维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年５月 南京晓庄学院学报 Ｍａ－￣．２００８ 第３期 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮＪＩＮＧ ＸＩＡＯＺＨＵＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＮＯ．３ 铜胁迫下氮肥对水稻幼苗生长的影响 邵，储玲 （安徽师范大学生命科学学院，重要生物资源保护与利用研究安徽省重点实验室， 生物环境与生态安全安徽省高校省级重点实验室，安徽芜湖２４１０００） 摘要：为了解氮肥对铜胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响，通过不同浓度Ｃｕ“对水稻种 子的浸泡，研究了ｃｕ 对水稻幼苗的根长、淀粉酶活性、脯氨酸和叶绿素含量的影响．结果表明，当 Ｃｕ 浓度≤５０ ｍｇ／Ｌ时，施氮肥可促进水稻幼苗根系的活性，增强淀粉酶的活性，促进水稻种子的 萌发和幼苗的生长；当Ｃｕ 浓度ｉ＞５０ ｍｇ／Ｌ时，施氮肥降低了水稻根系的活性，降低了水稻淀粉酶 的活性，并且水稻种子的萌发和幼苗生长也受到抑制．因此根据土壤中Ｃｕｎ的浓度，适当地施加氮 肥，可以减轻重金属铜的毒害，达到农作物幼苗长势良好、增产的目的． 关键词：水稻；Ｃｕ“；Ｎ肥；淀粉酶；叶绿素 中图分类号：￥５１１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７９０２（２００８）０３—００５９—０５ ０ 引言 工业的快速发展，使得重金属污染日益严重，土壤中过量的重金属不仅作物正常生长、发育及改变 作物的种群结构，甚至可以通过食物链最终危害到人类的健康，因此“土壤一作物”系统的重金属污染问题 正日益受到人们关注，并且作物对重金属的耐性和抗性机制研究已经成为热点之一 ．胡正义 、汪金舫 和吴燕玉 等先后研究了重金属污染物对“土壤一作物”系统的影响，尤其是对Ｃｄ“、Ｃｕ“等重金属污染物 在农田生态系统中的迁移与转化动态进行了比较深入的研究．在农作物的生长发育周期中，重金属污染会对 作物的生长发育产生明显的毒害效应，使得农作物长势变差，减产减收．比如过量的铜离子会对细胞内的酶 产生毒害作用，影响植物体内正常的生理生化过程．铜污染主要是妨碍农作物的正常生长发育，植物受到重 金属的毒害，细胞膜的完整性和组成遭到破坏，细胞内的离子和有机物大量外渗，外界的有毒物质进入，导致 植物体内一系列生理生化过程失调，影响植物的水分代谢、光合作用、呼吸作用和糖类代谢等 Ｊ，由于重金 属污染毒理机制和生物效应的复杂性，对于重金属污染的研究，特别是有关如何减轻重金属胁迫对农作物的 伤害等研究备受关注．本试验在有Ｎ和无Ｎ条件下，测定了不同浓度ｃｕ 溶液处理的水稻种子萌发过程中 一些生理指标的变化，以研究施Ｎ后Ｃｕ 胁迫对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，期望为减轻铜等重金属 污染所产生的危害提供科学依据． １实验材料与方法 １．１ 实验材料及处理 以水稻汕优１ １ １为实验材料（购买于安徽芜湖丰乐农资种子公司）．用０．５％ＮａＣ１０消毒１０ ｍｉｎ，蒸馏水 收稿日期：２００８—０２—２０ 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（２００４ＣＢ４１８５０３），国家自然科学基金项目（３０４７０２７０），国家人事部留学回国 人员科研择优资助计划项目，安徽省教育厅自然科学基金资助项目（２００８ＫｊＢ２１９）． 作者简介：邵，男，安徽师范大学生命科学学院硕士研究生． 通讯作者：储玲，女，讲师，博士．Ｅｍａｉｌ：ｃｈｕｌｉｎｇ７７７６＠１２６．ｃｏｍ 一５９— 维普资讯 http://www.cqvip.com
一冲洗３次，然后把水稻种子放人ｃｕ 浓度为２５、５０、１００、１５０和２００ ｍｇ／Ｌ的培养液中浸泡２４ｈ，然后将浸泡 的水稻种子放人培养皿中，每个培养皿放３０粒种子，按同心圆排列，一组浇Ｈｏａｇｌａｎｄ营养液（正常氮组），另 组浇含有０．３％硫酸铵的Ｈｏａｇｌａｎｄ营养液（有氮组），在２８±１℃、自然光照（光照强度约１３０１ｘ，Ｌ：Ｄ＝１４： １０）条件下培养 １．２测定方法 １．２．１幼苗根长的测定 水稻种子发芽４ｄ后，用直尺测定其根的长度． １．２．２淀粉酶活性的测定 取发芽４ｄ的水稻胚乳，研磨，加１％氯化钠１０Ⅱｄ，以１５００ ｒ／ｍｉｎ的速度离心６～７ ｍｉｎ，取得酶液待测．酶液 于２５℃水浴３ ｍｉｎ，加入１％３，５．二硝基水杨酸溶液２ ｍｌ，沸水加热５ ｍｉｎ．冷却至室温，采用分光光度法 Ｊ，在 ５００ ｎｍ波长处测定各管的光吸收值．以２５℃时３ ｍｉｎ水解淀粉释放１ ｍｇ麦芽糖所需的酶量为１个酶活力单位， 总活力单位＝Ｃ酶ｎ酶Ｖ酶．（Ｃ酶为酶液中麦芽糖浓度，ｎ酶为酶液稀释倍数，Ｖ酶为上清液体积）． １．２．３脯氨酸含量的测定 称取水稻叶片０．５ ｇ，用３％磺基水杨酸溶液研磨提取匀浆液，沸水浴中浸提１０ ｍｉｎ．冷却后以３０００ ｒ／ ｍｉｎ的速度离心１０ ｍｉｎ．取上清液加入冰乙酸等显示试剂进行显色、萃取和比色 ．单位鲜重样品的脯氨酸 含量＝｛（ａ×５／２）／样重×１０６｝×１００％（从标准曲线上查出２ ｍｌ测定液中脯氨酸的浓度ａ（￣ｇ／ｍＬ）） １．２．４叶绿素含量的测定 称取剪碎的水稻叶片０．５ ｇ，采用分光光度法 ｊ，用８０％丙酮研磨提取后，于６６３、６４５和４４０ ｎｍ处测定 光密度（ｍｇ・ｇ～・ＦＷ）． ２结果与分析 ２．１ 氮肥对Ｃｕ“胁迫下水稻根系生长的影响 根部是植物吸收营养物质的重要部位，根部的损 伤对植物的正常生长发育有着巨大的影响，阻碍了水 分的运输，直接影响水稻幼苗的生长，是导致水稻生 物量不断减少的一个重要的原因．由图１可知，无论 有氮组还是无氮组，随着Ｃｕ 浓度的提高，水稻幼苗 的根长均降低；当ｃｕ¨浓度≤５０ ｍｇ／Ｌ时，水稻根系 较发达，添加氮肥使得水稻幼苗的根长增加，提高水 稻幼苗根系的活性．而当Ｃｕ¨浓度为５０～２００ ｍｇ／Ｌ 时，根系的生长明显受到抑制，Ｃｕ¨浓度越高，根系的 活性越弱，添加氮肥反而降低了水稻幼苗的根长．这 说明高浓度铜胁迫抑制水稻幼苗根的生长，氮肥 的施加反而会增强抑制效应；而低浓度铜胁迫下，施 加氮肥能有效缓解毒害效应铜对水稻的毒害效应． 影响 Ｃｕ２ 浓度（ｍｓ／Ｌ） 不同氮素营养条件下Ｃｕ 对水稻幼苗根长的影响 ２．２ 氮肥对Ｃｕ“胁迫下对水稻淀粉酶活性的 图１淀粉酶可以水解淀粉，产生的葡萄糖是水稻种子呼吸作用的最主要基质，是种子萌发、胚根、胚芽生长和 器官建造的物质基础和能量来源，因此淀粉酶活性与种子萌发生长有直接关系，淀粉酶活力大，转化就快，种 子萌芽生长也快，反之则慢 Ｊ． 从图２中可得出，当Ｃｕ 浓度 １００ ｍｇ／Ｌ时，无氮组和有氮组中淀粉酶的活性都成上升趋势，说明低 浓度铜对种子萌发的影响较小，而且添加氮肥会使淀粉酶活性上升的较为明显；当ｃｕ 浓度 １００ ｍｇ／Ｌ 时，无氮组和有氮组中淀粉酶的活性都呈现下降趋势，并且添加氮肥后淀粉酶的活性下降的更为剧烈． ２．３ 氮肥对Ｃｕ¨胁迫下对水稻叶片脯氨酸含量的影响 脯氨酸是植物体内一种氨基酸，是十分有效的细胞质渗透调节物质．几乎所有的逆境（干旱、盐碱、重金 一６０— 维普资讯 http://www.cqvip.com 属等）都会造成植物体内脯氨酸的累积．游 离脯氨酸含量的增加，是鉴定植物抗盐毒害 的一个重要指标 。。．脯氨酸具有减轻植物重 金属离子的毒害作用 ，在抗逆中能起到保 持原生质与环境的渗透平衡，以防止水分散 失；还能增强蛋白质的水合作用，从而保持膜 结构的完整性． 吕 ● ．量 ｇ ’ 从图３中可以得出，无氮组和有氮组中 在Ｃｕ“质量浓度为０时，有氮组脯氨酸含量 略高于无氮组，施加氮肥对水稻体内脯氨酸 含量影响不大；随Ｃｕ 质量浓度的增加，有 氮组的脯氨酸含量明显高于无氮组，尤其是 在Ｃｕ“质量浓度５Ｏ—ｌＯＯ ｍｇ／Ｌ范围内，脯 己 烬 脯氨酸的含量均随Ｃｕｎ浓度的升高而上升． 谣 Ｃｕ 浓度（ｍｇ／Ｌ） 图２不同氮素营养条件下Ｃｕ 对水稻种子淀粉酶活性的影响 氨酸含量相差很大．随着Ｃｕ 浓度的增加， 水稻受到的铜毒害程度增加，而施加氮肥有效提高了脯氨酸的含量，在一定程度上缓解了铜对水稻幼苗生长 的毒害作用． １２０ １０５ ９０ ７５ ６０甾４５ ３０ 壁１５ ０ Ｃｕ 浓度（ｍｇ／Ｌ） 图３不同氮索营养条件下Ｃｕ 对水稻脯氨酸含量的影响 ２．４ 氮肥对Ｃｕ“胁迫下对水稻叶片叶绿素含量的影响 叶绿素是植物进行光合作用的色素，叶绿素含量高低在一定程度上反映了光合作用水平的高低．叶绿素 含量低，光合作用弱，会导致植株鲜重降低＿１ ．众多的实验证明，重金属胁迫对植物的光合作用都有抑制作 用，并且降低效应与重金属胁迫程度是相关的．低浓度下叶绿体的基粒片层开始变稀疏，层次减少；随浓度升 高，基粒片层消失，叶绿体功能受到破坏，重金属对叶片色素产生了明显的抑制效应 Ｍ Ｊ．从图２—４中可以 看出，无氮组和有氮组叶绿素含量均随着Ｃｕ¨浓度的升高而先升后降，当Ｃｕ“浓度 ５０ ｍｇ／Ｌ时，无氮组和 有氮组的叶绿素含量相差不大，而当Ｃｕ 浓度大于１００ ｍｇ／Ｌ时，无氮组和有氮组的叶绿素含量均呈下降的 趋势，说明高浓度ｃｕ 降低了叶绿素的合成，抑制水稻光合作用．在ｃｕ 浓度为５Ｏ—ｌ５Ｏ ｍｇ／Ｌ范围内，有氮 组水稻幼苗叶绿素含量显著高于无氮组，说明施加Ｎ肥可提高该ｃｕ 浓度范围的水稻幼苗叶绿素的含量， 增强其光合作用，有助于水稻幼苗的生长． ３讨论与结论 在低质量浓度Ｃｕ 条件下，施加氮肥可促进水稻根系活性的提高，有助于根的生长，从而提高根的吸水 能力，同时增加了叶绿素的含量，促进水稻叶片光合作用．随ｃｕ 质量浓度的增加，水稻根系活性减弱，毒害 加重，吸水能力减弱，施加氮肥反而加重了铜毒害作用，导致根细胞膜伤害率增加，根系水分环境恶化，保水 一６ｌ一 维普资讯 http://www.cqvip.com ｘ２＋ 奄 吕 。Ｈ一唧缸懈蜡古 如 加 ｍ Ｏ ０ ５０ ｌ００ １５０ ２００ ２５０ Ｃｕ 浓度（ｍｇ／Ｌ） 图４不同氮素营养条件下Ｃｕ 对水稻叶片叶绿素含量的影响 能力下降 游离脯氨酸含量的增加，是鉴定植物抗盐毒害的一个重要指标 ．实验结果显示：随Ｃｕ 质量浓度的 增加，脯氨酸含量也大量增加，说明Ｃｕ 改变了植物体内脯氨酸含量的代谓｝路线，影响了蛋白质的合成，使 得脯氨酸氧化受阻，蛋白质合成速度减慢，脯氨酸含量便会升高，说明水稻受到的盐毒害增加，施加氮肥加剧 了这种毒害． 在低质量浓度Ｃｕ （≤１００ｍｇ／Ｌ）胁迫条件下，施加氮肥有利于增强水稻淀粉酶的活性，促进淀粉的分 解，增强种子内贮存物质的分解代谢能力，为种子萌发和生长提供物质和能量，促进水稻种子的萌发和幼苗 生长；而在高质量浓度Ｃｕ （＞１００ｇ／Ｌ）胁迫条件下，施加氮肥不但使得水稻受到的毒害增加，而且降低了水 稻淀粉酶活性，抑制了种子内贮存物质的分解速度，影响物质合成，对植物细胞产生毒害作用，抑制了水稻种 子的萌发和幼苗生长． 尽管施加氮肥在一定程度上促进了ｃｕ 胁迫下水稻叶片中叶绿素的合成，增强了叶片的光合作用，但 综合起来不利于水稻幼苗的生长．因此，随着重金属对环境的污染日益严重，铜等重金属对土壤的污染加剧， 而农作物的生长又离不开土壤，施加氮肥是调节农作物的生长和增产的主要措施，在含大量铜的土壤中施用 氮肥，不但不能收到预期的效果，只会适得其反，所以必须充分考虑到土壤中铜的浓度，根据土壤中重金属铜 的浓度，适当地施加氮肥，控制氮肥的施用量，才会减轻重金属铜的毒害，达到幼苗长势良好、增产的目的． 根据铜浓度来调整氮肥的施用量，可以减轻铜对水稻幼苗的毒害，增加水稻产量，但不能从根本上解决 铜污染问题． 参考文献： ［１］蒋先军，骆永明，赵其国．重金属污染土壤的植物修复研究．金属富集植物Ｂｒａｓｓｉｃａ ｊｕｎｃｅａ对铜、锌、镉、铅污染的响应［Ｊ］． 土壤，２０００，２：７２—７４． ［２］胡正义，沈宏，等．ｃｕ污染土壤一水稻系统中ｃｕ的分布特征［Ｊ］．环境科学，２０００，２１（２）：６２—６５． ［３］汪金舫，朱其清，刘铮．小麦和油菜中ｃｕ和ｚｎ的化学结合形态初步研究［Ｊ］．应用生态学报，２０００，１１（４）：６２９—６３０． ［４］吴燕玉，王新，梁仁禄，等．ｃｄ、Ｐｂ、ｃｕ、ｚｎ、Ａｓ复合污染在农田生态系统的迁移动态研究［Ｊ］．环境科学学报，１９９８，１８（４）： ４０７—４１４． ［５］刘文彰，孙典兰．铜的过剩和不足对棉花幼苗生长、酶活性及植物体内铜的累积的影响［Ｊ］．河北农业大学学报，１９８６，９ （１）：４５—５０． ［６］王秀奇编著．基础生物化学实验．北京：高等教育出版社，１９９７．２０５—２０９． ［７］张志良．植物生理学实验指导［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９０．８８—９９，１５４—１５５，２５９—２６０． 一６２一 维普资讯 http://www.cqvip.com ［８］陈建勋，王晓峰．植物生理学实验指导．广州：华南理工大学出版社，２０ｏ４．３５—３６． ［９］Ｇａｌｓｔｏｎ，Ａ．ｅｔ ａ１．戴尧仁译．新编植物生理学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，１９８９． 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ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｗｉｔｈ ａ ｖｉｅｗ ｔｏ ｆｉｎｄｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｕｓ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｎ ｉｃｅ ｇｒｏｗｔｈ ｕｎｄｅｒ Ｃｕ ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ“ｉｓ ５０ｍｇ／Ｌ．ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｒｏｏｔ ａｎｄ ａｍｙｌａｓｅ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｃｅ ｓｅｅｄｓ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ“ｉｓ至５０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｒｏｏｔ ａｎｄ ａｍｙｌａｓｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｃｅ ｓｅｅｄｓ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ａｒｅ ｉｎｈａｂｉｔｅｄ．Ｓｏ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ“ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ，ａ ｓｕｉｔａｂｌｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｎｉｔｒｏ— ｇｅｎ ｃａｎ ｂｅ ｅｘｅｒｔｅｄ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｐｐｅｒ ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ，ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗ ｈｅａｌｔｈｉｌｙ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅ；Ｃｕ“；ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｕｓ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ；ａｍｙｌａｓｅ；ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ 一６３—
