富氢水处理对铜胁迫下小麦幼苗生长及其细胞结构的影响

铜是植物生长及代谢必需的微量元素之一，对维持植物正常新陈代谢、生长发育有重要的作用[1]。研究表明，适量的Cu2+能够提高酶的活性，促进植物生长；过量则会打破离子间的平衡，破坏细胞膜的完整性，造成对细胞内超微结构的损伤，并影响细胞器的结构与功能[2]，导致植物的光合速率下降、水分吸收减少及营养物质缺乏[3]。同时，植物体内Cu2+大量积累可诱导多种代谢途径产生活性氧，从而破坏植物体内抗氧化系统，并造成植物生长抑制等[4-6]。近年来，随着全球经济的快速发展，工业废水的大量排放及工业矿藏的开采，加剧了农业生态环境的污染。土壤中正常含铜量为20～30 mg·kg-1，而在中国，土壤含铜量达4～150 mg·kg-1[7]。铜可在土壤中富集，严重影响作物的生长，并对人畜健康造成威胁。如何降低重金属污染对农作物的生长抑制已成为国内外学者关注的热点[8-11]。氢气作为一种新型清洁能源,因其燃烧后无污染[12]，在工业上具有广泛的应用价值。氢是一种理想的自由基，特别是毒性自由基的良好清除剂。大量研究表明，富氢水可以显著改善由创伤引起的动物细胞的氧化损伤[13-15]，氢气在医学上具有重要的临床应用前景。近年来，氢气被发现在高等植物应对胁迫响应中也发挥着重要作用。当以富氢水(hydrogen-rich water,HRW)的形式给植物提供氢气时，可以有效地清除植物体内的自由基，从而缓解如冷害、盐害、金属汞及农药等多种非生物胁迫[16-20]。目前，氢气缓解植物非生物胁迫的作用机制尚不清楚，氢气是否可以减轻铜胁迫对植物生长的抑制尚未见报道。小麦(Triti-cum aestivum L.) 是中国第二大粮食作物，其高产稳产对国家粮食安全意义重大。研究表明，铜胁迫会造成小麦植株萎蔫，幼根受损，生长发育受抑，导致小麦减产[21-22]。本研究以不同质量浓度Cu2+培养下的小麦幼苗为研究对象，研究富氢水对其生长的影响，并通过细胞观察初步了解氢气的作用，旨在寻求缓解铜污染对作物抑制的可能途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植物材料为小麦(Triticum aestivum L.)品种“临8161”，由山西省农科院小麦研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 材料处理 挑选饱满且大小均匀的小麦种子，用5.5%次氯酸钠消毒25 min，蒸馏水冲洗4～5次后于蒸馏水中浸泡4 h。将种子置于铺有浸润滤纸的培养皿中，每皿30粒，分别置于不同质量浓度的Cu2+(10，30，50 mg·L-1 CuSO4)溶液中。本试验设8组(表1)，每组3个重复,置于光照培养箱中培养，温度23～25 ℃,光暗周期12 h/12 h，空气湿度75%。每2 d浇等量不同质量浓度的Cu2+溶液，以浇等量蒸馏水及富氢水为对照。

1.2.2 氢气的制备及处理液的配制 用氢气发生器(JM型氢气发生器,济南骏铭分析仪器有限公司生产)制备富氢水。方法如下：用氢气发生器以200 mL·min-1的速度产生纯H2(体积分数为99.99%,)，通入1 L蒸馏水中鼓泡30 min，制成饱和富氢水[23]。以等量富氢水分别加入20 ，60 ，100 mg·L-1的CuSO4溶液制成Cu2+终质量浓度为10，30，50 mg·L-1、富含50%富氢水的溶液，以等量蒸馏水为对照。

 

表1 不同处理组溶液配制 Table 1 Solution for various treatments

  

处理TreatmentCuSO4初质量浓度/(mg·L-1)CuSO4initialconcentration等量蒸馏水Equalamountdistilledwater等量富氢水EqualamountHRWCuSO4终质量浓度/(mg·L-1)CuSO4finalconcentrationCKW0+-0CKH0-+0T1W20+-10T1H20-+10T3W60+-30T3H60-+30T5W100+-50T5H100-+50

1.2.3 指标的测定

1.2.3.1 种子萌发率、发芽势的测定 待小麦胚根长度达到种子一半时，统计小麦的萌发率，取3个重复的平均值。

萌发率

小麦生长3 d左右时，分别观察并计算不同处理下每组小麦的发芽势，取平均值。

[1] RICHARD P. Arsenic speciation in environmental samples of contaminated soil[J]. The Science of the Total Environmental ,1998,224(1):133-141.

就在这时，砖子和赵仙童的手机几乎同声响起，一个是小鸟叫，一个轻音乐，两人查看信息时，头颅同时伸向对方的手机，同声说，女儿发来的，老爸，你和老妈没什么问题吧？老妈，你和老爸没什么问题吧？

1.2.3.2 小麦幼苗株高与根长的测定 小麦幼苗生长14 d时，分别从各组随机选20株小麦幼苗，用直尺测量株高及根长。

[7] 赵兵. 重金属铜污染对植物的影响[J]. 科教文汇,2014(10):102-103.

1.2.3.4 小麦根尖细胞的观察 小麦幼苗生长20 d时，分别从各组随机选取20株小麦幼苗的根尖，冲洗(同1.2.3.3)后制成装片观察。

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1.2.3.5 小麦根尖细胞核的观察 分别从各组取根尖约0.5 cm，用福尔根染色法对细胞核进行染色观察。

2 结果与分析

2.1 富氢水对铜处理下小麦种子萌发的影响

从表2可见，与对照组相比，不同质量浓度Cu2+均抑制了小麦种子的萌发。在不同Cu2+质量浓度下(10，30，50 mg·L-1)，富氢水处理均较蒸馏水促进了小麦种子的萌发，萌发率分别提高23.33%， 2.23%，1.12%。而在无Cu2+时，2个处理对种子萌发无显著影响(P>0.05)。以上结果表明，富氢水可以在一定程度提高小麦种子在铜胁迫下的耐受性，但当Cu2+质量浓度在30～50 mg·L-1时，富氢水处理对小麦种子萌发的促进作用不显著。

（1）“总体前景价值”包含“有用的”和“影响长远的”这两个自由节点，指的是个体在“再就业培训参与决策”之前对培训项目形成的一种综合的前景价值（预期价值）判断。

 

表2 不同处理下的小麦萌发率和发芽势 Table 2 Germination rate and vigor of wheat in various treatments

  

处理Treatment萌发率/%Germinationrate发芽势/%GerminationvigorCKW76．67±5．77a91．11±8．39aCKH81．11±3．85a91．11±5．09aT1W50．00±3．33bc92．22±1．92aT1H73．33±6．67a92．22±1．92aT3W54．44±5．09bc93．33±3．33aT3H56．67±6．68b93．33±3．33aT5W44．44±9．62c90．00±3．33aT5H45．56±3．85bc91．11±5．09a

注：不同小写字母表示差异达5%显著水平。下同。

Note:The different lowercases indicate the significant difference at 5%.The same as below.

buffer_occupancy[N_neighbor]=Buffer_size-free_slots[N_neighbor];

2.2 富氢水处理对铜胁迫下小麦幼苗及根系生长的影响

对不同处理组幼苗观察(图1)发现，当Cu2+质量浓度为10 mg·L-1时，蒸馏水处理(T1W)较富氢水处理(T1H)长势更好，Cu2+质量浓度增加，则富氢水处理组生长更好；当Cu2+质量浓度为50 mg·L-1时，富氢水处理组株高显著高于蒸馏水处理组 (图2-B)。数据分析表明(图2)， Cu2+质量浓度越高，对小麦根系和株高抑制越明显，且Cu2+对根的抑制较株高更为显著。T1W，T3W， T5W与CKW相比，根尖变粗，侧根减少，但相同Cu2+质量浓度下富氢水组较蒸馏水组幼苗侧根数增多，且根长增长0.15～0.27 cm(图2-A)。富氢水可能通过促进侧根的生长来增加根系的吸收能力。

 

注：0，10，30，50 mg·L-1CuSO4+H2O处理小麦幼苗(A，C，E，G); 0，10，30，50 mg·L-1CuSO4+HRW处理小麦幼苗(B，D，F，H)。

Note: Wheat seedlings that treated with 0,10,30,50 mg·L-1of CuSO4+H2O (A,C,E,G); wheat seedlings that treated with 0,10,30,50 mg·L-1 of CuSO4+HRW (B,D,F,H).

图1 不同处理对小麦幼苗生长的影响 Fig.1 Effects of different concentration of Cu2+ on seedlings growth of wheat

2.3 富氢水处理对铜胁迫下小麦叶片气孔的影响

对不同处理组小麦叶片进行观察(图3)发现，随着Cu2+质量浓度升高，蒸馏水处理组叶片气孔直径变小,分布密度变大；而同一质量浓度铜胁迫下，富氢水处理组较蒸馏水处理组叶片气孔直径变大，分布密度变小且均匀，说明富氢水可以调节Cu2+胁迫下叶片气孔的大小及分布。同时，同一质量浓度Cu2+胁迫下富氢水处理组的气孔行间距较蒸馏水组大，且气孔排列较整齐。CKW和CKH组的小麦叶片细胞气孔同行和同列之间的距离差异均很小。

  

图2 不同处理对小麦幼苗根长和株高的影响 Fig.2 Effects of different concentration of Cu2+ on root length (A) and seedling height (B) of wheat

 

注：0，10，30，50 mg·L-1CuSO4+H2O处理小麦幼苗叶片气孔(A，C，E，G); 0，10，30，50 mg·L-1CuSO4+HRW处理小麦幼苗叶片气孔(B，D，F，H)。

Note: Stomata of wheat leaves that treated with 0,10,30,50 mg·L-1of CuSO4+H2O (A,C,E,G); stomata of wheat leaves that treated with 0,10,30,50 mg·L-1of CuSO4+HRW (B,D,F,H).

图3 不同处理对小麦叶片气孔的影响(10×40) Fig.3 Effects of different treatments on stomata of wheat leaves(10×40)

2.4 富氢水处理对铜胁迫下小麦根尖形态的影响

不同处理下的小麦幼苗根系生长显著不同(图4)。随着Cu2+质量浓度的升高，蒸馏水组根系的生长受抑制加重：根部褐色加重，变软腐烂，侧根数目明显减少。同一质量浓度Cu2+蒸馏水组与富氢水组的根尖相比，前者根尖部根毛数量少于后者，而富氢水组根的褐色较浅且根细长。

 

注：0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+H2O处理小麦幼苗根尖(A，C，E，G)；0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+HRW处理小麦幼苗根尖 (B,D,F,H)。

Note: Root tip of seedlings that treated with 0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+H2O (A,C,E,G); root tip of seedlings that treated

with 0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+HRW(B,D,F,H).

在电网的发展过程当中，智能电网必然是未来电网的发展趋势，因为智能电网有着非常多传统电网所没有的优势，让电网的性能能够更加的强大和安全可靠。随着智能电网技术的不断提高，继电保护技术的发展也相当的迅速，进入了一个新的阶段，继电保护装置越来越多的应用范围以及功能可以让智能电网的发展更加的快速。

图4 不处理对小麦幼苗根系的影响 (10×10) Fig.4 Effects of different treatments on wheat root (10×10)

2.5 富氢水处理对铜胁迫下小麦根尖细胞核的影响

不同处理组根尖细胞核及核膜的完整性不同(图5)。比较不同Cu2+质量浓度的蒸馏水组可见，铜离子质量浓度越高，对根尖细胞核的影响越大。当Cu2+质量浓度为50 mg·L-1时，细胞核的形态更加不规则，细胞膜破坏严重。但同一Cu2+质量浓度下，富氢水组比蒸馏水组根尖细胞核规则且完整。

 

注：0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+H2O处理小麦幼苗根尖细胞核(A,C,E,G)；0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+HRW处理小麦幼苗根尖细胞核(B,D,F,H)。

Note:Root tip nuclei of wheat seedlings that treated with 0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+H2O (A,C,E,G); Root tip nuclei of wheat seedlings that treated with 0,10,30,50 mg·L-1CuSO4+HRW (B,D,F,H).

图5 不处理对小麦根尖细胞核的影响(10×100) Fig.5 Effects of different treatments on cell nuclear of wheat root(10×100)

3 结论与讨论

本研究发现，大于10 mg·L-1的Cu2+质量浓度会对小麦种子萌发、根的伸长及幼苗生长起抑制作用，富氢水对根的伸长及幼苗生长能够起到缓解作用，但对种子萌发缓解作用不明显。观察表明，Cu2+胁迫下，根尖细胞变得不规则，细胞膜及细胞核的完整性降低。植株形态上则表现为根变短、变粗、侧根减少。这样使根与Cu2+的接触面积减少，这是根系的自我保护功能，但同时，根系吸收能力的降低造成了植株生长发育的受抑，表现为株高降低。研究还发现，根作为植物吸收营养的主要器官，对Cu2+极为敏感。随着Cu2+质量浓度增加，对根的伸长抑制加大。张黛静等[24]对Cu2+胁迫下小麦根系结构的观察表明，随着Cu2+质量浓度的增加(0～30 mg·L-1)，小麦根系生长的抑制程度增大。这与本研究结果一致。高质量浓度的Cu2+破坏了根尖细胞核的完整性，可能是Cu2+增强了根细胞膜上H+-ATPase的水解活性， 降低了质膜处的pH梯度，导致营养物质在核内的过量积累导致[25]。富氢水处理降低了细胞核及细胞膜的受损程度，可能与外源氢气能够增强植株的抗氧化性有关[26-27]。富氢水促进了根毛的生长，根毛数量的增加导致成熟区表皮细胞吸收面积的增加，从而提高了根系的吸收能力，缓解了Cu2+对幼苗生长的抑制，表现为株高的增加。富氢水处理使侧根数量增加是否与生长素有关，还有待进一步研究。

高质量浓度Cu2+破坏了小麦叶片细胞的正常排列结构，体现为叶片气孔直径变短，分布不规则。这一结果与文志等[28]报道的O3和干旱胁迫对元宝枫叶片气孔特征的影响一致。气孔之间的行间距变小，气孔频度变大，蒸腾作用变强，这也体现了植物的自我调节功能。富氢水处理后小麦叶片细胞气孔直径变长，并使叶片气孔之间的行间距增大，使同行和同列之间的距离差异性相对减小，既维持了气孔分布的规则性[29]，也使光合作用及蒸腾作用得以正常进行。富氢水缓解了Cu2+对根细胞及叶片气孔的破坏，保护了根的生长和气孔功能的正常发挥，从而促进了幼苗的生长发育。综上所述，富氢水通过在一定程度上维持了根尖细胞及细胞核的完整性及叶片气孔的正常排列，促进了根系吸收及光合作用的正常进行，从而缓解了铜胁迫对小麦生长的抑制。

参考文献：

发芽势

[2] 郁建栓. 浅谈重金属对生物毒性效应的分子机制[J]. 环境污染与防治,1996,18(4):28-31.

[11] PALM E,NISSIM W G,GIORDANO C,et al. Root potassium and hydrogen flux rates as potential indicators of plant response to zinc,copper and nickel stress[J]. Environmental & Experimental Botany,2017,143:38-50.

[3] 金奇江. 血红素加氧酶1介导氢气和抗坏血酸增强紫花苜蓿非生物胁迫耐性的分子机制[D]. 南京:南京农业大学,2013.

[4] QI X M，LI P J，LIU W，et al. The toxicological response of wheat(Hordeum vulgare L.)and corn(Zea mays L.) to copper stress[J]. Journal of Agro-Environment Science,2006,25(2):286 -290．

[5] SK E,DRZKIEWICZ M,KRUPA Z. Lipid peroxidation and antioxidative response in Arabidopsis thaliana exposed to cadmium and copper[J]. Acta Physiologiae Plantarum,2010,32(1):169 -175．

无Cu2+时，蒸馏水处理组与富氢水处理组间小麦种子发芽势无差异；当Cu2+质量浓度为30 mg·L-1时，小麦种子发芽势较对照组高，且该质量浓度下的种子发芽势最高；当Cu2+质量浓度超过30 mg·L-1时，种子的发芽势下降，且富氢水与蒸馏水处理对发芽势无显著影响。

[6] 刘丰娇,蔡冰冰,孙胜楠,等. 富氢水浸种增强黄瓜幼苗耐冷性的作用及其生理机制[J]. 中国农业科学,2017,50(5):881-889.

1.2.3.3 小麦叶肉细胞气孔的观察 小麦幼苗生长20 d时，分别从各组取同位叶片进行冲洗(CKW,T1W,T3W,T5W用蒸馏水冲洗，CKH,T1H,T3H,T5H用富氢水冲洗)，制成装片进行观察。

[8] GARCIA L,WELCHEN E,GONZALEZ D H. Mitochondria and copper homeostasis in plants[J]. Mitochond-rion,2014,19 :269-274.

[9] 陈瑞娟,何蕾,孙梨宗,等. 铜胁迫对拟南芥幼苗生长和基因组DNA甲基化的影响[J]. 生态学杂志,2015,34(9):2650-2657.

其中，Vi1是上一级变换器的输入，Vo2是下一级变换器的输出，Tm=Zo/Zi为前级输出阻抗与后级输入阻抗之比，Middle Brook指出，可以按阻抗比Tm是否满足奈奎斯特判据来判定系统的稳定性[9-10]，且通过确保全频段内|Zo|均远小于|Zi|，可解除电源侧与载荷的耦合关系，确保级联系统的稳定性。

[10] LIU S,YANG R,PAN Y,et al. Beneficial behavior of nitric oxide in copper-treated medicinal plants[J].Journal of Hazardous Materials,2016,314:140-154.

该材料具有吸波性能好、多频谱兼容、耐久性好以及耐恶劣环境，使用寿命长、造价低的特点，在防护工程伪装应用中具有独特的优势。

根据国内已溃八座水库大坝统计资料，结合已有的研究成果，通过试算与数理统计分析数据，在风险人口死亡率值的确定中考虑了一个修正系数β，建议取值β=1.4。

[12] LUBITZ W,REIJERSE E J,MESSINGER J. Solar water-splitting into H2 and O2:design principles of photosystem II and hydrogenases [J]. Energy & Environmental Science,2008,1(1):15-31.

[13] OHSAWA I,ISHIKAWA M,TAKAHASHI K,et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals[J]. Nature Medicine,2007,13(6):688-694.

[14] TIAN R,HOU Z,HAO S,et al.Hydrogen-rich water attenuates brain damage and inflammation after trauma-tic brain injury in rats[J]. Brain Research,2016,1637:1-13.

获得高层次科研项目立项和取得高水平科研成果，是名师培养质量和成效的重要标志。我校鼓励和支持教师提升科研能力和水平，瞄准学科前沿和国家重大战略需求，着眼国家和省部级重大重点科研项目，依托学校的学科优势和特色，积极开展科研项目立项工作，取得丰硕成果。比如，在国家艺术基金项目的申报方面，2015年获得立项项目12项，在全国53所高校中排名第一位；2016年获得国家艺术基金立项22项，在全国3611个机构申报主体（含高校）中位列第一。

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[15] ZHAO M,LIU M D,PU Y Y,et al.Hydrogen-rich water improves neurological functional recovery in experimental autoimmune encephalomyelitis mice[J]. Journal of Neuroimmunology,2016,294:6-13.

(6) 一个配变可为多个客户供电,配变和表计之间为一对多的关联关系,即配变可关联多个表计,但表计仅关联一个配变;

[16] WEITI C,PENG F,KAIKAI Z,et al. Hydrogen-rich water confers plant tolerance to mercury toxicity in alfalfa seedlings[J]. Ecotoxicology & Environmental Safety,2014,105:103-111.

[17] XIE Y,YU M,LAI D,et al. H2 enhances arabidopsis salt tolerance by manipulating zat 10/12-mediated ntio-xidant defence and controlling sodium exclusion [J]. PlosOne,2012,7(11):e49800.

[18] JIN Q,ZHU K,CUI W,et al. Hydrogen gas acts as a novel bioactive molecule in enhancing plant tolerance to paraquat induced oxidative stress via the modulation of heme oxygenase-1 signalling system[J]. Plant Cell & Environment,2013,36(5):956-969.

[19] XU S,ZHU S,JIANG Y,et al. Hydrogen-rich water alleviates salt stress in rice during seed germination[J].Plant and Soil,2013,370(1):47-57.

[20] 江宜龙.富氢水缓解冻害和盐胁迫对水稻幼苗氧化伤害及种子萌发的抑制[D]. 南京：南京农业大学,2014.

[21] 张黛静,王多多,董文,等. 铜胁迫下小麦幼根转录组学及蛋白质组学研究[J]. 河南农业科学,2015,44(4):31-35.

[22] 薛盈文,王玉凤,赵长江,等.铜胁迫对小麦种子萌发及幼苗抗氧化系统的影响[J].江西农业大学学报,2016,38(1):54-59.

[23] 张风章,林淑贞,龙敏南,等.高等植物放氢的初步研究明[J].厦门大学学报(自然科学版),1997,36(5):808-811.

[24] 张黛静,马建辉,杨淑芳,等.硅对铜胁迫下小麦幼根细胞超微结构的影响[J]. 应用生态学报,2014,25(8):2385-2389.

根据ADF4350的时序图将写控制分为3个单元,如图7所示。首先对整个多模射频配置模块的时钟CLK_IN进行分频,作为整个模块的工作时钟以及芯片的写时钟SCLK,利用控制信号线Control从ROM中读取ADF4350的配置参数Data[31:0],然后将此参数缓存起来并进行并串转换,通过移位寄存器将32位配置数据串行输出到SDIO信号线上,同时拉低片选信号CS,完成ADF4350的FPGA配置功能。

[25] JUNG S,HÜTSCH B W,SCHUBERT S.Salt stress reduces kernel number of corn by inhibiting plasma membrane H+-ATPase activity[J]. Plant Physiology & Biochemistry,2017,113:198-207.

[26] 张敏,姜春辉,李晓云,等. 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系构型及其超微结构的影响[J]. 植物生理学报,2012,48(11):1105-1112.

[27] 杨昱,秦樊鑫. 铜胁迫对大豆幼苗抗氧化系统的影响[J]. 作物杂志,2014,(1):81-85.

[28] 文志,王丽,王效科,等. O3和干旱胁迫对元宝枫叶片气孔特征的复合影响[J]. 生态学杂志,2014,33(3):560-566.

算理是计算数学的灵魂。计算法则的理解和掌握是小学数学计算教学的首要任务，通过观察、操作、探究，让学生理解算理。同时，教师也应挑选出学生在练习过程中出现的典型错例，引导学生共同分析错误原因，既能帮助学生把错误消灭萌芽状态，也能使学生知其然更知其所以然。

[29] 杨再强,谭文,刘朝霞,等.土壤水分胁迫对设施番茄叶片气孔特性的影响[J]. 生态学杂志,2015,34(5):1234-1240.