锌、铁、铜复合胁迫对小麦种子萌发及幼苗生理生化特性的影响

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jonnykang001
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随着工业化和城市化进程的不断加深,重金属污染已近成为全球性的环境问题。土壤重金属大多是多种重金属共存,重金属共存会改变植物对单一重金属的吸附顺序,同时金属离子之间及金属与土壤离子间发生各种反应而形成的中间产物会改变土壤理化环境、微生物活性、酶活性及金属本身的存在形态和在土壤中的分布情况,进而影响单一重金属对植物体的毒害效应。锌(Zn)、铁(Fe)、铜(Cu)作为植物生长必需的微量营养元素,是植物体内很多酶的辅助因子,同时与光合作用、碳水化合物的正常运转、抗逆性等生物过程密切相关。过量的Zn、Fe和Cu复合处理会破坏植物体内正常的生理代谢,主要影响植物体内呼吸作用,光合作用,水分代谢,质膜完整性,使植物体内碳水化合物代谢紊乱,活性氧及离子平衡失调等。本实验以“宁春四号”小麦为研究材料,探讨Zn、Fe、Cu复合处理对小麦种子萌发、幼苗生长及生理生化特性的影响,试图揭示宁春四号小麦幼苗对重金属复合胁迫的响应机制。本实验的主要研究结果如下:1. Zn、Fe和Cu复合处理引起小麦根和叶中Zn、Fe和Cu含量显著增加。两种重金属复合处理对小麦种子的萌发率没有明显的抑制作用,却抑制了幼苗根的生长,除Zn+Fe处理外,其余两种重金属复合处理显著抑制茎的生长,Zn+Fe+Cu处理抑制种子的萌发,且对幼苗生长的抑制作用最明显。2. Zn、Fe和Cu复合处理下导致小麦幼苗根中丙二醛(malondialdehyde,MDA)、过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)和羟自由基(andhydroxyl radical,·OH)含量以及质外体中H2O2和·OH含量均显著增加,但细胞活力显著减弱,O2含量减少,且Zn+Fe+Cu处理对小麦根的氧化损伤最严重。3. Zn+Fe和Zn+Cu处理下过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbateperoxidase,APX)和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)活性均高于对照,而Zn+Fe+Cu处理后过氧化物酶(peroxidase,POD)和APX活性较对照显著降低,且与其它处理相比酶活性最低。与此不同的是,重金属复合处理后质外体中SOD和APX的活性均被抑制,而POD,CAT和GR的活性均高于对照。与对照相比,所有复合处理的幼苗根中多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)活性升高,但细胞壁过氧化物酶(cell wall-bound POD)和二胺氧化酶(diamine oxidase,DAO)活性降低。4.各种重金属复合处理诱导可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量均增加,但Zn+Fe+Cu处理下可溶性蛋白和脯氨酸的含量最高,Zn+Cu处理下可溶性糖含量最高。5.所有复合处理下幼苗根中鸟氨酸转氨酶(ornithine aminotransferase,OAT)活性较对照增高,而脯氨酸脱氢酶(proline dehydrogenase,PDH)活性均被抑制。谷氨酸激酶(glutamate kinase,GK)活性在Zn+Fe处理下无明显变化,但Zn+Cu、Fe+Cu和Zn+Fe+Cu处理后其活性明显增强。上述结果表明:Zn、Fe和Cu复合处理对小麦种子萌发影响不明显,但抑制幼苗的生长,且重金属复合处理下膜脂过氧化作用增加、细胞活力减弱及细胞壁POD活性的降低可能都是抑制小麦幼苗根生长的原因。抗氧化酶活性不同程度的变化,缓解了活性氧(Reactive oxygen species,ROS)积累对小麦造成的伤害。此外,Zn、Fe和Cu复合处理下小麦幼苗根系中渗透调节物含量增加,其中脯氨酸含量的增加与OAT、GK和PDH三种酶的活性变化有关。
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