蓖麻种子萌发和幼苗生长对重金属铜锌离子胁迫响应_文艳鹏.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 3 期，第 906-916 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.3,906-916研究报告Research Report蓖麻种子萌发和幼苗生长对重金属铜锌离子胁迫响应文艳鹏1罗蕊1王志妍1韩云江1陈璐1黄凤兰1,2*1 内蒙古民族大学生命科学与食品学院,通辽,028000;2 内蒙古民族大学,蓖麻育种国家民委重点实验室,内蒙古自治区高校蓖麻产业工程技术研究中心,内蒙古自治区蓖麻育种重点实验室,内蒙古自治区蓖麻产业协同创新中心,蓖麻产业技术创新内蒙古自治区工程研究中心,通辽,028000*通信作者,摘要蓖麻是耐受性很强的植物，铜锌重金属对土壤的污染广泛存在。本研究以蓖麻种子和幼苗对 Cu2+和Zn2+复合的胁迫响应。实验结果如下，种子萌发阶段：随着 Cu2+和 Zn2+复合溶液处理浓度增加种子萌发率差异显著但无明显趋势；根长差异显著且整体呈现下降的趋势；根粗差异不显著；在 Cu2+和 Zn2+复合浓度为 840mg/L时，种子 MDA 含量、POD 活性、CAT 活性和 GR 活性均高于对照组。幼苗生长阶段：用浓度为 840mg/L 的Cu2+和 Zn2+复合溶液对幼苗进行处理，形态学上随处理时间的增加，叶子褪绿逐渐严重，株形较对照组更矮小；处理组和对照组 MDA 含量和 POD 活性的变化趋势相同，CAT 活性在前 15 d 之内变化趋势相同，之后相反，GR活性变化趋势相反。蓖麻种子在浓度为 1 320 mg/L 时，种子仍未死亡，表明蓖麻对 Cu2+和 Zn2+复合具有很强的耐受性；蓖麻幼苗在 Cu2+和 Zn2+复合浓度为 840 mg/L 时处理至 21 d 仍未死亡，证明蓖麻幼苗对 Cu2+和 Zn2+复合也有很强的耐受性。关键词蓖麻;铜离子;锌离子;胁迫响应;耐受性Responses of Castor Bean Seed Germination and Seedling Growth to HeavyMetal Copper and Zinc StressWen Yanpeng1Luo Rui1Wang Zhiyan1Han Yunjiang1Chen Lu1Huang Fenglan1,2*1 College of Life Sciences and Food Engineering,Inner Mongolia University for the Nationalities,Tongliao,028000;2 Key Laboratory of CastorBreeding of the State Ethnic Affairs Commission,Inner Mongolia Industrial Engineering Research Center of Universities for Castor,Inner MongoliaKey Laboratory of Castor Breeding,Inner Mongolia Collaborative Innovation Center for Castor Industry,Inner Mongolia Engineering Research Centerof Industrial Technology Innovation of Castor,Inner Mongolia University for the Nationalities,Tongliao,028000*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.000906AbstractRicinus communis L.is a highly tolerant plant,and copper-zinc heavy metals are widely contaminatedwith soil.In this study,Ricinus communis bean seeds and seedlings respond to the combined stress of Cu2+and Zn2+complexes.The experimental results were as follows:seed germination stage:with the increase of Cu2+and Zn2+complex solution concentration,the seed germination rate had significant difference but no obvious trend;The rootlength difference was significant and the overall trend was declining;The difference in root thickness wasnt signi-ficant;When the concentration ofCu2+and Zn2+was840 mg/L,the MDAcontent,POD activity,CAT activityand GRactivity of the seeds were higher than those of the control group.Seedling growth stage:seedlings were treated基金项目：本研究由国家自然科学基金项目(31860071)、教育部新农科研究与改革实践项目(2020082)、内蒙古自治区草原英才滚动支持计划项目(2020)、内蒙古自治区科技重大专项(2019ZD002)和中央引导地方科技发展基金项目(ZY20200449)共同资助引用格式：Wen Y.P.,Luo R.,Wang Z.Y.,Han Y.J.,Chen L.,and Huang F.L.,2023,Responses of castor bean seed germinationand seedling growth to heavy metal copper and zinc stress,Fenzi Zhiwu Yuzhong(Molecular Plant Breeding),21(3):906-916.(文艳鹏,罗蕊,王志妍,韩云江,陈璐,黄凤兰,2023,蓖麻种子萌发和幼苗生长对重金属铜锌离子胁迫响应,分子植物育种,21(3):906-916.)with Cu2+and Zn2+composite solution at a concentration of 840 mg/L.Morphologically,with the increase oftreatment time,leaf chlorosis gradually became serious,and the plants were shorter than the control group;TheMDA content and POD activity of the treatment group and the control group showed the same trend,and the CATactivity showed the same trend within the first 15 days of treatment.On the contrary,the GR activity changed inthe opposite direction.When the concentration of castor seeds was 1 320 mg/L,the seeds still did not die,indicating that ramie was highly resistant to Cu2+and Zn2+complexes.The ramie seedlings were still dead aftertreatment with Cu2+and Zn2+at a concentration of 840 mg/L for 21 days,which proved that the Ricinus communisseedlings were also highly resistant to Cu2+and Zn2+complexes.KeywordsRicinus communis L.;Copper ions;Zinc ions;Stress response;Tolerance蓖麻(Ricinus communis L.)，大戟科、蓖麻属一年生或多年生草本植物。蓖麻是一种用于燃料生产的植物，针对不同种类的土壤具有很高的适应能力，蓖麻种子榨出的油是重要的工业原料，具有广泛的用途(Wang et al.,2018)。蓖麻全株均可入药，种子提炼出来的蓖麻碱具有显著的药理活性(陈明等,2018)。蓖麻叶子可以饲养蓖麻蚕，蓖麻蚕生产出的蓖麻蚕丝是服装和医学上的重要原料(贾雪峰,2017,广西农学报,32(3):47-54.)。重金属是指金属密度超过 4.5 kg/dm3的元素，主要包括了铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、砷(As)等。中国土体环境目前所面临的重金属污染元素，主要包含 Cr3+、Cd2+、Hg2+、As3+、Cu2+、Zn2+等(刘刊等,2012)。重金属的一种来源是岩石的风化，另一来源是人为因素。伴随人类社会进入工业时代，采矿、冶金、纺织等行业的发展，大量重金属被排放，排放出来的重金属伴随大气循环和水循环进入土壤中(Facchinelli et al.,2001)。现代农业的药物和肥料滥用也造成了土壤重金属污染问题，主要以 Hg2+、As3+、Cd2+、Cu2+、Cr3+、Pb2+、Zn2+等为主(Farmer et al.,1999;Zhangand Zhang,2020)。泥土中的重金属可被植物富集，最终对植株造成伤害。重金属对植株的伤害有多重机制：首先会破坏植物的叶绿素，使植物叶片失绿，进而影响植物的光合作用，最终导致植物营养不良甚至是死亡。重金属离子还可以夺取植物必需元素离子的通道位置，导致植物正常生理生化紊乱。重金属离子还可以破坏植物细胞的膜结构，使植物内环境失衡对植物造成不可逆的破坏。此外重金属离子还可以破坏植物细胞的 DNA，破坏植物的电子传递链等多种生理活动(易心钰等,2016;Chabene et al.,2018)。目前，已经有学者利用小青菜、棉花及狭叶香蒲等来研究植物对重金属污染的耐受性(赵艳等,2010;黄婉娴等,2018;梅磊等,2018)。也有学者研究了蓖麻等对一种金属离子 Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cr3+和 Cd2+的耐受性以及对 Pb2+和 Zn2+、Cd2+和 Pb2+复合溶液的胁迫响应，但未见研究关于蓖麻对 Cu2+和 Zn2+复合溶液胁迫的耐受性的报道(Shah et al.,2001;李春雷,2016;易心钰,2018;高慧兵,2019;吕冬梅等,2021)。蓖麻对重金属胁迫的耐性响应及解毒机制主要包括细胞膜质过氧化、抗氧化系统调节、有机酸络合调节、重金属的固定和区室化隔离等(王沛琦等,2019)。蓖麻，一种用于燃料生产的植物，似乎对高水平的重金属具有很强的耐受性，并具有很强的吸收土壤中 Cd 和 Zn的能力(Ren et al.,2017)。因此，本研究选择 Cu2+和Zn2+复合溶液研究蓖麻种子萌发和幼苗生长对重金属溶液胁迫响应。1结果与分析1.1种子萌发率的统计统计蓖麻种子在 Cu2+和 Zn2+复合溶液不同浓度处理下萌发状况(图 1)以及萌发率(表 1)。结果表明，种子萌发率随浓度的增加整体上具有差异显著性但无明显趋势，当 Cu2+和 Zn2+复合浓度在