不同濃度鎘脅迫對豇豆種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

侯曉杰，梁魁景

（衡水學院生命科學學院，河北衡水 053000）

鎘（Cd）是生物毒性最強的重金屬元素之一，是僅次于汞的第二大環(huán)境污染源。Cd 會對植物產(chǎn)生毒害，且極易被植物吸收，并通過食物鏈富集對人體產(chǎn)生慢性中毒[1]。根據(jù)我國2014年環(huán)保部報告顯示，全國土壤超標嚴重，其中鎘的點位超標率已達7.0%[2]。土壤中的鎘被植物吸收后，植物體內(nèi)原有的離子平衡會遭到破壞，從而對植物的生理形態(tài)造成較顯著影響，如植物根系萎縮、葉片顏色變淺，干枯、植株矮小、生物量顯著降低，葉綠素含量下降[3]。鎘在植物中各部位的分布情況基本上為根＞葉＞莖＞花、果、籽粒[4]。在植物組織中鎘含量達到1mg/kg 時，就會對某些植物產(chǎn)生毒害，使植物表現(xiàn)出葉色減褪、植物矮化、物候期延遲等癥狀，從而使植物生物產(chǎn)量下降，甚至死亡。具體表現(xiàn)為：對根部的損傷，抑制植物水分的吸收，阻礙光合作用和蒸騰作用等[5]。

豇豆（學名Vigna unguiculata），俗稱角豆、姜豆、帶豆、掛豆角。含豐富的維生素B、C 和植物蛋白質(zhì)，能使人頭腦寧靜，調(diào)理消化系統(tǒng)，消除胸膈脹滿。可防治急性腸胃炎、嘔吐腹瀉，有解渴健脾、補腎止泄、益氣生津的功效，具有一定的食用、藥用價值。本試驗采用花臉豇豆為供試蔬菜，對其進行鎘脅迫環(huán)境下的生長指標測定，以期為生產(chǎn)實踐提供指導依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

花臉豇豆，購于拯農(nóng)種苗有限公司。

試驗于2017年10 月至2018年4 月在衡水學院園林植物學實驗室進行。

1.2 試驗方法

1.2.1 脅迫處理。選取籽粒飽滿的花臉豇豆種子，用無菌水沖洗3 遍，然后采用在9 cm 培養(yǎng)皿底部濾紙上加入不同濃度的鎘溶液模擬鎘脅迫。試驗共設5 個濃度處理：鎘溶液濃度分別為0.1mg/L、1.0mg/L、5.0mg/L、10.0mg/L 和0mg/L（對照：水）。每處理3 次重復，每次重復為1 個培養(yǎng)皿內(nèi)置50 粒種子。接種后的培養(yǎng)皿置于溫度為25℃，光照為1500～2000Lx，日光照時數(shù)為14h 的光照培養(yǎng)箱中進行光暗交替培養(yǎng)，之后進行種子萌發(fā)及生長情況指標的測定。

1.2.2 項目測定。①發(fā)芽率。發(fā)芽率是測試種子發(fā)芽數(shù)占總測試種子的百分比。發(fā)芽率是檢測種子質(zhì)量的重要指標之一，發(fā)芽率能近似地反映出苗率，是作物對外界影響反應的初期，直接影響作物的生長和產(chǎn)量。所以，鎘對發(fā)芽率的影響很大程度上反應鎘對蔬菜幼苗生長發(fā)育的影響。發(fā)芽率的計算公式為：發(fā)芽率（%）=前7 天種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100。②出苗率。出苗率是種子生長發(fā)育的重要指標之一，以種子長出真葉為準，計算公式為：出苗率（%）=種子出苗數(shù)/供試種子總數(shù)×100。③株高、根長、鮮重。在播種后20d時，將各種鎘濃度下培養(yǎng)的豇豆幼苗每次重復隨機選取20 株，用尺子測量其株高、根長并稱重，最后取平均值作為每次重復的豇豆幼苗高度、根長及鮮重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)及作圖，SPSS16.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析（p＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對豇豆種子發(fā)芽率、出苗率的影響

種子發(fā)芽率和出苗率能反映種子的萌發(fā)狀態(tài)及種子質(zhì)量的好壞。鎘處理后花臉豇豆的發(fā)芽率、出苗率情況如表1、圖1 所示。

表1 不同濃度鎘脅迫對花臉豇豆種子發(fā)芽率、出苗率的影響

圖1 不同濃度鎘脅迫對豇豆種子發(fā)芽率、出苗率的影響

豇豆種子的發(fā)芽率隨著鎘濃度的升高而呈下降趨勢，但都高于對照發(fā)芽率，且都與對照發(fā)芽率有顯著性差異（p＜0.05），說明試驗所用的鎘低濃度下對豇豆種子發(fā)芽具有刺激作用。Cd 0.1mg/L 和1.0mg/L 之間，豇豆種子的發(fā)芽率無顯著性差異，但與Cd 5.0mg/L、10.0mg/L 處理的種子發(fā)芽率有顯著性差異，表明濃度越高花臉豇豆種子的發(fā)芽率呈明顯的下降趨勢。

豇豆種子的出苗率隨著鎘濃度的升高而呈下降趨勢，Cd 低濃度0.1mg/L 和1.0mg/L 時其出苗率與對照相比無顯著性差異，但與高濃度5.0mg/L、10.0mg/L 處理的種子出苗率有顯著性差異；5.0mg/L、10.0mg/L 處理間有顯著性差異，且與對照之間差異顯著，表明高濃度的鎘脅迫會明顯降低豇豆種子的出苗率。

2.2 鎘脅迫對豇豆幼苗生長的影響

試驗分別對豇豆幼苗生長20d 時的株高、根長及鮮重進行了測定，結(jié)果見圖2、圖3 和圖4。

圖2 不同濃度鎘脅迫對豇豆幼苗株高的影響

圖3 不同濃度鎘脅迫對豇豆幼苗根長的影響

圖4 不同濃度鎘脅迫對豇豆幼苗鮮重的影響

由圖2 可知：豇豆幼苗的株高隨著鎘濃度的增加呈逐漸下降的趨勢，Cd 濃度為0.1mg/L 時對豇豆的株高與對照比較無顯著差異，但其它鎘濃度與對照比較對豇豆株高有顯著性差異。在鎘濃度為0.1mg/L 和1.0mg/L 之間時，鎘對豇豆幼苗株高的影響呈顯著性差異，濃度增高至一定程度對幼苗的株高影響差異不顯著。

由圖3 可知：豇豆幼苗的根長隨著鎘濃度的增加呈明顯下降的趨勢，Cd 濃度為0.1mg/L 時對豇豆的根長與對照比較無顯著差異，但其它鎘濃度與對照比較對豇豆根長有顯著性差異。但鎘濃度為5.0mg/L 時幼苗出現(xiàn)了無根的現(xiàn)象，說明鎘對豇豆幼苗根的抑制性很強，根是植物生長發(fā)育過程中重要的吸收器官，無根豇豆將無法完成其后期的營養(yǎng)生長和生殖生長。

由圖4 可知：豇豆幼苗的鮮重隨著鎘濃度的增加呈明顯下降的趨勢，且Cd 濃度為1.0～10.0mg/時豇豆鮮重的變化無顯著性差異，但與對照和Cd 濃度為0.1mg/L 時的鮮重之間差異呈顯著性，說明鎘對豇豆幼苗鮮重的影響在極低濃度時不表現(xiàn)，在濃度升高至1.0mg/L 時即表現(xiàn)明顯的抑制作用，這將使豇豆不能很好地進行營養(yǎng)生長及光合作用等，不能保證豇豆的生殖生長。

3 結(jié)論與討論

通過試驗結(jié)果分析可知：鎘脅迫對花臉豇豆種子的發(fā)芽率、出苗率、株高、根長及鮮重都有一定程度的影響，隨著鎘濃度的升高，其各生長指標均呈現(xiàn)下降的趨勢。影響豇豆幼苗生長發(fā)育最明顯的鎘濃度在0.1～5.0mg/L 之間。所以，在植物種植時，通過施用改良劑等來增加土壤的養(yǎng)分達到促進植物生長的目的。有研究表明[6]，土壤養(yǎng)分和重金屬之間具有拮抗關系。重金屬嚴重抑制植物對土壤養(yǎng)分的吸收，可以通過施加改良劑如石灰、過磷酸鈣和豬糞等對蔬菜根際土壤pH值的影響來對鎘污染的土壤進行修復，從而促進蔬菜的生長和發(fā)育。