鑭對鉛脅迫下綠豆種子萌發和幼苗生長的緩解作用

陳細香 鄭巧藝 鄧倩等

摘要[目的]研究不同濃度鑭（La）對鉛（Pb）脅迫下綠豆種子萌發和幼苗生長的作用。[方法]綠豆中綠1號為試材，以蒸餾水為對照（CK），研究在15 mg/L Pb脅迫下，0、5、15、25、50、100 mg/L La對綠豆種子的萌發率、發芽勢、發芽率、發芽指數和幼苗根長、莖長及葉綠素和VC含量的影響。[結果] 低濃度（5～15 mg/L）的La能夠緩解Pb脅迫對綠豆幼苗的毒害，隨著La濃度的增加，緩解效果越好；當La濃度大于15 mg/L時，對Pb的緩解作用逐漸減弱，當La濃度為100 mg/L時與Pb協同迫害綠豆幼苗的生長。[結論]15 mg/L La對15 mg/L Pb脅迫下綠豆種子的毒性緩解效果最佳。

關鍵詞鑭；鉛脅迫；萌發；葉綠素；維生素C；緩解作用；綠豆

中圖分類號S522文獻標識碼A文章編號0517-6611（2016）04-071-03

Relaxation Effects of Lanthanum on the Seed Germination and Seedling Growth of Vigna radiata under Lead Stress

CHEN Xixiang1，2， ZHENG Qiaoyi1， DENG Qian1 et al（1. College of Chemistry and Life Science， Quanzhou Normal University， Quanzhou， Fujian 362000； 2. Key Laboratory of Molecular Biology and Pharmaceutical Chemistry， Quanzhou Normal University， Quanzhou， Fujian 362000）

Abstract[Objective] To research the relaxation effects of different concentrations of lanthanum on the seed germination and seedling growth of Vigna radiata under lead stress. [Method] By using V. radiata Zhonglv 1 as the research material， we detected the effects of 0， 5， 15， 25， 50 and 100 mg/L lanthanum on the chlorophyll content， Vc content， seed germination rate， germination vigor， germination index， seedling root length and stem length， with distilled water as the control （CK）. [Result] Lanthanum at low concentration （5-15 mg/L） relaxed the toxic effects of lead stress on V. radiata seedlings. With the increase of lanthanum concentration， relaxation effects became better. When the lanthanum concentration was greater than 15 mg/L， relaxation effects gradually reduced. When lanthanum concentration was 100 mg/L， V. radiata seedlings stooped growing. [Conclusion] 15 mg/L lanthanum has the optimal toxic relaxation effects on V. radiata seedling under 15 mg/L lead.

Key wordsLanthanum； Lead stress； Germination； Chlorophyll； Vitamin C； Relaxation effects； V. radiata

1材料與方法

1.1試驗材料供試綠豆品種為中綠1號，購自福建省泉州市豐澤區某種子店。供試試劑為硝酸鉛、氯化鑭、純丙酮、95%乙醇、濃硫酸、草酸、鹽酸、硫脲、2，4二硝基苯肼、石英砂、碳酸鈣粉、抗壞血酸、活性炭，均為國產分析純試劑。

供試儀器為SPX250BZ培養箱、UN759紫外-可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）、HH6電熱恒溫水浴鍋（常州國華電器有限公司）、FA2104N電子天平（上海菁海儀器有限公司）。

1.2試驗設計挑選顆粒飽滿、大小均勻一致的綠豆種子，用30%H2O2溶液消毒20 min，用蒸餾水反復沖洗3次，將處理過的種子用蒸餾水浸泡（3∶5），于23 ℃浸種6 h。將浸泡過的種子置于底部墊有濾紙、直徑12 cm的培養皿中，每個培養皿50粒種子。共設7個處理，即CK：蒸餾水；T0：15 mg/L Pb（NO3）2；T1：15 mg/L Pb（NO3）2和5 mg/L LaCl3；T2：15 mg/L Pb（NO3）2和15 mg/L LaCl3；T3：15 mg/L Pb（NO3）2和25 mg/L LaCl3；T4：15 mg/L Pb（NO3）2和50 mg/L LaCl3；T5：15 mg/L Pb（NO3）2和100 mg/L LaCl3）。每處理設3個平行，分別置于25 ℃光照強度為2 000 lx的培養箱中，每8 h觀察1次，及時補充培養皿中的水分，前4天避光培養，后6天光照幼苗。

1.3指標測定每處理隨機抽取10株樣品測量綠豆幼苗根長與莖長；采用丙酮-乙醇混合法提取葉片中的葉綠素，計算葉綠素總含量[7]；采用2，4二硝基苯肼比色法測定VC含量[8]。

綠豆種子萌發數、發芽數、成苗數的統計[9]：

萌發率（%）=（萌發的種子數/試驗的種子數）×100

發芽勢（%）=（達到高峰期時發芽的種子數/試驗的種子數）×100

發芽率（%）=（發芽的種子數/供試的種子數）×100

發芽指數（GI）=（∑Gt/Dt），式中，Gt為在t日內的發芽數；Dt為相應的發芽天數。

成苗率（%）=（成苗的種子數/試驗的種子數）×100

1.4數據統計數據以平均數±標準誤（Mean±S.E.）表示，用單因素方差分析方法及Duncuns 法對組間數據進行差異性顯著分析；統計軟件為SPSS 19.0 for windows，作圖軟件為OriginPro 7.5。

2結果與分析

2.1La對Pb脅迫下綠豆種子萌發及生長特性的影響

2.1.1對萌發率的影響。由表1可知，與CK相比，處理T0的萌發率降低了26.00%，差異達顯著水平（P<0.05），說明15 mg/L Pb在一定程度上抑制了綠豆種子的萌發，對種子有毒害作用。與T0相比，T1、T2、T3種子萌發率分別提高了27.02%、29.73%、25.27%（P<0.05）；與CK比，T1、T2、T3的種子萌發率差異不顯著（P>0.05），說明該濃度范圍內，La能夠緩解15 mg/L Pb對綠豆種子的毒害效應，且萌發率達到未受到Pb脅迫時的水平，其中，15 mg/L La（T2）對Pb脅迫下綠豆種子萌發的緩解作用最明顯，種子萌發率達96.00%；與T0相比，T4、T5種子萌發率分別提高了20.69%和5.41%，但差異不顯著（P>0.05），這說明隨著La濃度的升高，La對Pb的緩解作用逐漸減弱。

2.1.2對發芽勢的影響。由表1可知，與CK相比，T0的發芽勢降低了44.78%（P<0.05），說明15 mg/L Pb在一定程度上抑制了綠豆種子的萌發，對種子有毒害作用；與T0相比，T1、T2、T3、T4的發芽勢均有所提高，但各處理間差異不顯著（P>0.05），說明15 mg/L Pb脅迫下，5～50 mg/L La對綠豆種子的發芽勢無明顯影響；與T0相比，T5的發芽勢降低31.96%，說明La與Pb共同抑制了種子的萌發。

2.1.3對發芽率的影響。由表1可知，T0的發芽率比CK降低了16.70%，說明15 mg/L Pb在一定程度上可抑制綠豆種子的萌發，對種子有一定毒害作用；隨著La濃度的升高（T1、T2、T3、T4），綠豆種子的發芽率與T0相比有所提高，但只有T2與T0達顯著差異水平（P<0.05），且與CK差異不顯著（P>0.05），說明該濃度范圍內，15 mg/L La緩解了15 mg/L Pb對綠豆種子的毒害作用，且種子的發芽率達CK水平；T5的發芽率比T0降低7.20%，說明高濃度的La對綠豆種子表現出一定毒害作用。

2.1.4對發芽指數的影響。由表1可知，T0的發芽指數比CK降低了16.64%，說明15 mg/L Pb對種子有毒害作用；隨著La濃度的升高，綠豆種子的發芽指數先升高后降低，T2達最大值，比T0增加15.93%（P<0.05），且與CK差異不顯著（P>0.05），說明15 mg/L La緩解Pb毒性的效果明顯，且能恢復到CK水平；T5比T0下降20%（P<0.05），說明T5對綠豆種子表現出一定毒害作用。

2.1.5對成苗率的影響。由表2可知，T0的成苗率較CK降低了14.46%（P<0.05），這說明15 mg/L Pb對種子有一定毒害作用；隨著La濃度升高，成苗率先上升后下降，T2達到峰值，達92.70%，與CK無顯著差異（P>0.05），說明15 mg/L La緩解Pb毒性的效果最為明顯，且恢復到未受Pb脅迫的水平；在低濃度（T0、T1、T2），成苗率隨著La濃度的升高而提高，在高濃度（T3、T4、T5），成苗率隨著La濃度的升高而下降，甚至在高濃度（T5）下，綠豆種子的成苗率比T0下降了7.57%，說明高濃度的La不但不能緩解Pb對種子的毒害，還與Pb共同表現出對種子的毒害作用。

2.1.6對幼苗根長與莖長的影響。由表2可知，與CK相比，T0的根長與莖長分別降低了59.45%和10.73%，抑制了綠豆根（P<0.05）和莖（P>0.05）的伸長，說明15 mg/L Pb對綠豆種子有一定毒害作用；加入La后（T2、T3、T4），與T0相比，綠豆幼苗根長總體呈增加趨勢，T2比T0增加了257.28%（P<0.05），達到CK水平（P>0.05），說明該濃度下La對Pb毒性的緩解作用明顯；T2的莖長比CK增加了33.04%，促進了莖的生長（P<0.05）；隨著La濃度的升高（T2、T3、T4），綠豆的根長與莖長呈下降趨勢，相關系數分別為0.983和0.979，說明隨著La濃度的升高，La對Pb的毒性緩解作用逐漸減弱，在高濃度（T4和T5）表現出抑制作用，說明La僅在一定濃度內對Pb的毒性有一定的緩解作用。

2.2La對Pb脅迫下綠豆幼苗生理特性的影響

2.2.1對葉綠素含量的影響。從圖1可以看出，與CK比，T0的綠豆葉綠素含量下降了21.10%（P<0.05），說明該濃度下Pb對綠豆有一定毒害作用；T2處理下，綠豆葉綠素含量較T0增加了12.10%，且與CK差異不顯著（P>0.05），說明15 mg/L La緩解了Pb的毒害作用，且能恢復到未受Pb脅迫時的水平；T1、T3、T4處理下葉綠素含量與T0相比未達到顯著差異水平（P>0.05），與CK相比也未達到顯著差異（P>0.05），說明該處理能恢復到CK水平，對Pb對綠豆幼苗的毒害有一定緩解作用。

3結論與討論

（1）該研究結果表明，15 mg/L Pb對綠豆種子的萌發率、發芽率、發芽勢、發芽指數、成苗率均有較明顯的影響，表明其抑制了綠豆種子的萌發；同時也抑制了綠豆幼苗根和莖的生長，表明該濃度下Pb對綠豆有一定毒害作用。加入一定濃度的La后，綠豆種子的萌發率、發芽率、發芽勢、發芽指數、根長及莖長均有一定程度的增加，表明La可以在一定程度上可緩解15 mg/L Pb對綠豆種子的萌發及根、莖生長過程所造成的影響，但是La對Pb毒性的緩解作用并不隨著La濃度的升高而增強，其中La濃度為15 mg/L時緩解作用最為明顯，較高濃度時，緩解作用逐漸減弱，甚至與Pb共同表現出毒害作用，這說明適量的La可以緩解Pb對植物的迫害。金璉等[10]研究證明，低濃度的La能提高Pb脅迫下小麥種子的萌發率、發芽指數，促進根長、莖長的伸長，對小麥的生長有一定促進作用；高濃度La抑制小麥種子的萌發率，與Pb協同迫害小麥的生長，這與筆者研究結果相似。

（2）15 mg/L Pb對綠豆幼苗合成葉綠素有一定抑制作用，15 mg/L La能緩解Pb對其的抑制，其他濃度無明顯的緩解效果。杜蘭芳等[11]研究表明，低濃度La對20 mg/L Pb脅迫下的豌豆幼苗有促進葉綠素合成的作用，能緩解Pb的毒性，這與該研究結果相似。15 mg/L Pb對VC含量也有顯著影響，但是加入La后并未明顯提高綠豆VC的含量，可見，La對Pb毒性的緩解作用未表現在全部方面。

（3）15 mg/L La對15 mg/L Pb脅迫下的綠豆種子的毒性緩解效果最明顯，適量的La能減輕Pb污染對植物的迫害。郭伯生[12]研究表明，適量的La可以促進植物的生長。因此，進一步探究La與植物生長發育之間的關系及La與重金屬元素的關系，有效發揮La對重金屬的緩解毒害機理以及La對植物生長的促進機理，是今后稀土農業的研究方向。

參考文獻

[1] 正苗，李靜，徐建明，等.杭州市郊蔬菜基地土壤和蔬菜中Pb、Zn和Cu含量的環境質量評價[J].環境科學，2006（27）：742-747.

[2] ZHENG N，WANG Q C，ZHENG D M.Health risk of Hg，Pb，Cd，Zn.and Cu to the inhabitants around Huludao zinc plant in China via consumption of vegetables[J].Science of the total environment，2007，383：81-89.