李鑫 罗安才

摘要 二甲基硫脲（Dimethylthiourea， DMTU）是一种H2O2清除剂，为了探究DMTU对铜胁迫下黄瓜种子萌发的影响，以黄瓜种子“津瑞100”为材料，采用纸上发芽法，测定了0.5 mmol/L DMTU浸种处理对90 mg/L CuSO4胁迫下黄瓜种子萌发及相关生理指标的影响。结果表明：在90 mg/L CuSO4胁迫下，黄瓜种子的发芽势、发芽率和胚根长均受到抑制；经过0.5 mmol/L DMTU浸种后，黄瓜种子的发芽率和发芽势显著提高，促进了胚根生长；降低了种子H2O2含量和抗氧化酶（POD、APX）的活性，减轻了铜胁迫下对黄瓜种子萌发的影响。

关键词 黄瓜；铜胁迫；DMTU；抗氧化酶

中图分类号：S682.32 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0046-03

近年来，随着工业的迅速发展，大量含重金属的工业污水通过灌溉进入农田土壤。据统计，我国受重金属污染的耕地面积已经达到总耕地面积的1/5，并且呈上升趋势。重金属会导致植物的生长发育、生理生化等代谢过程受到很大影响，并且植物体内的重金属会随着食物链食物网的传递进入人体，极大地危害人类健康。

铜属于植物的微量元素之一，低浓度的Cu2+参与植物的电子转移和光合作用，但是过量的Cu2+对植物会产生毒害作用，导致种子发芽失败[1]。国内外有许多使用重金属胁迫种子的研究，大都分析了重金属对种子萌发和生理特性的影响。李桂玲等[2]研究发现，随着重金属浓度的升高，重金属溶液对种子萌发呈先促进后抑制的影响。郝晓华

等[3]研究表明，随着铜浓度的增加，藜麦种子的SOD酶、可溶性蛋白、过氧化氢酶等的含量升高。

过氧化氢（H2O2）是植物体生长发育过程中产生的活性氧。近年来，通过大量的研究，过氧化氢（H2O2）作为信号分子广泛参与了植物的各种生理过程，如植物的生长发育、衰老、防御反应、超敏反应和植物抗逆性等。但H2O2对植物具有双重作用，低浓度下作为信号分子参与生物生理反应，超过一定含量会对植物产生毒害作用[4]。在高浓度铜的胁迫下，植物体内的H2O2含量会有一定的增加，而二甲基硫脲（DMTU）作为一种过氧化氢消除剂，可以调控植物体内的过氧化氢水平，降低植物体内的H2O2含量，从而对H2O2的毒害起到一定的缓解效

果[5]。刘建新等[6]研究表明，外源H2O2能增加在碱胁迫燕麦幼苗的SOD、CAT、APX等抗氧化酶的含量，而在添加H2O2清除剂DMTU后，完全逆转了外源H2O2对碱胁迫下燕麦幼苗的缓解作用。Zacchini等[7]研究发现，DMTU可清除由外源亚精胺引起玉米根系产生的H2O2 。

有许多针对铜胁迫对黄瓜种子萌发和生理指标影响的研究，但关于DMTU对铜胁迫下黄瓜种子萌发和生理指标影响研究却鲜有报道[8]。研究了DMTU对铜胁迫下黄瓜种子萌发的影响，为减轻铜胁迫对黄瓜种子的影响提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黄瓜种子为天津市宏丰蔬菜研究有限公司的“津瑞100”。

1.2 试验设计

1.2.1 CuSO4浓度的筛选 挑选饱满均一、健康的黄瓜种子，160颗/袋。1%KMnO4溶液消毒10 min后，用蒸馏水冲洗4～5次，并用滤纸吸干种子表面水分。在蒸馏水中浸种24 h，将黄瓜种子整齐摆放在铺3层滤纸的培养皿（9 cm×9 cm）中，50粒/皿，每个培养皿加入10 mL CuSO4溶液，CuSO4濃度分别是0（蒸馏水）、30、60、90、120 mg/L，每个处理重复3次。将种子放在（25±1）℃恒温培养箱中培养，在此期间，每天定时记录种子的发芽颗数。种子萌发的标志即胚根突破种皮。

1.2.2 DMTU浸种处理 根据上述试验结果，选用90 mg/L CuSO4溶液对黄瓜种子进行铜胁迫。选取饱满大小均一、健康的黄瓜种子，1%KMnO4溶液消毒10 min后，用蒸馏水冲洗4～5次，用滤纸吸干种子表面水分。分别用蒸馏水、浓度为0.5 mmol/L的DMTU溶液浸泡黄瓜种子24 h，并将黄瓜种子整齐摆放在铺3层滤纸的培养皿（9 cm×9 cm）中，50粒/皿，每个培养皿加入10 mL CuSO4溶液，且以蒸馏水处理作为对照。试验一共设置3种处理，每种处理3组重复，在种子萌发的12、18、30、36、48 h测定相关生理指标。

1.3 方法

1.3.1 发芽势、发芽率和胚根长测定 培养12 h后每天记录种子发芽数，以开始记录发芽数为第1天，于第2天统计发芽势，第5天统计发芽率。在第5天（发芽终期）使用直尺测定每个培养皿内发芽种子的胚根长。

发芽势（%）=第二天发芽种子数目/供检种子数目×100%

发芽率（%）=所有正常发芽种子数目（第5天）/供检种子数目×100%

1.3.2 黄瓜种子鲜重干重测定 在第5天测定黄瓜种子的鲜重和干重。先称量种子的鲜重，再将种子放入烘干箱烘12 h，再称量烘干种子的重量。

1.3.3 H2O2含量测定 在12、18、30、36、48 h测定黄瓜种子的H2O2含量，参照前人方法测定H2O2含量。

1.3.4 抗氧化酶（POD、APX）活性测定

在12、18、30、36、48 h测定黄瓜种子的抗氧化酶活性，采用愈创木酚法测定POD活性；参照相关学者的方法测定APX活性。

1.3.5 数据处理 用Microsoft Excel进行数据处理，SPSS 16.0进行方差分析和Duncan多重比较。

2 试验结果

2.1 CuSO4胁迫对黄瓜种子萌发的影响

黄瓜种子的发芽势、发芽率随着CuSO4溶液浓度的升高，先升高后降低。在CuSO4溶液浓度为30、60 mg/L时，对黄瓜种子萌发起促进作用；与CK组相比，黄瓜种子的发芽势、发芽率升高，差异不显著，但胚根长显著增加（表1）。在CuSO4溶液浓度为90、120 mg/L时，与CK组和低浓度的CuSO4溶液胁迫时相比，黄瓜种子的发芽势、发芽率、胚根长均显著下降。因此，在后续的试验中选择90 mg/L的CuSO4溶液对黄瓜种子进行胁迫。

2.2 CuSO4胁迫对黄瓜种子鲜重和干重的影响

随着CuSO4浓度的升高，黄瓜种子的鲜重先增加后减少，在CuSO4浓度为90 mg/L时，黄瓜种子的鲜重显著降低（表2）。而黄瓜种子的干重变化极小，说明铜胁迫不影响黄瓜种子的干重。随着CuSO4浓度升高，黄瓜种子的含水量先升高后降低。

2.3 DMTU对黄瓜种子萌发的影响

与CK组相比，在90 mg/L CuSO4溶液胁迫下，黄瓜种子的发芽势、发芽率、胚根长显著降低；经0.5 mmol/L DMTU浸种处理后，90 mg/L CuSO4溶液胁迫下黄瓜种子发芽势、发芽率显著上升，胚根长增加，发芽势升高7.34%、发芽率升高4.67%、胚根长增加0.61 cm（表3）。说明0.5 mmol/L DMTU浸种处理能够显著升高铜胁迫下黄瓜种子的发芽势、发芽率，增加胚根长。

2.4 DMTU对CuSO4胁迫下黄瓜种子H2O2含量的影响

在整个过程中，CK组的H2O2含量为先升高后降低的趋势。90 mg/L CuSO4溶液胁迫下黄瓜种子H2O2含量呈先上升后降低的趋势，在30 h达到最大值；與CK组相比，其POD活性显著增强。经0.5 mmol/L DMTU浸种处理后，90 mg/L CuSO4溶液胁迫下黄瓜种子的POD活性显著降低，在12、18、30 h分别降低了5.43%、6.25%、6.56%（图1）。表明

0.5 mmol/L DMTU浸种处理可以显著降低铜胁迫下黄瓜种子内的H2O2含量。

2.5 DMTU对CuSO4胁迫下黄瓜种子过氧化物酶（POD）活性的影响

CK组的POD活性在整个过程中先升高后降低，在36 h达到最高值（图2）。与CK组相比，90 mg/L CuSO4溶液胁

迫下黄瓜种子POD活性显著增强，随时间的增加，POD活性先增强后降低，在12～36 h增强，48 h降低。经0.5 mmol/L DMTU浸种处理后，90 mg/L CuSO4溶液胁迫下黄瓜种子的POD活性显著降低，在12、18 h分别降低9.2%、12.43%。表明经0.5 mmol/L DMTU处理后，铜胁迫下黄瓜种子内POD活性显著降低。

2.6 DMTU对CuSO4胁迫下黄瓜种子抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的影响

CK组的APX活性在整个过程中处于先上升后下降的状态，上升缓慢。与CK组相比，90 mg/L CuSO4溶液胁迫下黄瓜种子APX活性显著增强，随着铜胁迫时间的增加，APX活性呈先增强后降低的趋势，在36 h达到最高值。经0.5 mmol/L DMTU浸种处理后，90 mg/L CuSO4溶液胁迫下黄瓜种子APX活性显著降低，在12、18、30 h分别降低29.10%、23.36%、30.43%；与CK组相比，APX活性更高，但差异不显著（图3）。

3 结论与讨论

3.1 讨论

种子是植物十分重要的繁殖器官，是一切植物的根源。种子萌发过程影响着后续幼苗的生长。铜离子对细胞中的酶起毒害作用，影响植物体内的正常生理生化反应[9]。在低浓度铜离子作用下，黄瓜种子的发芽势、发芽率均升高，促进了黄瓜种子的萌发；在高浓度铜离子胁迫下，黄瓜种子的发芽势、发芽率均下降，黄瓜种子的萌发受到抑制。铜胁迫对黄瓜种子萌发的影响还表现在胚根长上，低浓度铜离子可以促进黄瓜种子胚根长的伸长；高浓度铜离子胁迫下，抑制黄瓜种子胚根长的伸长。这一结果与铜胁迫对黄瓜种子萌发的影响研究结果一致。经DMTU处理后，铜胁迫下黄瓜种子的发芽势、发芽率均有升高，胚根长伸长，DMTU减轻了铜离子对黄瓜种子萌发的影响。

在正常情况下，植物中过氧化氢的产生和去除处于平衡状态。在铜胁迫下，植物中过氧化氢的含量处于不平衡状态，过氧化氢过度积累，破坏了植物正常的生理和生化反应。试验结果表明，与CK组相比，在铜胁迫能够显著升高黄瓜种子体内过氧化氢含量。这一结果与铜离子胁迫对苦草生长特性及生理指标的影响研究结果一致[10]。经0.5 mmol/L DMTU处理后，黄瓜种子内过氧化氢含量明显降低。

在植物体内过氧化氢含量过量，植物体内正常的生理生化反应被破坏。此时，植物体内的抗氧化系统就会发挥作用，POD、APX等抗氧化酶活性增强以清除多余的过氧化氢。此试验结果表明，与CK组相比，在铜胁迫下黄瓜种子内POD、APX的活性显著增强。这一结果与铜离子胁迫黄瓜种子萌发的应该研究结果一致。经0.5 mmol/L DMTU处理后，铜胁迫下黄瓜种子体内POD、APX活性显著降低。

3.2 结论

经0.5 mmol/L DMTU处理后，90 mmol/L CuSO4胁迫下黄瓜种子发芽势、发芽率升高，胚根长增加；过氧化氢含量、POD、APX活性均降低。

参考文献

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[10] 陈萍萍，赵风斌，王丽卿，等.铜离子胁迫对苦草生长特性及生理指标的影响[J].生态与农村环境学报，2013，29（2）： 230-233.

Effects of A Hydrogen Peroxide Scavenger on Seed Germination of Cucumber under Copper Stress

Li Xin et al（Collage of Life Sciences， Chongqing Normal University， Chongqing 401331）

Abstract Dimethylthiourea （DMTU） is an H2O2 scavenger. In order to investigate the effect of DMTU on cucumber seed germination under copper stress， the cucumber seed “Jinrui 100” was used as the material. The paper germination method was used to determine the effect of soaking with 0.5 mmol/L DMTU on cucumber seed germination and related physiological indicators under 90 mg/L CuSO4 stress. The results showed that under the stress of 90 mg/L CuSO4， the germination potential， germination rate， and radicle length of cucumber seeds were inhibited; After soaking with 0.5 mmol/L DMTU， the germination rate and germination potential of cucumber seeds were significantly increased， promoting the growth of embryonic roots; Reducing the content of H2O2 in seeds and the activity of antioxidant enzymes （POD， APX） alleviated the impact of copper stress on cucumber seed germination.

Key word Ucumber; The stress of copper; DMTU; Antioxidant enzyme