重金属铜对萝卜种子发芽性能指标的影响研究_许丹妮

第 38 卷第 5 期 2013 年 5 月 环境科学与管理 ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT Vol. 38 No. 5 May 2013 收稿日期:2013 － 04 － 12 作者简介:许丹妮(1980 －) ，女，注册环评工程师，现主要从事建设项 目环境影响评价工作。 文章编号:1674 －6139(2013)05 －0170 －04 重金属铜对萝卜种子发芽性能指标的影响研究 许丹妮 (黑龙江省环境保护科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150056) 摘 要:重金属铜是植物生长发育所必需的一种微量元素，但是当浓度过高时对作物会造成一定毒害。因此， 对高等植物进行重金属毒理试验就尤为重要。目前已建立的高等植物毒理试验有三种方法，即 1. 根伸长试 验; 2. 种子发芽试验; 3. 早期植物幼苗生长试验。本实验所研究的就是在不同浓度的重金属铜的影响下，萝卜 的生长状况。通过所做的根的伸长实验、发芽实验和叶绿素实验，对重金属对植物的影响问题，做了一个早期 的、比较完整的分析。 关键词:萝卜;抑制率;酶;叶绿素; 重金属;铜 中图分类号:X171． 1 文献标识码:A Influence of Heavy Metal Copper on Germination of Turnip Seeds Xu Danni (Heilongjiang Provincial Research Institute of Environmental Science，Harbin 150056，China) Abstract:Heavy metal copper is an essential trace element for plants，but high concentration of copper can cause poisoning． Toxicity tests are particularly important to higher plants． Three kinds of toxicity tests for higher plant were set up at present，name- ly root extend test，seed germination tests and seedlings test． This experiment studied the growing conditions of turnip under differ- ent heavy metal concentrations． Through root extend experiment，sprout experiment and chlorophyll experiment on roots，the im- pacts of heavy metal on plants were discussed to present a preliminary and complete analysis． Key words:turnip;inhibition ratio;enzyme;chlorophyll;heavy metal;copper 前言 近年来，中国农业环境污染问题日趋严重。重 金属进入土壤后，不易降解具有不可逆性和长期性， 更具有较强的隐蔽性和潜伏性，土壤很难净化和恢 复，严重影响了人类生存环境和生态环境的健康 发展［1］。 贵州某地农村炼锌，竟将三百多公里的地带 毁损得寸草不生;60 年代，日本发生的第二公害病 －骨痛病，便是由于食用被镉废水污染的土壤生 产的“镉米”所致。由此看出，作为食物链中的初 级生产者的植物，过量的重金属在它们的根、茎、 叶以及果实中大量积累，不仅严重地影响植物的 生长发育，而且还可经食物链危及动物和人类等。 正因为如此，植物重金属伤害的研究非常重要。 只有了解植物重金属伤害，才可能提出避免植物 重金属伤害的有效和提高植物抗重金属能力 的重要方法。 铜是动植物生长发育所必需的一种微量元 素，是一些氧化还原酶如细胞色素氧化酶、超氧化 物歧化酶和蛋白质的关键组成成分，可以影响氧 化还原过程，还存在于叶绿体的质体蓝素中，参与 光合作用的电子传递体系。［2］在农业生产中，铜盐 也作为一种重要的杀菌、杀虫剂。但是，当环境中 重金属浓度超过某一临界值时，就会对植物产生 一定的毒害作用，轻则使植物体内的代谢过程发 生紊乱，生长发育受到抑制;重则导致植物死亡。 ·071· 第 38 卷第 5 期 2013 年 5 月 许丹妮·重金属铜对萝卜种子发芽性能指标的影响研究 Vol. 38 No. 5 May 2013 1 实验方法 1． 1 种子发芽抑制率的实验 (1)分别配制所列出浓度的铜溶液:0 mg /L、10 mg /L、20 mg /L、40 mg /L、60 mg /L、80 mg /L、100 mg /L、120 mg /L、160 mg /L、200 mg /L。 (2)取 90 mm 直径的玻璃培养皿若干，在其中 铺上相等厚度的滤纸，将配制的重金属溶液均匀加 入培养皿中。 (3)将供试种子在水中浸泡 20 分钟后，均匀播 种于培养皿中(每个皿中 50 个种子) ，每个浓度做 三个平行样。然后将其置于实验台放置 36 h 后，开 始对照空白样查种子发芽率。 (4)用重金属的浓度和对照的发芽抑致率做曲 线进行线性回归。 (5)每过 24 小时测一次对照发芽率，当对照发 芽抑制率小于 20%时，实验结束。进行后续实验。 1． 2 种子根的伸长抑制率的实验 此实验是和测定种子的发芽抑制率同步进行， 每次在做完发芽率实验后，再用尺子测定根的长度。 对照空白样计算根伸长对照抑制率，再用重金属的 浓度和根的伸长抑制率作图，进行讨论。 1． 3 叶绿素的测定实验 1． 3． 1 叶绿素的测定原理 叶绿体色素是植物吸收太阳光能进行光合作用 的重要物质，主要由叶绿素 a、叶绿素 b、胡萝卜素和 叶黄素组成。从植物叶片中提取和分离色素是对其 认识和了解的前提。利用叶绿体色素能溶于有机溶 剂的特性，可用丙酮提取。 分离色素的方法有多种，纸层析是其中最简便 的一种。当溶剂不断地从层析滤纸上流过时，由于 混合物中个成分在两相间具有不同的分配系数，它 们的移动速度不同，使样品中的混合物得到分离。 叶绿素能够吸收一定波长的可见光，而让其他 波长的光透过，这是叶绿素的光学特性之一。根据 叶绿素 a 和叶绿素 b 的吸收光谱曲线，叶绿素的最 大吸收峰在 663 nm，叶绿素 b 在 645 nm，吸收曲线 彼此又有重叠。 根据 Lambert － Beer定律，最大吸收光谱峰不同 的两个组分的混合液，它们的浓度 C 与吸光度 A 之 间有如下的关系: A1 = Caka1 + Cbkb1 A2 = Caka2 + Cbkb2 式中:Ca:为组分 a的浓度，g /L Cb:为组分 b的浓度，g /L A1:为在波长 λ1(即组分 a 的最大吸收峰波 长)时，混合液的吸光度 A值 A2:为在波长 λ2(即组分 b 的最大吸收峰波 长)时，混合液的吸光度 A值 Ka1:为组分 a的比吸收系数，即组分 a 当浓度 为 1 g /L时，于波长 λ1 时的吸光度 A值 Ka2:为组分 b的比吸收系数，即组分 b 当浓度 为 1 g /L时，于波长 λ2 时的吸光度 A值 Ka2:为组分 a(浓度为 1 g /L) ，在波长 λ2 时的 吸光度 A值 Kb1:为组分 b(浓度为 1 g /L) ，在波长 λ1 时的 吸光度 A值 在文献中可以查得叶绿素 a和 b的 80%丙酮溶 液，当浓度为 1 g /L时，比吸收系 k值见 1: 表 1 k值表 波长(nm) 叶绿素 a 叶绿素 b 663 82． 04 9． 27 645 16． 75 45． 60 将表中数值代入上式中，经过整理得到下式: Ca = 12． 7A663 － 2． 69A645 Cb = 22． 9A645 － 4． 68A663 CT = Ca + Cb = 8． 02A663 + 20. 21A645 其中 CT为叶绿素总浓度，单位为 mg /L。 1． 3． 2 测定方法 仪器药品 试管 电子天平 研钵 烧杯 漏斗 滤纸 容量瓶 722 分光光度计 丙酮 操作步骤 (1)称取新鲜的叶子 0. 1 g，钵中加入少许丙酮 研磨，研磨成匀浆，然后以漏斗过滤之，即为色素提 ·171· 第 38 卷第 5 期 2013 年 5 月 许丹妮·重金属铜对萝卜种子发芽性能指标的影响研究 Vol. 38 No. 5 May 2013 取液。 (2)用 10 ml的容量瓶用丙酮定容，以备测量。 (3)用 722 分光光度计分别在 663 nm 和 645 nm下测定吸光度。 (4)通过以上的计算求出叶绿素 a、叶绿素 b以及总叶绿素的值。 2 结果与分析 2． 1 种子发芽抑制率的实验结果与分析 用发芽抑制率和重金属的浓度做曲线如图 1 所 示，重金属的浓度越高对种子发芽的抑制率就越高， 随着时间的变化抑制率变低。但是不能重金属 对植物的毒性消失或者降低，发芽率只是一个指标， 还有下几章的实验内容，可以更全面地分析重金属 对萝卜的毒性。当 84 小时后，对照的发芽抑制率 ＜ 20%，可以结束此实验。进行以下的实验内容。 图 1 发芽抑制率与重金属浓度关系图 2． 2 种子根的伸长抑制率的实验结果与分析 本实验只取五月七日的种子根长，原因是，其它 时间的抑制率和这一天的趋势相同，而且抑制率大 小相似，没有必要重复作图，从图 2 中可以看出，根 的伸长率和重金属铜的浓度也具有线形的关系。这 和根发芽抑制率的变化趋势相同。 图 2 根的抑制率与重金属浓度的关系 2． 3 叶绿素测定实验结果与分析 本实验做出了两个曲线图，分别是总叶绿素随 时间变化的曲线(见图 3)和总叶绿素随浓度变化曲 线(见图 4) ，实验的结果还是比较理想的，从中可以 得到以下的结论: (1)当重金属的浓度相同时叶绿素，叶绿素随 着时间先增加后变小，这是因为，植物刚刚生长时， 营养物质是靠种子内的营养物质供应的，植物的生 长进行光合作用，不断合成叶绿素。但是，随着时间 的变化，种子内的营养物质随之耗尽，叶子就开始变 黄，叶绿素的含量就变小。 (2)当时间一定时，叶绿素的含量随着重金属 浓度的增高而增大，但也不是绝对的，如第三天用 10 mg / l铜培养的种子的叶绿素含量要比空白样培 养的种子的含量高一点，这说明，底浓度的重金属铜 对刚刚生长的植物萝卜的光合作用的影响还不是 很大。 3 结论 本实验通过对萝卜生长的根的伸长实验、根发 芽实验以及叶绿素的实验。阐述了重金属铜从种子 的发芽到前期的生长对植物的影响，重金属的浓度 和种子的发芽以及根的伸长呈现线形关系;重金属 铜对叶绿素的作用显示出明显的抑制作用，从而影 响植物的光合作用和代谢过程。 ·271· 第 38 卷第 5 期 2013 年 5 月 许丹妮·重金属铜对萝卜种子发芽性能指标的影响研究 Vol. 38 No. 5 May 2013 图 3 总叶绿素随时间变化曲线 图 4 总叶绿素随浓度变化曲线 参考文献: ［1］李德明，郑昕，张秀娟，等． 重金属对植物生长发育 的影响［J］．安徽农业科学，2009(1):74 － 75． ［2］宋玉芳，许华夏． 重金属对土壤中萝卜种子发芽与 根伸长抑制的生态毒性［J］．生态学杂志，2001，20(3):4 － 8． ·371·