鎘脅迫對高粱屬牧草種子發芽及幼苗生長的影響

胡培全

摘要：采用皿培試驗，研究了重金屬鎘對3種高粱屬（Sorghum）牧草（飼用高粱23402、飼用高粱26837、高丹草98456）發芽勢、發芽率、發芽指數、胚根胚芽比、活力指數及耐性指數的影響。結果表明：①不同濃度鎘處理對兩種飼用高粱的發芽勢、發芽率、發芽指數均無顯著性影響（P>0.05）；與對照相比，高濃度（30.0 mg/L）鎘處理對高丹草98456發芽指數及發芽勢有顯著抑制作用（P<0.05），且對3種高粱屬牧草胚根胚芽比、活力指數和耐性指數均有明顯的抑制作用。②3種高粱屬牧草中，飼用高粱23402耐鎘性最強，其次是飼用高粱26837，高丹草98456最低。

關鍵詞：鎘；高粱屬（Sorghum）牧草；耐鎘性

中圖分類號：S514；S54 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）09-2100-04

高粱屬（Sorghum）牧草植株高大，莖葉繁茂，具有抗旱、耐澇、耐高溫、耐瘠薄、耐鹽堿、抗病蟲害及抗倒伏等優良特性，是重要的優良牧草，可以用作青飼，制作干草、青貯飼料等。對于重金屬污染植物修復具有重要意義，是研究土壤鎘（Cd）、鉛污染的良好植物材料[1]；Cd是自然界中廣泛存在的一種重金屬微量元素，也是毒性最強的重金屬之一。地殼中Cd的質量分布一般是0.18 mg/kg，其中土壤中為0.01～0.70 mg/kg[2]，隨著土壤重金屬Cd污染日趨嚴重，植物受Cd污染的程度也逐漸加大，植物體中的Cd通過食物鏈最終可進入人畜體內，長期累積對人畜將造成一定的危害[3]。

孫哲等[4]研究表明，Cd濃度升高嚴重影響作物的光合作用、呼吸作用、物質代謝、細胞透性和保護酶的正常生理作用；陳瑛等[5]研究表明，土壤Cd濃度的增加能快速增加大白菜中的Cd含量，導致人類食用安全性下降。陳世軍等[6]研究表明，當Cd濃度增大，辣椒幼苗除POD活性繼續增大外，SOD、CAT活性受到抑制，嚴重影響辣椒幼苗生長；夏會龍等[7]研究發現甘蔗生物量、莖徑和莖節長隨著土壤中Cd濃度的增加而降低，Cd濃度越高，抑制效應越明顯；葉片中葉綠素、過氧化氫酶（CAT）活力及可溶性糖含量與土壤中Cd濃度呈一階指數衰減關系。王輝等[8]研究表明重金屬Cd能夠抑制大豆幼苗的生長，隨著處理濃度的增加，其株高、干物重明顯下降，葉片葉綠素含量下降，MDA含量增加及膜透性增加。人體積累的Cd的最主要來源是通過食物即農副產品攝取，而食物中Cd則主要來源于土壤。因此，研究土壤中Cd污染的來源、化學形態及對其污染的修復具有重要的意義[9]。

呂團偉等[10]研究表明五加皮和茯苓是兩種良好的誘變劑的阻遏劑，對環境中的誘變劑Cd所致的遺傳損傷具有明顯的拮抗作用；付世景等[11]研究表明板藍根葉片和根對Cd的吸收隨Cd濃度的增加而增加，高濃度Cd對板藍根生長具有抑制作用。

從相關報道可看出低濃度Cd促進植物生長，高濃度Cd抑制植物生長，隨著土壤中Cd濃度的升高，直接影響植物正常生長，植物體內Cd的含量增加，生物量減少，間接地影響到人類生存[3-12]。植物為人類生產生活所必需，植物含Cd量過高，有可能導致人體中Cd的積累超過人所承受的量（60～70 μg/d），將會影響人的生理器官功能，導致各種疾病的產生。

本試驗研究皿培條件下不同Cd濃度對高粱屬牧草種子萌發及其生理特性的影響。嘗試從發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、根芽長、耐性指數等方面探索高粱屬牧草種子對重金屬Cd的反應機制，探討Cd對高粱屬牧草種子萌發的毒害性。為南方地區Cd脅迫條件下高粱屬牧草生產提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種：飼用高粱23402、飼用高粱26837、高丹草98456（產地：美國，推廣單位：中國農業科學院牧草與青貯發展研究中心）。

供試試劑：CdCl2·2.5H2O為分析純。

試驗設備：智能光照培養箱、電熱恒溫鼓風干燥箱、15 cm的培養皿、濾紙、鑷子、燒杯、直尺等。

1.2 試驗方法

1.3 數據處理與分析

2 結果與分析

2.1 重金屬Cd對3種高粱屬牧草種子萌發特性的影響

2.2 重金屬Cd對3種高粱屬牧草種子胚根胚芽比的影響

2.4 重金屬Cd對3種高粱屬牧草種子根、芽耐性指數的影響

3 小結與討論

3.1 小結

1）不同濃度Cd處理對兩種飼用高粱的發芽勢、發芽率及發芽指數均無顯著影響（P>0.05）；與對照相比，高濃度（30.0 mg/L）Cd處理對高丹草98456發芽指數及發芽勢有顯著抑制作用（P<0.05），且對3種高粱屬牧草胚根胚芽比、活力指數和耐性指數均有明顯的抑制作用。

2）3種高粱屬牧草中，飼用高粱23402耐Cd性最強，其次是飼用高粱26837，高丹草98456最低。

3.2 討論

1）種子萌發時期的生長狀況直接影響植物的生長和生物量。Cd是自然界中廣泛存在的一種重金屬微量元素，也是毒性最強的重金屬之一[2]。低濃度的Cd對植物生長有促進作用，而高濃度的Cd對植物生長有嚴重的抑制作用[3]。本試驗中，在不同Cd濃度處理下，飼用高粱23402和飼用高粱26837的發芽勢、發芽率及發芽指數均無顯著性差異（P>0.05）；高丹草98456的發芽率無顯著性差異（P>0.05）；與對照相比，高濃度（30.0 mg/L）Cd處理對高丹草98456的發芽指數及發芽勢有顯著影響（P<0.05）。與對照相比，飼用高粱23402在高濃度（30.0 mg/L）Cd處理下的種子萌發特性更強，可能與其耐高Cd能力有關；而高濃度（30.0 mg/L）Cd處理下，高丹草98456的萌發特性呈現下降趨勢。3種高粱屬牧草中，兩種飼用高粱較高丹草98456萌發特性強，其中以飼用高粱26837的萌發特性最強，原因可能是飼用高粱的耐Cd性要強于高丹草。

2）Cd對3種高粱屬牧草胚根和胚芽生長有明顯的影響。低、中Cd濃度（0.5和5.0 mg/L）對飼用高粱23402和飼用高粱26837的胚根胚芽比有促進作用，高Cd濃度（30.0 mg/L）對其有抑制作用；而隨著Cd濃度的增加，高丹草的胚根胚芽比呈降低的趨勢，說明Cd對高丹草胚根的抑制程度更大，高丹草的胚根耐Cd性較差。

3）低濃度（0.5 mg/L）Cd對飼用高粱23402的活力指數有促進作用，中、高濃度Cd處理（5.0和30.0 mg/L）對其活力指數均有抑制作用，且隨著Cd濃度的增加，抑制作用增大；隨著Cd濃度的增加，飼用高粱26837和高丹草98456的活力指數均逐漸下降，且濃度越大，抑制作用越強；3種高粱屬牧草在不同Cd濃度下，活力指數最高的是高丹草98456，其次為飼用高粱23402，最低的是飼用高粱26837。說明高丹草98456的發芽指數和幼苗長度顯著高于飼用高粱23402和飼用高粱26837，而飼用高粱23402發芽指數和幼苗長度高于飼用高粱26837的，這對以后的大田生產具有指導意義。

4）隨著Cd濃度的增加，3種牧草種子根、芽的耐性指數均明顯降低；飼用高粱在中、低Cd濃度（0.5和5.0 mg/L）下根耐性指數較高，在高Cd濃度（30.0 mg/L）下其芽耐性指數較高；在不同Cd濃度下，高丹草98456的根耐性指數均低于芽耐性指數；3種牧草種子在不同Cd濃度下，根耐性指數最高的是飼用高粱23402，其次為飼用高粱26837，最低的是高丹草98456。Cd對胚根生長的影響比胚芽更顯著，這與前人的研究結果一致[13]，原因可能是種子萌發后，根最先突破種皮吸水，這使根的重金屬累積量以及受脅迫時間均比胚芽大，根的耐性指數越高表明其耐Cd性越強。本試驗結果表明飼用高粱的耐Cd性高于高丹草的。

參考文獻：

[1] 安秀敏，張慶祥，李曉波，等.飼用高粱特點及其利用[J].黑龍江畜牧獸醫，1995（9）：20.

[2] 王秀麗，徐建民，姚槐應.重金屬銅、鋅、鎘、鉛復合污染對土壤環境微生物群落的影響[J]. 環境科學學報，2003，15（1）：25-29.

[3] 劉大林，張樹攀.高粱屬牧草對土壤重金屬鎘的響應及富集效應的研究[D]. 江蘇揚州：揚州大學，2010.

[4] 孫 哲，吳宏霞，唐麗娜.鎘對三種主要農作物毒害效應的研究進展[J].山東農業科學，2009（11）：86-89.

[5] 陳 瑛，李廷強，楊肖娥.不同品種大白菜對鎘的吸收積累差異[J].紹興文理學院學報，2010（7）：32-36.

[6] 陳世軍，韋美玉.鎘對辣椒幼苗生長與生理特性的影響[J].江蘇農業科學，2009（4）：180-182.

[7] 夏會龍，程文偉，池小雅.鎘脅迫對甘蔗生長及生理性狀的影響[J].中國土壤與肥料，2009（1）：42-45.

[8] 王 輝，張文會.不同濃度的鎘脅迫對大豆幼苗生長的影響[J].聊城大學學報（自然科學版），2008，21（3）：76-78.

[9] 和文祥，朱銘莪，張一平.土壤酶與重金屬關系的研究現狀[J].土壤與環境，2000，9（2）：139-142.

[10] 呂團偉，劉孟宇，李淑紅.中草藥五加皮和茯苓的拮抗鎘誘變作用[J].吉林大學學報（醫學版），2008（4）：598-600.

[11] 付世景，宗良綱，孫靜克.鎘污染板藍根生理指標的變化及其對鎘積累的研究[J].安徽農業科學，2007（3）：649-651.

[12] 趙 胡，鄭文教，陳 杰.土壤鎘污染對大蒜幼苗生長及根系抗氧化系統的影響[J].生態學雜志，2008，27（5）：771-775.

[13] 楊黎芳，樊文華.鈷對冬小麥幼苗生長及鈷含量的影響[J].植物營養與肥料學報，2004，10（1）：101-103.