镉胁迫对三种茄科植物种子萌发的影_响学士学位论文

学士学位论文（设计）题目镉胁迫对三种茄科植物种子萌发的影响姓名王艳雪学号2011031023学院生命科学与技术学院专业/届别生物科学/2015届指导教师宗宪春职称教授独创性声明本人郑重声明所呈交的学士学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名签字日期年月日目录1引言12材料与方法221实验材料222实验方法2221镉溶液的配制2222种子的萌发试验23结果与分析331镉胁迫对三种茄科植物种子发芽势和发芽率的影响332镉胁迫对三种茄科种子发芽指数的影响44讨论55结论6参考文献7摘要本文采用营养液培养皿培养的方法，以三种茄科植物茄子（SOLANUMMELONGENAL）、辣椒（LYCOPERSICONESCULENTUM）、西红柿（CAPSICUMFRUTESCENSL）为实验材料，研究不同浓度（0、5、10、20、40、80MMOL/L）的镉（CD）浓度对三种茄科植物种子萌发的影响。结果表明低浓度的镉10MMOL/L胁迫对辣椒种子的萌发有促进作用，高浓度的镉（20MMOL/L）胁迫对辣椒种子的萌发有抑制作用。镉浓度为5MMOL/L的胁迫对西红柿的种子萌发有促进作用，高浓度的镉（20MMOL/L）胁迫对西红柿的种子萌发有抑制作用。西红柿种子萌发对镉的敏感程度要小于辣椒种子萌发对镉的敏感程度，但镉胁迫对茄子种子的萌发的影响需进一步的研究。关键词镉胁迫；茄科植物；种子萌发ABSTRACTPETRIDISHCULTUREMETHODUSINGNUTRIENTSOLUTION,WITHTHREESPECIESOFSOLANACEAEANDEGGPLANTSOLANUMMELONGENAL,PEPPERSLYCOPERSICONESCULENTUM,TOMATOCAPSICUMFRUTESCENSLASEXPERIMENTALMATERIALS,STUDYOFDIFFERENTCONCENTRATIONS0,5,10,20,40,80MMOL/L,CADMIUMCDCONCENTRATIONSONSEEDGERMINATIONOFTHREESPECIESOFSOLANACEAERESULTSSHOWEDTHATLOWCONCENTRATIONSOFCADMIUM10MMOL/LDEVELOPMENTOFSTRESSONSEEDGERMINATIONOFPEPPER,AHIGHCONCENTRATIONOFCADMIUM20MMOL/LCANINHIBITSTRESSONSEEDGERMINATIONOFPEPPERCADMIUMCONCENTRATIONOF5MMOL/LDEVELOPMENTOFSTRESSONSEEDGERMINATIONOFTOMATO,HIGHCONCENTRATIONSOFCADMIUM20MMOL/LCANINHIBITSTRESSONSEEDGERMINATIONOFTOMATOCADMIUMSENSITIVITYOFTOMATOSEEDGERMINATIONTHANCHILLISEEDGERMINATIONSENSITIVETOCADMIUMLEVELS,CADMIUMSTRESSONGERMINATIONOFEGGPLANTSEEDSHAVELITTLEIMPACTKEYWORDSCADMIUMSTRESSTHESOLANACEAESEEDGERMINATION1引言随着重工业的不断发展，工业废水、废气和废渣的大量排放和塑料垃圾的不正当销毁，污水灌溉、含磷肥料使用不当及污泥农用等使大量重金属镉等进入土壤环境中，使农田土壤中镉等不利于植物生长的重金属含量急剧增加。根据不完全的统计，我国镉污染的农田土壤面积已达到28105HM1，并且每年都会生产大量镉含量超标的农产品，这些镉超标的农产品大大增加了农业生态环境的压力，随着土壤中镉金属的不断增加使农业生态系统的自我修复能力崩溃，土壤毒害越来越难以控制，这些问题已引起越来越多人们的关注和思考2。镉等重金属对土壤的破坏能力比其对大气和水体的污染更具有隐藏性、累加性、不可逆性和爆发性，微生物也不能将其分解，当其在一定的时间内积累到一定的浓度时，就会转化成毒性更强的甲基化合物，通过植物根系的吸收，在植物体内积累转移，并通过食物链的不断传递威胁着整个的生态系统3,4。许多研究证实，土壤中镉等重金属的污染可抑制植物种子萌发与种胚生长，阻碍幼苗的生长和发育，光合速率降低，有机物的积累减少，渗透调节物质的积累以及抗氧化酶活性受到影响等5。种子萌发是植物生长发育的重要基础，更是植物感受外界刺激的基本台阶，根系是植株从土壤中吸收水、无机盐及一些必要营养元素的重要器官，根系生长的强弱直接反应植株的整体生长情况6。种子萌发期生长状况条件的改变将会直接影响作物后期的生长，特别是由于近年来的土壤污染引起的镉等重金属的含量的升高对种子萌发产生的威胁7。目前，有关研究各种植物镉胁迫或镉污染的报道非常多，但对受到镉胁迫的广泛存在的茄科植物研究非常少8。我国广泛种植的茄科植物（辣椒、茄子、西红柿），茄子有良好降低高血脂，高血压功效，保护心血管、抗坏血酸、防治胃癌等功效，辣椒能促进消化液的分泌、增强食欲、促进血液循环等功效9。西红柿健胃消食、生津止渴、润肠通便、降脂降压、利尿排钠等功效10。这三种植物都是重要的经济作物，具有很高的研究价值。本试验以辣椒、茄子和西红柿为材料，研究不同镉浓度胁迫下种子的发芽势、发芽率等不同指标，以确定茄科辣椒、茄子、西红柿植物种子萌发和生长的耐镉范围，为茄科植物抗镉品种的选择和对茄科植物抗镉生理机能更深水平的研究提供理论的依据。2材料与方法21实验材料本实验选用的茄子、辣椒、西红柿的种子购于牡丹江市爱民区种子中心。CDCL2试剂购于天津市津科精细化工研究所。22实验方法221镉溶液的配制根据物质的量浓度公式CN/V，C为物质的量浓度，N为溶质的物质的量，V为溶液的体积，再按表21所示配制成不同浓度的镉溶液。表21不同浓度镉溶液的配制TABLE21PREPAREDSOLUTIONOFDIFFERENTCONCENTRATIONSOFCADMIUM222种子的萌发试验分别选取3种茄科植物籽粒饱满、大小均匀且无病害的种子进行镉胁迫试验，这三种茄科植物分别是茄子、辣椒和西红柿。茄子、和辣椒西红柿种子分别用01HGCL2消毒5MIN，用去离子水反复冲洗几遍后，整齐排列在铺有滤纸的培养皿中，每皿90粒，分别为辣椒种子30粒，茄子种子30粒，西红柿种子30粒。分别用5、10、20、40、80MMOL/LCDCL2以CD2浓度计算溶液来浸润种子，用去离子水培养作为本实验的对照组。每日加入相对应浓度的CD2溶液，对照组种子加去离子水培养，保持滤纸湿润。每个处理重复3次，放置在温度为251恒温培养箱中培所需氯化镉晶体的量GTHEAMOUNTOFCADMIUM所需蒸馏水的量（ML）CONTENTOFDISTILLEDWATER镉溶液的浓度（MMOL/L）CONCENTRATIONOFCADMIUMSOLUTION092100518310010368100207361004014710080养。按国家种子质量检验标准，辣椒、茄子、西红柿这三种种子的发芽势分别在处理后的第3天测定,发芽率在处理后的第8天计算。其中发芽势发芽初期正常发芽粒数（本试验为3天）/供试种子数100；发芽率发芽终期全部正常发芽粒数（本实验为8天）/供试中种子数100；发芽指数（GT/DT）；在此公式中，GT为T时间内的发芽数，DT为相应的发芽天数。3结果与分析31镉胁迫对三种茄科植物种子发芽势和发芽率的影响不同质量浓度的镉溶液对三种茄科植物种子的发芽势和发芽率的影响见图1和图2。01020304050607080901000510204080镉浓度/MMOL/LCADMIUMCONCENTRATION发芽势/GERMINATIONRATE茄子辣椒西红柿图1镉胁迫对三种茄科植物发芽势的影响FIG1CADMIUMEFFECTSONTHREESOLANACEAEPLANTGERMINATION01020304050607080901000510204080镉浓度/MMOL/LCADMIUMCONCENTRATION发芽率/GERMINATIONRATE茄子辣椒西红柿图2镉胁迫对三种茄科植物发芽率的影响FIG2EFFECTOFCADMIUMSTRESSONGERMINATIONPERCENTAGEOFTHREESPECIESOFSOLANACEAE我们可以知道，低浓度镉溶液胁迫对辣椒和西红柿的发芽势和发芽率有促进作用，其中当镉溶液浓度为10MMOL/L时，辣椒的发芽势和发芽率都达到了最高峰，分别为87和93；当镉溶液浓度为5MMOL/L时，西红柿的发芽势和发芽率也都达到了最高峰，其中发芽势为57，发芽率为63；但对茄子种子的发芽势和发芽率的影响很不大，不论在去离子水和镉溶液中培养很少有种子发芽，其发芽势和发芽率都为7；当镉浓度大于等于20MMOL/L时，西红柿和辣椒的种子的发芽势和发芽率都有抑制作用；但对茄子种子的发芽势和发芽率的影响不大，发芽的种子和低镉浓度情况一样，很少有发芽的，其发芽势和发芽率与低浓度镉溶液的一样都为7；当镉溶液的浓度为20MMOL/L时，西红柿种子和辣椒种子的发芽势和发芽率分别是50、47和63、77。因此为了得到较高的发芽率和发芽势，在没有镉污染或镉污染较轻的地区应选择种植西红柿或辣椒，而茄子种子对镉的抗性不是很显著，有必要进一步研究。32镉胁迫对三种茄科种子发芽指数的影响00501001502002500510204080镉浓度/MMOL/LCADMIUMCONCENTRATION发芽指数GERMINATIONINDEX茄子辣椒西红柿图3镉胁迫对三种茄科植物发芽指数的影响FIG3CADMIUMEFFECTSONTHREESOLANACEAEPLANTGERMINATIONINDEX发芽指数是反映种子品质好坏的一个重要参数。根据图3的数据可知，不同浓度的镉溶液对辣椒和西红柿植物的发芽指数影响不同。辣椒和西红柿都表现了在较低镉（10MMOL/L和5MMOL/L）溶液浓度时刺激种子的萌发，其发芽指数分别为210和143；在较高镉（20MMOL/L）溶液浓度时，会抑制种子的萌发,其发芽指数分别为173和105；随着镉浓度的不断升高西红柿和茄子的发芽指数逐渐降低，但减低幅度不是很大。说明，辣椒和西红柿种子有一定的抗镉能力；并且西红柿的比辣椒的抗镉能力强。而茄子种子不论在去离子水或镉溶液中培养，其发芽指数都是最低，仅为15，到底是如种问题造成的，有待于进一步的研究。4讨论土壤中存在的重金属会对植物的生长发育产生重要的影响，而镉作为重金属的一员也会对植物的种子萌发和后期生长有着影响。种子的发芽势、发芽率是种子发芽整齐度和发芽多少的直接反应参数11。发芽指数不仅表示种子的发芽数，而且强调发芽速度12。本实验的研究结果表明，随着镉胁迫浓度的升高对辣椒和西红柿种子的发芽势、发芽率、发芽指数都在一定的程度上表现为抑制作用，但对茄子的抑制作用表现的不明显。当CD2浓度5MMOL/L时，对辣椒和西红柿的抑制作用并不明显，但是当CD2浓度5MMOL/L时，对种子的萌发就出现了显著影响，且随着CD2浓度的升高，抑制程度越明显，这与周青等研究结果相同13。许多的专家学者表示，产生这些现象的主要原因是CD2对胚、芽等产生了毒害作用，这些毒害作用表现在高浓度时CD2胁迫降低植物体内各种酶的活性，就会使种子内有机物的积累和蛋白质、脂质的分解不能正常的进行，就会使种子萌发所需要的基本营养物质不足，种子会因为营养不良而萌发受到抑制14。不难发现镉胁迫严重影响了植株种子的正常萌发。其次的原因可能是随着CD2浓度的增加，使种子细胞内的水势低于细胞外的水势，细胞发生皱缩，导致细胞失水，使得辣椒和西红柿的组织细胞出现失水皱缩；与此同时对细胞膜的通透性和选择透过性也出现不同程度的破坏，使细胞膜的透性增大而使其内部许多可溶性营养物质流出细胞，阻碍细胞内酶的活性及细胞新陈代谢作用等，最后的结果是营养物质得不到分解利用、有机物的积累也受到阻碍，导致西红柿和辣椒的种子不能正常的萌发；随着镉浓度提高，种子的发芽势、发芽率、发芽指数都有不同程度的下降。PATRA等把这种现象解释为低浓度重金属对植物有积极的“刺激作用”，但这种刺激作用受到浓度的限制15。环境中存在过多的CD2，对植株的生长产生毒害作用，引起幼苗生理生化的变化。综上所述，镉胁迫对辣椒和西红柿种子的萌发有显著影响，CD2浓度5MMOL/L时对西红柿和辣椒种子萌发没有大的影响，且对处于幼苗期的根系生长具有促进作用，但对茄子种子萌发影响不明显。当CD2浓度10MMOL/L时，会影响西红柿和辣椒种子的萌发；但茄子种子不论在去离子水或镉溶液中培养，其发芽势、发芽率和发芽指数都是最低，且基本相同，到底是如种问题造成的，有待于进一步的研究。5结论（1）辣椒和西红柿的发芽势、发芽率和发芽指数都受不同浓度的镉溶液的影响，表现为高浓度抑制种子的萌发，低浓度刺激种子的萌发。当镉浓度为5MMOL/L时，西红柿的发芽势、发芽率和发芽指数都升高了，镉浓度为10MMOL/L时，辣椒的发芽势、发芽率和发芽指数也都成升高的趋势。（2）辣椒在不同浓度的镉溶液下，发芽率、发芽势和发芽指数都有明显的波动，但波动不是很大，其发芽势、发芽率和发芽指数都处于较高的水平，说明辣椒具有耐镉的能力，且比西红柿的耐镉能力强，是这三种茄科植物耐镉能力最强的。参考文献1WANGKRTOLERANCEOFCULTIVATEDPLANTSTOCADMIUMANDTHEIRUTILIZATIONINPOLLUTEDFARMLANDSOILSJACTABIOTECHNOLOGICA,2002,211891982顾继光,林秋奇,胡韧,等土壤植物系统中重金属污染的治理途径及其研究展望J土壤通报,2005,361183赵其国,周炳中,杨浩江苏省环境质量与农业安全问题研究J土壤,2002,341184张磊,于燕玲,张磊外源镉胁迫对玉米幼苗光合特性的影响J华北农学报,2008,311011045徐劼,胡博华,戈涛等镉胁迫对生菜种子萌发及幼苗生理特性的影响J湖北农业科学,2014,20489248966程杰,高压军镉毒害对小麦生理生态效应的研究进展J水土保持究,2006,136218221,2277WANGH,ZHAOSC,LIURLETALCHANGESOFPHOTOSYNTHETICACTIVITIESOFMAIZEZEAMAYSLSEEDLINGSINRESPONSETOCADMIUMSTRESSJPHOTOSYNTHEICA2009,4722772838樊明琴,李焰焰,苗杰,等镉胁迫对小麦种子萌发和幼苗生长的影响J安徽农业科技,