毕业论文-铜胁迫对茄子生长和生理的影响

1、台州学院生命科学学院本科毕业设计（论文） 本科毕业设计（论文）（2015届）题 目 铜胁迫对茄子幼苗生长和生理的影响 学 院 生命科学学院 专 业 生物工程 班 级 1班 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2015年3月30日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权台州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 EQ oac(,)保 密，在一年后，解密适用本授权书。无密级。（

2、请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期： 2015年 4 月 13 日 导师签名： 日期： 2015年 4 月 13 日铜胁迫对茄子生长和生理的影响台州学院生命科学学院本科毕业设计（论文）学生：指导老师：摘要： 将CuSO4溶液添加到盆栽土壤中，使其含量分别达到1、5、10、25、50 mg/kg，测定铜胁迫对茄子幼苗生长和生理的影响。结果表明：随着铜处理浓度的增加，茄子逐渐表现为抑制作用，且随着铜浓度的增加，抑制作用增强，茄子种子的萌发率降低，当铜浓度为50mg/L时，对种子的抑制作用显著；同时随着铜浓度的增加，脂质过氧化加重，丙二醛（MDA）含量增加；质膜透性随着铜浓度的增加而增加。叶

3、绿素a含量随着铜浓度的增加而降低；叶绿素b的含量在低浓度时表现为促进作用，在高浓度时表现为抑制作用；在相同光照强度下，净光合速率、气孔导度、蒸腾速率随着铜浓度的增加而下降，胞间二氧化碳浓度随着铜浓度的增加而升高。关键词：茄子；铜胁迫；生长；生理Effect of Cu on the index of growth and physiology of eggplant seedlingsUndergraduate student: HUANG Jun-xiaAdvisor: KE Shi-shengAbstrct：Adding CuSO4 solution to the potting soil

4、 and making its content reached 1, 5, 10, 25, 50 mg/kg respectively, and determining the effect of copper stress on the index of growth and physiology of eggplant seedling .Results were as follows. With the increase of concentration of copper processing, eggplant gradually showed the inhibitory effe

5、ct. Meanwhile, with the increase of concentration of copper, the inhibitory effect enhanced and the seed germination rate reduced. When the copper concentration reached 50 mg/kg, the inhibitory effect was remarkable. At the same time, with the increase of concentration of copper, the lipid peroxidat

6、ion made more serious, malondialdehyde (MDA) content and plasma membrane permeability also increased. And with the increase of concentration of copper, the content of chlorophyll a reduced. The content of chlorophyll b increased in the presence of low concentration of copper, whereas reduced. Under

7、the same light intensity, net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate are decreased with the increase of concentration of copper. The intercellular concentration of CO2 also increased with the increase concentration of copper.Keywords：Eggplant；Copper stress；Growth；Physiology

8、. 引言 简介铜是植物正常生长所必需的一种微量元素,但环境中铜过量则对植株产生毒害作用。铜污染物可通过对植物光合色素的破坏或抑制其合成从而直接影响光合作用13；铜进入细胞后能直接或者间接启动膜脂过氧化而导致膜损伤和破坏，同时能改变植物体内抗氧化酶系统的活性。过量的铜不仅影响植物的生长和发育，还可能通过食物链对人类的健康和生活产生严重的危害。同时，铜是呼吸链中细胞色素氧化酶的组成之一。有关研究表明，如果缺乏铜将直接影响植物生长发育中的代谢反应。所以，铜对植物的生长和发育有至关重要的作用，铜的缺乏将直接导致植株的生长受到抑制，但铜属于重金属元素之一，过量的铜又使植株和农作物受到毒害4。植物抗氧化酶

9、体系参与了植物代谢的整个过程。过氧化物酶（POD）在植物中的分布十分广泛，参与了细胞壁的代谢生长、植物抗逆性、生长素的降解、植物的衰老以及根的发育并且维持正常根功能等的整个生理过程。不同的重金属处理对植株都有不同的影响。李影和刘登义 5报告，Cu2+胁迫下，节节草抗氧化酶活性随Cu2+浓度的增加而上升，且与Cu2+浓度呈正相关关系。近几年来，电镀厂、铝铜材、地砖业、印染厂、化工厂等重金属污染型的工矿企业遍布了整个城乡，工业“三废”、城市垃圾等排放及其农业化学品应用日趋广泛，高Cu杀菌剂、杀虫剂、农药、化肥等不合理的使用，均会对农业、畜牧业、生态环境、牧业等带来不堪设想的后果，土壤环境中的Cu污

10、染一天比一天严重，导致植物中的Cu毒害问题也趋于严重状况。尽管，近几年国内外已经出现了有关重金属对植物保护的酶活性生长的研究报告，发现Cu对玉米、豆科类等作物的生长发育具有至关重要的作用和影响，但有关铜胁迫对茄子生长影响的研究所见甚少，该研究的目的在于认识Cu对茄子幼苗生长和生理的影响，初步探讨不同铜浓度对茄子幼苗生长及生理指标的影响。材料与方法2.1 实验材料茄子品种为北斗紫红长茄，种子购自临海市种子公司，菜园土风干后，装入18个塑料盆中，每盆用土2.5 kg，将CuSO45H2O (分析纯) 溶液浇入，使土壤中铜含量分别达到1、5、10、25、50 mg/kg，3盆重复，以不加铜处理作为对

11、照（CK）。盆土混匀后播入茄子种子，出苗后间苗，每盆保留5株。处理1个月后测定生长和生理各项指标。2.2 指标测定发芽率的测定。茄子种子播后第10 d统计种子萌发数，计算萌发率（%）。用硫代巴比妥法测定丙二醛（MDA）含量 5。取0.5 g新鲜叶片剪碎，放入研钵，再加入5 mL 0.1% 的三氯乙酸进行研磨，制成均浆，4000 g离心10 min。取1 mL上清液，加入4 mL0.5% 的硫代巴比妥酸（用20%的三氯乙酸配制）。样品90加热30 min后，冰浴停止反应。再用同样的转速离心10min，取上清液测A532和A600，MDA含量（nmol/g）按（A532-A600）/1550.00

12、5106V/W计算，式中，V为研磨用三氯乙酸用量（mL），W为样品重量（g）。质膜电解质渗漏率的测定用相对电导率表示。取叶片0.5 g，蒸馏水迅速洗净并吸干表面水分后，剪成2mm2左右小片，蒸馏水冲洗数次，吸干表面水分。称一定量（约0.5g）的样品放入锥形瓶中，加入蒸馏水20 mL，再用真空泵抽气，真空渗入30 min后，用电导率仪测溶液的原电导率。然后，在沸水浴中加热5 min，冷至室温，测溶液总电导率。以相对电导率的大小来表示电解质渗漏率，相对电导率=（原电导率/总电导率）100%；叶绿素含量的测定用分光光度计法6，于665、645和440nm处测定，方法如下：将叶片剪成2 mm的正方小块

13、，取0.5 g，倒入50 mL锥形瓶，加入CaCO3（约0.1 g）和蒸馏水（25mL），匀浆，将2.5 mL匀浆液加入具塞玻璃管中，再加入丙酮10mL，暗中放置30 min（期间晃动玻璃管数次），用滤纸快速过滤，将3 mL滤液加入比色皿，分别测其A645、A663和A440。生物量的测定。将茄子连根小心取出，用蒸馏水将根表土壤冲洗干净，吸水纸吸干表面水分。将茄子植株根茎、叶分开，置于70 烘箱中烘干至恒重（约 d），分别称其干质量。铜含量测定。取上述样品约0.2 g，放入消化管中后加入浓硝酸5 mL，曲颈漏斗加盖，放在红外线电热板中加热煮沸，大约过11.5 h后取出三角烧瓶，冷却，加入1 m

14、L高氯酸，继续煮沸，直至变清，普通过滤，定容到2 mL的离心管中。光合作用光响应测试。在叶室温度（Tch）为（251）下，用Li6400XT型光合测定仪（Li-Cor，Lincoln，Nebraska，USA）测试光强分别为2000、1500、1200、1000、800、600、400、200、150、100、50、20和0 mol/（m2s）下的净光合速率，测得从高到低一系列光合有效辐射（PAR）下叶片的净光合速率（Pn）7。比较800mol/（m2s） 光合有效辐射下各处理植株的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等参数。结果与分析 3.1 铜对茄子种子发芽率的影响众所周知，重金

15、属来源于土壤、大气、水体，土壤中的重金属会给种子造成影响。因为土壤作为植株通过根部吸收重金属的主要介质，其中的含量将会直接影响种子对该元素的吸收和积累8。从表1看出，种子萌发受Cu浓度影响不是很大。在低浓度下，种子发芽率几乎不受Cu浓度的影响，即使在高浓度下，种子也保持比较高的发芽率，这可能是种子的前期生理活动未受到高浓度Cu浓度的抑制，因此能正常的萌发。表1 Cu对茄子发芽率的影响Table 1 Effect of Cu on germination of eggplant seedsCu处理浓度(mg/kg)Concentration of Cu treatment 发芽率（%）Germi

16、nation rate0100110051001010025905080 3.2 过氧化作用3.2.1 Cu2+浓度对茄子幼苗MDA的影响植物在胁迫等恶劣条件下，由于光合能力下降导致吸收的光能过剩而使细胞内活性氧含量增高，往往会使膜脂发生过氧化作用，丙二醛是膜脂过氧化的重要产物之一，因此常作为脂质过氧化程度的一项生化指标8。从图1可以看出，茄子受Cu胁迫后，其丙二醛含量增加，即MDA含量提高，两者呈正相关。随Cu2+浓度提高，其MDA增加幅度也有所提高。总体来看，在不同浓度Cu处理下，叶片丙二醛含量差异显著。1025 mg/kg范围内，随着Cu浓度的增加显著升高。与对照组相比，低浓度处理15

17、mg/kg时，丙二醛含量增加一点点，但差异不明显,大约升高了1.2倍左右；高浓度与对照相比显著升高1.5倍。图1 Cu对茄子幼苗丙二醛含量的影响Figure 1 Effect of Cu on the MDA content in the leaves of eggplant seedlings3.2.2 Cu2+浓度对茄子质膜透性的影响电解质渗漏率是衡量植物细胞膜完整程度的一项指标，电解质渗漏率越大，细胞膜受到损伤的程度也就越大。逆境条件下，质膜选择通透性会在一定程度上发生改变或丧失，高温、冰冻、重金属等逆境胁迫会导致膜脂过氧化作用加剧，使细胞膜的通透性增强，而引起电解质渗漏率的增加，因此，

18、细胞膜的选择通透性是细胞维持其生理功能的最重要的条件之一。所以，在植物各种抗性研究中，电解质渗漏率的测定常作为一个重要的生理指标9。当质膜的选择透性因逆境伤害而明显改变时，细胞内的水溶性物质尤其是电解质大量外渗，从而引起组织浸泡液的电导率发生变化，通过测定其电导率的变化，就可反映出组织细胞质膜的损伤状况和所测材料对逆境条件的抵抗能力。从图2可以看出，随着Cu2+浓度的提高，相对电导率也升高，从而说明了Cu2+浓度对茄子质膜透性伤害程度加大。这说明Cu2+浓度对质膜透性呈正相关，而且随着浓度的提高，质膜透性影响的幅度也加大。低浓度110 mg/kg 范围内与对照组相比差异不显著，高浓度处理有明显

19、的差异。图2 Cu对茄子幼苗相对电导率的影响Figure 2 Effect of Cu on the relative conductivity in leaves of eggplant seedlings 3.3 光合参数3.3.1 Cu2+浓度对茄子幼苗叶绿素含量的影响 绿色植物的生长离不开光合作用，叶绿素含量的多少直接影响光合作用的强度。叶绿体色素的含量是植物吸收太阳光能否正常进行光合作用的重要因素，其主要成分是由叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶黄素组成。叶绿素含量的减少是衡量叶片衰老的重要生理指标。 图3 Cu对茄子幼苗叶绿素a、b含量的影响Figure 3 Effect of C

20、u on the content of chlorophyll a and b in leaves of eggplant seedlings从图3可以看出，随着Cu2+浓度的增加，茄子幼苗合成的叶绿素a和叶绿素b含量减少，且浓度越高叶绿素合成越少，而且叶绿素b比叶绿素a降低的更多。3.3.2 光响应参数 净光合速率（Pn）是植物光合作用的一项重要指标。净光合速率越大，就说明植物光合作用的水平越高。从图4可知，随着铜浓度的增加，茄子的净光合速率随之减少。不同浓度铜处理下，茄子净光合速率都有显著的差异，与对照组相比，净光合速率下降13倍左右。 图4 铜对茄子幼苗光合参数的影响Figure 4 E

21、ffect of Cu on the photosynthetic parameters in leaves of eggplant seedlings 气孔导度（Gs）通常也是作为光合作用的一项参数。从图4可知，在低浓度时，铜对气孔导度有一定的促进作用，当铜浓度为5mg/kg时，铜对气孔导度就有一定的抑制作用，而且比对照组显著偏低，之后，随着铜浓度的增加而下降。在低浓度处理差异不显著，随着浓度的升高，有一定的差异。与对照相比，高浓度1050 mg/kg 范围内，气孔导度显著升高。由图4还可以看出，胞间二氧化碳浓度（Ci）随着Cu浓度的增加也是呈显著增加趋势。在低浓度处理中有一定的促进作用，与

22、对照组相比差异显著；随着铜浓度的增加，细胞间二氧化碳浓度显著下降。蒸腾速率在低浓度时有一定的促进作用，当浓度达到5mg/kg时，蒸腾速率达到最高值。当浓度大于5mg/kg时，蒸腾速率随着铜浓度的升高反而降低。3.4 Cu在茄子幼苗不同部位的分布由图5可以看出，随着铜浓度的增加，茄子幼苗不同部位Cu含量也逐渐增多。同时可以看出，不同部位铜含量为根茎叶。茄子对土壤中Cu的吸收具有很强的分异特性，对Cu吸收最强的是根部，根部所吸收的Cu大约是茎叶的34倍。这一特征揭示，茄子幼苗的根系可以作为一种屏障或者一个过滤器，来阻止Cu进一步向茎叶迁移，从而减少植株中毒害的积累。图5 茄子幼苗根、茎和叶中铜含量

23、Figure 5 Cu content in the roots, stem and leaves of eggplant seedlings讨论本实验以发芽率、MDA含量、质膜透性、叶绿素含量以及光合参数为指标检测了不同铜浓度对茄子幼苗的影响。种子萌发所需的能源和物质完全来源于贮存物质的氧化分解反应，而这一分解过程需要大量的酶参与，由于Cu的存在将会抑制酶的活性，从而降低贮存物质的分解速度，使种子萌发的物质和能量供应受阻，使萌发率降低。在低浓度1、5、10mg/kg时，对种子的影响不是很大，但随着铜浓度的增加，萌发率就明显降低。发芽率与Cu2+浓度之间呈负相关。4.1 Cu2+浓度对茄子的分

24、析根据图1可知：随着Cu2+浓度增加，其硫代巴比妥酸反应物（TBARS）增加，即MDA含量提高，表明电解质外渗率呈明显的上升趋势。这说明了Cu2+胁迫增加茄子幼苗叶片的细胞质膜透性，促进了电解质外渗，同时也说明了过量的Cu2+对植物细胞有一定的毒害作用，而且Cu2+浓度越高，其毒害作用就越大。根据图2可以看出随着Cu2+浓度的增加，其相对电导率也在不断增加，这是因为重金属Cu2+会使质膜受到不同程度的伤害，其表现往往为细胞透性增大，细胞内部的电解质外渗，从而导致外液电解率增大。而且Cu2+浓度越大，细胞所受的伤害也大，导致相对电导率越大。植物叶片中叶绿素含量的高低是反映植物光合作用能力的一项重

25、要指标。Cu2+浓度对植物光合作用的影响可以发生在细胞色素及其生化过程的不同层次上，过量的铜不仅影响光合作用反应的系统还可能引起类囊体结构和功能的损害，这种破坏可以发生在氧化侧和还原侧，最主要是影响初级供体和受体的含量12。随着Cu2+浓度的增加，叶绿素a、b含量都有所下降，并且随着铜浓度的不断增大，植株的抑制作用也越大。对于茄子，Cu浓度为25mg/kg时，叶绿素a、b与对照组相比出现了明显的差异，并且叶绿素b降低的更多，这说明对Cu污染的敏感度而言，通常是叶绿素b叶绿素a，这结论与Penelope等13的结果相一致。 光是影响蒸腾作用的主要外界条件，它不仅可以可以提高大气的温度，同时也可以

26、提高叶片的温度，大气温度的升高将增强水分蒸发的速率，如果叶片的温度大于大气温度，使叶外的蒸气压增大，蒸腾速率更快14。此外，光照促进气孔的开放，减少内部阻力，从而增强蒸腾作用。我们知道，叶片的Pn下降的主要原因可以归因于以下两个方面：气孔性因素和非气孔性因素18。如果Pn下降的同时，Gs和Ci一起下降，说明是气孔性因素；当Pn下降，Ci上升，说明是非气孔性因素。本实验中，在Cu处理下，茄子的净光合作用、蒸腾作用、气孔导度随着土壤中的Cu2+浓度的增加而降低，与此同时细胞间二氧化碳的浓度反而增加，这说明茄子的Pn随着降低的主要原因是由非气孔性限制导致。4.2 Cu2+浓度在茄子中的分布 由上图可

27、知，当土壤中Cu2+浓度增加时，茄子根系、茎和叶中Cu2+浓度也增加，而且它们随着Cu2+浓度的增加而增加。这是因为根部与土壤全部接触，所以最容易吸收，由根部运输到茎和叶需要一定的能量，所以相对根部而言，茎和叶所吸收的Cu2+浓度相对较少。结论Cu对茄子生长的影响本实验研究了不同浓度的Cu对茄子幼苗和生长的影响，研究结果表明：与不含铜的幼苗生长试验相比，发芽率对Cu胁迫的敏感性较弱，只有在Cu2+浓度大于25mg/kg时，茄子的发芽率有了一定的下降。这个结论与齐雪梅14所研究得出的结果相一致。茄子中MDA、质膜透性的影响 膜脂过氧化的主要产物之一就是丙二醛（MDA），对细胞具有一定的毒性17，

28、使细胞膜的功能紊乱和损伤。MDA是一种强交联的性质，它能联结氨基酸或有游离氨基的蛋白质、磷脂酰乙醇胺及核酸结合，组成具有荧光的Schiff碱，被称为类脂褐色素，它是干扰细胞内正常生命活动代谢的不溶性化合物15。茄子幼苗受高浓度Cu2+浓胁迫后，叶中MDA含量提高。所以，MDA随着Cu2+浓度的增高而增大，说明Cu2+浓度会使植物细胞受到损伤，从而导致细胞的通透性增大。而且Cu2+浓度越大，损伤越厉害。茄子中叶绿素的影响因为反映植物光合能力的一项重要指标就是观看叶绿素含量的高低, 植物叶片中的叶绿素含量是对Cu 胁迫较为敏感的一项指标16。 对于茄子, 当Cu 浓度在大于25mg/kg 时, 叶

29、绿素a、叶绿素b 的含量与对照相比均表现出明显的降低趋势( P0.05)。 茄子中Cu2+的分布当土壤中的Cu2+浓度增加时，也会使植物中的Cu2+吸收量增加。茄子植株中根对Cu2+浓度的吸收最多，并且根部所吸收的量远远高于茎和叶。这说明Cu2+浓度主要积累在根部，只有少量的才能转到地上部分。参考文献1 姜理英, 石伟勇, 杨肖娥, 等. 铜矿区超量积累Cu植物研究J.应用生态学报, 2002,13(7): 8069062 Teisseire H, Couderchet M,Vernet G.Phytotoxicity of diuror alone and in combination wi

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