鉛處理對(duì)菜用大黃種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

姜立娜+邵珠田+宋子文+蔡祖國(guó)

摘要：以菜用大黃為試驗(yàn)材料，研究不同濃度的鉛溶液（0、50、150、300、600、1 200 mg/L）對(duì)菜用大黃種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，Pb2+濃度為0～300 mg/L時(shí)對(duì)菜用大黃種子發(fā)芽指標(biāo)影響不大，隨著Pb2+濃度的升高出現(xiàn)一定的抑制作用，表明菜用大黃種子萌發(fā)對(duì)鉛有一定耐性。幼苗形態(tài)指標(biāo)在Pb2+濃度為0～50 mg/L時(shí)最高，當(dāng)濃度大于50 mg/L時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)；幼苗可溶性蛋白含量、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性隨著Pb2+濃度的升高呈現(xiàn)波動(dòng)變化的趨勢(shì)，丙二醛（MDA）含量整體呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鉛；菜用大黃；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)： S649.01

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）04-0223-03

近年來(lái)，隨著中國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境中重金屬污染加重，特別是鉛（Pb）含量明顯增加。鉛不是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，但是植物可以通過(guò)根系吸收土壤中的鉛。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度鉛會(huì)改變植物細(xì)胞膜透性，影響植物光合作用、呼吸作用和多種代謝過(guò)程，進(jìn)而對(duì)植物造成傷害，并且會(huì)進(jìn)一步通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危及人類健康[1-3]。

菜用大黃（Rheum rhaponticum L.）為蓼科大黃屬多年生草本植物，以葉柄為食用器官，其產(chǎn)量高、便于管理，1次定植可連續(xù)收獲4～6年[4-6]。由于其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、保健功能強(qiáng)、風(fēng)味獨(dú)特被列入奧運(yùn)蔬菜，開(kāi)發(fā)前景廣闊。目前，對(duì)菜用大黃的研究主要集中在組培苗不定芽增殖能力、生根特性和氣孔特性、核型分析等方面[7-9]，關(guān)于重金屬鉛對(duì)菜用大黃種子及幼苗的影響還未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)研究了鉛處理對(duì)菜用大黃種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，以此衡量菜用大黃對(duì)重金屬鉛的耐受能力，以期為預(yù)防菜用大黃早期鉛傷害以及篩選重金屬鉛的耐性植物提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

菜用大黃種子由河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院菜用大黃引種課題組提供。經(jīng)測(cè)定試驗(yàn)所用菜用大黃種子凈度為9381%，千粒質(zhì)量為13.5 g。

1.2 試驗(yàn)方法

將菜用大黃種子置于50～55 ℃的溫水中消毒15 min，其間不斷攪拌，將溫度降至25 ℃左右。用蒸餾水沖洗 5～6 次，吸水紙吸去種子表面的水分。分別用不同濃度（0、50、150、300、600、1 200 mg/L）的硝酸鉛溶液（以鉛的濃度計(jì)算）進(jìn)行浸種處理，每個(gè)處理用種60粒，試驗(yàn)進(jìn)行3 次重復(fù)。浸種時(shí)間為24 h，種子浸泡后分別放在墊有2層濾紙并用各種濃度處理液浸濕的各個(gè)培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿30粒。將培養(yǎng)皿置于（22±1） ℃恒溫人工氣候箱中，待種子長(zhǎng)出2張子葉后，打開(kāi)光照將強(qiáng)度設(shè)定為4 000 lx，每天添加處理液以保持種子濕潤(rùn)狀態(tài)。于3 d后計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，7 d后計(jì)算發(fā)芽率，14 d后測(cè)定形態(tài)指標(biāo)，同時(shí)測(cè)定可溶性蛋白含量、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）含量等生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo)[10]

發(fā)芽勢(shì)=3d后發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率=7d后發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

1.3.2 幼苗形態(tài)指標(biāo) 在試驗(yàn)14 d后，測(cè)定幼苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根長(zhǎng)、株高。

1.3.3 幼苗生理指標(biāo) 可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G250法[10]；CAT活性的測(cè)定采用紫外吸收法[11]；丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛處理對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

從圖1可以看出，隨著Pb2+濃度的增加，菜用大黃種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。Pb2+濃度低于 300 mg/L 時(shí)，對(duì)菜用大黃種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)影響不大；當(dāng)Pb2+濃度高于于300 mg/L時(shí)，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比均表現(xiàn)為下降；Pb2+濃度為1 200 mg/L時(shí)，種子的發(fā)芽率達(dá)到最低值，比對(duì)照低5%左右，種子的發(fā)芽勢(shì)比對(duì)照低13%，但是仍能達(dá)到67.78%。結(jié)果表明，Pb2+濃度較低時(shí)對(duì)菜用大黃種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)影響不大；當(dāng)Pb2+濃度高于 300 mg/L 時(shí)對(duì)發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)出了一定的抑制作用。

2.2 鉛處理對(duì)菜用大黃幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

從表1可以看出，菜用大黃的根長(zhǎng)、株高在Pb2+濃度為50 mg/L時(shí)，與對(duì)照相比差異不顯著；隨著Pb2+濃度的增加，當(dāng)Pb2+大于50 mg/L時(shí)，根長(zhǎng)、株高開(kāi)始下降，與對(duì)照差異顯著，表明高濃度Pb2+處理對(duì)菜用大黃的根長(zhǎng)、株高具有明顯抑制作用。幼苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量隨著Pb2+濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)Pb2+濃度大于150 mg/L時(shí)，與對(duì)照差異明顯。當(dāng)Pb2+濃度為1 200 mg/L時(shí)幼苗幾乎停止生長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)生理指標(biāo)的測(cè)定。結(jié)果表明，低濃度的Pb2+處理對(duì)菜用大黃的鮮質(zhì)量有一定的促進(jìn)作用，高濃度則出現(xiàn)抑制；對(duì)根長(zhǎng)、株高的影響則是表現(xiàn)為抑制作用，濃度越高，抑制作用越顯著。

2.3 鉛處理對(duì)菜用大黃幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3.1 鉛處理對(duì)幼苗可溶性蛋白含量的影響 從圖2可以看出，菜用大黃幼苗可溶性蛋白的含量隨著Pb2+濃度的升高，整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在150 mg/L時(shí)出現(xiàn)反彈，比相鄰濃度高，但仍比對(duì)照組含量低。當(dāng)Pb2+濃度超過(guò)150 mg/L后，可溶性蛋白含量逐漸降低，表現(xiàn)出鉛處理對(duì)菜用大黃幼苗的抑制作用。

2.3.2 鉛處理對(duì)幼苗CAT活性的影響 從圖3可以看出，不同濃度的Pb2+處理后，菜用大黃幼苗的CAT活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在600 mg/L時(shí)出現(xiàn)反彈。表現(xiàn)為低濃度Pb2+范圍（<50 mg/L） 內(nèi)隨著Pb2+濃度的增加，CAT的活性增強(qiáng)，當(dāng)濃度為50 mg/L時(shí)活性高于CK并達(dá)到最高值；在高濃度Pb2+（150～600 mg/L）作用下，CAT活性下降且明顯低于對(duì)照，在濃度為300 mg/L時(shí)達(dá)到最低值。結(jié)果表明，低濃度的Pb2+對(duì)CAT活性具有激活作用，隨著Pb2+濃度的逐漸增大，又轉(zhuǎn)為抑制作用，并對(duì)CAT酶系統(tǒng)產(chǎn)生傷害。

2.3.3 鉛處理對(duì)幼苗MDA含量的影響 從圖4可以看出，隨著Pb2+濃度的增加，MDA含量整體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)Pb2+濃度在50～150 mg/L時(shí)，MDA含量與CK相比變化不大；當(dāng)Pb2+濃度為300、600 mg/L時(shí)，MDA含量與對(duì)照相比有明顯的升高，分別為對(duì)照的185.30%、192.80%。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Pb2+濃度的提高，菜用大黃種子的發(fā)芽率、 發(fā)芽勢(shì)、 發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均逐漸降低，與Pb脅迫條件下牛蒡、狹葉香蒲、黃瓜種子萌發(fā)特性的研究結(jié)論[13-15]一致。本研究中，在Pb2+處理下，菜用大黃種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)均低于對(duì)照，但其發(fā)芽率仍然達(dá)到88.33%，與對(duì)照88.89%差異不顯著。對(duì)菜用大黃幼苗生理指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果表明，在較低濃度（<50 mg/L） Pb2+處理下，幼苗的株高、鮮質(zhì)量高于對(duì)照，在高濃度下開(kāi)始下降；而根長(zhǎng)、根鮮質(zhì)量在一定范圍內(nèi)隨著Pb2+濃度的提高而下降，表明幼苗根對(duì)重金屬Pb的反應(yīng)比芽更為敏感，本結(jié)論與戴敏等相關(guān)研究結(jié)果[13，16]類似。盡管高濃度Pb對(duì)菜用大黃種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有一定的抑制效應(yīng)，但Pb2+濃度在1 200 mg/L時(shí)，菜用大黃種子仍具有較高的萌發(fā)率，僅發(fā)芽勢(shì)有所降低，萌發(fā)速率減緩，前期幼苗仍可以生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)非常緩慢，后期開(kāi)始出現(xiàn)死亡，表明菜用大黃種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)都對(duì)Pb均具有一定耐性。

Pb是一種對(duì)植物有積累性危害的重金屬，過(guò)量的Pb進(jìn)入植物體內(nèi)，會(huì)破壞生物膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉綠體、線粒體及細(xì)胞核等重要器官的損傷，從而影響各種代謝過(guò)程，最終導(dǎo)致植物生長(zhǎng)減緩甚至死亡[1]。 可溶性蛋白含量的變化反映了植物生長(zhǎng)的狀態(tài)和新陳代謝的水平。本研究中不同濃度的Pb2+處理后，菜用大黃幼苗的可溶性蛋白含量均低于對(duì)照，且濃度越高，含量越低，表明鉛處理影響了菜用大黃幼苗的生理代謝。不同濃度的Pb2+處理對(duì)菜用大黃幼苗的CAT活性的影響不同，低濃度Pb2+對(duì)菜用大黃幼苗的CAT活性有激活作用，高濃度的Pb2+對(duì)菜用大黃幼苗的CAT活性有抑制作用，表明菜用大黃幼苗對(duì)Pb2+濃度有一定的適應(yīng)性，當(dāng)Pb2+濃度超過(guò)菜用大黃種子的耐受極限時(shí)將出現(xiàn)抑制作用，與鉛脅迫對(duì)甜瓜種子胚芽酶系統(tǒng)影響的結(jié)論[17]一致。

植物在逆境或衰老條件下會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化，MDA是一種重要的膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，膜脂過(guò)氧化程度可以通過(guò)植物組織內(nèi)MDA的含量來(lái)反映。本試驗(yàn)中Pb2+濃度在0～150 mg/L時(shí)，菜用大黃幼苗中MDA含量變化不大，表明較低濃度Pb脅迫對(duì)植株傷害并不明顯；但是隨著Pb2+濃度的進(jìn)一步增加Pb2+濃度﹥300 mg/L時(shí)），MDA含量則急劇增加，表明高濃度的鉛處理造成菜用大黃膜脂過(guò)氧化加劇，膜傷害程度增加。

綜上所述，菜用大黃的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)鉛有一定的耐受性，但隨著處理濃度的升高，幼苗生長(zhǎng)受到明顯抑制。本研究結(jié)果為后期進(jìn)行菜用大黃耐鉛品種選育以及菜用大黃耐鉛機(jī)制研究提供了相關(guān)理論依據(jù)。

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