重鉻酸鉀對綠豆種子萌發及幼苗部分生理指標的影響

胡心儀，蔣志文，楊子暉，徐盛世，吳文培，齊文靖

摘要：采用單因子試驗方法，以 0mg/L、50mg/L、150mg/L和300mg/L四種不同濃度的重鉻酸鉀溶液對綠豆種子進行處理，探討其對綠豆種子萌發及幼苗生長指標的影響。結果表明：不同處理重鉻酸鉀對綠豆幼苗的根長和莖長的生長以及鮮重的積累有明顯抑制，并與重鉻酸鉀濃度呈正相關。同時，萌發綠豆的可溶性糖和可溶性蛋白含量隨著重鉻酸鉀濃度的增加而增加，兩者呈正相關。本文為深入了解重金屬鉻離子對農作物的毒害機制提供了理論依據。

關鍵詞：重鉻酸鉀；綠豆；萌發；可溶性糖；可溶性蛋白

基金項目：吉林省教育廳“十三五”科學技術項目JJKH20170656KJ；長春師范大學自然科學基金項目2015-001；2017年大學生創新創業訓練計劃項目201710205074

中圖分類號： S154.1 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.18.019

隨著我國工業化和農業現代化的快速發展，許多有毒重金屬以水、氣、渣、肥、藥等多種形態進入土壤環境，其不斷地積累造成土壤的嚴重污染。研究資料表明，銅（Cu）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鋅（Zn）、鈷（Co）和汞（Hg）等重金屬主要影響植物生長發育和代謝。鉻（Cr）是有毒重金屬元素之一，也是環境中主要的重金屬污染物之一。土壤中過量Cr 的積累會對植物的生長產生不利的影響。同時，還可以通過植物根系的吸收在植物體內富集，并且通過食物鏈進入人體和動物體內，最終危害其健康。另外，鉻還是一種嚴重的致癌物質[1-4]。

綠豆具有較高的經濟價值和生態效益。綠豆適應性強，生育期短，常作為開墾荒地的先鋒作物和減災作物。綠豆生長受多方面因素影響，如溫度、光照、水分、土壤及其養分等方面，其中土壤成分中的重金屬離子含量對綠豆生長有顯著的影響[5]。目前，關于鉻離子對種子的影響主要集中在對萌發指標的研究，而對其幼苗生理指標的研究較少。本文研究內容的闡明，為深入了解土壤中重金屬污染對綠豆生長的毒害機制提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1試驗材料 洮南綠豆購自長春市蔬菜種子供應站。

1.1.2化學試劑與儀器 K2CrO7、葡萄糖、標準蛋白（BSA）、考馬斯亮藍G-250 、分光光度計、光照培養箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 選取籽粒飽滿的綠豆種子，置于5%次氯酸鈉溶液中消毒處理5min，將其置于鋪有雙層濾紙的培養皿（d=9cm）中，每皿20粒，播種間隔一致。然后在培養皿中分別加入20mL不同濃度浸提液，以蒸餾水作為對照，每個處理重復3次，于光照16h/25℃和黑暗8h/15℃條件下的光照培養箱中進行萌發試驗，每天定時更換處理液以保證溶液濃度不變。以胚根長度等于自身長度1/2視為發芽，每天記錄種子發芽情況，直至連續3d無新增加發芽數為止。發芽結束后，隨機選取每個處理的綠豆種子30株，用直尺分別測量胚根和胚芽長及植株的干重和鮮重。

1.2.2 發芽勢及發芽率的測定 發芽勢=（第3d供試種子的發芽數/供試種子數）×100%

發芽率=（第6d供試種子的發芽數/供試種子數）×100%

1.2.3 可溶性糖和可溶性蛋白的測定 分別采用蒽酮法[5]和考馬斯亮藍染色法[6]測定植株的可溶性糖和可溶性蛋白的含量。

1.3數據分析

采用Graphpad 6 和Excel 2003 處理軟件對數據進行統計分析和做圖。用Duncan進行方差分析和多重比較。

*，P<0.05；**，P<0.01；***，****，P<0.001。

2 結果與分析

2.1 重金屬鉻離子脅迫對綠豆萌發的影響

發芽勢代表種子發芽的整齊程度。由圖1可以看出，在不同濃度重鉻酸鉀溶液脅迫下綠豆種子的發芽勢和發芽率與對照組相比均有所降低，其中150mg/L重鉻酸鉀處理組中綠豆的萌發勢和萌發率下降較為明顯。然而，各個處理組之間并沒有顯著性差異。

2.2 重金屬鉻離子脅迫對萌發綠豆根莖長和生物量的影響

從圖2A可以看出，不同濃度重鉻酸鉀脅迫下綠豆苗的莖長相較于空白組均明顯下降。其中，50mg/L和300mg/L重鉻酸鉀處理組中萌發綠豆的莖長與對照組相比顯著下降（P<0.01）。150mg/L重鉻酸鉀處理組中萌發綠豆的莖長與對照組相比有所下降（P<0.05）。另外，不同濃度重鉻酸鉀處理組中綠豆幼苗的根長與空白組相比呈遞減趨勢。其中，150mg/L重鉻酸鉀處理組中綠豆幼苗的根長明顯降低（P<0.05），而300mg/L重鉻酸鉀處理組中綠豆幼苗的根長受到顯著抑制（P<0.001），如圖2B。

從圖2C中可以看出，不同濃度重鉻酸鉀脅迫下綠豆幼苗的鮮重呈遞減趨勢。其中，50mg/L重鉻酸鉀處理組中萌發綠豆的鮮重與對照組相比明顯降低（P<0.01），而150mg/L和300mg/L處理組中萌發綠豆的鮮重與對照組相比呈極顯著差異。然而，不同濃度重鉻酸鉀脅迫對萌發綠豆的干重沒有明顯影響（圖2D）。由以上實驗結果可以看出，重鉻酸鉀抑制萌發綠豆根和莖的生長和鮮重的積累。

2.3 重金屬鉻離子脅迫促進萌發綠豆可溶性糖和可溶性蛋白的積累

可溶性糖和可溶性蛋白的含量對于植物的抗逆能力具有重要作用。從圖3A中可以看出，不同濃度重鉻酸鉀脅迫明顯促進萌發綠豆內可溶性糖的積累（P<0.001）。150mg/L和300mg/L重鉻酸鉀處理組中萌發綠豆可溶性糖的含量與50mg/L重鉻酸鉀處理組相比沒有明顯差異。然而，50mg/L和150mg/L重鉻酸鉀處理組中萌發綠豆的可溶性蛋白含量與對照組相比沒有明顯變化。當重鉻酸鉀濃度達到300mg/L時，萌發綠豆的可溶性蛋白含量才有所增加（P<0.05），圖3B。

3 結論與討論

本文采用不同濃度的重鉻酸鉀對綠豆種子進行脅迫，然后檢測重鉻酸鉀對綠豆種子萌發及幼苗部分生理指標的影響。已有研究表明，重鉻酸鉀處理對綠豆種子呈現低濃度促進高濃度抑制的效應[8]，同時重鉻酸鉀對豆類植物根的抑制與根尖分生細胞的分裂密切相關[9，10]。本實驗結果表明，重鉻酸鉀脅迫后綠豆種子的萌發沒有受到明顯影響，而對綠豆幼苗的根和莖的生長以及鮮重的積累具有明顯的抑制。此外，重鉻酸鉀脅迫后萌發綠豆內可溶性糖和可溶性蛋白含量顯著增加，這與植物的抗逆能力呈正相關。綜上所述，重金屬鉻離子脅迫抑制萌發綠豆根和莖的生長，促進植株內可溶性糖和可溶性蛋白的積累。

參考文獻

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[2]劉擁海，俞樂，林馥麗.不同重金屬脅迫對綠豆種子萌發和幼苗初期生長影響的差異[J].種子，2007（11）：41-44.

[3]曹仁林，何宗蘭，霍文瑞.土壤添加三價鉻對農作物生長及鉻殘留量影響[J].農業環境科學學報，1988（03）：10-12.

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[8]李建新，涂艷麗，王飛.鉻脅迫對大豆種子萌發和幼苗生長的影響[J].安徽農業科學，2007（35）：11379-11385.

[9]張曉薇，劉博.鉻對農作物生長的影響[J].環境科技，2010，23（02）：48-51.

[10]王愛云，夏文睿，榮瑋，等.鉻（Cr～（6+））脅迫對蠶豆幼苗根生長和細胞分裂的影響[J].西北農業學報，2012，21（06）：79-85.

作者簡介：胡心儀，在讀本科生，研究方向：植物抗逆機理。

通訊作者：齊文靖，博士，講師，研究方向：植物抗逆機理。