鎘、銅離子脅迫對檸條種子萌發(fā)特性的影響

劉揚

摘要 以檸條為研究對象，研究了Cd2+、Cu2+在不同濃度條件下對其種子萌發(fā)特征的影響，以期為重金屬污染土壤的生態(tài)修復提供科學依據。結果表明：在Cd2+或Cu2+脅迫條件下，檸條種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數都有不同的響應特征，低濃度時對種子萌發(fā)的影響不明顯，甚至有促進作用，當Cd2+濃度為10 mg/L或Cu2+濃度為25 mg/L時檸條種子的萌發(fā)較快，發(fā)芽率相對較高；高濃度時則有較強的抑制作用，其中Cd2+的抑制作用要高于Cu2+。

關鍵詞 檸條；種子萌發(fā)；重金屬

中圖分類號 S793.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0108-02

Effects of Cadmium and Copper Ions Stress on Seed Germination Features of Caragana korshinskii Kom

LIU Yang

（Shaanxi Xueqian Normal University，Xi′an Shaanxi 710061）

Abstract The research respectively studied the effect of different concentrations of cadmium and copper ions on the germination features of Caragana korshinskii Kom，which provided evidences for the soil ecological restorationin heavy metal pollution area.The results showed that under the stress of Cu2+ and Cd2+，the germination percentage，germinating viability，and germination index of the seeds of Caragana korshinskii Kom were impacted in different extent.The seed germination was not influenced significantly in the low concentration of Cu2+ or Cd2+ solution，when it at the 10 mg/L Cd2+ or 25 mg/L Cu2+，the seeds of Caragana korshinskii Kom germinated faster and the germination rate was relatively higher；Inhibiting effects of the cadmium ion were higher than that of copper ion when it was inhibited in the high concentrations.

Key words Caragana korshinski Kom；seed germination；heavy metal

重金屬是目前主要的環(huán)境污染元素，含重金屬的污染物以各種途徑進入土壤，造成土壤重金屬污染[1-2]。土壤重金屬污染已成為全球面臨的一個極為嚴重的環(huán)境問題[3-4]。目前，世界各國的土壤都存在著不同程度的重金屬污染問題，重金屬污染毒害機制和生物效應具有復雜性[5-7]。

有關重金屬對植物影響作用的研究很多，研究對象也很廣泛，例如小麥（Triticum aestivum L）、花花柴（Karelinia cas-pica）、蘿卜（Rap-hanus sativus）、曼陀羅（Datura stramonium L.）等，研究重金屬對植物的影響[8]。馬孟莉等在對銅、鉛、鎘對不同品種水稻萌發(fā)影響一文中，認為高濃度的鎘溶液可抑制水稻種子萌發(fā)[6]。朱旺生通過研究銅對白三葉種子萌發(fā)試驗，得出當銅離子的濃度不斷升高，白三葉種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率等指標逐漸降低。當濃度達到200 mg/L后，種子基本不萌發(fā)，甚至種子全部死亡。通過以上2個試驗，可以了解到，重金屬對植物是有影響的[9]。

鎘（Cd2+）是植物體非必需的微量元素，對植物有很強的毒害作用[10-12]，可抑制植物生長發(fā)育，Cd2+污染對土壤生態(tài)安全和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展也造成了一定的影響[13-18]。而且，鎘是生物遷移性很強的重金屬，能夠通過食物鏈富集于人體，危害人體健康[19]。銅（Cu）是植物生長發(fā)育必需的微量元素之一。近年來，銅離子隨著工業(yè)“三廢”和城市污水的排放而在土壤中逐漸累積，無法被微生物降解，只可能沿著食物鏈在植物—食草動物—食肉動物—人中逐級傳遞、積累，影響畜產品的安全和人類的健康[20]。檸條是多年生灌木，在我國屬于干旱地區(qū)的優(yōu)勢種，是優(yōu)良的防風固沙植物，同時也是牲畜的優(yōu)良飼料，是西部地區(qū)改善生態(tài)環(huán)境的重要樹種[21-22]，因此，研究檸條對重金屬的耐受性、適應性具有重大的現實意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試檸條種子2014年采于陜西榆林，采集后挑選顆粒飽滿、大小均一的種子常溫密封保存，使用人工氣候箱進行萌發(fā)試驗。用分析純的CdCl2試劑配制成濃度梯度為1、5、10、20、50、100 mg/L 的Cd2+溶液，用分析純的CuSO4·5H2O試劑配制成濃度梯度為1、5、25、50、100、200 mg/L 的Cu2+溶液，試驗用水均為去離子水。

1.2 試驗方法

將檸條種子置于培養(yǎng)皿中，用1% NaClO溶液消毒15 min，用去離子水沖洗3 次，吸干水分后，移至鋪有2 層濾紙的滅菌烘干2組培養(yǎng)皿（ 9 cm）中，每個培養(yǎng)皿30 粒種子，第1組分別加入1、5、10、20、50、100 mg/L的Cd2+溶液，第2組分別加入1、5、25、50、100、200 mg/L的Cu2+溶液，直至濾紙飽和，對照加入去離子水，3次重復。最后將各個處理置于恒溫培養(yǎng)箱（光照時間12 h、溫度25 ℃、濕度75%）中培養(yǎng)。每日根據培養(yǎng)皿上的標記用稱重法加相應處理的溶液恒重，使種子保持濕潤狀態(tài)。

1.3 測定指標和方法

以胚芽長度大于1 mm作為發(fā)芽標準，在萌發(fā)第4天 計算其發(fā)芽勢，第10天 計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數，并用游標卡尺測量幼苗的根長和苗高，用電子天平稱量干物質重量。發(fā)芽勢、萌發(fā)率的計算公式如下[23]：

萌發(fā)率（%）=萌發(fā)的種子數/總監(jiān)測的種子數×100

發(fā)芽勢（%）=第4天萌發(fā)的種子數/總測驗種子數[24]×100

數據采用Excel和SPSS進行分析。

2 結果與分析

由表1可以看出，隨著Cd2+濃度的逐漸增加，檸條種子發(fā)芽率呈現先增加后又降低的趨勢，Cd2+濃度為10 mg/L時種子發(fā)芽率達到峰值，是CK的1.33倍，說明在Cd2+濃度較低時，促進檸條種子萌發(fā)。當Cd2+濃度為5～10 mg/L時，檸條種子發(fā)芽率極顯著高于對照組。Cd2+為5～20 mg/L時，發(fā)芽勢極顯著高于對照組。Cd2+濃度為50～100 mg/L時抑制檸條種子的萌發(fā)，且濃度越高抑制作用越明顯。這表明低濃度Cd2+對檸條發(fā)芽率有促進作用，高濃度Cd2+可抑制檸條種子萌發(fā)。

隨Cu2+濃度的升高，檸條種子發(fā)芽勢呈下降趨勢，但發(fā)芽率與對照組無顯著性差異。當Cu2+濃度為25～200 mg/L時，發(fā)芽勢與對照組有極顯著性差異，且濃度達到200 mg/L時，發(fā)芽勢最低。這說明Cu2+對檸條種子發(fā)芽率影響不明顯，高濃度有抑制作用。

3 結論與討論

Cd2+、Cu2+脅迫對檸條種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數都有一定影響，當Cd2+、Cu2+處于低濃度時，對植物有促進作用，高濃度對植物有抑制作用這與帕特雷等[22]的研究結果一致。銅是植物生長所必需的元素，但當植物體內銅離子含量過高時，植物生長也會受到一定的損害，最常見的癥狀是對養(yǎng)分和水分的吸收的變化，會導致植物生長發(fā)育不良，甚至死亡[25]。鎘是對植物具有毒性，低濃度下即可造成嚴重損害。張義賢[24]研究表明不同重金屬均能抑制種子萌發(fā)，濃度越大作用時間越久，抑制作用也越強。歐 麗等[26]研究發(fā)現，低濃度Cd2+可以促進野茼蒿[Crassocephalum crepidioides（Benth.） S.Moore]種子萌發(fā)，在高濃度的Cd2+刺激下對種子萌發(fā)抑制顯著。楊穎麗等[25]發(fā)現小麥種子在低濃度Cd2+處理時萌發(fā)率增加，而高濃度Cd2+處理時萌發(fā)率降低。張 芳等[27]對小麥幼苗進行 Cu2+處理，研究在不同濃度的Cu2+條件下，小麥幼苗形態(tài)及相關生理變化和小麥幼苗組織內銅含量變化。0.1 mmol/L CuCl2處理下表現最佳，組織內部銅含量總體上隨介質銅濃度的升高而增加，且根系含量相對高于莖和葉片。楊洪玲研究了銅對三葉草發(fā)芽率及抗氧化酶及產量的影響，認為當銅離子濃度不高于我國土壤環(huán)境質量二級標準時，三葉草的發(fā)芽率、SOD酶活性、CAT酶活性和產量都較對照好，當銅離子濃度高于二級標準時（土壤環(huán)境質量二級標準銅離子濃度50～100 mg/kg），上述指標迅速下降，三葉草的萌發(fā)及生長都受到了抑制[28-31]。

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