重金屬對萵苣種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

劉健暉　蔣伍玖　周東升　曹麗敏　任永霞

摘要：以萵苣（Lactuca sativa L.）種子為材料，采用水培方法研究了重金屬Cu、Cr、Pb對萵苣種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。結(jié)果表明，低濃度（10 mg/L）的Cu能促進萵苣種子萌發(fā)和幼苗生長，在高濃度時對萵苣生長有抑制作用。Cr對萵苣種子萌發(fā)和幼苗生長表現(xiàn)出的抑制作用最為明顯，且隨其濃度的升高，抑制作用急劇上升。Pb對萵苣種子萌發(fā)有延遲作用，對幼苗生長抑制作用明顯。經(jīng)3種不同重金屬處理后的萵苣種子，幼苗根長、芽長隨著重金屬濃度的增加而降低（10 mg/L Cu處理除外），3種重金屬對其毒害作用從大到小的順序為Cr、Pb、Cu。

關(guān)鍵字：萵苣（Lactuca sativa L.）；重金屬；種子萌發(fā)；幼苗生長

中圖分類號：S636.2；Q945 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0090-04

近年來，重金屬污染問題日益加劇，銅、鉻、鉛作為主要的重金屬污染成分已被國內(nèi)外廣泛關(guān)注[1-4]。銅是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一，但過量的銅會抑制植物光合作用，且引發(fā)葉色失綠，從而抑制植株生長[5-7]。鉻有強氧化性，是環(huán)境污染中的“五毒”元素之一，其在土壤中存在三價和六價2種，六價鉻比三價鉻毒性高100倍，且易被人體吸收且在體內(nèi)蓄積[8，9]。鉛是常見的有毒元素，它阻礙植物生長發(fā)育，主要表現(xiàn)在葉片表面的黃化、枯萎和植株的矮小，從而降低作物產(chǎn)量和質(zhì)量[10]。

萵苣（Lactuca sativa L.）為菊科一年生或二年生草本植物，其營養(yǎng)價值高，含豐富的鈣、磷、鐵，亦含維生素A原、VB1、VB2、VC、尼克酸、糖類及微量元素和食物纖維等。萵苣在中國栽培面積大，是深受大家喜歡的蔬菜。萵苣有增加產(chǎn)乳量、利尿治水腫、增進骨骼發(fā)育、白牙齒明眼目等作用[11]。試驗以萵苣種子為材料，研究Cu、Cr、Pb三種重金屬對萵苣種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期為研究重金屬對萵苣的毒害和治理重金屬污染提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試萵苣種子為“意大利皇冠生菜”，購自衡陽蔬菜種子公司。

1.2 方法

挑選均勻一致、色澤明亮的飽滿種子用體積分數(shù)70%的乙醇消毒3 min，去離子水洗干凈，最后用濾紙吸干水分。分別置于內(nèi)鋪2層濾紙、含有不同濃度重金屬溶液、直徑9 cm的培養(yǎng)皿中，每皿50粒種子，于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。每天噴去離子水，使培養(yǎng)皿內(nèi)保持濕潤，保證種子的正常發(fā)育。其中Cu以CuSO4、Cr以KCr2O3、Pb以Pb（NO3）2的形式提供，濃度梯度設(shè)置為0、10、50、100、150、200 mg/L，每處理3次重復(fù)。每天觀察和記錄種子發(fā)芽情況。7 d后計算總發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)?？偘l(fā)芽率（GP）=7 d已發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù)×100%；發(fā)芽勢（GE）=發(fā)芽初期4 d已發(fā)芽種子數(shù)的和/種子總數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt，Dt為發(fā)芽時間（d），Gt為與Dt相對應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)?；盍χ笖?shù)（VI）=發(fā)芽指數(shù)（GI）×芽長（cm）。14 d時測定萌發(fā)幼苗的根長、芽長和胚芽重。

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬Cu、Cr、Pb對萵苣種子萌發(fā)的影響

2.1.1 Cu對萵苣種子萌發(fā)的影響 由表1可知，與對照相比，Cu處理濃度<100 mg/L時，對萵苣種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢沒有顯著影響，且在濃度為10 mg/L時表現(xiàn)出輕微的促進作用，發(fā)芽率升至86.3%。當(dāng)Cu處理濃度≥150 mg/L時，對萵苣種子萌發(fā)產(chǎn)生一定的抑制作用，且隨著Cu濃度的升高，抑制作用更明顯。Cu處理濃度在150、200 mg/L時其發(fā)芽率分別降至73.0%、59.3%，與對照相比差異顯著（P<0.05）。發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也呈現(xiàn)與發(fā)芽率相同的趨勢，即Cu處理濃度為10 mg/L時表現(xiàn)為促進作用，而高濃度時則呈現(xiàn)抑制作用。這是由于萵苣種子在萌發(fā)過程中，主要依賴于種子內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)，對外源的其他物質(zhì)的利用率較低；另外，由于種皮的保護作用，只有少量的Cu2+進入種子，而Cu又是植物種子萌發(fā)必需的微量元素之一[12]，因此，在試驗設(shè)置的低濃度下對植物種子的萌發(fā)不具有毒害作用。

2.1.2 Cr對萵苣種子萌發(fā)的影響 由表1可知，與對照相比，當(dāng)Cr處理濃度為10 mg/L時，就表現(xiàn)出對萵苣種子萌發(fā)的抑制作用，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢下降幅度分別為12.4、11.7個百分點，與對照差異顯著。隨著Cr處理濃度的增加，萵苣種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢均呈明顯的下降趨勢，與對照相比抑制作用顯著。在Cr處理濃度≥150 mg/L時，與對照相比，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢降幅將近60個百分點。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也是隨Cr濃度的升高而顯著降低，且活力指數(shù)下降最明顯。在Cr處理濃度為200 mg/L時，其活力指數(shù)僅為3.4，為對照的3.5%。因此，隨著Cr處理濃度的增加，Cr對萵苣種子萌發(fā)的抑制作用更加明顯。

2.1.3 Pb對萵苣種子萌發(fā)的影響 由表1可以看出，與對照相比，Pb對萵苣種子發(fā)芽率的影響總體呈現(xiàn)出濃度≤50 mg/L時促進，濃度≥100 mg/L時出現(xiàn)抑制的現(xiàn)象。在10、50 mg/L的Pb處理濃度時，其發(fā)芽率均為86.3%，與對照相比上升1.6個百分點，但差異不顯著。隨著Pb處理濃度的升高，對萵苣種子的萌發(fā)開始呈現(xiàn)出抑制作用。當(dāng)Pb處理濃度上升至150、200 mg/L時，發(fā)芽率分別下降至67.7%、65.7%，降幅明顯，抑制作用顯著。隨著Pb處理濃度的增加，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)逐漸降低。Pb處理濃度為200 mg/L時，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別降至40.3%、18.4和17.3，且均與對照差異顯著。

與不同濃度Cu處理相比，相對于發(fā)芽率，不同濃度Pb處理萵苣種子的發(fā)芽勢變化較大，說明Pb對萵苣種子萌發(fā)具有較強的延遲作用。3種重金屬中，Cr對萵苣種子萌發(fā)的抑制作用最明顯。endprint

2.2 重金屬Cu、Cr、Pb對萵苣幼苗生長的影響

2.2.1 重金屬Cu、Cr、Pb對萵苣幼苗根長和芽長的影響 表2為不同濃度Cu、Cr、Pb對萵苣根長、芽長的影響。從表2可以看出，除了Cu在10 mg/L的濃度時有不明顯的促進作用外，其他不同濃度的Cu、Cr、Pb對萵苣幼苗的生長均有抑制作用，且與對照差異顯著。Cu在50、100、150、200 mg/L處理濃度時，其根長分別為對照的79.4%、51.0%、48.1%、31.4%，芽長分別為對照的91.3%、87.7%、80.1%、63.4%。Cr在不同處理濃度時，其根長分別為對照的83.3%、70.6%、33.3%、22.5%、14.7%，芽長分別為對照的91.4%、89.7%、70.4%、25.5%、16.9%。Pb在不同處理濃度時，其根長分別為對照的84.3%、70.6%、41.2%、34.3%、22.5%，芽長分別為對照的85.6%、76.1%、66.3%、65.0%、38.7%。從以上結(jié)果可知，根受到重金屬的抑制程度高于芽。從表2中根毛的形態(tài)和發(fā)生描述可以看出，在高濃度的重金屬處理下，萵苣幼苗根部受毒害狀況比較嚴重。

從圖1可以看出，萵苣幼苗根長變化明顯，根的生長受到嚴重的抑制。在高濃度重金屬處理下，有些幼苗幾乎無法辨認根部。芽也有抑制現(xiàn)象，如子葉張開程度受到抑制，幼葉上出現(xiàn)黑黃的斑點等。幼苗生長過程中，吸收水分和溶液中重金屬的主要是根，故毒害作用首先發(fā)生在根部。因此，在高濃度重金屬處理下，其幼苗幾乎只能看到子葉，根十分短小。從以上分析結(jié)果可以看出，重金屬對萵苣幼苗根的抑制作用比對芽的抑制更加顯著。其受毒害現(xiàn)象表現(xiàn)為根毛脫落，根尖萎縮發(fā)黑，且有些根呈現(xiàn)腐爛狀態(tài)。

2.2.2 重金屬Cu、Cr、Pb對萵苣幼苗鮮重的影響

14 d后，對經(jīng)過不同濃度Cu、Cr、Pb處理的已萌發(fā)的萵苣幼苗稱重，結(jié)果見圖2。由圖2可知，Cu處理濃度為10 mg/L時，鮮重與對照無顯著差異。在Cu濃度≥50 mg/L的條件下，鮮重降幅顯著。Cr、Pb脅迫下，在低濃度其鮮重與對照相比就差異顯著，隨著重金屬濃度的升高鮮重逐漸降低。Cr、Pb處理在相同濃度下，對幼苗鮮重的影響無顯著差異，但與同濃度的Cu處理以及對照比較，其幼苗鮮重降幅大，存在明顯差異。說明Cr、Pb對萵苣幼苗的生長有嚴重的抑制作用，且兩者相對于Cu脅迫作用更加明顯。

3 小結(jié)與討論

從試驗結(jié)果可以看出，Cu在低濃度下促進萵苣種子萌發(fā)，高濃度的情況下則抑制；Cr對萵苣種子萌發(fā)抑制作用最為明顯，且隨其濃度的升高，抑制作用急劇上升；Pb對萵苣種子萌發(fā)有延遲作用。Cu、Gr、Pb對幼苗生長均呈現(xiàn)抑制作用（10 mg/L Cu處理除外），且濃度越高抑制作用越明顯?？傮w分析，3種重金屬對萵苣的毒害作用從大到小為Cr、Pb、Cu；就重金屬脅迫下萵苣各部分受毒害程度而言，根部大于芽。

菀麗霞等[13]的研究表明，低濃度的Cu處理能促進油菜種子萌發(fā)、幼苗生長，而濃度≥100 mg/L時對油菜生長有抑制作用，結(jié)果與本試驗結(jié)果基本一致。王翰等[14]的試驗結(jié)果得出，Cu處理濃度變化并不影響蘿卜種子萌發(fā)率，但對幼苗根長、根毛的生長都產(chǎn)生了一定的抑制作用；與試驗中Cu對幼苗生長的影響結(jié)果相同，但其對種子發(fā)芽率的影響與試驗結(jié)果不同，選材的不同應(yīng)該是導(dǎo)致這種差異的原因。王丹等[15]的研究得出Cr對小白菜種子萌發(fā)的影響；耿廣東等[16]研究得出Cr對竹葉菜種子萌發(fā)及幼苗生長都有抑制作用；康維鈞等[17]研究得出Cr脅迫對蘿卜生長具有毒害作用。與該試驗研究的Cr對萵苣種子抑制作用都具有相同趨勢。張睿等[18]研究得出低濃度Pb脅迫可提高苦蕎種子的發(fā)芽率，隨著Pb濃度的增加，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢逐漸降低，其結(jié)論與試驗結(jié)果基本一致。

由以上可以得出，高濃度的Cu、Gr、Pb不僅對萵苣種子萌發(fā)及其幼苗生長有抑制作用，而且對其他的經(jīng)濟作物也具有極大的影響。因此，為提高經(jīng)濟作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，以及考慮到人體的健康，不僅需要嚴格控制各種重金屬污染物的排放，還需要對于不同的重金屬，依據(jù)其不同濃度對植物的毒害效果，制定不同的污染檢測指標。

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