材料与方法
1.1材料
以茄科植物烟草,蔷薇科植物西府海棠、紫叶李和日本晚樱为试材。2015年春季于苏州农业职业技术学院内,采集其大蕾期花,使用镊子剥取花药,在硫酸纸上均匀摊晾干燥,使其花药自然开裂散粉,使用硫酸纸包装。待花粉散开后放在-20 ℃冰箱,密封保存备用。
1.2方法
花粉液体培养基:蔷薇科植物的花粉培养基为10%蔗糖、0.01%硼酸、0.03%硝酸钙,溶解于30 mmol/L 2-吗啉乙磺酸(MES)缓冲溶液,pH值为6.5;茄科植物的花粉液体培养基为20%蔗糖、0.01%硼酸、0.05 mmol/L CaCl2,溶解于 30 mmol/L 的MES缓冲溶液中,pH值5.6。
使用刀片刮取离体花粉约0.05 g,分散在液体培养基中后,在25℃黑暗条件下分置于2 mL离心管中培养1 h后进行试剂处理。分别将0.01、0.1、1、10、100 mmol/L的NaCl,0000 1、0.001、0.01、0.1、1 mmol/L的AlCl3,0.000 01、0.000 1、0.001、0.01、0.1 mmol/L[JP2]的CuCl2加入培养基中进行金属离子处理,培养花粉3 h后利用10倍、40倍的显微镜观察花粉的萌发和花粉管生长情况,利用Image J软件测量花粉管生长长度,每个重复统计100个花粉粒或花粉管,重复3次。
2结果与分析
2.1Na+对花粉萌发及花粉管生长的影响
分别利用0.01、0.1、1、10、100 mmol/L的Na+对烟草、西府海棠、紫叶李以及日本晚樱花粉进行处理,观察其花粉萌发及花粉管生长。结果显示:2个科物种的花粉对Na+表现出不同程度的耐受力。烟草在100 mmol/L的Na+浓度下,明显受到抑制,花粉管的萌发以及花粉管生长长度明显降低;而蔷薇科植物对Na+的反应则产生了分歧,西府海棠和紫叶李在 10 mmol/L 的Na+浓度下,花粉萌发率花粉管生长长度明显降低,而日本晚樱则在100 mmol/L的Na+高浓度情况,仍能正常生长(表1、表2)。
2.2Al3+对花粉萌发及花粉管生长的影响
分别使用0.000 1、0.001、0.01、0.1、1 mmol/L的Al3+对烟草、西府海棠、紫叶李以及日本晚樱花粉进行处理。结果(表3、表4)表明:茄科植物烟草则表现的较敏感,随着Al3+浓度的增加花粉萌发率以及花粉管生长长度逐渐降低,在001 mmol/L浓度下产生明显抑制;蔷薇科植物对Al3+表现出较高的耐受性,在 1 mmol/L 才發生明显毒害作用,日本晚樱在0.1 mmol/L下出现轻微抑制现象。
2.3Cu2+对花粉萌发及花粉管生长的影响
分别利用0.000 01、0.000 1、0.001、0.01、0.1 mmol/L浓度的Cu2+对烟草、西府海棠、紫叶李以及日本晚樱花粉进行处理。结果(表5、表6)表明:所有物种的花粉对Cu2+都较敏感,但在抑制浓度上有所差异。Cu2+浓度0.000 1 mmol/L处理下蔷薇科植物的花粉萌发及花粉管生长长度出现抑制现象,烟草在 0.001 mmol/L 处理下出现抑制效果。由此说明不同的物种对胞外金属离子存在不同的耐受能力。
3讨论
一定浓度的金属离子能够影响花粉的萌发和生长。本研
究中,茄科植物烟草和蔷薇科植物西府海棠、紫叶李以及日本晚樱的花粉在不同浓度Na+ 、Cu2+、Al3+的处理下受到不同程度的抑制作用,充分说明不同物种的植物对于不同的重金属敏感程度是不同的。研究发现:NaCl胁迫导致花粉内离子平衡遭到破坏,有害物质逐渐积累,花粉的代谢不能正常进行,从而抑制了花粉萌发和花粉管的生长[8]。本研究中不同科的植物对Na+表现出不同的耐受力,当Na+浓度达到 10 mmol/L 时对2个科的植物都有较强的抑制作用。高浓度的Cu2+会导致细胞膜的强度下降,并破坏细胞膜的选择膜透性,Cu2+进入细胞器会造成内膜结构的损伤,如过量的Cu2+会破坏玉米根尖细胞原生质体的内膜[9]。此外,在小麦种子初生根尖细胞中发现,过量Cu2+处理后根尖的活性氧浓度升高,抑制了根尖的生长[10];同时,有调查表明在Cu离子胁迫的条件下,根毛细胞的超氧化物歧化酶的活性升高,并且与相同浓度的其他二价阳离子比较,根毛细胞对Cu2+的反应是比较敏感的[11]。本研究中Cu2+处理下2个科植物都出现明显抑制现象。本研究中,Al3+对于蔷薇科植物生长的抑制浓度为1 mmol/L。研究显示,Al3+与质膜的表面具有很高亲和性,能够与膜蛋白和膜脂结合,并能改变质膜对电解质和非电解质的通透性[12];Al3+还能够嵌入到脂质合酶的金属结合位点上,进而扰乱细胞正常的信号转导[13]。Al3+能够诱导植物的膜脂过氧化作用、抗氧化酶活性升高以及抗氧化基因的过量表达。推测花粉管对于Al3+的反应不如对Cu2+离子敏感,产生这种现象的原因是由于Al3+对细胞产生了上述作用。
[HS2][HT8.5H]参考文献:[HT8.SS]
[1]Seregin I V,Ivanov V B. Physiological aspects of cadmium and lead toxic effects on higher plants[J]. Russian Journal of Plant Physiology, 2001, 48(4): 523-544.
[2]於朝广,李颖,谢寅峰,等. NaCl胁迫对中山杉幼苗生长及离子吸收、运输和分配的影响[J]. 植物生理学报,2016,52(9):1379-1388.
[3]杨丽丽.铜胁迫对甜菜幼苗生长和光合特性的影响[D]. 济南:山东师范大学,2013.
[4]刘文英,周凤,戎婷婷,等. 重金属铜对菠菜生理指标的影响[J].农业与技术,2016,36(3):1-2, 24.
[5]王威,刘宗愉,蒋悟生,等. Cu2+对大蒜生长的影响及大蒜根叶及蒜瓣对Cu2+的累积[J]. 西北植物学报,2001,21(2):306-312.
[6]周楠,陈文荣,刘鹏,等. 黄瓜根边缘细胞生物学特性及其对铝的响应[J]. 园艺学报,2006,33(5):1117-1120.
[7]束文圣,楊开颜,张志权,等. 湖北铜绿山古铜矿冶炼渣植被与优势植物的重金属含量研究[J]. 应用与环境生物学报,2001,7(1):7-12.
[8]丁彬. 外源钙在NaCl抑制花粉萌发中的作用[D].济南:山东师范大学,2007.
[9]Ouzounidou G,C[DD(]′[DD)]iamporová M,Moustakas M,et al. Responses of maize(Zea mays L.) plants to copper stress-I.Growth,mineral content and ultrastructure of roots[J]. Environmental and Experimental Botany, 1995, 35(2):167-176.
[10]伏毅,戴媛,谭晓荣,等. 干旱对小麦幼苗脂类和蛋白质氧化损伤的影响[J]. 作物杂志,2010(3):45-50.
[11]阎秋洁,古静燕,韩文君,等. 不同浓度Cu2+、Hg2+、Zn2+胁迫对绿豆幼苗超氧化物歧化酶活性的影响[J]. 江苏农业科学,2009(5):98-100.
[12]Cakmak I,Horst W J. Effect of aluminium on lipid peroxidation,superoxide dismutase,catalase,and peroxidase activities in root tips of soybean(Glycine max)[J]. Physiologia Plantarum, 1991, 83(3): 463-468.
[13]Kochian L V,Hoekenga O A,Pieros M A. How do crop plants tolerate acid solis?Mecjamosmes of aluminum tolerance and phospherous efficiency[J]. Plant Biology,2004,55:459-493.