硅肥對(duì)鎘、鹽脅迫小麥種子萌發(fā)的影響實(shí)驗(yàn)研究

◎湖南省婁底市第三中學(xué) 賀逸嘉 曾浩宇

一、問題的由來(lái)

一次，老師帶我們到湖南人文科技學(xué)院陳躍進(jìn)教授的試驗(yàn)基地大棚參觀，我們看到有些盆栽水稻比其他水稻長(zhǎng)得健壯，陳教授告訴我們這是由于給水稻施加了新鋼渣硅肥，這種硅肥是利用漣源鋼鐵廠生產(chǎn)的廢渣制成的。

婁底市漣源鋼鐵廠和冷水江鋼鐵廠每年都會(huì)產(chǎn)生大量的鋼渣。湖南人文科技學(xué)院與俄羅斯科學(xué)院合作，在湖南省海外名師、俄羅斯硅肥專家馬基琴科夫教授和伊蓮拉博士的指導(dǎo)下，由陳教授主持開展了新鋼渣硅肥制作的研究，取得了階段性成果。

陳教授還告訴我們，這方面還有大量科學(xué)研究的工作等待完成。能和教授一起做研究是我夢(mèng)寐以求的事，我向陳教授報(bào)名參加新鋼渣硅肥項(xiàng)目的研究，陳教授爽快地答應(yīng)了我的請(qǐng)求，曾浩宇則提議我們合作完成。

硅肥對(duì)被鎘和鹽脅迫的種子的萌芽有什么影響？我們買來(lái)水稻、小麥、玉米等喜硅植物的種子做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水稻種子萌發(fā)緩慢，玉米胚乳、花生、大豆子葉由于本身所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，硅肥對(duì)它們的萌發(fā)影響不是很明顯，所以我們選擇小麥作為實(shí)驗(yàn)材料。

圖1 陳躍進(jìn)教授指導(dǎo)曾浩宇做實(shí)驗(yàn)

二、提出假設(shè)

我們的科學(xué)假設(shè)是：高濃度的鹽溶液和高濃度的重金屬（如鎘離子）溶液阻礙小麥發(fā)芽和根、芽生長(zhǎng)，而硅肥能促進(jìn)小麥發(fā)芽和根、芽生長(zhǎng)。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.實(shí)驗(yàn)材料及處理

鎮(zhèn)麥8號(hào)小麥種子（適合在湖南、湖北種植），浸種前先烘干種子（32 ℃恒溫烘干12 h）。

2.實(shí)驗(yàn)試劑及處理

氯化鈉（NaCl）、氯化鎘（CdCl2）、液體硅肥（融地美）、新鋼渣硅肥（自制，原料為漣源鋼鐵廠的水渣，球磨后用氫氧化鈉和硫酸活化）、無(wú)污染的純凈水。

鹽濃度：0.125‰Na+離子溶液（低濃度，相當(dāng)于海水鹽濃度），0.25‰Na+離子溶液（高濃度，相當(dāng)于內(nèi)陸旱土鹽濃度）。

鎘濃度：用低濃度（0.004‰Cd2+，相當(dāng)于輕度污染水體）和高濃度（0.008‰Cd2+，相當(dāng)于重度污染水體）兩種。

新鋼渣硅肥濃度（自制）：每升水加25 g新鋼渣硅肥。

液體硅肥（融地美）濃度：液體硅肥原液1 mL加水1000 mL。

3.實(shí)驗(yàn)器材

電熱恒溫培養(yǎng)箱、燒杯、培養(yǎng)皿（直徑10 cm）、電子分析天平、移液槍、玻璃棒、容量瓶、噴霧塔、稱量紙、量筒、20 cm尺子、吸水紙、移液管（1 mL和5 mL）、刻度吸管（2 mL和10 mL）、透明膠帶、剪刀、小勺子、試管刷、無(wú)紡布、硬紙、細(xì)繩。

4.對(duì)照處理

對(duì)19組小麥種子進(jìn)行不同的對(duì)照處理，分別是：空白、鹽1（0.125‰Na+）、鹽2 （0.25‰Na+）、鎘1（0.004‰Cd2+）、鎘2（0.008‰Cd2+）、液體硅肥、新鋼渣硅肥7個(gè)；鹽1配鎘1、鎘2、液體硅肥、新鋼渣硅肥4個(gè)；鹽2配鎘1、鎘2、液體硅肥、新鋼渣硅肥4個(gè)；鎘1配液體硅肥、新鋼渣硅肥2個(gè)；鎘2配液體硅肥、新鋼渣硅肥2個(gè)。重復(fù)3次，共57個(gè)培養(yǎng)皿。

5.實(shí)驗(yàn)方法

將小麥種子放在溫度恒定（25 ℃）的環(huán)境中發(fā)芽，每天觀察并換水兩次，記錄出芽率、根和芽的生長(zhǎng)情況。通過(guò)對(duì)比小麥種子萌發(fā)時(shí)特征最明顯的芽，特征次明顯的根的生長(zhǎng)情況以及整體的發(fā)芽率，初步探究和判斷硅肥對(duì)小麥種子萌發(fā)的促進(jìn)或抑制作用。

6.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）挑選57個(gè)完好無(wú)損的平板培養(yǎng)皿，洗凈后用無(wú)紡布擦干，在培養(yǎng)皿蓋上分別貼上標(biāo)簽。

（2）將吸水紙剪成略大于培養(yǎng)皿底部的圓，分別在57個(gè)培養(yǎng)皿的底部放兩張裁剪好的吸水紙。

（3）選取57份每份25顆飽滿的小麥種子放入燒杯中，用純凈水浸泡10 min。在3個(gè)空白對(duì)照組中加入30 mL純凈水，在其他18個(gè)對(duì)照組中加入10 mL純凈水。

圖2 用電子分析天平稱取氯化鎘等試劑

圖3 在恒溫箱內(nèi)生長(zhǎng)的小麥種子

（4）配制0.125‰Na+溶液200 mL，0.25‰Na+溶液200 mL，0.004‰Cd2+溶液200 mL，0.008‰Cd2+溶液200 mL。稱取5份每份0.5 g的鋼渣硅肥，配制200 mL溶液。用移液槍吸取200 mL按1∶1000配制的液體硅肥溶液。將上述溶液加入與之對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)皿中。

（5）將浸泡好的57份小麥種子分別加入57個(gè)培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中加入25顆種子，將種子均勻分散。

（6）半掩上培養(yǎng)皿的蓋子，將所有實(shí)驗(yàn)組移至25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中，記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)間，24 h后觀察種子是否萌發(fā)，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，待種子萌發(fā)后每隔一天測(cè)量一次種子的發(fā)芽數(shù)量、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)，并做記錄。

從實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，Cd2+、Na+雙重脅迫會(huì)嚴(yán)重抑制小麥種子根、芽的生長(zhǎng)，并使根、芽呈現(xiàn)焦黑狀態(tài)。為了尋找原因，我們?cè)谏锢蠋煹闹笇?dǎo)下做了根、芽的切片裝片，在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，受到Cd2+、Na+脅迫的小麥種子的根部死亡，芽葉部分也枯死，葉綠素缺失。

四、結(jié)果與結(jié)論

在恒溫培養(yǎng)箱中（25 ℃）通過(guò)為期7天的培養(yǎng)，測(cè)得小麥種子的發(fā)芽率、根長(zhǎng)（主根長(zhǎng)）、芽長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附件。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，Cd2+、Na+脅迫對(duì)小麥種子的根、芽生長(zhǎng)能起到明顯的抑制作用，隨著溶液濃度增加，抑制作用更加明顯；Na+脅迫比Cd2+脅迫對(duì)根、芽的抑制作用更明顯；在Cd2+、Na+雙重脅迫下，小麥種子的根、芽生長(zhǎng)受到的抑制作用最明顯，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重萎縮的情況。

無(wú)論是液體硅肥還是固體硅肥都能緩解Cd2+、Na+脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)的抑制作用，促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)以及根、芽的生長(zhǎng)；液體硅肥緩解Na+脅迫小麥種子芽的生長(zhǎng)的抑制作用的能力強(qiáng)于鋼渣硅肥；鋼渣硅肥緩解Cd2+脅迫小麥種子芽的生長(zhǎng)的抑制作用的能力強(qiáng)于液體硅肥；鋼渣硅肥和液體硅肥緩解Cd2+、Na+脅迫小麥種子根的生長(zhǎng)的抑制作用的能力差異不明顯。

硅肥對(duì)小麥種子萌發(fā)率的影響不明顯。Cd2+在一定程度上會(huì)抑制小麥種子的發(fā)芽，加入硅肥對(duì)Cd2+脅迫小麥種子萌發(fā)的緩解作用不明顯。Na+在一定程度上會(huì)抑制小麥種子的發(fā)芽，加入兩種不同的硅肥都能緩解Na+對(duì)小麥種子萌發(fā)的抑制作用，液體硅肥和鋼渣硅肥緩解Na+對(duì)小麥種子萌發(fā)的抑制作用的能力沒有明顯差異。

附件：

表1 平板培養(yǎng)小麥種子的平均發(fā)芽率、平均根長(zhǎng)、平均芽長(zhǎng)

專家點(diǎn)評(píng)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記載完整，分析合理，有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生增強(qiáng)了環(huán)保意識(shí)，加深了對(duì)家鄉(xiāng)的熱愛。建議在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，用SPSS分析相關(guān)數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加科學(xué)。