硒對鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

孫紅艷++王杰文++王宇娜++何晴++董慧燕++衛(wèi)怡穎++王國輝

摘要：以黃瓜品種津研4號為材料，研究不同濃度外源硒對鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)以及對其幼苗生長的影響。結果表明：鎘處理導致黃瓜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數下降，幼苗芽、莖和根生長受抑制；外源低濃度硒處理對黃瓜鎘毒害有緩解現象，使鎘毒害抑制的黃瓜萌發(fā)相關指標值有所升高，同時低硒處理使鎘毒害降低的黃瓜幼苗生長相關指標例如株高、莖粗和根長、生物積累量有所增加，且當硒濃度達2.5 μmol/L時增長率達到顯著水平。但當外源硒濃度繼續(xù)增大之后，硒對鎘脅迫下黃瓜幼苗的生長將產生抑制作用，且抑制程度隨著硒濃度的增加而增大。

關鍵詞：硒；鎘；黃瓜；萌發(fā)；生長

中圖分類號：S642.201文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2016）12-0175-03

收稿日期：2015-11-24

基金項目：國家自然科學基金（編號：31401319）；山西省青年科技研究基金（編號：2015021146）；山西省高等學校優(yōu)秀青年學術帶頭人支持計劃（編號：20151006）；山西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（編號：S2015286）；太原科技大學博士啟動基金（編號：HY201301）。

作者簡介：孫紅艷（1983—），女，博士，副教授，主要從事植物逆境生理與分子生物學研究。E-mail：sunhongyan-8@163.com。

重金屬是自然界中普遍存在的元素，但當其含量超過一定范圍后，重金屬不僅可以抑制植物生長，影響其產量和品質，也能通過食物鏈富集危害人體健康[1]。鎘（Cd）是對環(huán)境毒性最強的重金屬元素之一，即使在很低的濃度下也會對人體造成極大的傷害[2]。除了人為活動引入外，土壤母質是土壤中鎘污染的主要來源，并且土壤中鎘含量隨著土壤母質的不同而有所變化。據報道，我國土壤鎘含量為0.017～0.332 mg/kg[3-4]，對于這種中、輕度污染的大面積農田，利用化調措施緩解鎘毒害、減少作物對鎘的吸收與積累[5]，是目前有效利用現有自然資源和保證農產品安全生產的主要途徑。

硒是人體必需的微量營養(yǎng)元素[6]，在我國自然環(huán)境中硒含量非常低[7]，人均日攝入量遠遠低于標準水平。目前，硒在動物（包括人體）以及植物中的作用已被廣泛研究，許多試驗證明硒可拮抗環(huán)境中其他重金屬對植物體的毒害[8-10]。但是迄今為止，硒對鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)的研究鮮見報道，具體作用還不為人知。因此，研究鎘脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響，以及施加外源硒與黃瓜抗鎘性的關系是十分必要的，本研究為鎘污染下的黃瓜安全生產提供理論依據和實踐指導。

1材料與方法

1.1材料和處理

供試黃瓜品種為我國普遍種植的品種津研4號，購自山西省太原市種子公司。挑選大小均勻一致、飽滿的黃瓜種子，用50～55 ℃溫水浸泡15 min，置于已鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿15粒種子，分別加入相對應的處理液10 mL，每個處理重復3次，于（27±1）℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽。每天定時定量補充相應的處理液，并記錄發(fā)芽數。第2天分析測定黃瓜種子發(fā)芽勢，第4天測定黃瓜種子發(fā)芽率，第8天測量黃瓜幼苗芽長、莖粗、根長，分開根系和地上部并分別測量黃瓜幼苗鮮質量和干質量，并計算發(fā)芽指數和活力指數。

本試驗共設置9個處理：（1）對照CK（蒸餾水）；（2）50 μmol/L Cd；（3）1.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（4）1.5 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（5）2.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（6）2.5 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（7）5.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（8）10.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（9）20.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd。鎘以CdCl2·2.5H2O溶液的形式，Se以Na2SeO3溶液的形式加入，本試驗所有處理設置3次重復，放置在人工氣候箱中，光周期 12 h，光照度600 μmol/（m2·s），白天、黑夜溫度分別為28、20 ℃。

1.2測定方法

冬萌發(fā)相關指標的測定方法主要參考王素平的方法[11]。

發(fā)芽標準：芽長≥籽粒長的1/2；

發(fā)芽勢=規(guī)定時間內發(fā)芽種子粒數/供試種子總粒數×100%；

發(fā)芽率=全部發(fā)芽種子粒數/供試種子粒數×100%；

發(fā)芽指數（GI）=∑（在時間t內的發(fā)芽數/相應的發(fā)芽時間）；

活力指數（VI）=幼苗平均根長（cm）×∑（在時間t內的發(fā)芽數/相應的發(fā)芽時間）；

芽長：測量莖基部至苗的最頂端的長度；

根長：測壁從基部至根系最尖端的長度；

鮮質量：黃瓜幼苗，用蒸餾水洗干凈，吸水紙吸干幼苗表面水分，稱質量；

干質量：烘干箱105 ℃殺青 0.5 h，接著65 ℃烘干至恒質量，稱質量。

2結果與分析

2.1硒對鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)的影響

如表1所示，50 μmol/L鎘處理能降低黃瓜種子的發(fā)芽勢，且明顯降低發(fā)芽率，分別比對照（蒸餾水）下降了20.7%和 2.1%。而在50 μmol/L鎘中同時添加1.0、1.5、2.0、 2.5 μmol/L 硒后，黃瓜種子的發(fā)芽勢比單獨鎘處理明顯升高，且增長率隨著硒濃度的增加都升高，分別為4.3%、43%、8.7%、17.4%；但對黃瓜種子的發(fā)芽率影響不是很顯著，僅當硒濃度為2.5 μmol/L時增長率為2.2%。但當外源硒濃度高于2.5 μmol/L之后，黃瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率不再增加，均呈顯著降低的趨勢，且發(fā)芽勢的下降率要高于發(fā)芽率，當硒濃度為20.0 μmol/L時，與單獨鎘處理相比發(fā)芽勢下降9.1%、發(fā)芽率降低7.5%；與對照相比，發(fā)芽勢、發(fā)芽率則分別下降27.9%、9.5%。表明外源添加硒對鎘脅迫下黃瓜種子發(fā)芽勢的影響程度明顯大于發(fā)芽率，低濃度硒處理有利于黃瓜種子的萌發(fā)，高濃度則抑制鎘脅迫下黃瓜種子的萌發(fā)。

2.2硒對鎘脅迫下黃瓜種子發(fā)芽指數和活力指數的影響

由表1可知，50 μmol/L鎘處理使黃瓜種子的發(fā)芽指數和活力指數分別比對照降低9.8%和79.1%，在鎘處理中外源添加1.0、1.5、2.0、2.5 μmol/L硒后，黃瓜種子發(fā)芽指數比單獨50 μmol/L鎘處理提高了0.3%、2.4%、4.8%和87%，活力指數較單獨鎘處理增加了8.7%、13.8%、25.3%、327%；但當硒濃度繼續(xù)增加之后，黃瓜種子發(fā)芽指數和活力指數均較單獨鎘處理降低，且降低率隨著硒濃度的增加而加大，當硒濃度為5.0、10.0、20.0 μmol/L時，對應的發(fā)芽指數分別較單獨鎘處理下降0.8%、3.8%、8.4%，活力指數分別下降6.0%、17.6%、31.0%。

2.3硒對鎘脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

50 μmol/L鎘處理顯著抑制了黃瓜幼苗的生長，表現為芽長、根長和莖粗生長顯著受阻，與對照相比分別下降了131%、76.8%和14.3%，對根長的影響程度最大（表2）。外源添加1.0、1.5、2.0、2.5 μmol/L硒之后，芽長、根長和莖粗受鎘處理的抑制程度降低，和單獨鎘處理相比，其增長率均隨著硒濃度的增加而增加；但當硒濃度增加至5.0、10.0、20.0 μmol/L 時，其增長率和單獨鎘處理相比均有所下降，與對照相比，均呈下降趨勢。經比較發(fā)現，源硒添加 2.5 μmol/L 硒處理時，對鎘毒害的緩解效果最佳，黃瓜芽長、根長和莖粗分別較單獨鎘處理升高16.3%、22.1%和 35.1%，其中芽長和莖粗達對照水平。

2.4硒對鎘脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響

從圖1可知，鎘處理顯著影響黃瓜幼苗根系和地上部的生物量的積累，尤其是對黃瓜根系生物量積累的抑制，與對照相比，50 μmol/L鎘處理使黃瓜幼苗單株根系鮮質量、地上部鮮質量、根系干質量和地上部干質量下降率分別為 22.3%、10.5%、16.6%和4.9%；外源硒添加濃度小于 5.0 μmol/L 后，顯著緩解了鎘毒害對黃瓜幼苗生物量積累的抑制作用，即其生物量有所增加，當硒濃度為2.5 μmol/L時硒對黃瓜幼苗鎘毒害的緩解作用最佳，和單獨鎘處理相比單株根系鮮質量、地上部鮮質量和地上部干質量增長率均達最大值，分別為34.8%、7.4%和5.2%，而黃瓜根系干質量在硒濃度為2%時達最大值，為35.3%，但植株總鮮質量和干質量均在硒濃度為2.5 μmol/L時達最大。若再加大硒濃度，將會使黃瓜生物量積累增長率降低，并呈負增長；當硒濃度為 20.0 μmol/L 時，根系鮮質量、地上部鮮質量、根系干質量和地上部干質量分別比單獨鎘處理降低43.9%、5.5%、44.4% 和0.8%，表明高硒抑制鎘脅迫下黃瓜幼苗的生長。

3結論與討論

在重金屬毒害條件下，植物生長會受到各種等級的損傷；許多研究表明，重金屬脅迫也可以使植物種子發(fā)芽受到抑制，而且不同的重金屬會由于濃度、作用時間的不同而對種子發(fā)芽的抑制程度不同[12]。有關重金屬鎘對黃瓜毒害的報道很多，但鎘脅迫對黃瓜種子萌發(fā)及生長的研究報道較少[11-13]。硒是自然界中存在的生物機體的必需微量元素之一，能有效地提高水稻、煙草對鎘脅迫的抵抗能力[8，14]。發(fā)芽率表示種子的發(fā)芽能力，而發(fā)芽勢是發(fā)芽初期種子發(fā)芽比較集中時段的種子發(fā)芽率，代表種子發(fā)芽的整齊程度；發(fā)芽指數和活力指數是反映種子品質的2個主要參數[12]，所以本試驗用以上4個指標來檢測硒和鎘脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響，同時分析外源硒對鎘脅迫對黃瓜幼苗生長的影響。

[FK（W23][TPSHY1.tif]

試驗結果表明，50 μmol/L鎘處理對黃瓜種子萌發(fā)有顯著的抑制對用，與對照相比顯著降低黃瓜發(fā)芽勢、發(fā)芽指數及其活力指數；對黃瓜幼苗根長、芽長、莖粗、根系和地上部鮮質量和干質量均有不同程度的抑制作用，并且鎘脅迫對黃瓜幼苗根系生長的抑制程度明顯大于對地上部的抑制，其原因可能是由于根系和鎘溶液直接接觸，植物吸收水分等物質都是通過根系直接吸收運輸到地上部有關，這些結果與前人研究結果[11-13]一致。外源添加1.0、1.5、2.0、25 μmol/L硒之后，提高了鎘脅迫下黃瓜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數，顯著增加了黃瓜幼苗芽長、根長、莖粗以及生物量積累，緩解了鎘脅迫對黃瓜生長的抑制作用，且在這一濃度范圍內外源硒對鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的促進作用隨著硒濃度的增加而增加，且當硒濃度為 2.5 μmol/L 時對黃瓜幼苗鎘毒害的緩解效果最佳。然后，隨著硒濃度的再次增加，外源硒對鎘毒害的緩解作用消失，變?yōu)槎竞ψ饔?，以上指標均較單獨鎘脅迫降低，表明高濃度硒會加劇鎘毒害對黃瓜幼苗的傷害。

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