重金屬Pb對幾種常見植物種子發(fā)芽活力的影響研究

盧楠

摘 ? 要：為了研究不同濃度重金屬Pb對冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿4種常見野生植物種子萌發(fā)的影響，采用培養(yǎng)皿濾紙法，并參照《牧草種子檢驗規(guī)程》GB/T 2930.4—2001準備進行試驗，在重金屬Pb濃度分別為0 mg/L、2 000 mg/L和5 000 mg/L的條件下，對4種植物種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和胚芽、根系長進行檢測。結果表明，經含有一定質量濃度Pb溶液的脅迫作用，4種植物種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率均有不同程度的下降，其中，蒲公英和苜蓿種子的耐受性較差，在重金屬Pb溶液濃度為2 000 mg/L和5 000 mg/L時，種子胚芽和胚根長均低于有效測量值。

關鍵詞：重金屬Pb;植物;種子;發(fā)芽活力;影響

Pb污染主要來源于金屬冶煉、化工、汽車燃料和化肥殺蟲劑等[1]，其中將含Pb的四乙基鉛作為汽油防爆劑后，環(huán)境中98%的Pb均來源于汽油[2]。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進一步發(fā)展，土壤中重金屬Pb含量累積現狀堪憂。作為植物的非必需元素，一定濃度的Pb通過影響植物的呼吸和光合作用等生理代謝進而對植物的生長發(fā)育表現出不同程度的抑制作用[3]。從常見植物中篩選重金屬耐受性較好的具有累積作用的植物，并利用累積植物吸收吸附進行土壤重金屬修復治理，仍是目前研究的熱點，而植物種子的萌發(fā)對各種環(huán)境因子的變化極其敏感[4，5]，研究重金屬對常見植物種子萌發(fā)的影響，對于重金屬污染應用植物修復技術具有一定的指導作用。豆科、菊科和禾本科植物多分布具有重金屬中、低累積作用的植物[6，7]，根據對污染區(qū)常見植物群落分布的調查結果，草本植物中以禾本科、菊科和豆科物種居多，其中冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿分布蓋度較大，成為本次研究的主要植物。本文旨在通過幾種在污染區(qū)常見植物種子的發(fā)芽試驗，探明不同植物對重金屬Pb含量的耐受閾值。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 供試材料

選用冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿這4種植物作為發(fā)芽試驗的研究對象，種子采集于重金屬Pb污染區(qū)生長的“土著植物”;培養(yǎng)皿，直徑90 mm;Pb（CHCOO）2·3H2O，分析純，產自上海國藥;人工氣候室;電子天平，精度0.000 1 g，賽得利斯。

1.2 ? 試驗方法

試驗按照《牧草種子檢驗規(guī)程》GB/T 2930.4—2001標準進行操作。以覆雙層濾紙的培養(yǎng)皿為發(fā)芽床，每皿均勻放入100粒經篩選及0.1% KMnO4溶液浸泡過的種子。將配好的濃度分別為0 mg/L、2 000 mg/L 和5 000 mg/L Pb（CHCOO）2溶液置于培養(yǎng)皿中，至濾紙飽和，3種處理分別記為F1、F2、F3，每個處理設置3組平行試驗。采用人工氣候室變溫模式培養(yǎng)，白天（光照時段）l0 h，溫度30 ℃，光照為1 000 lx;夜晚（黑暗時段）14 h，溫度20 ℃;使用電子天平稱量并及時補充因蒸發(fā)散失的水分，維持發(fā)芽床中濃度不變。各組試驗最長不超過14 d。

1.3 ? 測定項目及依據

發(fā)芽期間每日統(tǒng)計發(fā)芽數，逐日觀察記錄發(fā)芽種子（以胚芽長度達到種子1/2為種子發(fā)芽的判斷標準），參照國際種子檢驗規(guī)程（ISTA， 1996）進行幼苗評定;自各重復隨機取5株幼苗（對少于5株的處理，取所有幼苗），測定初生根長和胚芽長（包括胚軸與頂芽）。

發(fā)芽勢（%）=（4 d內供試種子的發(fā)芽數/供試種子的發(fā)芽總數）×100%

發(fā)芽率（%）=（發(fā)芽終止期時全部正常發(fā)芽的種子數/供試種子數）×100%。

2 ? 結果與討論

2.1 ? 不同濃度Pb污染對種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

不同濃度Pb污染對種子發(fā)芽率的影響見圖1。

從圖1中可以看出，在不存在Pb污染的條件下，4種植物的發(fā)芽率均不低于60%，其中，冰草和苜蓿的發(fā)芽率達80%以上。供試種子的發(fā)芽勢不低于44%，其中，冰草的發(fā)芽勢高達90%，即供試冰草種子在4 d內的發(fā)芽數已經高達90顆。

當試驗條件在達到或高于F2濃度時，冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿4種植物種子的發(fā)芽勢為0，即供試植物種子在發(fā)芽試驗開展的前4 d內均未有發(fā)芽跡象。在F2試驗條件下，與F1試驗條件數據相比較，除蒲公英的發(fā)芽率保持62%不變外，其余3種供試植物種子的發(fā)芽率均有不同程度的減少，冰草發(fā)芽率降幅為5%，但發(fā)芽率仍高于90%。而敗醬草和苜蓿的發(fā)芽率降幅為12%～22%，表明Pb的脅迫對4種種子的發(fā)芽率影響較大，環(huán)境中一定濃度的重金屬Pb會延長種子的發(fā)芽時間，并對發(fā)芽率產生不同程度的影響。

在F3試驗條件下，與F1相比，4種植物發(fā)芽率的降低幅度均高于40%，敗醬草的發(fā)芽率降幅達50%以上，苜蓿在F3條件下發(fā)芽率降為0。與F2條件下相應植物種子發(fā)芽率相比，4種供試種子的發(fā)芽率降幅高于30%，苜蓿種子發(fā)芽率降幅達68%。表明隨著環(huán)境條件中Pb污染程度的加劇，絕大多數植物種子受到毒害，使種子發(fā)芽時間延長，導致種子發(fā)芽率急劇下降，造成不出苗或死苗的現象。

2.2 ? 不同濃度Pb污染對種子胚芽萌發(fā)和根系發(fā)育的影響

開展Pb脅迫下對冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿4種植物種子發(fā)芽活力的影響試驗，在F1、F2、F3條件下對4種植物種子的胚芽長和根系的平均長度進行了檢測和統(tǒng)計，結果見表1。

由表1可知，不同處理條件下，Pb溶液濃度對不同植物胚芽和根系均產生了較大影響，蒲公英的胚芽和根系長度在F2時即已無法測量，說明這種植物種子對Pb的耐受性較差。F2條件下，冰草、敗醬草和苜蓿的胚芽長度分別減少了50.7%、45.9%和24.1%。當環(huán)境中Pb濃度增加到F3時，4種植物的根系均無法有效測量，與F2相比，冰草和敗醬草的胚芽長分別減少了48.3%和50.0%;與F1相比，冰草和敗醬草胚芽長度分別減少了74.5%和73.0%，表明在F2條件下，4種植物發(fā)芽后胚芽長即已受到較嚴重的影響。此外，通過與F1、F2相比較，隨著Pb濃度的增大，冰草、敗醬草和苜蓿的根系長度減小幅度均高于68%，表明在這4種種子發(fā)芽過程中重金屬Pb對根系的影響大于胚芽。

3 ? 結論與建議

通過開展不同濃度Pb污染對4種污染區(qū)“土著植物”種子的發(fā)芽活力影響試驗，得出以下幾點結論：較高濃度的Pb脅迫（濃度高于2 000 mg/L）對4種種子的發(fā)芽勢影響較大，隨著Pb污染程度的加劇，絕大多數植物種子受到毒害，使種子發(fā)芽時間延長，導致種子發(fā)芽率急劇下降，造成不出苗的現象。通過檢測4種供試種子發(fā)芽過程中種子萌發(fā)的胚芽和根系長，表明重金屬Pb對根系的影響大于胚芽。

參考文獻：

[ 1 ] Hernberg S. Lead poisoning in a historical perspective[J]. AmericanJournal of Industrial Medicine，2010，38（3）：244-254.

[ 2 ] 孟金萍，孫淑華，王艷蓉，等.鉛的生物學毒性效應[J].中國比較醫(yī)學雜志，2007，17（1）：58-61.

[ 3 ] Kosobrukhov A，Knyazeva I，Mudrik V. Plantago major plantsresponses to increase content of lead in soil： Growth and photo-synthesis[J]. Plant Growth Regulation，2004，42（2）：145-151.

[ 4 ] 楊景寧.水分和鹽分脅迫對四種荒漠植物種子萌發(fā)的影響[D].蘭州：蘭州大學，2007.

[ 5 ] 羅巧玉，楊生蘭，才讓措，等.不同質量濃度的Pb對紫花苜蓿種子萌發(fā)的脅迫效應[J].青海草業(yè)，2018，27（2）：2-5.

[ 6 ] Arthur E，Crews H，Morgan C.Optimizing plant genetic strategiesfor minimizing environmental contamination in the food chain[J].International Journal of Phytoremediation，2000，2（1）：1-21.

[ 7 ] 侯曉龍，劉愛琴，蔡麗平，等. Pb脅迫對富集植物金絲草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].西南林業(yè)大學學報，2013，33（5）：54-58.

（收稿日期：2019-05-22）