Cd脅迫對不同類型甜瓜種子萌發的影響

孔維萍，程 鴻，岳宏忠

（甘肅省農業科學院蔬菜研究所，甘肅 蘭州 730070）

由于經濟的迅速發展，隨之而來環境重金屬污染也越來越嚴重。鎘（Cd）作為毒性較強的重金屬之一，其在土壤中的殘留以及對農作物的毒害機理等方面的研究越來越受到重視［1-2］。Cd通過生長介質被植物吸收后，對植物各器官組織產生不可逆的損傷。以白蘭瓜為主的甜瓜是甘肅省特色經濟產物之一，初步調查顯示，甘肅部分甜瓜產區的土壤及水體受到不同程度的Cd污染［3］。我們研究了Cd脅迫對不同類型甜瓜種子萌發的影響，旨在探討Cd對甜瓜的毒害效應，為Cd對甜瓜毒害機理研究、選育抗耐Cd新品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選取厚皮、薄皮、野生3種類型甜瓜種子為試材。厚皮甜瓜品系為16H80，薄皮甜瓜品系為16C28，野生甜瓜品系為16Y30，均為自選單系材料。試驗在甘肅省農業科學院蔬菜研究所實驗室進行。

1.2 試驗方法

挑選飽滿種子，55℃溫湯浸種10 min，置于底部鋪有2層濾紙的培養皿中，每皿30粒種子。培養皿中加2mL相應質量濃度的Cd溶液，Cd溶液質量濃度依次為 0、1、5、10、20、40、 100、200 mg/L。3次重復。每天定量補充處理液以保持濾紙濕潤，置于30℃暗箱培養，觀察統計發芽情況。

發芽率=（全部發芽種子數/供試種子總數）×100%

芽長：處理7 d后，取10粒萌發種子測量莖基部到頂芽的長度。

根長：處理7 d后，取10粒萌發種子測量基部至根系最尖端的長度。

鮮重：每處理隨機取10粒萌發種子，處理7 d后用濾紙洗干凈發芽種子上的殘留處理液，稱重（包括芽和初生根）。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度Cd脅迫對甜瓜種子發芽率的影響

不同濃度Cd脅迫3 d后，對照（Cd 0 mg/L）薄皮甜瓜的種子發芽率達到95%；野生甜瓜種子發芽率僅為43%，約為厚皮甜瓜發芽率的一半。這可能主要是各參試材料種子本身特性所致，野生甜瓜種子小且種殼較厚，厚皮甜瓜種子大而飽滿，薄皮甜瓜種子大小介于二者之間。Cd質量濃度為1 mg/L時，與對照相比，厚皮甜瓜發芽率提升約15%；而野生甜瓜基本與對照持平，薄皮甜瓜略有下降。而后隨著Cd質量濃度不斷增加，厚皮甜瓜種子發芽率基本穩定在70%左右；薄皮甜瓜和野生甜瓜種子發芽率均下降，在Cd質量濃度達最大值200 mg/L時，二者的發芽率較對照下降約40%，其中野生甜瓜種子發芽率最低，僅為3.3%（圖1）。

圖1 Cd脅迫3 d的甜瓜種子發芽率

不同濃度Cd脅迫不同類型甜瓜種子7 d后，Cd質量濃度≤50 mg/L時，Cd對甜瓜種子萌發沒有明顯影響，3類甜瓜種子發芽率均保持在95%以上。而后隨Cd質量濃度的增加，種子發芽率明顯下降，尤其野生甜瓜種子發芽率下降最明顯，在200 mg/L的Cd質量濃度下，發芽率僅為6.7%，野生甜瓜在Cd質量濃度50～100 mg/L下降幅最大。厚皮甜瓜和薄皮甜瓜種子芽率仍保持在65%以上（圖 2）。

圖2 Cd脅迫7 d的甜瓜種子發芽率

2.2 Cd脅迫對甜瓜種子芽長和初生根長度的影響

不同Cd質量濃度脅迫7 d后的結果表明，低濃度Cd脅迫對甜瓜種子萌發芽長有一定的促進作用，Cd質量濃度為1 mg/L時，薄皮甜瓜和野生甜瓜芽長均明顯優于對照。厚皮甜瓜萌發芽長在Cd質量濃度為10 mg/L時達最大值。隨Cd處理質量濃度繼續變大，參試甜瓜種子的萌發芽長均呈下降趨勢，尤其野生甜瓜降幅最大，200 mg/L的Cd質量濃度下芽長僅為對照的8%。Cd質量濃度≥50 mg/L時，厚皮甜瓜種子萌發芽長優于其它參試材料，野生甜瓜最小（圖3）。

圖3 不同濃度Cd脅迫下萌發甜瓜種子初生根長

Cd對甜瓜種子初生根呈明顯的抑制作用，且Cd脅迫對甜瓜種子初生根生長的抑制強于萌發芽長，高質量濃度Cd脅迫下容易產生“無根苗”。1 mg/L的Cd質量濃度下，野生甜瓜和薄皮甜瓜初生根長相比對照略有提升，而后隨Cd質量濃度增加，初生根長也相應下降，野生材料最為顯著，在高質量濃度（Cd≥100 mg/L）Cd脅迫下基本不能正常生成初生根。薄皮甜瓜對Cd脅迫也比較敏感，初生根在Cd≤50 mg/L時初生根長降幅較大。厚皮甜瓜初生根長隨Cd質量濃度增加一直下降，但其耐受性明顯高于其它參試材料（圖4）。

圖4 不同濃度Cd脅迫下萌發甜瓜種子根長

2.3 Cd脅迫對萌發甜瓜種子萌發鮮重的影響

Cd脅迫下甜瓜種子萌發鮮重較其它檢測指標穩定。低質量濃度Cd能有效提升甜瓜種子萌發鮮重，厚皮甜瓜在Cd質量濃度為10 mg/L時鮮重達最大值，是對照的1.35倍。而后隨Cd質量濃度增加萌發種子鮮重緩慢下降，薄皮甜瓜種子萌發鮮重在Cd≤25 mg/L時降幅較大，而后也呈緩慢下降趨勢。野生甜瓜在Cd質量濃度為1 mg/L時萌發種子鮮重稍有提升，而后隨Cd濃度增加緩慢下降。3種類型甜瓜種子的萌發鮮重隨Cd濃度提升變化不大（圖5）。

圖5 不同濃度Cd脅迫下萌發甜瓜種子鮮重

3 小結與討論

以薄皮、厚皮及野生3種類型甜瓜種子為試材，研究了不同濃度鎘（Cd）脅迫下甜瓜種子萌發差異。結果表明，Cd質量濃度≤50 mg/L時，對甜瓜種子發芽率沒有明顯影響。野生甜瓜種子對Cd脅迫最敏感，在200 mg/L的Cd脅迫下發芽率僅為6.7%；高質量濃度Cd脅迫下甜瓜種子胚根不能正常伸長，易產生無根苗。所有參試材料的初生根長度均隨Cd質量濃度增加而下降，而芽長均隨Cd質量濃度的增加均先升后降。Cd質量濃度≥50 mg/L時，初生根長和芽長的降幅較大。各甜瓜種子萌發鮮重對Cd脅迫相對比較穩定。總體而言，Cd質量濃度越大，對甜瓜種子萌發的抑制作用越強。Cd對甜瓜種子萌發的抑制作用因品種而異，所測各項指標均呈現厚皮甜瓜耐受性最高，野生甜瓜最低，薄皮甜瓜居中的趨勢。

重金屬Cd有很強的植物毒性，對植物種子、幼苗、成株期以及果實生長都有不同程度毒害作用。Cd對植物種子的萌發指標的影響一般表現為低濃度促進高質量濃度抑制的規律［4-5］，且同一物種的不同品種受Cd脅迫效應不同［6-7］。這與本研究結果相類似。

杜天慶等［8］對Cd脅迫小麥的研究、杜蘭芳等［4］對Cd脅迫豌豆種子的研究均得出，Cd對幼苗根生長的抑制作用大于莖。原因在于植物根系是吸收Cd的重要部位，直接與重金屬環境接觸，最先受到重金屬的毒害使根系活力下降，從而抑制了重金屬由根系上地上部轉移。本試驗中，高濃度Cd對甜瓜種子初生根的抑制強于萌發芽長，且在高濃度Cd處理下基本不能形成初生根，尤其野生甜瓜種子基本不能正常發芽。分析原因，可能是由于野生甜瓜種子小且殼較厚，發芽時間較長，發芽過程中吸收的Cd較多，受Cd毒害較嚴重。而厚皮甜瓜種子大而飽滿，其發芽勢明顯強于其它材料，能在短時間（2～3 d）萌發，其吸收的Cd也相應減少。

參考文獻：

［1］張玉秀，于 飛，張媛雅，等.植物對重金屬鎘的吸收轉運和累積機制［J］.中國生態農業學報，2008，16（5）： 1317-1321.

［2］宋 瑜，金 樑，曹宗英，等.植物對重金屬鎘的響應及其耐受機理［J］. 草業學報， 2008， 17（ 5）： 84-91.

［3］孔維萍，程 鴻.甘肅省沿黃灌區甜瓜種植區Cd殘留初步調查［J］. 甘肅農業科技， 2016（1）： 16-18.

［4］杜蘭芳，沈宗根，王立新，等. CdCl2對豌豆種子萌發和幼苗生長的影響［J］.西北植物學報，2007，27（ 7）： 1411-1416.

［5］宗憲春，張永樂，司徒琳莉，等.Cd脅迫對三種花卉種子萌發的影響［J］. 湖北農業科學， 2012， 51（ 4）：744-746.

［6］陳俊任，柳 丹，吳家森，等.重金屬脅迫對毛竹種子萌發及其富集效應的影響［J］.生態學報，2014，34（22） ： 6501-6509.

［7］陳新紅，葉玉秀，龐閏瑾.Cd、鉛及其互作對黃瓜種子發芽及幼根生長的影響［J］.北方園藝，2009（5）：13-16.

［8］DU T Q， YANG J Z， HE J P， CUI F Z.The pollution monitoring index system of wheat at different growth stages under the stress of Cd， Cr and Pb［J］.Acta Ecologica Sinica， 2010， 30（ 7）： 1845-1852.