鉛脅迫對硬粒小麥種子萌發及幼苗生長的影響

張雅+王林生

摘要： 以中引1320品種為材料，研究了硬粒小麥種子萌發及幼苗生長對金屬鉛（Pb）的響應。結果表明：低濃度鉛脅迫對硬粒小麥種子萌發和幼苗生長有促進作用，高濃度對其有抑制作用。50 mg/L Pb2+對發芽率、發芽勢、發芽指數、胚芽鞘伸長、芽長、根長、幼苗鮮重和干重有促進作用，活力指數對鉛脅迫反應較敏感；200 mg/L Pb2+對發芽指數表現出一定的增效作用，而對發芽率、發芽勢、芽長、根長、活力指數、幼苗鮮重和干重及胚芽鞘伸長均有明顯的抑制作用。鉛脅迫對硬粒小麥幼苗根的抑制作用大于對芽的抑制。

關鍵詞：鉛脅迫；硬粒小麥；種子萌發；幼苗生長

中圖分類號：S512.1+90.1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2015）03-0068-04

Effects of Pb Stress on Seed Germination

and Seedling Growth of Durum Wheat

Zhang Yali， Wang Linsheng*

（College of Agriculture， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， China）

AbstractThe effects of Pb stress on seed germination and seedling growth of durum wheat were studied with zhongyin 1320 as material. The results showed that the seed germination and seedling growth of durum wheat were promoted by lower concentration of Pb and inhibited by higher concentration of Pb. For example， the germination rate，germination potential，germination index，coleoptile length， bud length，root length，fresh weight and dry weight of seedlings were promoted by 50 mg/L Pb2+，and the vigor index was sensitive to Pb stress. The germination rate，germination potential，coleoptile length，bud length， root length，vigor index， fresh weight and dry weight of seedlings were obviously inhibited by 200 mg/L Pb2+， while the germination index increased to some extent. The inhibition of Pb stress on root was bigger than that on bud.

Key wordsPb stress；Durum wheat； Seed germination；Seedling growth

硬粒小麥是重要糧食作物之一，種植面積約占世界小麥播種面積的10%，僅次于普通小麥，居栽培小麥的第2位[1]。它含有豐富的抗病基因，具有較好的營養品質和加工品質，是制作通心粉食品的必要原料，具有重要的經濟價值，也是改良普通小麥的寶貴基因資源。與普通小麥雜交，把硬粒小麥中的優質、抗病等有益基因轉移到普通小麥，已培育出了許多優良普通小麥品種，在其遺傳改良中發揮了重要作用[2]。但有關硬粒小麥對重金屬脅迫的響應研究較少。本試驗以硬粒小麥中引1320為材料，探討不同濃度鉛脅迫對硬粒小麥種子萌發及其幼苗生長的影響，為進一步挖掘耐鉛基因資源、拓寬小麥抗逆育種基礎提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

硬粒小麥品種中引1320，由河南科技大學農學院小麥遺傳育種研究室提供。

1.2試驗方法

精選硬粒小麥種子，用2%次氯酸鈉消毒20 min，再用蒸餾水沖洗數次后放入培養皿，每皿均勻放置20粒，再分別加入5、50、200、300、400、500、600 mg/L的鉛（Pb2+）溶液，每個濃度設3次重復。之后置于溫度（25±2）℃、光照12 h/d、光照強度10 000 lx的培養箱中培養。發芽期間每隔24 h記錄1次，第4 d統計發芽勢，第7 d統計發芽率并計算發芽指數，第9 d測其幼苗鮮重和干重（每處理隨機挑選10株幼苗，先測其鮮重，然后用紙包好后于105℃烘箱中殺青30 min后80℃烘至恒重，冷卻后稱干重）。

芽長=所有發芽幼苗高度總和/發芽幼苗總數；

根長=所有發芽幼苗總根長/發芽幼苗總數；

發芽率（%）=7天內種子發芽數/供試種子數×100；

發芽勢（%）=4天內種子發芽數/供試種子數×100；

發芽指數（GI）=∑Gt/Dt，式中Gt為在t日的發芽數，Dt為發芽天數；

活力指數（VI）=GI×S，式中GI為發芽指數，S為幼苗高度。

胚芽鞘長度測量：選25～35 mm長的胚芽鞘切成5 mm的10段，分別放在不同鉛濃度的培養皿中，在25℃下避光培養，然后分別于24、48 h和72 h測量芽鞘切段長度。

2結果與分析

2.1鉛脅迫對硬粒小麥種子萌發的影響endprint

圖1、圖2顯示，低濃度鉛對硬粒小麥的發芽率和發芽勢有促進作用，當Pb2+濃度為50 mg/L時，發芽率和發芽勢分別為96.0%和99.0%，對照分別為83.1%和94.6%，分別比對照提高12.9個和4.4個百分點；當Pb2+濃度達到200 mg/L時，發芽率和發芽勢分別下降為82.6%和92.4%，分別比對照降低0.5個和2.2個百分點；隨著Pb2+濃度的增加，發芽率和發芽勢受抑制越來越明顯。

從圖3和圖4可知，Pb2+濃度為5、50、200 mg/L時，發芽指數均高于對照，分別比對照提高5.0%、18.7%和6.3%；隨著鉛濃度的繼續加大，發芽指數下降，濃度為300 mg/L時，比對照降低1.3%，400 mg/L時下降18.99%，之后趨于平穩。活力指數對鉛反應較敏感，隨著鉛濃度的升高活力指數明顯下降，鉛濃度為5、50、200、300、400、500、600 mg/L時，活力指數分別為對照的 89.4%、94.1%、78.2%、71.2%、70.6%、64.1%和41.2%。

2.2鉛脅迫對硬粒小麥胚芽鞘伸長的影響

不同濃度鉛處理5 mm胚芽鞘，在24、48 h和72 h分別測量胚芽鞘的長度，結果表明，低濃度鉛對胚芽鞘伸長有一定的促進作用。由圖5可以看出，50 mg/L鉛濃度時，胚芽鞘長度分別為9.3、10.0 mm和12.0 mm，對照分別為6.3、8.9 mm和11.4 mm，分別比對照增加47.6%、12.4%和5.3%；隨著鉛濃度的增加，對胚芽鞘伸長的抑制作用也越來越明顯，200 mg/L鉛濃度時，胚芽鞘長度分別為5.8、7.2 mm和9.4 mm，分別比對照降低7.9%、19.1%和17.5%；高濃度則嚴重抑制胚芽鞘的伸長。

2.3鉛脅迫對硬粒小麥幼苗生長的影響

圖6表明，低濃度鉛對硬粒小麥的芽長有促進作用，50 mg/L鉛處理后的第2、3、4、5、6 d測量，其芽長分別為10.1、32.1、57.5、75.3、91.5 mm，分別比對照增長9.8%、50.7%、38.8%、30.3%、22.7%；鉛濃度越高，對其芽長的抑制越明顯；400 mg/L鉛處理后的第2、3、4、5、6 d測量，其芽長分別為8.3、11.1、15.6、22.3、31.5 mm，分別比對照降低9.7%、47.9%、62.1%、61.4%、57.8%。

鉛對硬粒小麥幼苗根長的影響表現為低濃度對根生長有正向效應，高濃度則有明顯的抑制作用。由圖7看出，50 mg/L鉛處理第2、3 d測量，硬粒小麥幼苗根長分別為43.1 mm和75.3 mm，對照根長分別為28.5 mm和52.5 mm，比對照分別增加51.2%和43.4%；鉛濃度為400 mg/L時，第2 d和第3 d測量，其根長分別為10.1 mm和10.3 mm，分別比對照減少64.6%和80.4%。根對高濃度鉛脅迫的反應比芽更敏感。

由圖8和圖9看出，低濃度鉛對硬粒小麥幼苗鮮重、干重有促進作用，而隨著鉛離子濃度逐漸增大，對幼苗鮮重、干重的抑制作用越來越明顯。5 mg/L鉛濃度時，幼苗鮮重和干重分別為0.068 g/株和0.013 g/株，分別高于對照9.0%和18.0%；50 mg/L鉛濃度時，幼苗鮮重和干重分別為0.086 g/株和0.015 g/株，分別高于對照37.0%和36.0%；200 mg/L鉛濃度時，幼苗干鮮重明顯受到抑制，幼苗鮮重和干重分別為0.06 g/株和0.009 g/株，分別為對照的92.0%和88.0%。

3討論與結論

種子萌發和幼苗生長是植物生長發育的關鍵階段，也是植物較早接受重金屬脅迫的階段[3]。重金屬對植物種子萌發和幼苗生長的影響主要是通過阻礙植物細胞分裂和伸長，影響一些酶的活性，抑制組織蛋白質合成，降低光合作用和呼吸作用，損害細胞膜系統等產生的一系列影響，從而抑制植物的生長和發育[4]。

種子的萌發過程，實際上是細胞分裂與細胞體積增大的過程，這個過程需要源源不斷的物質和能量作基礎，而物質和能量主要來源于種子貯藏物質的分解與釋放，而貯存物質的分解需要一系列酶的參與[5]。重金屬對種子萌發的脅迫主要是抑制了酶的活性，阻礙了細胞的分裂和體積增大，表現在外部性狀便是發芽率、發芽勢降低，芽長和根長受到抑制，幼苗鮮、干重等指標下降。姚婧等[6]報道，低濃度鉛處理促進高羊茅種子萌發，高濃度鉛處理則顯著抑制種子萌發，這也得到本試驗的證實。

重金屬對幼苗生長的影響，除了表現在葉面積、葉片數、幼苗鮮重干重等形態指標外，也危害種子的根，造成根生理功能失調，營養吸收能力虧缺，從而進一步影響到幼苗地上部生長和干物質的積累。

參考文獻：

[1]張正斌. 小麥遺傳學[M]. 北京：中國農業出版社，2001.

[2]趙鵬濤，何振才，李高潮，等. 我國硬粒小麥育種研究概況及開發前景[J]. 陜西農業科學，2002（6）：19-21.

[3]張霞，李妍. 鉛脅迫對補血草種子萌發和幼苗初期生長及膜透性的影響[J]. 德州學院學報，2007，23（2）：23-25.

[4]張穎，高景惠. 鎘脅迫對紅三葉種子萌發及幼苗生理特性的影響[J]. 西北農業學報，2007，16（3）：57-59.

[5]王友保，劉登義，張莉，等. 銅﹑砷及其復合污染對黃豆影響的初步研究[J]. 應用生態學報，2001，12（1）：117-120.

[6]姚婧，陳雪梅，王友保. 鉛污染土壤對高羊茅種子萌發及幼苗生長的影響[J]. 上海交通大學學報，2008，26（1）：61-65.endprint