基本信息
- 项目名称：
- UV-B辐射增加与Cd2+胁迫对冬小麦种子萌发与幼苗生长的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文主要研究冬小麦种子萌发及幼苗生长在UV-B辐射和Cd2+胁迫的复合作用下，生长指标和生理指标对这些胁迫产生的一系列响应，从而为当地的农业生产提供依据。
- 详细介绍：
- 试验材料： 冬小麦种子：精选冬小麦种子，用10 % 的次氯酸钠溶液消毒10 min，用自来水冲洗数次，再用蒸馏水反复冲洗，最后用滤纸将水吸干。 紫外辐射处理：用人工照射UV-B的方法，将紫外灯管悬吊于植株正上方。紫外处理设对照组（自然光，CK）、处理UV（强度为5.0 kJ/m2）。每天紫外辐射处理时间为9:00－16:00。 Cd2+处理：Cd2+溶液用1/2 Hoagland营养液配制，Cd2+单独处理浓度分别为10、30、50 mg/L（文中用Cd10、Cd30、Cd50表示），Cd2+与UV-B复合处理浓度也分别为10、30、50 mg/L（用Cd10+UV、Cd30+UV、Cd50+UV表示）。 试验方法： 冬小麦种子及幼苗培养方法： 选取直径为9 cm的培养皿，皿内以双层滤纸为发芽床，每皿均匀放人100粒冬小麦种子，每个处理3个重复。每天在相应的培养皿内加入以上各处理液15 mL，以1/2 Hoagland营养液为对照。将CK及单独Cd2+处理的这四组放在自然光下培养，紫外处理的四组放在紫外灯下（强度为5.0 kJ/m2）20 cm处培养，其他环境条件保持一致。 种子在培养皿中培养7 d后，从每个处理中选取50粒萌发状况良好的发芽种子移入花盆，并将CK及单独Cd2+处理的这四组放在自然光下培养，紫外处理的四组放在紫外灯下培养，同时调节紫外灯与植株的距离也为20 cm。并且每天浇灌50 ml相应Cd2+溶液，其中CK及UV这两组每天用50 ml 1/2 Hoagland浇灌。 生长指标的测定方法： 种子发芽期间，每隔24 h记录一次，统计第3 d、4 d的发芽率，用常规方法测第7 d的根长与芽长。在种子移入花盆进行土培一个月后，从根茎分离处垂直测量小麦幼苗的株高。叶面积用长×宽方法测定。将样品用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗三遍，晾干后在105 ℃下杀青30 min，再在65 ℃下烘24 h，烘干后将样品放入干燥器内冷却至恒重从而测得生物量。 生理指标的测定方法： 叶绿素含量的测定：使用80 %丙酮溶液作为提取液，用分光光度计分别在波长663 nm、645 nm处测定其光密度D，并按下列公式计算叶绿素a与叶绿素b含量c（mg.g-1）[11]： ca=12.7D663－2.69D645 cb=22.9D645－4.68D663 丙二醛（MDA）含量的测定：采用硫代巴比妥酸(TBA)法，使用10 %三氯乙酸(TCA)作为提取液，加入2 ml 0.6 %TBA，分别在波长450 nm、532 nm和600 nm处测定吸光值[12]。按下列公式计算MDA含量（µmol.g-1 FW）： MDA含量=[（A532－A600)×6.45－0.56A450]×1000V/W 类黄酮含量的测定：按Mireck等（1984）的方法进行，取0.1000 g冬小麦叶片，去中脉，加10 ml酸化甲醇（甲醇︰水︰盐酸=79︰20︰1），研磨后离心，用紫外分光光度计（UV-721型）测在305 nm处吸收值[13]。 细胞膜透性测定：将经过不同处理的实验材料的叶片用打孔器打下原片，称取原片1 g，用蒸馏水洗3次后再用去离子水洗两次，用干净滤纸吸干叶面水分和切口汁液，放入有盖的三角瓶内，再用移液管吸取50 ml去离子水浸泡，并于摇床上震荡2 h，将浸提液倒入小烧杯内，用电导仪测定其电导率[11]。 植物体内Cd2+含量的测定： 取各处理植株地上部分和地下部分各0.1 g（已用研钵磨碎），三次重复,用消解的方法消解样品，并用原子吸收分光光度法测定镉含量[11]。 公式：镉含量=ρ×V/W（ρ表示被测试液的浓度,单位ug/ml；V表示试液的体积，单位ml；W表示样品的实际重量，单位g）
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 采用人工增加UV-B辐射的方法模拟地表UV-B辐射增加的环境问题，人工浇灌Cd溶液模拟土壤Cd污染，设置对照（CK）、UV-B辐射增加、Cd胁迫、UV-B辐射增加与Cd胁迫处理，测定冬小麦种子的萌发率，萌发后的芽长和根长，冬小麦幼苗的株高、叶面积、生物量等生长指标，叶绿素、丙二醛、类黄酮、细胞膜透性等生理指标，分析UV-B辐射增加与Cd胁迫对冬小麦种子萌发和幼苗生长的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 仅仅研究单纯增强UV-B辐射或土壤Cd污染对植物的影响很难正确评价自然界中UV-B辐射增强或土壤Cd污染的实际生物学效应。因此，本文通过复合UV-B和Cd这两个胁迫因子，研究冬小麦种子的萌发率及幼苗的根长、芽长、株高、叶面积、生物量，叶绿素、丙二醛、类黄酮含量及细胞膜透性的变化特性。
应用价值和现实意义
- 经济的快速发展导致了一系列环境问题，其中包括紫外对地表辐射的增加和重金属Cd的污染。本文以冬小麦为实验材料，结合云南当地的紫外辐射和重金属污染情况，研究UV-B辐射增加和Cd胁迫对冬小麦种子萌发和幼苗生长的影响，对于全面了解这两个复合因子产生的生物学和生态学效应具有重要的理论和实践意义。
学术论文摘要
- 通过研究冬小麦种子萌发和幼苗的生长状况对Cd2+（浓度为10mg/L、30mg/L、50mg/L）、UV-B辐射（强度为5.0kJ/m2）和Cd2++UV-B复合胁迫的响应，研究分析了种子萌发率及幼苗的根长、芽长、株高、叶面积、生物量、叶绿素含量、丙二醛含量、类黄酮含量及电导率的变化特性。结果表明：UV-B辐射和Cd2+的单独处理及两者的复合处理对种子的萌发状况没有影响；在复合处理中，随着Cd2+浓度的增加，对幼苗根长、芽长、株高、叶面积、生物量及叶绿素含量的影响相对Cd2+单独处理的具有显著抑制作用；随着栽培基质Cd2+浓度的增加，冬小麦幼苗的丙二醛含量、类黄酮含量、细胞膜透性与植株体内的Cd含量均增加。
获奖情况
- 荣获云南农业大学第九届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛二等奖。
鉴定结果
- 无
参考文献
- McKenzie RL, Bjorn LO, Bats A, et a1. Changes in biologically active ultraviolet radiation reaching the earth's surface[J]. Photochem Photobio Sci, 2003, 2(1): 5-15. 李元，何永美，祖艳群. 增强UV-B辐射对作物生理代谢、DNA和蛋白质的影响研究进展[J]. 应用生态学报，2006，17(1):123-126. 张军，束文圣. 植物对重金属镉的耐受机制[J]. 植物生理与分子生物学学报，2006，32(1)：1-8. 胡正华，索福喜，赵晓莉，等. UV-B增加与酸雨复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 生态环境，2005，14(4): 523-525. S.B. Agrawal, Shweta M. Effects of supplemental ultraviolet-B and cadmium on growth, antioxidants and yield of Pisum sativum L[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2009, 72: 610–618. 郑有飞，刘建军，王艳娜，等. 增强UV-B辐射与其它因子复合作用对植物生长的影响研究[J]. 西北植物学报，2007，27(8):1702-1712. 强维亚，周九菊，杨 晖，等. 镉Cd与UV-B复合胁迫影响大豆胚轴生长的生理调节机制研究[J]. 西北植物学报，2005，25(1): 82-87. 强维亚，杨晖，陈拓，等. 镉和增强紫外线-B辐射复合作用对大豆生长的影响[J]. 应用生态学报，2004，15(4):697-700. 等等
同类课题研究水平概述
- 近年来，人类活动导致大量的氯氟烃和氮氧化物等气体进入大气平流层，导致其中的臭氧含量减少。有资料表明，与1980年相比，1997—2002年南半球中纬度地区每10年总的臭氧减少率为6%，而且，这种趋势还在加剧，2010~2019年期间，平流层臭氧水平下降将更为严重[1]。平流层臭氧的减少导致到达地面的UV-B辐射显著增加，并对地面植物产生了重要的影响。大量的研究已经表明，UV-B辐射增强可以使植物植株矮化、叶面积减少、发育迟缓、光合作用和蒸腾作用下降、产量降低、作物品质发生变化、影响整个植物生态系统[2]。UV-B辐射已成了全球备受关注的重大环境问题之一。 土壤重金属污染是全球备受关注的另一个重大环境问题。镉（Cd）是生物毒性最强的重金属之一。近年来，由于工业“三废”的排放以及不合理的农业管理措施，导致土壤Cd2+污染日益严重。土壤中过量的Cd2+易被植物吸收和积累，抑制种子萌发，导致根、茎生长迟缓和叶片失绿、卷曲，抑制光合作用和蒸腾作用，引起氧化胁迫和膜的损伤，造成农作物产量和品质下降[3]。 以往的研究大多集中在单一因子作用，然而，植物并不是在单一因子影响下生长的，对某一环境胁迫因子的响应同样依赖于周围其它强迫因子。因此，仅仅研究单纯增强UV-B辐射或土壤Cd2+污染对植物的影响，很难正确评价自然界中UV-B辐射或土壤Cd2+污染的实际生物学效应。目前UV-B辐射与其它因子复合作用的研究越来越受到国内外研究者的重视，并已经成为目前环境污染生态学研究的趋势之一[4-6]。强维亚等[7-8] 通过研究Cd2+和增强UV-B辐射复合作用对大豆胚轴生长的生理调节机制及大豆生长的影响，发现复合胁迫对大豆的生长发育具有抑制作用。Sheo等[9]研究了两者复合胁迫对植物抗氧化能力的影响。张媛华[10]研究了复合处理对植物生长、光合及矿质元素吸收效应的影响。 本文以冬小麦为实验材料，研究UV-B辐射和Cd2+胁迫对冬小麦种子萌发和幼苗生长的影响，对于更全面的了解UV-B辐射和土壤重金属污染复合胁迫作用所产生的生物学和生态学效应，具有更重要的理论和实践意义。
