三種常見作物幼苗期耐銅性評價

趙紅 楊鋅

(上饒師范學院生命科學學院，江西 上饒 334001)

隨著工業化、城鎮化和農村集約化的快速發展,礦山的開采與加工，工業廢水、生活污水以及禽畜糞便的隨意排放，含重金屬的農藥和除草劑的大量使用，導致土壤生態系統中重金屬的累積不斷增加[1]。重金屬在土壤中很難降解，容易通過土壤造成農作物污染，最終通過食物鏈的方式，影響人類和動物的健康[2,3]。

銅是一種重金屬，其具有雙重作用，對植物具有有益作用，是植物生長必需的微量元素，在植物生理代謝過程中起著不可缺少的作用；但是，銅對植物又具有毒害作用，過量的銅會對植物造成毒害。近十幾年，銅對植物生長的危害已經受到了許多學者的關注，姬俊華等研究了銅脅迫對小麥種子萌發及遺傳損傷的影響，結果顯示，隨著銅濃度的升高，小麥種子的發芽率、芽長、根長及有絲分裂指數均呈下降的趨勢[4]；高揚等探討了銅對大蒜根尖細胞有絲分裂影響，獲得了銅對大蒜根尖細胞具有明顯的細胞毒性和遺傳毒性的結論[5]；丁園等報道了銅脅迫對水稻種子萌發及幼苗生長的影響，結果證明，銅脅迫下會對水稻幼苗生物量、株高、葉綠素、蛋白質、根系活力以及根伸長產生抑制作用，銅濃度越高，抑制作用越強[6]。但目前在常見作物對銅的敏感性及耐受性方面還缺乏研究。因此，本試驗選取豌豆、蘿卜、水稻3種日常食用量較大的作物作為供試材料，采用水培方法，研究不同濃度銅對3種作物幼苗生長的影響，并通過隸屬函數法和根長耐性指數來分析判斷耐銅性作物及銅敏感作物，為土壤銅污染的監測植物及抗銅植物的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

豌豆(Pisum sativum L.)、蘿卜(Raphanus sativus L.)、水稻(Oryza sativa L.)3種常見作物種子購于江西省上饒市種子市場。重金屬銅采用無水硫酸銅(分析純)，購于安徽雨軒科技有限公司。

1.2 試驗方法

挑選大小一致、飽滿完整、無缺陷的豌豆種子、蘿卜種子、水稻種子，消毒后分別用蒸餾水浸種24h，在培養皿內底部墊入2層濾紙，每皿均放50粒種子，稱取一定量的硫酸銅，分別配置成濃度為0.1mg·L-1、1mg·L-1、10mg·L-1、100mg·L-1、200mg·L-1的Cu2+溶液，用蒸餾水作對照處理，3種作物的培養分別各設置6個處理，3次重復，每皿加對應處理液10mL，每天更換1次處理液，室溫條件下進行培養；培養至第10天，每皿挑選長勢最好的幼苗10株，測定單株根長、苗高、根鮮重及苗鮮重,計算3種作物根長耐性指數，以及各指標的相對值。

根長耐性指數(%)=各處理組根系的平均長度×100/對照組根系的平均長度[7]

相對值=處理值/對照值

1.3 耐性綜合評價

應用隸屬函數法對3種常見物幼苗期耐Cu2+進行綜合評價。隸屬函數值的計算公式[8]：

Xi=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X為某種作物某一指標的相對值；Xmax、Xmin為該指標的相對值在3種作物中最大值和最小值。先分別求出3種作物某一指標在不同濃度銅下隸屬函數值累加后的平均值，再計算每種作物所有指標的平均隸屬函數值，根據3種作物平均隸屬函值的大小確定其幼苗期耐銅性的強弱；平均值越大，耐銅性越強，反之，耐銅性越弱。

1.4 數據處理

利用SPSS 13.0軟件對試驗數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 銅對3種作物幼苗生長的影響

由表1可知，隨著銅濃度的增加，豌豆及蘿卜幼苗的根長、苗高、根鮮重及苗鮮重呈先升后降趨勢，而水稻幼苗4項指標均呈下降趨勢。銅濃度為1mg·L-1時，豌豆幼苗的根長、苗高、根鮮重及苗鮮重均為最大值，分別比對照組顯著上升了16.67%、25.99%、34.45%、18.80%；銅濃度為10～200mg·L-1時，豌豆各處理的苗高與苗鮮重與對照組間均差異不顯著，但在銅濃度為100mg·L-1時，根長及根鮮重就開始顯著低于對照組，表明銅溶液顯著抑制豌豆幼苗根生長的濃度為100mg·L-1。銅濃度為0.1mg·L-1時，蘿卜幼苗的根長及根鮮重顯著高于對照組，而且根長、苗高、根鮮重及苗鮮重均達到峰值，分別是對照組的1.42倍、1.05倍、1.19倍、1.14倍；蘿卜幼苗4項指標開始顯著低于對照組的銅濃度分別是10mg·L-1、100mg·L-1、10mg·L-1、100mg·L-1，表明銅溶液顯著抑制蘿卜幼苗根生長的濃度為10mg·L-1。對于水稻幼苗，4項指標開始顯著低于對照組的銅濃度分別是0.1mg·L-1、100mg·L-1、0.1mg·L-1、100mg·L-1，并且銅濃度為10～200mg·L-1時，根長及根鮮重均為0，根完全不能生長，表明銅溶液顯著抑制水稻幼苗根生長的濃度為0.1mg·L-1。

表1 不同銅處理濃度下3種作物幼苗生長狀況

2.2 3種作物耐銅性綜合評價

隸屬函數值反映了作物的綜合耐銅能力的大小，數值越大，耐銅能力越強，反之對銅的耐性越弱。由表2可知，豌豆的隸屬函數值最大，其次為蘿卜，最小為水稻，表明豌豆對銅耐受性最強，蘿卜次之，水稻最差。由表2的數據還可以計算出3種作物相對根長、相對苗高、相對根鮮重、相對苗鮮重的隸屬函數值，累加后的平均值分別是0.464、0.607、0.492、0.675，相對根長的平均隸屬函數值是最小的，說明在3種作物幼苗生長過程中對銅最敏感的指標是根長，因此確定以根長作為3種作物對銅敏感性的首要篩選指標。

表2 3種作物的隸屬函數值和綜合評價值

2.3 不同銅處理濃度下3種作物根長耐性指數的比較

根系耐性指數是用來反映作物對重金屬耐性大小的一個重要指標[7]。通過計算3種作物在不同銅濃度下的根長耐性指數發現，豌豆和蘿卜的耐性指數隨著銅濃度的逐漸上升均呈現先升后降趨勢，同時銅濃度小于100mg·L-1時，豌豆的耐性指數均大于100，但銅濃度只有在低于10mg·L-1時，蘿卜的耐性指數才會都大于100。水稻的耐性指數隨著銅濃度的逐漸增大均呈現下降的現象。豌豆、蘿卜和水稻的平均耐性指數分別是98.44、75.45、40.02。由此表明，豌豆的耐性指數是最大的，說明豌豆是3種作物中對銅最不敏感作物；水稻的耐性指數是最小的，說明水稻是3種作物中對銅最敏感作物。

表3 3種作物根系耐性指數

3 討論

茍本富研究表明，低濃度的銅對蠶豆生長有促進作用，銅離子濃度過高則會產生毒害作用[9]。張艷英等研究發現，在銅濃度低于1mg·L-1時,煙草葉綠素含量及生物量的積累都有所增加,但當銅濃度高于1mg·L-1時,葉綠素含量及生物量的積累均會下降[10]。盛積貴等試驗證明，當硫酸銅濃度為0～100mg·L-1時，能增加辣椒幼苗的株高、單株鮮重、根長以及葉綠素含量，但當硫酸銅濃度大于100mg·L-1時，則使這幾項指標數據明顯下降[11]。本試驗中，豌豆和蘿卜幼苗生長過程中各項指標均呈現出低促高抑現象，這與以上學者的研究結論相似，但水稻幼苗生長各項指標卻是隨著銅濃度的逐漸上升呈下降趨勢，此現象與上述學者的研究結論是不同的。田如男等研究了不同濃度銅對荻種子萌發及幼苗生長的影響，結果顯示，隨著銅濃度的增大，銅對荻種子萌發和幼苗生長的抑制作用增強[12]；本試驗中水稻的試驗結果與此結論相似，說明即使在相同的銅處理濃度下作物品種不同，作物對銅的反應也會不一樣。

隸屬函數法對3種作物耐銅性綜合分析表明，豌豆的平均隸屬函數值最大，耐銅能力最強，說明豌豆對銅污染土壤具有一定的耐受能力和修復能力。在本試驗條件下，3種作物對銅所表現出來的敏感性也有很大差異。通過計算3種作物對銅最敏感的指標根長的平均耐性指數發現，豌豆耐性指數為98.44，屬于銅不敏感作物，可用于銅污染土壤的植物修復[13]。而水稻耐性指數為40.02，屬于銅敏感作物，可以作為土壤和植物中銅毒害臨界值的生態毒性受體以及土壤銅污染的監測作物[14]。