老芒麥野生種質(zhì)材料芽期耐鉛性評價

李慧芳，袁慶華，趙桂琴

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070； 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)化水平的提高，各種來源的重金屬逐漸造成環(huán)境污染，其中，重金屬鉛對環(huán)境的污染尤為嚴(yán)重[1]。它隨汽車廢氣及城市污水排出而污染空氣和土壤[2]，鉛在土壤中沉積，積累到一定程度就會影響植物的生長發(fā)育和品質(zhì)[3-5]。

鉛對多種植物生長有害，對不同植物的危害程度也不同[6]。老芒麥(Elumussibiricus)作為一種常見禾本科牧草，對土壤狀況要求不嚴(yán)，根系入土深，抗寒性很強，是經(jīng)濟(jì)價值很高的牧草。選擇具有代表性的6份不同的老芒麥種質(zhì)作為試驗材料，探討重金屬鉛對其種子萌發(fā)的影響，為篩選出耐受重金屬鉛污染的老芒麥品種提供試驗依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試的6份老芒麥種子均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供，材料及來源見表1。

表1 試驗材料及來源

1.2 試驗方法

試驗共設(shè)6個處理，每處理3次重復(fù)。將供試種子用0.1%的升汞進(jìn)行消毒，蒸餾水沖洗數(shù)次，分別用0、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mol/L 6個不同濃度的Pb(NO3)2溶液浸種12 h，然后挑選大小均勻、籽粒飽滿的試驗種子排列于鋪有海綿和濾紙的培養(yǎng)皿，每個培養(yǎng)皿放置40粒種子。每日加入相對應(yīng)濃度的Pb2+溶液(對照種子用蒸餾水培養(yǎng))，保持濾紙濕潤。

1.3 指標(biāo)測定及方法

智能光照培養(yǎng)箱25 ℃培養(yǎng)。發(fā)芽期間每隔24 h記錄1次種子萌發(fā)數(shù)，以胚根突破種皮長度達(dá)到種子1/2時認(rèn)定為發(fā)芽種子，培養(yǎng)第4 d時統(tǒng)計發(fā)芽勢，第7 d統(tǒng)計發(fā)芽率，并計算發(fā)芽指數(shù)、耐性指數(shù)及活力指數(shù)[7-9]。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)

式中：Dt為發(fā)芽日數(shù)；Gt為與Dt相對應(yīng)時間的發(fā)芽種子。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0和EXCEL 2007對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉛濃度對老芒麥種子發(fā)芽率影響

種子的發(fā)芽率是植物受重金屬脅迫的一個基本指標(biāo)[7-10]。隨著Pb2+濃度的升高，除1號材料外，其余供試材料的發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢。說明低濃度的Pb2+對供試的禾本科牧草種子的萌發(fā)有刺激作用，能在一定程度上刺激種子的萌發(fā)，提高發(fā)芽率。1號和4號材料Pb2+處理下的種子發(fā)芽率均顯著低于對照，說明Pb2+對老芒麥種子的萌發(fā)有抑制作用。在Pb2+濃度為10 mol/L時，2號和5號材料發(fā)芽率較高，1號和4號材料的發(fā)芽率幾乎為零(表2)。

表2 不同鉛濃度下的發(fā)芽率的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.5)，下同

2.2 不同鉛濃度對老芒麥種子發(fā)芽勢的影響

不同Pb2+濃度對6份老芒麥種子的發(fā)芽勢都會產(chǎn)生一定的抑制作用，隨著Pb2+濃度的升高，抑制作用明顯增強，但是，不同品種的老芒麥種子萌發(fā)對Pb2+脅迫的敏感性存在顯著差異(表3)。當(dāng)Pb2+濃度為0.5 mol/L時，2號，3號和5號材料的種子發(fā)芽勢高于對照，但差異不顯著(P>0.05)。當(dāng)Pb2+濃度為10 mol/L時，各材料的發(fā)芽勢均最小，5號材料與其他相比最大為0.26，1號、3號為零。

2.3 不同鉛濃度對老芒麥種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)反映了發(fā)芽的快慢。隨著Pb2+濃度的增加，6份老芒麥種子的發(fā)芽指數(shù)的變化表現(xiàn)出2種趨勢，除了1號材料表現(xiàn)出直接下降的趨勢，其他材料均呈先上升后下降的趨勢。但材料間的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。當(dāng)Pb2+濃度為10 mol/L時，各材料為73%～99%。降幅最大的材料為3號(表4)。

2.4 不同鉛濃度對老芒麥種子活力指數(shù)的影響

活力指數(shù)可以衡量種子在逆境條件下的生產(chǎn)潛力[11]。隨著Pb2+濃度的增加，供試材料種子的活力指數(shù)除5號和6號外均明顯下降。6號材料在Pb2+濃度為1 mol/L時高于對照，并且達(dá)到峰值。當(dāng)Pb2+濃度為10 mol/L時，各材料下降為74%～100%，5號材料較其他材料表現(xiàn)好(表5)。

表3 不同鉛濃下的對發(fā)芽勢

表4 不同鉛濃度下的發(fā)芽指數(shù)

表5 不同鉛濃度下的活力指數(shù)

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明,Pb2+脅迫對6種老芒麥種子具有毒害作用,且不同材料種子忍受Pb2+脅迫的能力不同。發(fā)芽率和發(fā)芽勢的結(jié)果表明,不同Pb2+濃度的重金屬對植物生長產(chǎn)生不同的影響，低濃度時可提高種子的發(fā)芽，促進(jìn)幼苗生長，隨著重金屬濃度的增加，植物的生長受到了抑制。這與前人有關(guān)Pb2+對植物種子萌發(fā)影響的研究結(jié)果一致[12，13]。這是因為Pb2+通過抑制種子萌發(fā)過程中蛋白酶和淀粉酶活性、呼吸強度，降低儲存物質(zhì)分解速度，使種子萌發(fā)所需物質(zhì)和能量供應(yīng)受阻，從而影響種子萌發(fā)[14]。

隨著鉛濃度的增加，部分材料的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢，另一部分呈先上升后下降的趨勢。說明不同的老芒麥品種對Pb2+脅迫的敏感度不同。研究表明[15-17],植物在重金屬鉛污染條件下,植物體會產(chǎn)生過量的對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能起破壞作用的活性氧自由基。這些過剩的活性氧使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)過氧化作用加強,內(nèi)源抗氧化能力減弱,膜通透性增大。

通過對6份老芒麥的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的分析比較，得出5號材料河北沽源縣的老芒麥品種對Pb有較強的耐受性，2號材料河北省霧靈山的老芒麥品種表現(xiàn)出了對Pb耐性較弱。其他材料介于兩者之間。因此,5號材料河北省沽源縣的老芒麥品種可以作為Pb污染地區(qū)的備選品種。但要對重金屬污染區(qū)域進(jìn)行環(huán)境的生物修復(fù)時,不僅需要植物自身具有較高的抗脅迫能力,還應(yīng)能比較好地富集重金屬污染物,以徹底清除重金屬對環(huán)境的危害。

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