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    重金屬銅與小麥生長發(fā)育的關系

    2020-03-28 19:26:54蘇雪怡
    科學導報·學術 2020年61期

    蘇雪怡

    【摘?要】為研究銅對小麥發(fā)育的影響,通過不同濃度銅溶液對小麥發(fā)芽率、過氧化氫酶活力以及淀粉酶活力的影響。結果表明,高濃度銅溶液能夠抑制小麥種子萌發(fā),低濃度銅溶液能夠在一定程度上促進小麥的萌發(fā);淀粉酶以及過氧化氫酶的活性會隨著銅溶液濃度的升高而降低。

    【關鍵詞】重金屬銅;小麥生長;解毒作用

    引言:

    小麥是我國重要的糧食來源,但重金屬污染已經(jīng)對小麥的生長造成的嚴重的影響,同時重金屬銅離子的富集作用也會對人體健康造成極大的危害。工業(yè)排放以及農(nóng)田澆灌等活動都會導致重金屬銅離子進入到土壤中,并在土壤中積累,銅離子一旦進入到土壤中,幾乎無法被排除。而小麥植株會通過根須從土壤中吸收銅離子,累積的銅離子會通過食物的形式進入到食物鏈中,最終影響群眾的健康。

    一、材料與方法

    (一)儀器與材料

    本次試驗使用恒溫干燥箱,發(fā)芽皿,不同濃度的銅溶液,常見品種小麥。

    (二)試驗方法

    在試驗之前,首先需選取均勻飽滿的小麥種子,并對其進行常規(guī)消毒。使用5%濃度的NaClO溶液浸泡20分鐘,而后再用離子水對種子進行多次沖洗。將消完毒的種子放在蒸餾水中浸泡24小時進行催芽,待所有工序完成后,將小麥種子放置在發(fā)芽皿中。將重金屬Cu離子以不同比例對小麥種子進行染毒,每種濃度的銅溶液各感染一皿中的小麥種子,作為對照組,并選取一皿沒有銅溶液的小麥種子作為觀察組。將其放置在光照、溫度以及濕度條件相同的環(huán)境下。

    首次測量發(fā)芽率的時間為七天,一十天后在發(fā)芽皿中取十株幼苗,對其根部與胚軸之間的過渡點進行測量,測定方式通過直尺直接進行測量即可,并將測量結果錄入到計算機中,利用相關軟件對測定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。選取大小均勻,籽粒飽滿的小麥種子,在3%濃度的雙氧水浸泡十分鐘進行消毒,而后用蒸餾水對其浸泡24小時,達到促進萌發(fā)的作用。而后將其以腹溝向下的方式排放在盛有石英砂的杯子里,保證種子間留出均勻的距離,最后在杯中加入5%、10%濃度的無土栽培營養(yǎng)液。待染毒試驗進行10小時后,將種子取出、沖洗并用濾紙吸干水分,用剪刀分離其莖部以及根部,分別放日干燥箱中,進行高溫殺菌。

    蛋白酶活性測定:定義每小時每一毫克蛋白質酶產(chǎn)生一毫克氨基酸為一個酶活力單位。過氧化氫酶活性測定:使用KMnO4進行滴定測試,定義每克樣品每分鐘內分解雙氧水量為一個酶活力單位。

    二、結果與分析

    試驗結果表明,高濃度銅溶液能夠抑制小麥種子萌發(fā),低濃度銅溶液能夠在一定程度上促進小麥的萌發(fā);淀粉酶以及過氧化氫酶的活性會隨著銅溶液濃度的升高而降低。在試驗過程中,可以發(fā)現(xiàn)小麥自身具有一定的解毒作用,其能夠在一定程度上降低銅離子的影響。銅離子對植物生長來說是一種非必須的元素,在植物體內積累到一定程度后,就會對種子產(chǎn)生毒害作用[1]。相關研究表明,銅離子對小麥明發(fā)產(chǎn)生毒害作用的臨界點為5*10mol·L-1,過量的銅離子會影響未受保護蛋白質發(fā)揮正常功能,此外銅離子與蛋白質結合會使DNA片段的密度增加,進而使其在DNA鏈上的位置發(fā)生改變[2]。一旦NDA結構出現(xiàn)問題,就會導致種子更容易受到銅離子的影響,引發(fā)變質中毒。

    小麥種子萌發(fā)的過程需消耗大量的物質和能量,這些物質和能量在很大程度上來源于儲藏物質所釋放出的能量。在這個過程中,需大量的酶作為支持,因此小麥種子發(fā)芽時,酶變化較為明顯。小麥屬于淀粉型種子,淀粉是種子中存的主要成分,蛋白質次之。因此兩者對應的淀粉酶以及蛋白酶是小麥種子萌發(fā)時的重要酶類。蛋白質分解出的氨基酸是新組織的重要組成部分,淀粉在分解的過程中,能夠為小麥種子的萌發(fā)提供碳源和能量。過氧化氫酶本質上屬于保護性酶,在小麥種子萌發(fā)的過程中,其能夠在極大程度上清除過氧化氫,限制其對種子的潛在傷害,其原因在于過氧化氫酶與植物所表現(xiàn)出的抗逆性緊密相關。

    在單獨脅迫的情況下,過氧化氫酶以及淀粉酶的活性都會受到限制,蛋白酶活性提高,因此表明15mg/L-1Hg能夠促進蛋白質的分解和利用,同時限制淀粉的分解,降低整體組織的抗氧化能力,利用制度的應激反應能夠充分解釋蛋白酶活性提高[3]。小麥種子萌發(fā)的過程中,短時間內小劑量的重金屬銅處理能夠在一定程度上,加速植物的生化反應,這也是小麥種子解毒作用的充分體現(xiàn),也即應激反應。導致這一現(xiàn)象的因素主要是當植物處于逆境誘導下,其本身防御機能本能性的加強,進而導致防御體系中的物質活性提高,在一定程度上促進了各種酶類的活性[4]。此外,重金屬銅對植物的應激刺激存在一個臨界值,也就是植物自身的解毒值,一旦超過該值,就會表現(xiàn)出毒害情況。如果控制得到,其就會成為促進種子萌發(fā)的“催化劑”。在小麥種子中,不同酶類的臨界值存在較大差異,因此15mg/L-1Hg脅迫情況下,也會表現(xiàn)出不同的變化趨勢。

    參考文獻:

    [1]趙秀芳、王藝璇、張永帥、王燕燕. 山東安丘地區(qū)土壤-小麥系統(tǒng)重金屬等元素間的相互作用[J]. 現(xiàn)代地質,2020,v.34(05):74-82.

    [2]ZHANG Jianghua. 小秦嶺金礦區(qū)小麥和玉米重金屬的健康風險評價[J]. Acta Geologica Sinica,2019,93(2):501-508.

    [3]王怡雯,芮玉奎,李中陽,et al. 冬小麥吸收重金屬特征及與影響因素的定量關系[J]. 環(huán)境科學,2020,v.41(03):472-480.

    [4]劉建國,耿純梅,齊桂英,等. 兩種不同檢測方法對比小麥中鉛,鎘,鉻等重金屬元素含量探討[J]. 醫(yī)學動物防制,2019,v.35(07):106-108.

    (作者單位:西北民族大學)

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