Cd²⁺\\Zｎ²⁺對黑麥草種子萌發及幼苗生長的影響

摘要：試驗以黑麥草（Ｌｏｌｉｕｍ ｐｅｒｅｎｎｅ Ｌ.）種子為材料，研究了鎘（Ｃｄ）、鋅（Ｚｎ）對黑麥草種子萌發和幼苗生長的影響。結果表明，鋅、鎘以及鋅＋鎘混合處理均能抑制黑麥草種子的萌發和幼苗生長。隨著重金屬處理濃度的增加，黑麥草種子的發芽率和發芽勢明顯下降，明顯抑制了黑麥草幼苗的根長和苗長，葉綠素含量顯著下降，差異極顯著。研究結果對于重金屬污染土壤中黑麥草種子的萌發和定植具有理論和實踐意義。

關鍵詞：重金屬離子；黑麥草；種子萌發；葉綠素含量

中圖分類號：S543.6；X503.233文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）18－3798-03

Ｅｆｆｅｃｔs ｏｆ Ｃｄ２＋ ａｎｄ Ｚｎ２＋ ｏｎ Seed Ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Seedling Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｌｏｌｉｕｍ ｐｅｒｅｎｎｅ Ｌ.

ＬＩＵ Ｙｉｎ

（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｑｉｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇａｓ－ｆｏｒｍｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６０００， Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ ｏｎ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｌｏｌｉｕｍ ｐｅｒｅｎｎｅ Ｌ．. Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｗｏ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｃｄ２＋ ａｎｄ Ｚｎ２＋ ｏｎ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ L. perenne ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ Ｚｎ２＋，Ｃｄ２＋ ａｎｄ Ｚｎ２＋＋Ｃｄ２＋ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ， ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ rate ａｎｄ ｇｅｒｍｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ L. perenne ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ， root ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｗｅｒｅ also ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ， the content of chlorophy Ⅱ decreased significantly， the difference was abvious． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｈａｓ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ growth ｏｆ L. perenne iｎ ｈｅａｖｙ－ｍｅｔａｌ－ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｏｉｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎ； Ｌｏｌｉｕｍ ｐｅｒｅｎｎｅ Ｌ.； ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ； content of ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ

隨著經濟的快速發展，由化肥、農藥、重金屬等主要污染物所導致的農田土壤污染日趨嚴重，已對生態環境、食品安全和農業可持續發展構成威脅。據不完全調查，目前我國受重金屬污染的耕地約有７．６萬ｈｍ２，據估算，全國每年遭重金屬污染的糧食達１ ２００萬ｔ，造成的直接經濟損失超過２００億元［１］。土壤污染造成有害物質在農作物中積累，并通過食物鏈進入人體，引發各種疾病，最終危害人體健康。污染土壤修復的理論與技術已成為當前整個環境科學與技術研究的前沿。尋找和開發一種既廉價又實用的技術——植物修復技術，使被重金屬污染的土壤得以恢復是目前擺在我們面前的一項非常重要的任務。黑麥草既是草坪草也是牧草，對城市綠化和畜牧養殖都有重要意義［２］。本試驗以黑麥草為試驗材料，通過研究不同濃度重金屬對黑麥草萌發及幼苗生長的影響，分析黑麥草對重金屬脅迫的不同反應，旨在為植物修復技術提供科學基礎，篩選出適于城市和農田重金屬污染修復的植物。

１材料和方法

１．１試驗材料

供試材料為黑麥草（Ｌｏｌｉｕｍ ｐｅｒｅｎｎｅ． Ｌ），購于河南省商丘陽光花卉公司；試驗用重金屬離子分別為Ｃｄ２＋（ＣｄＳＯ４·８Ｈ２Ｏ，分析純）、Ｚｎ２＋（ＺｎＳＯ４·７Ｈ２Ｏ，分析純），其濃度設置見表１。

１．２試驗方法

將黑麥草種子用１０％的Ｈ２Ｏ２溶液消毒１５ ｍｉｎ后用去離子水沖洗干凈。將１００粒黑麥草種子均勻放置于鋪有雙層濾紙的培養皿內，向各皿中分別加入表１中配制的重金屬溶液，使濾紙浸透并完全浸潤種子，以去離子水培養為對照。每個濃度設３次重復。在室溫下避光培養進行發芽試驗，試驗期間定時補充處理液，使其金屬離子濃度保持恒定。每天定時觀察并記錄種子的發芽數及其生長狀況［３］。

１．２．１黑麥草種子萌發的測定當胚根與種子等長、胚芽長度達到種子一半時，就認為種子已經發芽。發芽第4天統計種子發芽勢，第7天統計發芽率［４］，測量平均根長和平均苗長［５］，采用張志良等［６］的方法測定黑麥草幼苗葉的葉綠素含量。發芽勢（ＧＶ）＝３ ｄ內供試種子的發芽數／供試種子數×１００％；發芽率（ＧＲ）＝６ ｄ內供試種子的發芽數／供試種子數×１００％。

１．２．２數據分析應用ＳＰＡＳＳ １１．５軟件對種子萌發、生理指標試驗數據進行統計分析，進行５％水平上的顯著性檢驗。

２結果分析

２．１重金屬脅迫對黑麥草種子發芽的影響

通過發芽試驗可以了解種子的生態適應性和抗逆性。發芽勢和發芽率是測定重金屬脅迫對黑麥草毒害作用的重要指標（表２）。

２．１．１鋅脅迫對黑麥草種子發芽的影響隨著Ｚｎ２＋濃度的增加，黑麥草的發芽勢和發芽率與對照相比，４０ ｍｇ／Ｌ處理（處理7）無明顯變化，但１２０ ｍｇ／Ｌ（處理8）和３００ ｍｇ／Ｌ處理（處理9）的發芽勢、發芽率分別降低了２０．３３％和６３．３３％，極顯著抑制了黑麥草的發芽勢和發芽率。

２．１．２鎘脅迫對黑麥草種子萌發的影響與對照相比，鎘脅迫顯著降低了黑麥草種子的發芽勢和發芽率。黑麥草種子發芽率從對照的９５．６７％分別降至１５ ｍｇ／Ｌ處理（處理4）的７５．００％，５０ ｍｇ／Ｌ處理（處理5）的６２．００％和１００ ｍｇ／Ｌ處理（處理6）的４１．６７％。黑麥草種子發芽勢分別從對照組的９３．００％降至處理5的７１．６７％和處理6的４２．００％，差異極顯著。說明隨著濃度升高，鎘對黑麥草種子傷害增大，種子發芽力將會減弱。

２．１．３鋅、鎘混合脅迫對黑麥草種子萌發的影響鋅、鎘混合處理與對照相比，對黑麥草種子的發芽勢和發芽率均有明顯抑制作用，差異極顯著。中、低濃度鋅＋鎘混合處理與相應單一鋅濃度處理相比，黑麥草種子的發芽勢和發芽率極顯著降低，與相應單一鎘濃度處理相比，黑麥草種子的發芽勢和發芽率極顯著升高。但高濃度鋅、鎘混合處理與相應單一鋅、鎘濃度處理相比，黑麥草種子的發芽勢和發芽率均顯著降低，差異極顯著，發芽勢只有１１．６７％，發芽率９．３３％，甚至個別種子萌發后，就停滯發育而致死。說明鋅、鎘之間有交互作用，中、低濃度水平下，鋅離子的存在，可以減輕鎘離子對黑麥草種子萌發的毒害。高濃度水平下，反而加劇了鎘離子對黑麥草種子萌發的毒害。

２．２重金屬脅迫對黑麥草幼苗根長和苗長的影響

植物幼苗的根長和苗長可以作為指示植株受重金屬毒害的一個重要生理指標。表３顯示，隨著鋅離子濃度增加，黑麥草幼苗的根長和苗長與對照相比顯著降低。說明鋅脅迫對黑麥草幼苗的根長和苗長有抑制作用。４０ ｍｇ／Ｌ、１２０ ｍｇ／Ｌ處理時，根長＞苗長； ３００ ｍｇ／Ｌ處理時，根長＜苗長。與對照相比，鎘脅迫顯著抑制了黑麥草幼苗的根長和苗長。中、低濃度１５ ｍｇ／Ｌ和５０ ｍｇ／Ｌ處理時，根長＞苗長；１５０ ｍｇ／Ｌ處理時，根長＜苗長。

鋅＋鎘混合污染對黑麥草幼苗的根長和苗長具有明顯的抑制作用，且差異顯著。低濃度鋅＋鎘混合污染條件下，黑麥草幼苗的根長和苗長與單一鎘脅迫相比則均顯著升高。中、高濃度鋅＋鎘混合污染條件下，根長、苗長受到嚴重抑制，根長＜苗長，顯著低于單一鋅、鎘脅迫的根長和苗長。說明鋅的存在，在鎘低濃度時，減緩了鎘對黑麥草幼苗的毒害；在鎘高濃度時，則加劇了鎘對黑麥草幼苗的毒害。

從表３中還可以看出，根長的變化較苗長更為顯著，特別是高濃度的重金屬離子對黑麥草幼苗根的生長有著非常明顯的影響，這可能是根對重金屬污染比較敏感，重金屬離子首先與根結合，然后向上轉移，進而影響到黑麥草幼苗的苗長。

２．３重金屬脅迫對黑麥草幼苗葉綠素含量的影響

在重金屬脅迫下，植物光合作用的反應比較敏感，經常會受到抑制，其主要原因是葉綠素含量下降所致。試驗結果如表４所示。處理1對葉綠素的含量影響不大，與對照相比差異不明顯。但處理2和處理3葉綠素的含量明顯地減少，表明鋅對黑麥草葉綠素合成有抑制作用。與對照相比，處理4顯著提高了黑麥草幼苗的葉綠素含量，差異顯著。隨著鎘濃度增加，黑麥草幼苗的葉綠素含量明顯下降，差異極顯著。說明低濃度的鎘對黑麥草葉綠素的合成有一定的刺激作用；鎘濃度增加，抑制了黑麥草葉綠素的合成。

３討論

本試驗結果表明，重金屬明顯降低了黑麥草種子的發芽率和發芽勢，并影響到黑麥草幼苗的生長，顯著降低了黑麥草幼苗的根長和苗長。鋅、鎘對于黑麥草種子萌發表現出明顯的抑制作用，鋅的存在，加劇了鎘對黑麥草種子萌發的毒害，二者可能存在交互作用。高濃度重金屬脅迫下黑麥草種子也有一定的發芽率和發芽勢，說明黑麥草種子對鋅、鎘重金屬有一定的耐受性。葉片是光合作用的主要器官，葉綠素是光合作用的重要色素。有研究表明，重金屬污染會阻礙植物葉綠素的合成或加速其分解，降低細胞內葉綠素的含量，從而對幼苗生長造成危害。本試驗通過不同濃度的鋅、鎘重金屬對黑麥草幼苗葉綠素含量的影響表明，隨著重金屬離子濃度的增加，黑麥草幼苗葉綠素含量顯著下降。說明進入黑麥草幼苗的重金屬離子增加，黑麥草幼苗生長受到抑制。本試驗結果認為黑麥草對鋅、鎘重金屬有一定的耐性，可以在鋅、鎘污染土壤上種植，為重金屬污染土壤環境修復提供必要的理論指導，為植物修復技術提供理論基礎。

參考文獻：

［１］ 王海慧，郇恒福， 羅瑛， 等． 土壤重金屬污染及植物修復技術［Ｊ］．中國農學通報，２００９，２５（２５）：２１０－２１４．

［２］ 程國玲，杜葳，馬曉鳳，等．重金屬污染土壤植物修復技術及其與輔助措施的結合應用［Ｊ］．東北林業大學學報，２００８，３６（１１）：１０１－１０３．

［３］ 陳承利，廖敏．重金屬污染土壤修復技術研究進展［Ｊ］．廣東省微量元素科學，２００４，１１（１０）：１－７．

［４］ 胡春霞，湯潔．重金屬對蒲公英種子萌發及葉片滲透調節物質含量的影響［Ｊ］． 北方園藝，２００８（１１）：２７－３０．

［５］ 王樹會，許美玲． 重金屬鉛脅迫對不同煙草品種種子發芽的影響［Ｊ］． 種子，２００６，５（８）：２７－２９．

［６］ 張志良，瞿偉菁．植物生理學實驗指導［Ｍ］．第三版．北京：高等教育出版社，２００２．