Cd和Pb及其復(fù)合脅迫對小麥種子萌發(fā)及幼苗根系生長的影響

龐國飛　孟慶東　趙慧云　戚名揚(yáng)　林歡　胡瑾

摘要? ? 采用發(fā)芽盒濾紙發(fā)芽法，分別設(shè)置不同濃度Cd2+（0、15、30、60、120 mg/L）、Pb2+（0、100、200、500、1 000 mg/L）及Cd2+與Pb2+的復(fù)合溶液處理2個(gè)小麥品種，測定小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及幼苗根系生長等指標(biāo)，以研究不同濃度Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫對小麥種子萌發(fā)及幼苗根系生長的影響。結(jié)果表明，與空白對照相比，不同濃度的Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫對小麥種子發(fā)芽及幼苗根系生長均有抑制作用，并且隨著濃度的增大抑制作用增強(qiáng);單一低濃度的Cd2+、Pb2+處理與空白對照之間多數(shù)無顯著性差異;Cd2+和Pb2+復(fù)合脅迫的強(qiáng)度要高于單一Cd2+和Pb2+的處理;淮麥33對不同濃度Cd2+和Pb2+及其復(fù)合脅迫的耐性高于煙農(nóng)19。

關(guān)鍵詞? ? 小麥;Cd;Pb;種子萌發(fā);根系生長

中圖分類號? ? S512.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）09-0021-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

近年來，由于污水灌溉、污泥農(nóng)用及含有重金屬的農(nóng)藥、化肥、殺蟲劑等不合理使用，造成我國農(nóng)田土壤重金屬污染日益加重，土壤重金屬長期積累不僅破壞土壤生態(tài)環(huán)境，阻礙動(dòng)植物生長，而且通過食物鏈危及人體健康[1]。我國土壤重金屬污染以鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）等污染為主[2]。小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪饕募Z食作物之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究表明，Cd、Pb脅迫導(dǎo)致小麥幼苗出現(xiàn)生長遲緩、褪綠等中毒癥狀，最終產(chǎn)量大幅降低[3-5]。在脅迫條件下，種子萌發(fā)與幼苗生長的特征可以在一定程度上反映植物對脅迫的耐性[6]。據(jù)此，本研究選擇淮安主栽小麥品種為材料，探討了重金屬Cd、Pb單一及其復(fù)合脅迫對小麥種子萌發(fā)和幼苗根系的影響，以期為小麥生產(chǎn)提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)概況

供試小麥品種為煙農(nóng)19和淮麥33。試驗(yàn)設(shè)在江蘇省植物生產(chǎn)與加工實(shí)踐教育中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇大小一致、顆粒飽滿的小麥種子，用20%雙氧水消毒10 min后，用蒸餾水沖洗干凈，將種子（腹溝朝下）均勻排列在鋪有雙層發(fā)芽紙的發(fā)芽盒（長、寬、高分別為19、13、12 cm）中，每盒100粒，然后進(jìn)行Cd2+、Pb2+不同濃度處理（表1），共16個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，放入光照培養(yǎng)箱，晝、夜溫度分別為22、18 ℃。

1.3? ? 測定項(xiàng)目與方法

每天分別加入定量處理溶液，種子萌發(fā)以胚根達(dá)到種子長度的1/2為標(biāo)準(zhǔn)作為發(fā)芽標(biāo)志，在第3天數(shù)出發(fā)芽的種子，計(jì)算發(fā)芽勢。在第7天數(shù)出發(fā)芽的種子，計(jì)算發(fā)芽率;并隨機(jī)抽取30粒已發(fā)芽的種子，用直尺量出胚芽長，采用WinPHIZO根系分析儀測定根系的總長度、平均直徑、根系平均表面積、根系總體積、根系數(shù)量等。用吸水紙將種子表面水分吸干，稱出種子的鮮重。計(jì)算公式如下：

發(fā)芽勢（%）=第3天正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;

發(fā)芽率（%）=第7天正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100。

1.4? ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 不同處理對小麥種子萌發(fā)的影響

由表2可知，與CK相比，單一的Cd2+、Pb2+脅迫下，小麥種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均有所下降，且均隨Cd2+、Pb2+濃度的增大下降幅度增加，處理A4、B4煙農(nóng)19的發(fā)芽勢分別為18.89%和12.22%、發(fā)芽率分別為26.67%和40.00%。2個(gè)小麥品種對Cd2+、Pb2+脅迫的響應(yīng)有所差別，煙農(nóng)19在Cd2+濃度為0～30 mg/L、Pb2+濃度為0～200 mg/L單一脅迫下發(fā)芽率無顯著性差異，淮麥33的表現(xiàn)相反。Cd2+和Pb2+的復(fù)合脅迫對2個(gè)品種的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均有顯著性的影響，尤其是對發(fā)芽率。從Cd2+、Pb2+單一及其復(fù)合脅迫對發(fā)芽勢和發(fā)芽率的綜合影響來看，淮麥33對低濃度Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫的響應(yīng)高于煙農(nóng)19，而在高濃度Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫下的耐性要強(qiáng)于煙農(nóng)19，處理A1B4煙農(nóng)19和淮麥33的發(fā)芽率分別為30.00%、43.33%，處理A4B2煙農(nóng)19和淮麥33的發(fā)芽率分別為16.67%、22.22%，均比較低。

Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫對小麥胚芽長和鮮重也有顯著性的影響，主要表現(xiàn)為隨Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫濃度的增加，小麥胚芽縮短，鮮重下降，但低濃度Cd2+（0～15 mg/L）、Pb2+（0～200 mg/L）及其復(fù)合脅迫各處理小麥種子鮮重?zé)o顯著差異。在本試驗(yàn)中，Cd2+對小麥種子萌發(fā)的抑制程度要大于Pb2+ 處理。

2.2? ? 不同處理對小麥幼苗根系生長的影響

由表3可知，不同濃度Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫對小麥幼苗的總根長、根系表面積和根尖數(shù)的影響表現(xiàn)為隨Cd2+、Pb2+ 濃度的增大而增大，低濃度Cd2+（處理A1）、Pb2+（處理B1）處理與CK無顯著差異;但處理A1B4、A4B2與CK差異顯著，煙農(nóng)19的總根長分別為5.60、4.90 cm，根系表面積分別為1.94、1.55 cm2。不同濃度Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫下，小麥根系直徑增粗，并隨濃度的增大而增粗，處理A3煙農(nóng)19和淮麥33根系平均直徑分別為1.256 5、1.063 7 mm，分別較CK增粗48.7%和 33.8%，高濃度的Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫使根系生長嚴(yán)重受阻，表型觀察根系為畸形生長。不同濃度Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫對煙農(nóng)19和淮麥33幼苗根系的影響基本是一致的，但淮麥33對Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫的耐性要高于煙農(nóng)19，低濃度下Cd2+、Pb2+對淮麥33總根長和根系體積有促進(jìn)作用，但與空白對照無顯著性差異。本試驗(yàn)中，Cd2+ 對小麥幼苗根系的影響要大于Pb2+處理，復(fù)合脅迫對小麥幼苗根系的影響要大于單一脅迫。

3? ? 結(jié)論與討論

種子的萌發(fā)不僅是植物生命周期的開始，也是植物對外界一切反應(yīng)的開始，更是對外界環(huán)境的敏感期，能夠作為檢驗(yàn)水體、土壤等環(huán)境污染的重要依據(jù)[7]，重金屬脅迫會(huì)使種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、主根長、上胚軸長度、株高以及植株生物量等受到不同程度的影響[8]。已有的研究表明，重金屬對植物種子萌發(fā)具有“低促高抑”的影響，即低濃度重金屬在一定程度上可以提高種子胚的生理活性，促進(jìn)種子萌發(fā);高濃度重金屬則對種子胚芽等產(chǎn)生毒害作用，并抑制種子的代謝過程，從而抑制種子萌發(fā)[9-10]。本研究中，低濃度Cd2+（15 mg/L）和Pb2+（100 mg/L）降低了小麥種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，多數(shù)與空白對照之間無顯著差異，與他人研究結(jié)果不一致的主要原因可能是重金屬濃度的設(shè)置有差異以及不同基因型的小麥品種對重金屬的耐性不同。本試驗(yàn)中，隨Cd2+、Pb2+及其復(fù)合脅迫濃度的增大，2個(gè)小麥品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和總根長、根系表面積及根尖數(shù)等均表現(xiàn)出下降的趨勢，并隨濃度的增大而加劇，而根系的平均直徑則表現(xiàn)為相反，表明一定濃度Cd2+、Pb2+ 及其復(fù)合脅迫對種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用;不同濃度Cd2+ 對小麥種子萌發(fā)及根系生長的抑制程度要高于不同Pb2+ 濃度處理;Cd2+ 和Pb2+ 復(fù)合脅迫的強(qiáng)度要高于單一Cd2+和Pb2+ 的處理;淮麥33對不同濃度Cd2+和Pb2+ 及其復(fù)合脅迫的耐性要高于煙農(nóng)19。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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