重金屬鎘對百日草種子萌發及幼苗生長的影響

池永清，吳東濤，王忠林，徐 凱，丁楓華，劉術新

（1.麗水市土肥植保能源總站，浙江 麗水 323000；2.龍泉市土肥植保能源服務站，浙江 麗水 323700；3.龍泉市錦溪鎮農業發展服務中心，浙江 麗水 323700；4.麗水學院，浙江 麗水 323000；5.麗水職業技術學院林業科技學院，浙江 麗水 323000）

隨著社會經濟的高速發展，我國的工業化進程越來越高，采礦、冶煉和電鍍工業的不斷發展，使得土壤中重金屬物質不斷積累[1]，近年來，土壤受鎘污染的事件頻繁發生。土壤被重金屬鎘污染后，不僅會導致農作物減產和品質下降，還會危害人體健康[2]。

百日草（Zinnia elegans Jacq.）屬菊科百日草屬，一年生草本植物。由于其花大色艷，花期長久，被廣泛應用于園林綠化、花境、花帶及花壇布置，是營造花海景觀的常用植物[3]。

重金屬鎘污染嚴重的土壤上不適合種植農作物，可以通過種植百日草營造花海景觀，打造旅游景點，吸引游客，獲得收益。但是百日草對重金屬鎘的耐受性情況未有報道。

本試驗在不同濃度的Cd2+溶液處理下，研究百日草種子萌發和萌發后幼根及幼芽生長的變化情況，初步探討百日草對鎘的耐性機理，從而為在受污染土壤中種植百日草提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試百日草種子來源于上海恒大種業有限公司，供試藥劑為氯化鎘（CdCl2）、分析純。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗方法

藥品使用分析純CdCl2，配制成濃度20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L 的鎘溶液，對照選用去離子水（CK）。

先挑選籽粒飽滿、均勻、無病蟲害的百日草種子450 粒，然后進行消毒處理，將種子在10%次氯酸鈉溶液中浸泡10 min。之后，撈出種子用水沖洗3 次，再用去離子水沖洗3 次，放到濾紙上吸干表面水分，備用。

取5 套潔凈的9 cm 培養皿，分別編號為1 號、2 號、3 號、4 號、5 號。在培養皿中放兩張濾紙，用去離子水潤濕濾紙，用玻璃棒輕輕趕除氣泡使濾紙與培養皿貼合在一起，用鑷子將處理好的百日草種子擺放到培養皿內的濾紙上，種子間留有一定的空隙，便于觀察。每個培養皿擺放30 粒種子。

于1 號皿中加入蒸餾水5 mL（CK），另于2～5號皿中分別加入濃度為20mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L 的CdC12溶液各5 mL，每種溶液處理3 次重復，每個重復1 個培養皿。

將所有的培養皿移入到智能光照培養箱內，溫度設置為（25±2）℃，每隔24 h 各處理分別補加處理液2 mL。

1.2.2 測定指標及方法

每天定時觀察種子變化情況，記錄種子露白、萌發、發芽情況，以胚芽長到種子的1/2 作為萌發標準，統計發芽數，第三天統計種子發芽勢，第五天計算發芽率。發芽試驗結束時，測定幼苗根長、芽長，稱量鮮重。根據以下公式計算發芽勢、發芽率、發芽抑制率、發芽指數、活力指數、幼苗根長抑制率、幼苗芽長抑制率、幼苗全長抑制率、幼苗鮮重抑制率和綜合抑制率。

1.3 數據處理

采用Excel 2010 軟件統計數據，作圖分析；采用SPSS 16.0 統計軟件對數據進行統計分析，采用單因素LSD 法對不同處理下各指標進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 Cd2+對百日草種子萌發的影響

由圖1 可知，隨著Cd2+濃度增大，百日草種子發芽勢和發芽率均呈現下降的趨勢。但在低濃度（20 mg/L、40 mg/L）下未受到明顯抑制，隨著Cd2+濃度進一步升高，其種子發芽勢和發芽率均出現明顯降低，在80 mg/L 時均顯著低于對照組（P＜0.05）。

圖1 Cd2+對百日草種子萌發的影響

圖2 是Cd2+濃度和百日草種子的發芽勢、發芽率間的Pearson 相關分析。結果表明，Cd2+濃度與百日草種子萌發水平間具有十分顯著的負相關關系（P＜0.01）。

圖2 Cd2+對百日草種子萌發抑制的濃度效應

2.2 Cd2+對百日草幼苗生長的影響

由圖3 可知，不同濃度Cd2+溶液培養的百日草幼苗，根長和芽長與對照處理表現出明顯差異，具體表現為：20 mg/L Cd2+溶液處理下，百日草根長與對照處理差異不顯著（P＜0.05），而芽長已受到明顯的抑制，顯著低于對照處理（P＜0.05）；而后，隨著Cd2+溶液濃度不斷升高，幼苗生長受到明顯的抑制，無論根長還是芽長均出現明顯減少，直至80 mg/L Cd2+溶液處理時，出現最低值，根長受抑制程度最甚，幾乎不長根。

圖3 Cd2+對百日草幼苗生長的影響

圖4 是Cd2+濃度和百日草種子萌發后幼苗生長（根長+芽長）、鮮重的Pearson 相關分析。結果表明，Cd2+濃度與百日草幼苗的根長+芽長、鮮重間分別具有十分顯著的負相關關系（P＜0.01）。通過此研究可以得出，在百日草幼苗的生長過程中，Cd2+濃度對其生長不僅存在顯著的抑制作用，且表現出十分明顯的濃度效應（P＜0.01）。

圖4 Cd2+對百日草幼苗生長及鮮重抑制的濃度效應

2.3 Cd2+對百日草種子發芽指數和活力指數的影響

由圖5 可知，隨著Cd2+濃度持續上升，發芽指數不斷下降，且各處理與對照處理相比，差異顯著（P＜0.05）；不同濃度Cd2+溶液處理間存在差異，20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L 的Cd2+溶液處理間差異不顯著，高濃度80 mg/L Cd2+溶液處理發芽指數顯著降低，與其他處理間差異顯著（P＜0.05）。

圖5 Cd2+對百日草種子發芽指數的影響

由圖6 可知，百日草種子活力指數在不同濃度的Cd2+溶液存在明顯差異，且各處理間差異顯著（P＜0.05）；隨著Cd2+濃度增加，百日草種子活力指數下降，且其表現出的抑制作用與對百日草幼苗全長和鮮重的影響存在一致性。隨著Cd2+濃度不斷上升，百日草幼苗的生長、發育情況明顯受到了抑制，芽長、根長均出現了急劇變短的趨勢。在高濃度處理的情況下，甚至出現了很多種子胚根難以生長的狀況，到第五天時，80 mg/L Cd2+溶液處理下的根已經變黑。

圖6 Cd2+對百日草種子活力指數的影響

2.4 Cd2+對百日草種子萌發和幼苗生長的抑制效應

由表1 可知，Cd2+從多個方面對百日草種子萌發、幼苗生長產生影響，可是對不同指標的影響卻并不一致，不同影響間存在較大差異。Cd2+脅迫抑制效應最低的是對百日草種子發芽的抑制（在80 mg/L 時抑制率為10.00%），抑制效應次之的為對幼苗鮮重的抑制（在80 mg/L 時抑制率為59.58%）。對幼苗根長的抑制效應、幼苗芽長的抑制效應表現為低濃度（20 mg/L、40 mg/L）時對芽長的抑制作用高于對根長的抑制作用；高濃度時（60 mg/L、80 mg/L）正好相反，相對于對芽長的抑制作用，對根長的抑制作用顯著偏高，其中，在Cd2+濃度達60 mg/L 時，對幼苗根長的抑制率是89.73%，而對幼苗芽長的抑制率是34.17%，在Cd2+濃度達80 mg/L 時，對幼苗根長的抑制率是94.71%，芽長抑制率為61.54%。Cd2+濃度高于60 mg/L 時，百日草根的生長受抑制作用較強，甚至停止生長。Cd2+脅迫對百日草幼苗全長的抑制作用居于對根長和芽長抑制效應中間。根據上述5 個指標分析綜合抑制率可以得出，80 mg/L Cd2+溶液濃度處理的綜合抑制率是（60.08±29.51）%。

表1 不同Cd2+濃度對百日草種子萌發和幼苗生長的抑制

為進一步分析Cd2+的濃度與百日草幼苗生長綜合抑制作用的相關性，對Cd2+溶液濃度與綜合抑制水平間作Pearson 相關性分析，如圖7。分析結果顯示，二者之間明顯存在著正相關關系（P＜0.01），即百日草幼苗生長的綜合抑制水平隨著Cd2+濃度的升高而變強。

圖7 Cd2+對百日草幼苗生長綜合抑制作用的濃度效應

3 結論與討論

種子的發芽勢、發芽率和發芽指數是評價種子發芽能力的重要指標，種子活力指數是反映種子質量的重要參數[4-5]。不同濃度Cd2+對百日草種子萌發均有一定影響，但在低濃度（20 mg/L、40 mg/L）下種子萌發未受到明顯抑制，而隨Cd2+濃度進一步升高，其種子發芽勢和發芽率均出現明顯降低，在80 mg/L 時均顯著低于對照組，說明低濃度Cd2+對百日草種子萌發影響相對較小，高濃度Cd2+對百日草種子萌發影響較大。賈蓮等（2013）[6]、李林芝等（2015）[7]研究表明，高濃度Cd2+對金銀花和檸條種子萌發的影響較大，與本研究結果相一致。隨著Cd2+濃度增加，發芽指數逐漸降低，且Cd2+各處理與對照處理相比，差異顯著（P＜0.05）；隨著Cd2+濃度增加，百日草種子活力指數下降，各處理間差異顯著（P＜0.05），即Cd2+濃度越高，其對百日草種子萌發過程的抑制作用就越強。

種子萌發后，幼根、幼芽的生長情況及幼苗鮮重是評價幼苗抗性的重要指標。本研究結果表明，隨著Cd2+濃度不斷升高，幼苗生長所受到的抑制作用明顯，無論根長還是芽長均被發現存在明顯減少情況，甚至高濃度下許多種子胚根難以生長，到第五天時，80 mg/L Cd2+處理下的根已經變黑，表明不同濃度Cd2+對幼苗根長有較高的抑制率，說明鎘對幼苗根系的抑制作用較大，這一結果與張珂等（2019）研究鎘脅迫對小麥和玉米根長的影響結果一致。Cd2+濃度與鮮重間具有十分顯著的負相關關系（P＜0.01）。

通過研究Cd2+溶液對百日草種子萌發和幼苗生長的綜合抑制率，結果顯示，Cd2+脅迫對百日草種子發芽的抑制最低，其次為對幼苗鮮重的抑制效應，而對幼苗根長和芽長的抑制效應表現為低濃度（20 mg/L、40 mg/L）時對芽長的抑制作用高于對根長的抑制作用，高濃度時（60 mg/L、80 mg/L）正好相反，在Cd2+濃度高于60 mg/L 時，根無法生長。進一步對Cd2+濃度與綜合抑制水平間作Pearson 相關性分析，結果顯示，二者間存在極顯著的正相關關系（P＜0.01），即隨著Cd2+濃度升高，百日草幼苗所受綜合抑制水平越強。

綜上所述，所有百日草種子處理組的發芽率都超過80%以上，表明百日草種子在萌發生理方面具有較強的耐鎘能力；在幼苗生長方面，對根長、苗長和鮮重均表現出抑制作用，高濃度表現出明顯的抑制效應，尤其對根的生長抑制作用更為顯著。