【重金属镉对玉米种子萌发及幼苗生长的影响实证探析7000字（论文）】

第第页重金属镉对玉米种子萌发及幼苗生长的影响实证分析目录TOC\o"1-3"\h\u220041绪论 1208751.1玉米简介 1137161.2我国土地镉污染的现状 1229751.3镉对玉米的危害研究进展 2159591.4研究内容和意义 260052材料与方法 3186502.1实验材料 3189732.1.1植物材料 3253262.1.2主要仪器 3276162.1.3主要试剂 369842.2试验设计 384572.2.1镉溶液配制 3153052.2.2发芽实验 3285902.2.3移苗实验 4284202.3试验指标 4270402.3.1玉米种子发芽情况测定 4294142.3.2生物量测定 47522.3.3叶绿素含量测定 5188642.3.4可溶性物质含量测定 5249702.4数据处理 591173结果与分析 658113.1不同浓度镉对玉米种子发芽情况的影响 6202073.1.1不同浓度镉对玉米种子发芽率的影响 6310893.1.2不同浓度镉对玉米种子发芽势的影响 6105553.1.3不同浓度镉对玉米种子发芽指数的影响 7207643.1.4不同浓度镉对玉米种子活力指数的影响 792533.1.5不同浓度镉对玉米幼苗根长抑制率的影响 7147753.1.6不同浓度镉对玉米幼苗芽长抑制率的影响 8166223.2不同浓度镉对玉米幼苗生物量的影响 8142643.2.1不同浓度镉对玉米幼苗鲜重的影响 8167673.2.2不同浓度镉对玉米幼苗干重的影响 9244243.3不同浓度镉对玉米幼苗叶绿素含量的影响 97373.4不同浓度镉对玉米幼苗可溶性物质含量的影响 10215173.4.1不同浓度镉对玉米幼苗可溶性糖的影响 10215563.4.2不同浓度镉对玉米幼苗可溶性蛋白的影响 10177734结论与讨论 13303754.1不同浓度镉对玉米种子的影响 1316534.2不同浓度镉对玉米幼苗的影响 135642参考文献 141绪论1.1玉米简介玉米在全世界都属于广泛种植的作物，玉米的原产地在墨西哥，经历了长时间的发展之后发展到了我国的各个地区[1]。玉米属于禾本科的一年生草本植物，是喜温作物。玉米的别称也叫做苞谷、苞米棒子、西番麦、玉蜀秫等[2]。玉米为经济带来的资源及其丰富，而且廉价。玉米还具有许多的优良活性物质，如丰富的蛋白质、脂肪、维生素、微量元素、纤维素等，现在玉米籽粒也是重要的工业原料，不仅可以生产玉米淀粉来进行装修必不可少的物品，而且还可以用玉米胚芽制油，其制成的油与其他油料相比营养价值更高[3]。它们还具有许多优良的活性物质，如丰富的蛋白质含量、维生素e含量、微量元素、纤维素等，所以在增强免疫力、增多抗癌因子、降血糖和均衡营养等方面具有很大效用,其有广阔的应用及开发前景[4]。我国是全球第二大玉米种植产业国家，在我国所种植的农作物中，玉米是范围种植最广、产量最高、需求最多的经济作物。在新中国成立改革开放以来,我国玉米生产有了长足的进步，在经营方式、生态环境、资源利用、市场优化等方面进行了改革[5]。有关调查表明，建国以来,全国玉米平均亩产水平由60.80斤提升到目前的430多公斤，改革开放后,我国玉米种植面积达到了3.58亿亩，平均亩产300多公斤，总产量达到了1.28亿吨1.2镉的来源及现状[6]。1.2我国土地镉污染的现状土壤是自然界中最主要的参与者，它是所有陆地生态系统的基础。土壤的最根本作用是为作物提供营养和水分，同时也作为作物根系生长，固持的承载者[7]。我国有非常丰富的土地资源，其间最为代表性的就是中国南方热带地区的红壤和温带地区的黑壤，但是土地是不可再生的资源[8]。镉是重金属环境中毒性最强的元素之一，土壤中重金属的污染主要以铅污染和镉污染为主，并且经研究重金属超标对植物的生长发育起不到一点促进的作用，在自然界中镉离子也是对动植物和人体危害最大的重金属元素之一[9]。随着我国经济的快速发展，以及矿产资源不合理的采集，加上农业生产中的不合理灌溉、化肥的不合理使用，工业生产污水、废气不合理的排放导致我国土地的重金属污染日益严重，尤其是镉污染的问题已经引起了全球高度的重视，镉污染不仅会对土壤造成肥力、农产品的品质和产量下降，而且吸收了镉的农作物也会间接的对人体产生非常大的影响[10]。1.3镉对玉米的危害研究进展重金属镉对玉米种子生产发育的影响主要集中在种子萌发和幼苗的生长中，土壤中镉元素的强弱在一定程度上会对玉米种子和幼苗产生一定量的影响[11]。在适当的情况下土壤中存在较少的镉离子会对玉米的生长起到一定的促进作用，但镉元素严重超标的土壤中会对玉米种子的萌发和幼苗的生长带来非常严重的影响，最严重的还会导致玉米植株的死亡[12]。种子萌发时期和幼苗生长时期是非常关键的时期，越高浓度下的镉离子浓度会使胚芽鞘结构造成影响，如果影响了种子萌发和幼苗生长，最后玉米成熟后的果实也会一定量的减产，从而产生一系列的影响问题[13]。熊愈辉[14]等研究表明，玉米自身就对镉离子的吸收有较强的作用，从而使得玉米在生产中更加容易受到镉胁迫的影响。而玉米的根系比较发达，本身对镉胁迫的影响就比较强烈，根部是吸收养分并传输到枝叶果实的作用，而在吸收了较高浓度的镉离子后，对玉米的果实也产生了很多的影响，在被人食用或制造成其他的物品供人使用后也会对人体健康造成不良的影响。辛艳卫[15]等研究表明,不同的作物对镉离子的吸收作用有明显的差异,在同一种植物不同的品种下也对镉离子的吸收不同。截至到目前为止,对耐镉差异的生理机制尚不明确,关于玉米不同组织的吸收镉离子的情况还有耐镉的报道较少。1.4研究内容和意义我国是玉米种植产业大国，且玉米已经发展到了各种产业中，在粮食、经济、果蔬、能源中都具有着非常重要的作用，山西属于重工业地区，对土地污染的影响在所难免，而山西地区，大多数的土地都种植着玉米。本实验就以山西地区最常种植的太育9号为主要研究对象，在所配制的各种浓度下的镉胁迫中进行模拟实验，研究在不同镉浓度下玉米种子及幼苗生长发育所受到的影响，为我国耐镉玉米的培育提供一定的基础。2材料与方法2.1实验材料2.1.1植物材料使用山西地区最为常见的玉米品种：太育9号作为实验品种。2.1.2主要仪器表2.1主要仪器仪器型号培养皿95台式高速冷冻离心机ST-16R电子分析天平BS-223S光照培养箱250D紫外分光光度计754型2.1.3主要试剂CdCl2、次氯酸钠溶液、去离子水、丙酮溶液、乙醇溶液、80%酒精溶液2.2试验设计2.2.1镉溶液配制镉溶液质量浓度以Cd2+计，用纯CdCl2配制不同浓度镉溶液。首先称取CdCl2配制Cd2+质量浓度为500mg/L的母液，然后稀释得到浓度分别为5mg/L、10mg/L、20mg/L、50mg/L的Cd2+溶液，以0mg/L（去离子水）作为对照。2.2.2发芽实验选取籽粒饱满，大小均匀的太育9号种子，用0.5%的次氯酸钠溶液浸泡种子，为种子做消毒处理，用去离子水冲洗三次后浸泡到去离子水中，经过一天的浸泡，取出种子后用滤纸吸干表面的去离子水，将太育9号种子放在规格为150mm的培养皿中。每个培养皿中均匀的摆放20粒玉米种子，每组设置3组重复。将培养皿放置于温度25摄氏度的光照培养箱内，每天观察种子的变化情况，每天统计种子的发芽率情况，共记录7天时间。在第4天计算太育9号玉米种子的发芽势，在第7天计算太育9号玉米种子的发芽率，并通过数据来计算出玉米种子的发芽指数和活力指数。2.2.3移苗实验配置和培养皿中溶液相对应的镉离子浓度的土壤，放在专业的生长盆中,分别选取生长发育好的、根芽长度相似的玉米幼苗，种植在生长盆中。每个盆中可放入3颗玉米幼苗，共5个处理，每个处理3次重复，共15个生长盆。将生长盆放置于光照培养箱中培养，培养12天后测定和计算出玉米幼苗的根长抑制率、芽长抑制率、根茎芽的鲜重与干重、叶绿素含量、可溶性糖的含量、可溶性蛋白的含量。2.3试验指标2.3.1玉米种子发芽情况测定发芽势的计算为：4天所观察的萌发种子数量/总共的种子数量；

发芽率的计算为：7天所观察的萌发种子数量/总共的种子数量；

发芽指数的计算为：第N天的种子萌发数量/发芽的日数；

活力指数的计算为：发芽指数×经测量的玉米种子的根长和芽长的总和；根长抑制率的计算为：对照组的根长和处理组根长的差/对照组的根长；

芽长抑制率的计算为：对照组的芽长和处理组芽长的差/对照组的芽长。2.3.2生物量测定将盆栽玉米幼苗连根小心取出，剔除根部土壤，并用自来水清洗干净，之后再使用去离子水将玉米植株冲洗3遍，将玉米植株用滤纸吸干水分后，利用直尺测量玉米根、苗的长度，称取植株苗的鲜重[11]。然后把玉米幼苗装入恒重信封，在100℃烘箱内烘干，15min后将其取出，称量玉米幼苗的干重，并进行幼苗鲜重、干重的比较。2.3.3叶绿素含量测定叶绿素含量的计算主要是通过利用丙酮溶液、乙醇溶液对叶绿素的提取，通过紫外线分光光度计来测叶绿素的吸光值。根据叶绿素的吸光值来判断叶绿素a和叶绿素b的含量。2.3.4可溶性物质含量测定称取0.5g的玉米叶片，放在研钵中并且加入酒精消毒处理，研磨成匀浆，放在水浴锅中不断的搅拌，然后放入离心机中进行离心处理，收集上清液进行试验，来测定可溶性糖的含量。使用双缩脲法来测定可溶性蛋白的含量。

2.4数据处理通过使用MicrosoftExcel2010分析数据并制作图表。

3结果与分析3.1不同浓度镉对玉米种子发芽情况的影响3.1.1不同浓度镉对玉米种子发芽率的影响从图1可以看出，在不同镉胁迫浓度下，随着镉浓度的增加，玉米种子发芽率也随之降低，在对照组的帮助下，没有镉胁迫时，玉米种子发芽率达到了86%，随着镉胁迫浓度的不断增加，玉米的发芽率也在不断减少，直到镉胁迫浓度为50mg·L-1时，玉米种子发芽率已降低到了64%。图1不同浓度镉对玉米种子发芽率的影响3.1.2不同浓度镉对玉米种子发芽势的影响从图2中可以看出，在不同镉胁迫浓度下，玉米种子的发芽势是不同的，在对照组的研究和观察下，玉米种子发芽势为82%，随着到达5mg·L-1时开始下降，但是在镉胁迫浓度到达10mg·L-1时又开始上升，尽管和对照组有差别但差别不是特别明显；然后，又随着镉胁迫浓度的升高发芽势又开始下降，直到镉浓度到达50mg·L-1时达到最低点68%。图2不同浓度镉对玉米种子发芽势的影响3.1.3不同浓度镉对玉米种子发芽指数的影响图3显示出了镉胁迫浓度对玉米种子发芽指数存在的影响，在镉胁迫浓度为0mg·L-1时，发芽指数处在一个中心阶段，随后随着镉胁迫浓度的升高直至镉胁迫浓度为10mg·L-1之前发芽指数一直处于升高的状态，继接着镉胁迫浓度继而升高玉米种子的发芽指数也急剧下降，在镉胁迫浓度为10mg·L-1时，玉米种子发芽指数为最高点31，在达到了50mg·L-1时，玉米种子发芽指数为最低点20。图3不同浓度镉对玉米种子发芽指数的影响3.1.4不同浓度镉对玉米种子活力指数的影响从图4可以清晰观察出来随着镉胁迫浓度的升高，玉米种子的活力指数一直处于一个持续减缓的状态，这种减缓幅度比较一致，观察到对照组即镉胁迫浓度在0mg·L-1时，活力指数为最高点达到了350，然后随着镉胁迫浓度的逐渐增强，活力指数每个阶段都在不断下降，直到达到了最低点镉胁迫浓度为50mg·L-1时玉米种子活力指数为110。图4不同浓度镉对玉米种子活力指数的影响3.1.5不同浓度镉对玉米幼苗根长抑制率的影响从图5中可以观察的到玉米种子的根长抑制率也是随着镉胁迫的浓度而增强的，抑制率越强，玉米幼苗的根会越来越短，直到处于镉胁迫浓度为50mg·L-1时，根长抑制率达到了最高状态，玉米幼苗的根长已经缩减到了2cm，与对照组镉胁迫浓度为0mg·L-1时的根长相比相差了6cm的长度，可想而知，越来越高的镉浓度下，玉米种子的根长抑制率也越来越高，根据图5可推断出在更高的镉胁迫浓度下，玉米幼苗可能会出现死亡的状态。图5不同浓度镉对玉米种子根长抑制率的影响3.1.6不同浓度镉对玉米幼苗芽长抑制率的影响从图6中可以看出，镉胁迫浓度与芽长抑制率的关系对根长抑制率的影响大致相同，也是抑制率越高，芽长越短。在对照组实验镉胁迫浓度为0mg·L-1时，芽长最高为2.3cm，在镉胁迫浓度为50mg·L-1时，芽长最短，已经降低到了0.7cm，严重影响了玉米幼苗的生长发育情况。图6不同浓度镉对玉米种子芽长抑制率的影响3.2不同浓度镉对玉米幼苗生物量的影响3.2.1不同浓度镉对玉米幼苗鲜重的影响从图7中的数据中，可以分析得到镉胁迫浓度在不断的升高下，玉米幼苗鲜重的质量也在不断降低。鲜重由0mg·L-1时的2.25g一直在不断下降到50mg·L-1的0.7g，下降幅度为68.8%。图7不同浓度镉对玉米幼苗鲜重的影响3.2.2不同浓度镉对玉米幼苗干重的影响从图8中的数据中，可以分析得到镉胁迫浓度的不断升高下，干重由0mg·L-1时的1.5g一直不断降低到50mg·L-1的0.5g，下降幅度为66.7%，所以经过干重和鲜重的下降幅度得出，越高浓度镉胁迫下玉米幼苗的含水量也越来越少。图8不同浓度镉对玉米幼苗干重的影响3.3不同浓度镉对玉米幼苗叶绿素含量的影响在植物中，叶绿素是植物光合作用的最主要因素。叶绿素含量的减少将严重影响玉米植株的光合作用，进而影响玉米的生长发育和抵抗能力[16]。通过实验，制出了图9折线图，该图可以清晰的分析出镉胁迫对玉米幼苗叶绿素a和叶绿素b以及总叶绿素的含量的影响,。在不同浓度镉处理下，玉米幼苗叶片中的叶绿素a和叶绿素b还有叶绿素a+b的含量变化相似，与镉胁迫0mg·L-1下对照相比，随着镉胁迫浓度的升高，叶绿素含量也在逐渐下降，从最高点的叶绿素a+b含量为2.3mg/g到最低点的叶绿素含量1.1mg/g，影响了玉米幼苗的生长情况，因此，高浓度的镉溶液下也可能会导致玉米叶片出现黄叶等现象。图9不同浓度镉对玉米幼苗叶绿素含量的影响3.4不同浓度镉对玉米幼苗可溶性物质含量的影响3.4.1不同浓度镉对玉米幼苗可溶性糖的影响玉米植株中的可溶性糖会给玉米植株带来呼吸作用的直接底物，也是呼吸代谢转化为结构物质和储存物质，可溶性糖的多少也是直接影响玉米幼苗生长的关键基础[17]，从图10中可以清晰得出在镉胁迫浓度在升高的情况下，可溶性糖的浓度也在逐渐下降，在镉胁迫浓度0mg·L-1到10mg·L-1时，可溶性糖下降的比较迅速，在镉胁迫浓度10mg·L-1到20mg·L-1时，可溶性糖下降开始逐渐缓慢。图10不同浓度镉对玉米幼苗可溶性糖的影响3.4.2不同浓度镉对玉米幼苗可溶性蛋白的影响玉米组织液中存在一定量的可溶性蛋白，玉米幼苗中可溶性蛋白的存在和玉米幼苗的代谢状况也存在着相应的关系[18]，根据图11中的数据来分析，随着镉胁迫浓度的增加，可溶性糖的含量也在增加。在镉胁迫浓度为0mg·L-1时，可溶性糖的含量为3mg/g，我们以此为对照，在5mg·L-1到10mg·L-1时，上升幅度最大，上升了有0.8mg/g，随后在10mg·L-1到50mg·L-1区间，上升幅度有所减小。图11不同浓度镉对玉米幼苗可溶性蛋白的影响4结论与讨论4.1不同浓度镉对玉米种子的影响种子的发芽率、发芽势和发芽指数，是衡量种子发芽能力的重要指标，而活力指数是反映玉米种子品质的重要参数[19]。在分析的各项数据中，重金属镉还会对植物的某些指标也有低浓度促进高浓度抑制的影响。尽管在较低浓度的重金属镉中存活的玉米种子在一定程度上可以改善种子胚胎的生理活性并在促进种子发芽起到一些萌发作用，但是在较高浓度的重金属镉中存活的玉米种子会影响玉米种子的胚、芽，产生毒害作用并且会抑制种子的代谢过程，从而抑制种子的萌发。在种子萌发之后，随着镉胁迫浓度的增强，玉米幼苗的根长、芽长、鲜重、干重、叶绿素a、叶绿素b、可溶性蛋白、可溶性糖这些指标都是跟随着镉胁迫浓度的升高而产生影响的。4.2不同浓度镉对玉米幼苗的影响数据表明，在重金属镉胁迫下，玉米的幼苗生长受到了抑制，同时许多生化指标中也发生了变化。在实验中，由于根是在重金属镉污染的情况下直接生长的，会导致根部的直接破坏，因此根长的抑制率明显高于芽长的抑制率，所以在玉米生长的过程中生长部位的根的细胞结构可能受到了破坏，影响了营养物质的吸收，进而影响了芽的生长。叶绿素的含量对植物的光合作用有举足轻重的作用，但是在镉离子的胁迫下，叶绿素的含量在不断下降，镉离子可能会对玉米幼苗的叶绿素合成产生抑制作用，或者是会加剧叶绿素的分解，因而同化CO2的能力降低，作为光合作用的产物糖就会被减少[20]，其间包括可溶性糖的减少。镉胁迫使玉米幼苗体内的可溶性糖含量减少，而可溶性蛋白升高，可溶性糖的作用是为植物带来呼吸作用的直接底物，从而转换成结构物质和储藏物质，可以维持植物的渗透性，随着浓度的升高，可溶性糖的含量有明显的降低。在受过镉胁迫后的玉米幼苗,随着浓度的升高，可溶性蛋白的含量有明显的升高，这是玉米幼苗在逆境环境中自行提高的适应性和抵抗机制，所以玉米在逆境环境下，可溶性蛋白含量的增加可以提高玉米幼苗的抗性[21]。参考文献[1]吴传星,伍钧,杨刚.重金属低积累玉米品种的筛选[C].第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集.天津:中国农业生态环境保护协会,2009:363-370.[2]陈建军,于蔚,祖艳群,等.玉米(Zeamays)对镉积累与转运的品种差异研究[J].生态环境学报,2014,23(10):1671-1676.[3]邵华伟,葛春辉,马彦茹,等.施入城市生活垃圾堆肥对玉米植株重金属分布及土壤养分的影响[J].农业资源与环境学报,2013,30(6):58-63.[4]闫华晓,赵辉,高登征,等.镉离子对玉米种子萌发和生长影响的初步研究[J].作物杂志,2007,(5):25-28.[5]李燕,马宗琪,王兴安,等.植物对镉的耐性机理研究进展[J].现代农业科技,2008(2):112-113.[6]王广慧.植物SOD的分子生物学及其在植物抗逆基因工程中的应用进展[J].北方园艺,2011(3):194-197.[7]陈怀满,陈能场,陈英旭等.植物系统中的重金属污染[M].北京:科学出版社,1996.[8]彭鸣,王焕校,吴玉树.镉、铅诱导的玉米幼苗细胞超微结构的变化[J].中国环境科学,1991,11(6):426-431.[9]曹莹,李建东,赵天宏,等.镉胁迫对玉米生理生化特性的影响[J].农业环境科学学报,2007(Sl)：8-ll.[10]AsscheFV,ClijstersH.Inhibitionofphotosynthesisinphaseolusvulgarisbytreatmentwithtoxicconcentrationofzinc:Effectsonribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase[J].JPlantPhysiol,1986,125:355-360.[11]孙赛初,王焕校,李启任.水生维管植物受Cd污染后的生理变化及受害机制初探[J].植物生理学报,1985,1(2):113-121.[12]侯赋园,杨光忠,徐婧.不同产地大豆SOD的提取及活性比较[J].中南民族大学药学院,2017,8(4):3-4.[13]王铸豪.植物与环境[J].北京:科学出版社,1986.131-157.[14]熊愈辉.镉污染土壤植物修复研究进展[J].安徽农业科学2007，,35（22）：6876-6878.[15]辛艳卫,梁成华,杜立宇,等.不同玉米品种对镉的富集和转运特性[J].农业环境科学学报,2017,36(5):839-846.[16