鎘對米蕎一號種子萌發與幼苗生長的影響

時小東， 孫夢涵， 趙 鋼(.成都大學 農業農村部雜糧加工重點實驗室， 四川 成都 6006；2. 成都大學 藥學與生物工程學院， 四川 成都 6006)

0 引 言

鎘是廣泛存在于自然界的重金屬元素，是典型的土壤污染物，其主要來自于礦物開采、工業廢棄物排放、農田化肥農藥使用等多方面[1].相關調查顯示，鎘是我國重金屬污染中最嚴重污染物之一，也是對動植物毒害最強的痕量重金屬元素之一[2].鎘可通過植物根系進入植物體內，當土壤中鎘濃度超過一定閾值時，能夠對作物生長發育產生重要影響，并進一步通過食物鏈進入人體，危及人類健康.

種子萌發和幼苗生長是作物生活周期的起點，也是感受外界環境變化的最初階段，分析作物此階段對鎘的耐受性具有重要意義.米蕎一號為成都大學、西昌學院等單位選育的苦蕎品種，2008年通過四川省農作物品種審定委員會審定[3].米蕎一號具有種殼薄，易脫殼等優點，是目前苦蕎品種中唯一能脫殼獲得生制苦蕎米的品種[4]，其作為加工專用品種得到市場認可，在西南地區，尤其是四川涼山地區得到大面積推廣.涼山地區作為攀西成礦帶的重要部分，土壤重金屬污染問題較為突出.例如，汪春華[5]對西昌地區農村土壤中常見重金屬進行分析表明，該地區鎘污染指數已經超過相關土壤環境質量標準數據，為中度鎘污染.目前，關于鎘對米蕎一號種子萌發和生長發育的影響還鮮有報道.對此，本研究采用水培法，以不同濃度鎘脅迫對米蕎一號種子萌發和幼苗生長的指標為參數，探討米蕎一號對鎘脅迫的影響，擬為米蕎一號安全生產提供參考.

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗所用材料包括：米蕎一號，由成都大學農業農村部雜糧加工重點實驗室提供，來自于四川省美姑縣；氯化鎘(分析純)，購自山東西亞化學工業有限公司.

1.2 方 法

挑選大小均一、籽粒飽滿、無病蟲害的米蕎一號種子，清洗消毒，播種于鋪有濾紙和紗布的培養皿上，氯化鎘濃度設置為0.1、0.5、2.5、5.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0、320.0 mg/L，以蒸餾水作為對照，重復3次.光照培養箱溫度設置為25 ℃，光照時間為16 h/d，濕度80%.每天補充等量相應濃度的溶液，定期記錄每個培養皿中米蕎一號種子的萌發和生長情況.處理3 d后統計種子發芽情況，10 d后統計苗長、苗鮮重等指標.

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫對米蕎一號種子萌發的影響

不同鎘濃度處理對米蕎一號種子萌發的影響如圖1所示.

圖1 不同鎘濃度對米蕎一號種子萌發的影響

由圖1可知，米蕎一號種子萌發率介于96.03%～98.73%.在蒸餾水處理下(對照組)，米蕎一號萌發率為98.73%±0.04%，萌發率最高，表明實驗中選擇的米蕎一號種子活力較好，萌發率高，選擇實驗材料可靠性強；在鎘處理下，米蕎一號萌發率相比對照均有所降低，表現出抑制作用，但萌發率均大于96%；當鎘濃度小于20 mg/L時，米蕎一號萌發率表現為波動變化；當鎘濃度大于40 mg/L時，米蕎一號萌發率維持在96%；而萌發后，當鎘濃度大于80.0 mg/L時，米蕎一號種子生長受到嚴重的抑制作用，造成無法正常生根及伸長，同時萌發芽發生卷曲(見圖2).實驗結果表明，鎘對米蕎一號種子的萌發抑制作用不明顯，但對米蕎一號種子胚產生一定毒害.

圖2 高濃度鎘對米蕎一號萌發后生長的影響

2.2 鎘脅迫對米蕎一號幼苗生長的影響

不同鎘濃度處理對米蕎一號幼苗生長的影響如圖3所示.

由圖3可知，鎘處理對米蕎一號萌發后的幼苗生長產生不同的影響.在鎘濃度為0.1 mg/L、0.5 mg/L時，芽長分別為對照組的1.27倍和1.18倍，表明低濃度鎘處理對米蕎一號生長可產生促進作用；當鎘濃度為2.5 mg/L時，米蕎一號幼苗芽長與對照長度基本一致，未表現出差異(p>0.05)；當鎘濃度為10.0 mg/L時，米蕎一號幼苗芽長為對照組的86.59%，表現為極顯著差異(p<0.01)；當鎘濃度達到40.0 mg/L時，米蕎一號幼苗生長受到嚴重的抑制作用，部分萌發幼苗不能夠正常伸長(見圖4)；在鎘濃度達到80.0 mg/L時，雖然米蕎一號種子能夠萌發，但萌發后因受到嚴重毒害作用，而出現無法生根等抑制生長的現象發生，從而造成無法正常生長.

圖3 不同鎘濃度對米蕎一號芽長度的影響

圖4 不同鎘濃度對米蕎一號幼苗生長的影響

2.3 鎘脅迫對米蕎一號幼苗鮮重的影響

不同鎘濃度處理對米蕎一號幼苗鮮重的影響如圖5所示.

圖5 不同鎘濃度對米蕎一號幼苗鮮重的影響

由圖5可知，當鎘濃度為0.1 mg/L和0.5 mg/L時，米蕎一號幼苗鮮重分別為對照組的96.93%和99.01%，與對照相比，米蕎一號幼苗芽鮮重未發生顯著變化(p>0.05)；當鎘濃度增加到2.5 mg/L時，幼苗鮮重為對照組的1.08倍，比對照組幼苗鮮重有所增加，但也未表現出顯著差異(p>0.05)；當鎘濃度為5.0 mg/L時，米蕎一號幼苗鮮重僅為對照組的88.41%，與對照組之間為極顯著差異(p<0.01)；隨著鎘濃度的增加，米蕎一號幼苗鮮重逐漸降低，對其生長作用越來越明顯.實驗結果表明，鎘濃度低于2.5 mg/L時對米蕎一號生物量具有一定的促進作用，而當鎘濃度達到5.0 mg/L時，則對萌發后的生物量積累具有一定的抑制作用，且隨著鎘處理濃度的增加，對米蕎一號幼苗鮮重的抑制作用顯著加強，從而造成顯著性差異.

3 討 論

本研究利用含鎘溶液對米蕎一號進行培養，對其萌發情況、幼苗芽長和幼苗鮮重等指標進行測定，結果表明：當鎘濃度小于2.5 mg/L時，米蕎一號幼苗芽長和幼苗鮮重與對照組均未產生顯著性差異，部分指標存在促進作用，說明低濃度鎘對米蕎一號的生長存在一定的促進作用.楊柳青等[6]以蕎麥750A為研究材料進行鎘脅迫研究，結果表明低濃度鎘處理(1.0 mg/L)，對蕎麥生長產生促進作用；而高濃度鎘處理(5.0 mg/L)對蕎麥種子生長產生抑制作用，且隨著鎘濃度升高對生長抑制作用越明顯.這與本文研究結果一致.

米蕎一號品種種子表面粗糙、殼薄、易爆裂，相比其他苦蕎品種，不需要經過高溫熟化等處理，可直接機械擠壓和摩擦就能夠脫殼獲得整粒苦蕎米[7].因米蕎一號制米過程不需要高溫等過程，其營養和藥用成分也最大限度地保留，不僅節約了生產成本，也保證了苦蕎米及制品的營養功效.因此，米蕎一號品種在苦蕎精深加工和產業化生產中發揮著不可替代的作用.由于適生性等問題，目前，米蕎一號種植主要集中在四川的西昌、美姑、布拖等地區[8].鎘作為該地區土壤中主要重金屬污染物之一，不僅降低土壤生產力，也對作物生長發育、產量和品質產生影響.本研究結果表明，米蕎一號具有一定的重金屬鎘耐受性，其能夠在低濃度鎘脅迫下正常生長，但仍需進一步對鎘脅迫下米蕎一號種子產量和品質進行深入研究.此外，隨著現代分子生物學技術的發展，以苦蕎基因組為代表的分子生物學數據逐漸豐富，為苦蕎性狀形成機理分析提供了科學依據[9-10].在此基礎上，利用分子生物學研究方法探究米蕎一號對鎘吸收及運輸機理，從而保障苦蕎產品生產和精深加工的原料安全具有重要意義.