重金屬鉻對苦蕎種子萌發及幼苗生長的影響

張睿

（山西大同大學生命科學學院，山西大同037009）

重金屬鉻對苦蕎種子萌發及幼苗生長的影響

張睿

（山西大同大學生命科學學院，山西大同037009）

鉻（Cr）是土壤重金屬污染源之一，對土壤、植物、動物及人體均有巨大危害。以苦蕎種子為試驗材料，研究經不同質量濃度重鉻酸鉀催芽后種子的發芽率、發芽勢及幼苗葉片葉綠素含量、過氧化氫酶活力變化情況。結果表明，當重鉻酸鉀質量濃度較低（5～10 mg/L）時，苦蕎種子發芽率、發芽勢與對照組相比均無顯著差異；當重鉻酸鉀質量濃度較高（≥15 mg/L）時，苦蕎種子發芽率、發芽勢均隨著重鉻酸鉀處理質量濃度增加而降低；重鉻酸鉀處理質量濃度范圍內（5～35 mg/L），苦蕎幼苗葉片中葉綠素含量隨著處理質量濃度的增加而降低，而過氧化氫酶活力隨著處理質量濃度的增加而增加。

鉻；苦蕎；種子萌發；幼苗生長

近年來，隨著工業生產的迅速發展以及農田污灌的加劇，大量的重金屬如汞、鉻、鉛、鎘、砷等進入環境，由此所引起的土壤重金屬污染不僅對植物產生了毒害，更通過食物鏈影響人類的身體健康和生命安全。重金屬鉻是人體和動物所必需的微量元素之一，對植物生長也有刺激作用，但同時也是環境污染中的“五毒”元素之一[1]，其在土壤中存在的氧化態有三價和六價2種，六價鉻因其移動性及毒性均強于三價鉻且可致癌而倍受關注[2]。目前，已有許多關于鉻對農作物生長發育影響的研究報道[3-10]。苦蕎（Fagopyrum tartaricum Gaertn）別名烏麥、花麥，隸屬蓼科蕎麥屬，是自然界少有的藥食兩用作物，具有極高的經濟價值和開發前景。已有研究表明，重金屬銅、鉛對苦蕎種子萌發有抑制作用[11]，但目前尚未見重金屬鉻對其生長發育方面影響的研究報道。

本試驗以苦蕎種子為材料，研究不同質量濃度重鉻酸鉀處理后，苦蕎種子萌發及幼苗生長的變化情況，以期為重金屬對苦蕎及其他農作物的毒害機制研究奠定基礎，并為農業生產上預防和檢查重金屬對作物幼苗生長的有害效應、合理規劃農業生產、制定保護農業生態環境對策等提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 化學試劑重鉻酸鉀、95%乙醇、H2O2、硫酸、碘化鉀、鉬酸銨、硫代硫酸鈉等。

1.1.2 供試種子供試苦蕎種子晉蕎2號由山西省農業科學院高寒區作物研究所提供。

1.2 試驗方法

挑選籽粒飽滿的苦蕎種子，放于0.01 mol/L H2O2溶液中消毒10 min，之后用自來水清洗3次，最后用蒸餾水清洗。分別用5，10，15，20，25，30，35mg/L的重鉻酸鉀溶液浸種過夜，以蒸餾水作對照。將浸種后的苦蕎種子整齊地置于鋪有雙層濾紙的培養皿中，每個培養皿100粒種子，各處理組重復3次。之后放于25℃恒溫光照培養箱中暗培養3 d，出芽后改為光照培養。期間每天需向每個培養皿中補加3 mL相應質量濃度的重鉻酸鉀溶液。

1.3 指標測定

發芽期間每24 h統計一次發芽情況（以胚根突破種皮為準），第4天統計發芽勢，第7天統計發芽率[12]。10 d后，根據華東師范大學《植物生理學實驗指導》[13]的方法，測定幼苗葉片中葉綠素的含量。11d后，采用滴定法[14]測定過氧化氫酶活力，以1 min內單位質量鮮葉組織分解H2O2的毫克數為一個酶活力單位。

1.4 數據分析

數據的統計分析采用SPSS軟件中的Duncan's多重比較方法。

2 結果與分析

2.1 重鉻酸鉀對苦蕎種子萌發的影響

表1 不同質量濃度重鉻酸鉀處理后苦蕎種子的發芽勢、發芽率比較

從表1可以看出，六價鉻對苦蕎種子萌發指標（發芽勢、發芽率）的影響均表現為：低質量濃度時無影響，高質量濃度時抑制。當重鉻酸鉀質量濃度小于等于10 mg/L時，所測苦蕎種子的萌發指標與對照相比均無顯著性差異。之后，隨著重鉻酸鉀處理質量濃度的升高，苦蕎種子的2個萌發指標逐漸降低，且各處理間差異顯著。

2.2 重鉻酸鉀對苦蕎幼苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素a、葉綠素b是植物進行光合作用所必需的2種色素，其含量的高低能反映植物進行光合作用的強弱。由表2可知，經不同質量濃度重鉻酸鉀處理后，苦蕎幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b含量均隨重金屬處理質量濃度的增加而降低。當重鉻酸鉀質量濃度較低（5～10 mg/L）時，各處理幼苗葉片中2種葉綠素含量與對照相比有下降趨勢，但均無顯著差異。當重鉻酸鉀質量濃度較高（15～35 mg/L）時，各處理幼苗葉片中2種葉綠素含量均明顯降低，且與對照相比有顯著差異。分析其原因可能是由于重金屬離子抑制了植物細胞中葉綠素合成酶以及一些參與光合作用的酶的活性，進而影響葉綠素的合成[15]。

表2 不同質量濃度重鉻酸鉀對苦蕎幼苗葉片葉綠素含量的影響

2.3 重鉻酸鉀對苦蕎幼苗葉片過氧化氫酶活力的影響

過氧化氫酶的生物學功能主要是催化細胞內過氧化氫分解成水和氧，防止過氧化，是生物體內重要的防御酶系之一[16]。生物體在進行呼吸代謝的過程中會產生大量的過氧化氫，傷害細胞中正常的生物大分子，重金屬對植物的毒害很可能就是通過產生過多的過氧化氫，使植物體內的酶系統發生紊亂，抗性機制不再起作用，從而表現出毒害癥狀甚至死亡[17]。從圖1可以看出，苦蕎幼苗過氧化氫酶活性隨著重鉻酸鉀處理質量濃度的增加而增加。說明苦蕎幼苗正在利用自身的抗性機制來適應受重金屬脅迫的有害環境。

3 結論與討論

本研究結果表明，隨著重鉻酸鉀處理質量濃度的增大，苦蕎種子發芽率、發芽勢及幼苗葉片中葉綠素含量逐漸下降，而幼苗葉片中過氧化氫酶活力卻逐漸升高。說明重金屬鉻對苦蕎種子萌發及幼苗生長產生了一定的毒害作用，且苦蕎對重金屬鉻的毒害也表現出一定的抗性。重金屬鉻對苦蕎種子萌發的毒害，可能是通過抑制種子中淀粉酶、蛋白酶的活性進而影響苦蕎種子的營養代謝，降低營養利用能力而產生的[18]。因而，今后需進一步研究重金屬脅迫對苦蕎種子中淀粉酶、蛋白酶、酸性磷酸酯酶等的影響，以期為重金屬對苦蕎的毒害機制研究提供新的依據。

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Effect of Cr on the Seed Germination and Seedling Growth of Tartary Buckwheat

ZHANG Rui
（College of Life Sciences，Shanxi Datong University，Datong037009，China）

Cr is one of the heavy metal pollution sources of soil.It is dangerous to the soil,plant,animal and human body.In this paper,tartary buckwheat seeds were used as experimental material to study the effect of different concentration of K2Cr2O7on the germination rate,germination vigor of the seed and the chlorophyll content,catalase activity of the seedling.The results showed that,when the concentration of K2Cr2O7was between 5 mg/L and 10 mg/L,the germination rate and germination vigor of the tartary buckwheat seeds were no significant differences compared with control group,when the concentration of K2Cr2O7was higher than 15 mg/L（including 15 mg/L）,the germination rate and germination vigor of the seeds were severely inhibited,and the inhibition degree increased with the concentration of K2Cr2O7.When the concentration of K2Cr2O7was between 5 mg/L and 35 mg/L,the chlorophyll content of the seedling reduced with the increasing of the concentration used,but the catalase activity of the seedling increased with the increasing of K2Cr2O7used.

Cr；tartary buckwheat;seed germination;seedling growth

S517

A

1002-2481（2016）02-0172-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.02.10

2015-10-17

山西大同大學青年科學基金研究項目（2014Q05）

張睿（1983-），女，山西天鎮人，講師，碩士，主要從事生化毒理方面的研究工作。