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重金属铅胁迫对小麦种子萌发及幼苗生理生化特性的影响

魏学玲

   重金属因制约植物生长发育和影响农产品安全问题而成为当今世界关注的焦点。铅是重金属污染中最严重和危害性较强的元素之一,具有移动性强、生物毒性大而且易被植物吸收的特点。植物在铅胁迫下生物大分子构象发生改变、引起电解质外渗、酶活性丧失及膜脂过氧化等,最终干扰植物的正常生理代谢和生长发育。此外,植物体内的铅可通过食物链进入人体内产生各种危害,包括造血功能、免疫功能及内分泌系统等多个系统的损伤。因此,植物在铅胁迫下的损伤与抗性机制的研究已成为研究热点。同时,如何缓解铅对植物的毒害作用,进而提高农作物的产量和品质也受到普遍关注。 一氧化氮(Nitrogen oxide,NO)是一种广泛分布在生物体内的信号分子,参与植物体一系列生理过程的调控,如种子萌发、植物根和茎的生长发育、细胞凋亡以及植物防御病虫害、抵抗干旱、盐害、低温等一些生物与非生物胁迫的反应,因而其对植物种子萌发、生理生化特性影响的研究受到普遍关注,特别是关于NO缓解盐、干旱、高温等非生物胁迫对植物的影响。但有关NO对Pb~(2+)胁迫下小麦种子萌发和幼苗生理特性影响的研究报道很少。本实验以两种小麦西旱2号和宁春4号为材料,研究了不同浓度的Pb~(2+)、硝普钠(Sodium Nitroprusside,SNP)单独处理及SNP结合Pb~(2+)处理下小麦种子萌发和幼苗生理生化特性的变化,试图为探明铅胁迫对小麦造成的毒害作用或为深入了解和认识小麦抗重金属污染的生理生化机制提供理论依据,进而通过调节NO水平来提高植物抗重金属胁迫的能力,为研究农作物铅毒害的缓解技术提供理论依据。 主要研究结果及结论如下: 1.两种小麦在低浓度铅处理下幼苗叶片叶绿素含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性均无显著变化,而高浓度铅胁迫使其叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)及叶绿素总量明显减少,但SOD活性显著升高,且相同浓度铅胁迫对小麦宁春4号幼苗叶片叶绿素的破坏作用明显强于对西旱2号的作用;不同浓度硝酸铅处理诱导两种小麦幼苗过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性升高,但不影响丙二醛(MDA)含量;此外,Pb~(2+)处理使小麦幼苗叶片脯氨酸含量升高,此效应具有浓度依赖性,但铅处理不影响可溶性糖相对含量。结果表明,铅胁迫对小麦西旱2号和宁春4号幼苗叶片叶绿素造成了破坏,却不同程度诱导抗氧化酶活性及脯氨酸含量升高,即表现出较强的抗氧化能力和渗透调节能力,增强了小麦对铅的耐受性,因而胁迫诱导两种小麦叶片MDA含量变化与对照比无显著性差异。 2.低浓度的SNP处理对西旱2号小麦种子的发芽势、发芽率、茎长及根长无显著影响,却不同程度地诱导小麦幼苗叶片中CAT和POD活性升高,高浓度的SNP处理明显提高小麦种子的发芽势和发芽率,抑制幼苗根和茎的生长,降低幼苗叶片脯氨酸含量。此外,不同浓度的SNP处理均诱导幼苗叶片可溶性蛋白的含量增多,但对MDA和可溶性糖相对含量无显著影响。结果表明,高浓度外源NO供体SNP处理促进了小麦西旱2号种子的萌发,抑制其幼苗生长,低浓度SNP处理提高抗氧化酶活性和渗透性调节物的含量,因而SNP处理对细胞膜未造成明显的氧化损害。 3.在Pb~(2+)处理下,小麦种子发芽势、发芽率、幼苗根长和茎长均显著降低,25μmol/L SNP明显缓解Pb~(2+)胁迫对种子萌发及幼苗生长的抑制作用。SNP处理提高了Pb~(2+)胁迫下小麦幼苗叶绿素a、叶绿素b含量及叶绿素荧光参数F_v/F_m和F_v/F_0的比值,并诱导过氧化氢酶(CAT)活性升高,但100μmol/L SNP处理降低了过氧化物酶(POD)活性。此外,SNP诱导Pb~(2+)胁迫下小麦幼苗叶片可溶性蛋白含量升高。结果说明,外源NO促进Pb~(2+)胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长,提高叶绿素和可溶性蛋白含量,诱导CAT活性升高,从而增强小麦对Pb~(2+)胁迫的适应性。……   
[关键词]:小麦;Pb~(2+)胁迫;抗氧化酶;种子萌发;一氧化氮;叶绿素;丙二醛;脯氨酸;可溶性蛋白
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西北师范大学2010年