的影響

由圖2可知，當CuSO4質量濃度為5 mg/L，過氧化氫酶活性降低；當CuSO4質量濃度大于5 mg/L時，處理組幼苗中過氧化氫酶的活性隨CuSO4質量濃度的增加而增加；當CuSO4質量濃度為100 mg/L時，過氧化氫酶活力與對照組相比，增加了近2%，說明在CuSO4質量濃度范圍內，板藍根幼苗正在利用自身的抗性機制，適應受重金屬脅迫的不良環(huán)境，表明過氧化氫酶對該濃度梯度內的銅不敏感。

2.3 不同質量濃度CuSO4對板藍根幼苗葉片脯氨酸含量的影響

由圖3可知，CuSO4質量濃度≤40 mg/L時，脯氨酸含量逐漸下降；CuSO4質量濃度為40 mg/L時，降到最低；CuSO4質量濃度＞40 mg/L時，脯氨酸含量逐漸上升。此變化趨勢表明，CuSO4質量濃度≤40 mg/L時，板藍根體內活性氧逐漸減少，有利于其生長；當CuSO4質量濃度＞40 mg/L時，板藍根體內活性氧逐漸增加，對其造成毒害。

3 結論與討論

本研究表明，CuSO4質量濃度為20～40 mg/L時，促進板藍根生長；超過40 mg/L時，會降低板藍根的發(fā)芽率，導致其無法正常生長。由于過氧化氫酶主要消除有毒害作用的活性氧的前體H2O2，而脯氨酸主要消除活性氧[9-15]，從二者的變化可推測，在本試驗的硫酸銅質量濃度梯度范圍內，過氧化氫酶活性的變化并不明顯；但通過不同質量濃度硫酸銅處理可提高板藍根內源性脯氨酸含量，以緩解環(huán)境的不良脅迫。

在生產中，土壤銅離子含量是一個不可忽視的因素，為避免銅離子含量過高影響板藍根生長，在種植前應對土壤進行必要的銅離子含量檢測，進而有目的的改良土壤環(huán)境來提高板藍根產量。

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Effects of Copper Stress on the Growth of Radix Isatis Seedlings

LIUJianxia1，WENRiyu2，LIUJianlin1
（1.College of Life Science，Datong University，Datong 037009，China；2.Institute of Maize，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Xinzhou 034000，China）

In recent years,more and more attention has been paid to the toxic effects of copper on plants.As one of the important Chinese medicinal herbs,Radix Isatidis is also threatened by copper pollution.In this paper,Radix Isatidis seeds were used as experimental materials to study the effects of different concentrations of copper sulfate solution soaking on germination rate,catalase activity and proline content of Radix Isatidis.The results showed that when the copper sulfate concentration was less than or equal to 40 mg/L,the germination rate of each treatment group of Radix Isatis seeds was significantly higher than that of the control group and with the copper sulfate concentration increases gradually rising trend,40 mg/L reached maximum value.When the copper sulfate concentration was greater than 40 mg/L,the germination rate of Radix Isatidis seeds was significantly lower than that of the control group and with the copper sulfate concentration increases gradually decreased.When the copper sulfate concentration was greater than 40 mg/L,the proline content of Radix Isatidis seeds showed an upward trend,and catalase activity in the copper sulfate concentration gradient range and control group showed no significant difference.

Radix Isatidis;copper stress;catalase activity;proline content

S567.23＋9

A

1002-2481（2017）10-1659-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.10.21

2017-04-21

山西省科技攻關項目（20140311005-3）

劉建霞（1977-），女，山西山陰人，講師，碩士，主要從事植物種質資源開發(fā)與利用研究工作。