重金屬Cd對番茄種子萌發(fā)的影響

王文光，范學(xué)科，馬文哲，李 劼，劉 偉

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 楊凌 712100)

0 前言

鎘(Cd)重金屬，“五毒”之一，為人體非必需元素，在自然界中存在狀態(tài)為化合物，正常環(huán)境狀態(tài)下，由于含量很低，對人體健康不會產(chǎn)生影響。當(dāng)鎘污染環(huán)境后，鎘可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進(jìn)入人體引起慢性中毒，人體健康將受到威脅。

近年來，部分水體及土壤由于礦產(chǎn)資源的開采及工業(yè)的發(fā)展，不同程度的受到了鎘的污染，蔬菜品質(zhì)安全帶來一定的潛在隱患。以往的研究主要集中在鉛對蔬菜品質(zhì)、生長及生理的研究[1～5]，有關(guān)鎘對蔬菜品質(zhì)、生長、生理以及種子萌發(fā)的研究鮮見報道。筆者實(shí)驗以番茄種子為材料，研究不同濃度鎘處理下，番茄種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對發(fā)芽率、胚根長度等變化情況，以期明確鎘對番茄種子萌發(fā)的影響，探討鎘對番茄種子的毒性效應(yīng)，為預(yù)防鎘在番茄上積累提供一定理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

番茄種子，購買于蔬菜種子批發(fā)市場，選擇當(dāng)?shù)刂鞑似贩N4個，代號分別為1、2、3、4。

鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液(水中鎘)1 mg·mL-1，購買于國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計5個鎘溶液濃度：1 ng·mL-1(處理1)；5 ng·mL-1(處理2)；10 ng·mL-1(處理3)；15 ng·mL-1(處理4)；20 ng·mL-1(處理5)；以蒸餾水為對照(CK)，每個濃度設(shè)置3個平行。

1.3 試驗方法

1.3.1 種子萌發(fā)試驗 將濾紙剪成12 cm×12 cm的正方形，平鋪于種子發(fā)芽盒中，每個種子發(fā)芽盒中鋪兩張濾紙，根據(jù)試驗設(shè)計，準(zhǔn)確地將5 mL鎘溶液移入種子發(fā)芽盒中，并向?qū)φ赵囼灧N子發(fā)芽盒中加入5 mL蒸餾水。在對完整飽滿、帶下均勻的販子額種子進(jìn)行消毒后，將100粒種子均勻地放入每個種子發(fā)芽盒中，在25℃，75%相對濕度的恒溫下，在黑暗條件下進(jìn)行培育。培養(yǎng)過程中，依據(jù)濾紙濕潤情況及時添加相應(yīng)濃度鎘溶液和蒸餾水以保持濾紙濕潤。按照種子發(fā)芽試驗的相關(guān)要求，從第3天開始測定其相關(guān)生理特性。

1.3.2 測定方法 培養(yǎng)溫度25℃和75%相對濕度的培養(yǎng)條件下，從發(fā)芽的第3天開始計數(shù)發(fā)芽種子的數(shù)量及特征，并根據(jù)以下計算方法計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率等。

種子發(fā)芽勢(%)=

種子發(fā)芽率(%)=

種子相對發(fā)芽率(%)=

胚根長度及下胚軸長的測定：隨機(jī)選擇20粒發(fā)芽的種子，用尺子測量其胚根長及胚軸長。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度條件下Cd溶液對番茄種子發(fā)芽勢的影響

由表 1 可以看出，由于鎘溶液濃度的不同,造成不同品種的番茄種子發(fā)芽勢也有較大的差異。在對照試驗實(shí)驗中，1號種子的發(fā)芽勢只有63.33%，4號種子的發(fā)芽勢最高達(dá)到86.67% ；當(dāng)在較低Cd溶液(1 ng·mL-1)脅迫下發(fā)芽勢不同品種的都有所提高；但伴隨著Cd溶液濃度的升高，造成對所有番茄種子的毒害也上升，表現(xiàn)為所有品種番茄的發(fā)芽勢均下降，當(dāng)Cd溶液達(dá)到20 ng·mL-1時，所有品種的番茄種子均表現(xiàn)出受到了較大程度的毒害作用。

表1 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的發(fā)芽勢 (%)

2.2 不同濃度條件下Cd溶液對番茄種子發(fā)芽率的影響

由表2可以看出，隨著Cd溶液濃度的增加，不同品種番茄種子的發(fā)芽率呈下降趨勢。在1 ng·mL-1Cd溶液脅迫下，4種番茄種子的發(fā)芽率均有所提高，且其萌發(fā)潛力趨于一致。當(dāng)Cd溶液濃度超過 15 ng·mL-1時，發(fā)芽率表現(xiàn)出急劇下降的趨勢。由此可以看出，低濃度的Cd溶液具有促進(jìn)了番茄種子的萌發(fā)，高濃度的Cd溶液可抑制種子萌發(fā)。

表2 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的發(fā)芽率 (%)

2.3 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的相對發(fā)芽率

由表 3可以看出，4種番茄種子的相對發(fā)芽率隨著Cd溶液濃度的增加而降低，且在15 ng·mL-1時其相對發(fā)芽率急劇下降。其中，1號種子相對發(fā)芽率下降最明顯，僅為 25.00%；3號種子在高濃度Cd溶液處理中的相對發(fā)芽率高于其他 3 種作物，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cd特性。

表3 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的相對發(fā)芽率 (%)

2.4 不同濃度Cd溶液處理條件下對番茄種子胚根長度的影響

由表4可知，在較低濃度下(1 ng·mL-1)，4個品種的番茄種子發(fā)芽后，長出了一定長度的胚根，但后續(xù)跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，隨著培養(yǎng)時間的延長，番茄種子胚根卻逐漸發(fā)黃；然而，隨著Cd溶液處理濃度的增加，平均胚根長度急劇下降；當(dāng)濃度增加至15 ng·mL-1時，盡管1、2號種子有少量發(fā)芽，但胚根卻不生長，當(dāng)Cd溶液濃度提高至20 ng·mL-1時，所有品種的番茄都不會長出出胚根；用5 ng·mL-1的Cd溶液處理的番茄種子胚根長度減少百分比也是最高的。

表4 不同濃度Cd溶液處理下番茄種子平均胚根長度 (cm)

3 結(jié)論

在研究種子質(zhì)量和活力的指標(biāo)中，現(xiàn)在主要的衡量指標(biāo)有發(fā)芽勢、發(fā)芽率、培根長度等。發(fā)芽勢反映種子萌發(fā)的速度和均勻性；發(fā)芽率反映種子發(fā)芽的多少[6～9]；培根的長度反映種子發(fā)芽后種子的生長速度。通過研究發(fā)現(xiàn)不同品種的番茄種子在Cd溶液的脅迫下，發(fā)芽率存在一定的差異，可能與種子本身質(zhì)量有一定關(guān)系，為消除品種本身的原因造成的差別，筆者研究采用相對發(fā)芽率來分析種子耐受Cd溶液的程度。從發(fā)芽率的變化情況來看，發(fā)芽率隨著Cd溶液脅迫時間的延長而逐漸增加。而且隨著Cd溶液濃度的增加，發(fā)芽率表現(xiàn)出降低。研究還表明，種子萌發(fā)受到的抑制毒害作用隨著時間的延長而逐漸加大。在低Cd溶液濃度脅迫下，Cd促進(jìn)了種子的萌發(fā)；隨著Cd溶液濃度的增加，發(fā)芽勢、發(fā)芽率等都有所降低，胚根長度減少，發(fā)芽時間推遲，Cd溶液濃度越大，對種子造成的毒害就越大。由于不同品種對Cd溶液的敏感性存在一定的差異，它們表現(xiàn)出不同的耐受能力。該研究可以直觀地反映出不同品種的番茄種子對重金屬Cd的適應(yīng)性。