光照和浸種對5種具有修復(fù)重金屬污染土壤潛力的植物種子萌發(fā)的影響

邢維芹，劉 輝，曾 冰，張 杰，舒永開，胡欣杰

（河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，鄭州450001）

全國土壤污染狀況調(diào)查表明，重金屬是我國土壤中的主要污染物類型［1］。污染土壤中的重金屬可以通過食物鏈、呼吸等途徑進(jìn)入人體，危害人體健康。因此，對重金屬污染土壤進(jìn)行治理具有重要意義。植物提取修復(fù)是重金屬污染土壤修復(fù)的重要手段之一。然而，用于修復(fù)重金屬污染土壤的植物對環(huán)境條件有一定的適應(yīng)性，修復(fù)植物異地種植易出現(xiàn)不適應(yīng)現(xiàn)象［2］。因此，利用當(dāng)?shù)刂参镔Y源對污染土壤進(jìn)行修復(fù)顯得尤為必要。本研究組對河南濟(jì)源鉛冶煉企業(yè)附近野生植物進(jìn)行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，野塘蒿（Conyza bonariensis（L.）Cronq）、鬼針草（Bidens bipinnata.）、醴腸（Eclipta prostrata（L.）L.）、苘麻（Abutilon theophrastiMedicus）和龍葵（Solanum nigrumL.）對污染土壤中的鎘具有較強(qiáng)的吸收能力。其他研究者也有類似發(fā)現(xiàn)［34］。

將野生植物用于田間種植時，較高的發(fā)芽率是首先需要保證的特性之一。種子休眠是野生植物的重要習(xí)性之一，為了適應(yīng)田間大面積種植雜草的需要，又必須打破這些植物種子的休眠。用硝酸鉀溶液浸種是常用的打破種子休眠的方法。楊文杰等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用濃度為0.1%的硝酸鉀浸種黃秋葵24 h時，發(fā)芽率為100%，對照為72.7%［5］。不同濃度硝酸鉀對苦瓜種子萌發(fā)的研究表明，20 mg／L的硝酸鉀效果最好［6］。硝酸鉀打破水芹休眠的最佳濃度為0.1%～0.2%［7］。光照是影響種子萌發(fā)的主要因素之一［8］，多項研究表明，光照對某些植物種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用。黃頂菊黑暗條件下發(fā)芽率僅為7%，而在光照條件下可達(dá)97.5%［9］。假蒼耳在黑暗條件下發(fā)芽率為7%，光照條件下可達(dá)60%；紫莖澤蘭在黑暗條件下發(fā)芽率為25%，在光照條件下可達(dá)60%［10］。

本研究的目的是探討浸種和光照對發(fā)現(xiàn)于河南濟(jì)源某鉛冶煉企業(yè)附近重金屬污染土壤上生長的具有重金屬積累特性的野生植物的影響，為田間種植以上植物打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 植物種子

野塘蒿（Conyza bonariensis（L.）Cronq）、鬼針草（Bidens bipinnata）、醴 腸 （Eclipta prostrata（L.）L.）、苘 麻 （Abutilon theophrastiMedicus）和 龍 葵（Solanum nigrumL.）種子于2015年9月16日采自河南濟(jì)源某鉛冶煉廠周邊。采集時選擇發(fā)育完全、籽粒飽滿的種子，采集回的野塘蒿、鬼針草和醴腸種子在陽光下晾曬，龍葵果實用清水洗滌，之后將果實擠壓破碎，多次洗滌，將種子和果肉分離，分離后將種子在自然條件下曬干；采集回的苘麻將種子從果實內(nèi)分離，用清水洗滌，自然條件下曬干。所有種子晾干后放于4℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 種子萌發(fā)特性研究

2016年3月2日將種子從冰箱中取出，每種植物種子隨機(jī)取出1 300粒，平均分成2份，分別放入加有400 m L去離子水和20 mg／L硝酸鉀的燒杯中，室溫下浸泡24 h，之后取出，瀝干水分，將種子逐粒放于墊有1層濾紙的玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿放入100粒，蓋上皿蓋。光照處理的植物種子直接放于室溫條件下的光照培養(yǎng)箱內(nèi)（光照／黑暗＝14 h／10 h），光照強(qiáng)度為1.5×104lx，無光照處理的培養(yǎng)皿放于不透光的紙盒內(nèi)，其他與光照培養(yǎng)條件相同。每處理重復(fù)3次。每24 h補(bǔ)充水分并調(diào)查1次當(dāng)天發(fā)芽數(shù)。當(dāng)連續(xù)3 d無種子發(fā)芽時培養(yǎng)終止。

1.3 種子物理性狀觀察

將每種種子各15粒放于顯微鏡（VHX600，日本Keyence）下觀察拍照并測量每粒種子的長度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

計算種子發(fā)芽率（發(fā)芽種子粒數(shù)與試驗種子總數(shù)的百分比）、發(fā)芽勢（萌發(fā)達(dá)到高峰時種子的萌發(fā)數(shù)與試驗種子數(shù)的百分比）、發(fā)芽指數(shù)（以第1天的發(fā)芽數(shù)除以1，加上第2天的發(fā)芽數(shù)除以2，一直加到最后1天的發(fā)芽數(shù)除以最后1天的發(fā)芽天數(shù)，和即為發(fā)芽指數(shù)）、平均發(fā)芽時間（從第1天培養(yǎng)開始計，第1天的發(fā)芽數(shù)乘以1，第2天的發(fā)芽數(shù)乘以2，一直到最后1天發(fā)芽數(shù)乘以最后1天的培養(yǎng)天數(shù)，其和除以總的發(fā)芽數(shù)，所得值即為種子平均發(fā)芽時間）。

試驗數(shù)據(jù)均采用Microsoft Office Excel 2013進(jìn)行處理，顯著性分析用SPSS 20.0 LSD多重比較法。

2 結(jié)果與討論

2.1 光照和浸種對醴腸種子萌發(fā)的影響

由表1可見，不同處理措施對醴腸種子萌發(fā)有明顯影響，尤其是光照的影響最為顯著。2種浸種方式下均是有光照處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間顯著高于無光照（p＜0.05）。硝酸鉀處理下，有光照處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間分別是無光照 的14.8 倍、17.2 倍、10.6倍和1.11倍；去離子水處理下，前者分別是后者的48.4倍、54.1倍、31.9倍和1.25倍。有光照條件下硝酸鉀處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)比去離子水處理要高，分別高5.59%、6.31%和2.67%。以上結(jié)果說明，對于醴腸種子，可以采用20 mg／L硝酸鉀溶液在光照條件下浸種促其萌發(fā)。

對醴腸種子萌發(fā)特性的研究較少。已有研究發(fā)現(xiàn)，光照是醴腸種子萌發(fā)的必要條件［1112］；田間試驗也證明了這一點(diǎn)［13］，這與本研究一致。本研究發(fā)現(xiàn)，用硝酸鉀溶液浸種對醴腸種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。本研究得到的醴腸種子發(fā)芽率與陳文等［14］的結(jié)果相近。

2.2 光照和浸種對龍葵種子萌發(fā)的影響

由表2可知，不同處理措施對龍葵種子的萌發(fā)有一定影響，但處理措施對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響均未達(dá)到0.05的顯著水平。2種浸種措施下，光照條件下的發(fā)芽率均低于無光照，硝酸鉀和去離子水處理下，光照條件下的發(fā)芽率分別比無光照低6.5%和10.2%。另外，在光照和無光照條件下，硝酸鉀浸種后的發(fā)芽率分別比去離子水浸種的發(fā)芽率低1.31%和4.77%。

多項研究發(fā)現(xiàn)，光照對龍葵種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用，且光照條件下的發(fā)芽率遠(yuǎn)高于無光照條件［1516］。硝酸鉀溶液浸種對龍葵種子萌發(fā)有促進(jìn)作用［17］，但當(dāng)所用硝酸鉀濃度差異較小時，不同濃度處理的發(fā)芽率之間差異不明顯［16］；當(dāng)溶液濃度差異較大時，不同濃度之間的作用差異明顯［17］。本研究中，硝酸鉀和光照條件下，龍葵種子發(fā)芽率略有降低，但這些差異均未達(dá)到0.05的顯著水平，與以上研究結(jié)果有一定差異。

2.3 光照和浸種對苘麻種子萌發(fā)的影響

由表3可知，不同處理措施對苘麻種子的萌發(fā)有明顯影響。2種浸種措施在光照條件下的發(fā)芽率均高于無光照，硝酸鉀和去離子水處理下，光照條件下的發(fā)芽率分別比無光照高20.4%和21.5%。光照和無光照條件下，硝酸鉀浸種處理的發(fā)芽率分別比對應(yīng)去離子水浸種低13.6%和12.6%。可見，對于苘麻種子，可用去離子水浸種后在光照條件下培養(yǎng)促其萌發(fā)。

表1 不同處理對醴腸種子萌發(fā)的影響

表2 不同處理對龍葵種子萌發(fā)的影響

對苘麻種子的發(fā)芽條件的研究較少。本研究中，苘麻種子的萌發(fā)受到光照的促進(jìn)，但不同處理的差異未達(dá)到0.05的顯著水平。王金淑研究表明，光照能明顯促進(jìn)苘麻的萌發(fā)，不同處理中，苘麻發(fā)芽率的最大值為61.45%［18］，略高于本研究中的結(jié)果。鄧天福等發(fā)現(xiàn)，苘麻在溫室條件下的發(fā)芽率達(dá)到89%［19］；張秀玲研究發(fā)現(xiàn)，NaCl和Na2CO3對苘麻的萌發(fā)有一定的抑制作用［20］，這與本研究中20 mg／L硝酸鉀浸種后其萌發(fā)受到一定的抑制相一致。這說明，鹽溶液浸種對苘麻萌發(fā)的抑制作用是普遍存在的。

2.4 光照和浸種對野塘蒿種子萌發(fā)的影響

由表4可見，不同處理措施對野塘蒿種子萌發(fā)有明顯影響。去離子水和硝酸鉀浸種條件下的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均是無光照處理高于光照處理，而去離子水浸種的發(fā)芽率高于硝酸鉀浸種。硝酸鉀處理下，無光照處理發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別比有光照處理高17.6%和39.1%；去離子水處理下，無光照處理比有光照處理高8.87% 和44.1%。另 外，無光照條件下，硝酸鉀浸種比去離子水浸種發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別低13.8%和44%，有光照條件下，前者比后者分別低22.9%和39%。去離子水和硝酸鉀浸種下的發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間均是無光照處理低于有光照處理，硝酸鉀處理下，無光照處理發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間分別比有光照處理低38.4%和16.0%；去離子水處理下，前者的發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間分別比后者低48.3%和5.95%。

野塘蒿是世界范圍內(nèi)廣泛分布的雜草，但對野塘蒿的萌發(fā)特性研究較少。本研究表明，黑暗條件和去離子水浸種更加能促進(jìn)野塘蒿萌發(fā)，但不同處理間差異較?。ū?）。郝建華等研究表明，野塘蒿在光照和黑暗12 h，溫度25℃條件下的發(fā)芽率約為60%，另外，隨著種子埋深的增加，野塘蒿的發(fā)芽率逐漸減小，表明光照可能是野塘蒿萌發(fā)的必要條件［21］，這一點(diǎn)與本研究結(jié)果不同。

2.5 光照和浸種對鬼針草種子萌發(fā)的影響

由表5可見，不同處理措施對鬼針草種子萌發(fā)有一定的影響。同一光照條件下去離子水浸種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均高于硝酸鉀浸種，光照條件下前者以上3個參數(shù)比后者分別高103%、98.2%和77.5%，部分差異達(dá)到0.05的顯著水平；無光照條件下前者以上3個參數(shù)比后者分別高44.6%、46.6%和34%。去離子水浸種時光照條件下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間均高于無光照條件，分別高出25.1%、29.3%、30.4%和7.00%。同種浸種條件下光照對發(fā)芽率的影響未達(dá)到0.05的顯著水平。以上結(jié)果說明，鬼針草可以采用去離子水浸種促其發(fā)芽。

本研究表明，去離子水浸種對鬼針草萌發(fā)的促進(jìn)作用好于硝酸鉀，而光照對其影響不大（表5）。對于硝酸鉀對鬼針草萌發(fā)的影響，尚未見報道。劉明超［22］和嚴(yán)文斌［23］的研究均表明，光照對鬼針草的萌發(fā)有利。多數(shù)研究中，鬼針草的發(fā)芽率均達(dá)到80%以上［23］，遠(yuǎn)高于本研究結(jié)果，其中原因還需進(jìn)一步研究。

表3 不同處理對苘麻種子萌發(fā)的影響

表4 不同處理對野塘蒿種子萌發(fā)的影響

表5 不同處理對鬼針草種子萌發(fā)的影響

2.6 種子形態(tài)

根據(jù)觀察，醴腸種子胚芽端為四面體結(jié)構(gòu)，胚根端呈圓形，種子側(cè)面由4個平面構(gòu)成。龍葵種子呈球形，種子表面呈蜂窩狀凹坑。苘麻種子呈心形，表面黑色，附有白色絨毛。野塘蒿種子為細(xì)長瘦果，附有較長絨毛。鬼針草由果針和果體兩部分構(gòu)成，果體為深褐色長條形瘦果，果針為黃褐色刺，刺上部有倒刺。

從圖1可見，鬼針草種子的長度遠(yuǎn)大于其它4種植物，且長度變異較大。

圖1 5種植物種子的長度

3 結(jié) 論

本研究利用采集于河南省濟(jì)源市某鉛冶煉企業(yè)附近的野塘蒿、鬼針草、醴腸、苘麻和龍葵種子，探討了光照、水或20 mg／L硝酸鉀浸種對這5種具有修復(fù)重金屬污染土壤潛力的植物種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明，醴腸種子的萌發(fā)受處理措施的影響最大，醴腸種子的萌發(fā)受到光照的強(qiáng)烈促進(jìn)，且硝酸鉀浸種后的發(fā)芽率略高于去離子水浸種。對于鬼針草和苘麻，去離子水浸種的發(fā)芽率高于硝酸鉀浸種，且以去離子水在光照條件下浸種發(fā)芽率最高。浸種和光照處理未對龍葵的發(fā)芽率產(chǎn)生顯著影響（p＞0.05）。去離子水浸種后野塘蒿發(fā)芽率高于硝酸鉀浸種，且以黑暗條件下浸種的發(fā)芽率略高。本研究中，不同植物種子的最高發(fā)芽率的排序為醴腸＞龍葵＞苘麻＞野塘蒿＞鬼針草。

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