铜胁迫对玉米幼苗生长的影响

王慧芳 张凤杰 那日苏 刘璐 李帅国

摘要[目的]研究铜胁迫对玉米幼苗生长的影响。[方法]采用室内培养方法，研究不同铜浓度及胁迫时间下玉米幼苗株高、发芽率、发芽势、叶绿素含量以及可溶性糖含量的变化。[结果]低浓度下（0～100 mg/kg）铜对玉米萌发有促进作用，高浓度铜对玉米萌发有抑制效应；低浓度的铜对幼苗株高生长短期有影响，随着幼苗的生长影响不显著。铜胁迫可使玉米幼苗可溶性糖含量减少；短时间内低浓度铜对植株叶绿素的合成具有促进作用，但随着胁迫时间的延长和铜浓度的增加，叶绿素的含量呈下降趋势。[结论]该研究可为深入了解重金属对作物生长发育的影响提供参考。

关键词 铜；玉米幼苗；叶绿素；可溶性糖

中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）09-060-02

Abstract[Objective]To research the effects of copper stress on seedling growth of corn.[Method]Indoor cultivation method was used to research the effects of copper concentration and stress time on the plant height， germination rate， germination potential， chlorophyll content and soluble sugar content.[Result]Under low concentration （0-100 mg/kg）， copper promoted the corn germination. Copper at high concentration restricted the germination of corn. Copper at low concentration affected the seedling height in short time， but showed no significnat impacts with the growth of seedling. Heavy metal copper has inhibitory effects on the growth of corn seedlings. Copper stress reduced the soluble sugar content of seedlings， and promotes the chloroplast synthesis in short time. However， with the prolong of stress time and the increase of copper concentration， chlorophyll content showed a downward trend.[Conclusion]This research provides references for the further research on the effects of heavy metal on crop growth.

Key words Copper； Corn seedlings； Chlorophyll； Soluble sugar

现代工业“三废”的大量排放以及农业生产中农药、化肥等农用物资的过量使用等不合理的人类活动，已经导致农田土壤遭受到不同程度的重金属污染。土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰和锌，重金属通过在作物体内富集进入食物链，对人类健康构成了极大的威胁。由于土壤重金属污染范围广、危害大、治理难，已引起了人们的密切关注，与之相关的食品安全问题更是世界关注的焦点。

铜是常见的重金属之一，也是一种高等植物生长发育过程中必需的微量营养元素，是许多胞内酶所必需的组分或辅酶[1]，同时参与很多生理代谢过程，对农作物的产量和品质等有重要的影响。但是，铜具有生物累积性，铜进入细胞后能直接或间接启动膜质的过氧化作用，导致膜的损伤和破坏，同时能改变植物体内抗氧化酶系统的活性[2]。过量的铜又会导致植物体的铜毒害，阻碍植物生长，并降低产量和品质。

目前，土壤銅污染对植物的毒害机理研究仍处于探索阶段。鉴于此，笔者利用盆栽培养研究铜胁迫对玉米种子萌发和幼苗生长的影响，并探讨其毒害机理，以期为深入了解重金属对作物生长发育的影响提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料 精选玉米种子、大连金石滩某地无污染0～20 cm 的表层土壤。

1.2 试验方法

1.2.1 玉米幼苗培养。

挑选500粒饱满的玉米种子，用30%双氧水浸泡10 min消毒备用，铜以CuSO4的形式提供。配置0、50、100、200、400 mg/kg浓度的铜溶液，用喷瓶将溶液均匀喷洒在土中拌匀，装盆，在每盆土表面以下3～5 cm均匀播种10粒玉米种子，每盆浇水300 mL。

1.2.2 玉米幼苗发芽指标与株高的测定。

试验开始，每天观察玉米种子萌发情况，定期记录种子萌发数，以长出叶片为发芽标准，发芽期间每隔24 h记录1次发芽种子数，当连续2 d的发芽种子数不再改变，则认为发芽完全并统计发芽率，计算发芽指数。发芽率、发芽势、发芽指数的计算公式为：

发芽率=种子的发芽数/供试种子总数×100%；发芽势=规定时间内种子的发芽数/供试种子总数×100%；发芽指数GI=（Gt/Dt），式中Gt为在t d的发芽数，Dt为发芽天数。

在第10、25天分别对玉米幼苗进行株高测量。株高测量是从植株底部开始，一直到叶尖，随机挑选3株测定。计算平均值。

1.2.3 生理指标的测定。

采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[3]；采用分光光度法，以80%丙酮为提取介质，按Arnon法[4]计算叶绿素含量。

2 结果与分析

2.1 铜胁迫对玉米种子萌发的影响

由表1可知，随着铜浓度的增加，玉米种子的发芽势、发芽指数呈先升高后降低的趋势，二者峰值均发生在50 mg/kg处理上。发芽势和发芽指数较对照组明显升高。此后随着铜浓度的增加玉米种子发芽势和发芽指数出现下降趋势。当铜浓度为50 mg/kg时，玉米种子的发芽势、发芽指数均高于200、400 mg/kg处理。这说明低浓度（50 mg/kg）铜胁迫处理对玉米种子发芽具有促进作用，高浓度（200、400 mg/kg）铜胁迫处理对玉米种子发芽具有抑制作用。

2.2 铜胁迫对玉米幼苗株高的影响

建立不同时间段的苗株高（z）与浓度（c）、可溶性糖含量（k）、叶绿素含量（y）的线性回归方程，拟合它们的相互关系，结果见表2、3。结果表明：第10天的株高与铜离子浓度、可溶性糖含量和叶

绿素含量之间显著相关（P<0.05）。短时间内株高与可溶性糖和叶绿素含量正相关，可溶性糖和叶绿素含量越高幼苗长得越好。第25天时株高与铜离子浓度、可溶性糖含量和叶绿素含量之间极显著相关（P<0.01）。随着幼苗的生长株高与幼苗的可溶性糖含量呈负相关关系，受铜离子浓度影响更显著。

由表2、3可知，铜浓度和胁迫时间对玉米幼苗株高有直接影响。当铜浓度为100 mg/kg时，在第10天的生长率下降13.8%，在第25天生长率下降12.0%，第10天的株高与对照组差异显著，而之后无明显差异，表明低浓度的铜对幼苗株高生长短期有影响，随着幼苗的生长影响不显著。可是当铜浓度达到200 mg/kg及以上时出现了促进作用。

3 结论与讨论

重金属铜、镉、汞等胁迫下多种作物幼苗生长受到抑制，同时其許多生理生化指标发生变化[5]。该试验结果表明，较低浓度下（0～100 mg/kg）铜对玉米萌发有促进效应，分析原因可能是溶液与玉米种子接触时间不长，导致内渗的铜离子浓度不是很高，而此时的浓度刚好对于玉米的萌发起到促进作用；初期高浓度铜引起了细胞活性氧的增加，从而刺激了保护酶系统，使保护酶活性增加，保护酶可能激活玉米种子内萌发酶从而促进玉米种子的萌发。有研究表明，重金属通过抑制光合作用、呼吸作用、矿质元素吸收等生理生化过程，导致植物物质和能量供应减少，从而抑制植物的生长过程[6]。该试验中高浓度下铜对玉米萌发有抑制效应。主要是铜抑制了玉米种子淀粉酶的活性，降低了贮存物质的分解速度，而随着浓度的增加，铜的富集作用导致种子萌发所需物质和能量的供给受阻，从而降低了萌发率。

铜胁迫使玉米幼苗可溶性糖的含量减少，这也是抑制玉米幼苗生长的一个表现。在铜浓度为400 mg/kg时又表现为可溶性糖含量提高，可能在于可溶性糖参与细胞的渗透调节作用，也可能是许多可溶性碳水化合物是植物适应环境的信号物质[7]。

玉米幼苗在生长初期生长旺盛，叶绿素含量是表示植物光合器官生理状况的重要指标[8]。叶绿素为一种卟啉环结构的化合物，非常不稳定，极易受到热、光、氧化剂等的影响而发生降解或结构转变[9]。该研究中短时间内低浓度铜对叶绿素的合成具有促进作用，但随着胁迫时间的延长和铜浓度的增加，叶绿素的含量呈下降趋势，浓度高于100 mg/kg时与对照组相比存在显著性差异。这可能是叶绿素合成系统的一种应激性反应。

参考文献

[1]NAKAJIMA H，HARA K，YAMAMOTO Y，et al. Effects of Cu on the content of chlorophylls and secondary metabolites in the Cuhyperaccumulator lichen Stereocaulon japonicum[J].Ecotoxicology and environmental safety，2015，113：477-482.

[2]金进，叶亚新，李丹，等.重金属铜对玉米的影响[J].玉米科学，2006，14（3）：83-86.

[3]张志良，翟伟菁.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2004：123-125.

[4]李唯.植物生理学[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5]古红梅，胡述龙，王红星，重金属铅对玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J].广东农业科学，2011，38（1）：36-38.

[6]秦天才，阮捷，王腊娇.镉对植物光合作用的影响[J].环境科学与技术，2000（9）：33-36.

[7]王静，杨德光，马凤鸣，等.水分胁迫对玉米叶片可溶性糖和脯氨酸含量的影响[J].玉米科学，2007，15（6）：57-59.

[8]黄忠勤，周兴根，杨峰， 等.水杨酸对铜胁迫下小麦种子萌发及抗氧化代谢的影响[J].安徽农业科学， 2011，39（8）：4472- 4474.

[9]王修东，楼飞群，贾天亮，等.叶绿素铜钠稳定性影响因素研究[J].中国药业，2012，21（14）：20-21.