苗秀蓮 劉傳棟 呂艷偉

摘要：以白蠟樹(shù)（Fraxinus chinensis Roxb.）種子為材料，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究了不同濃度鎳對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的污染效應(yīng)。結(jié)果表明，1 mg/L的Ni2+提高了發(fā)芽率，提升了種子的活力；5、10 mg/L的Ni2+僅提高了發(fā)芽率，但是對(duì)種子的活力貢獻(xiàn)不大；而50、100 mg/L的Ni2+則對(duì)白蠟樹(shù)種子的中后期發(fā)芽和生長(zhǎng)產(chǎn)生了明顯傷害，導(dǎo)致無(wú)法成苗；說(shuō)明低濃度的Ni2+促進(jìn)白蠟樹(shù)種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)，而高濃度的Ni2+則有抑制作用。抑制白蠟樹(shù)種子發(fā)芽率的Ni2+閾值為10～50 mg/L，抑制胚根伸長(zhǎng)的閾值在1～5 mg/L內(nèi)，抑制胚軸伸長(zhǎng)的閾值在5～10 mg/L內(nèi)，所以白蠟樹(shù)施肥后土壤鎳濃度不應(yīng)超過(guò)5 mg/kg。

關(guān)鍵詞：鎳；白蠟樹(shù)（Fraxinus chinensis Roxb.）；種子；發(fā)芽

中圖分類號(hào)：O614.81+3；S792.41；S722.1+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）14-3435-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.026

Effects of Nickel on Seed Germination of Fraxinus chinensis

MIAO Xiu-lian，LIU Chuan-dong，L？譈 Yan-wei

（School of Life Sciences， Liaocheng University， Liaocheng 252059， Shandong， China）

Abstract： With the seeds of Fraxinus chinensis Roxb.， the effect of different concentration of nickel on seed germination and seedling growth was investigated. The results showed that， 1 mg/L Ni2+ increased germination rate and seed vigor； while 5 mg/L， 10 mg/L Ni2+ only increased germination rate， but had little effect on seed vigor. 50 mg/L， 100 mg/L Ni2+ had obviously damaged effect on later germination and growth of seeds， leading to a low seedling survival rate even unable to seedling. The results suggested that low concentration of Ni2+ accelerated seed germination and seedling growth； while high concentration Ni2+ showing the inhibition effect. The threshold value range of inhibition on germination rate was 10 to 50 mg/L， on radical elongation was 1 to 5 mg/L， and on hypocotyl elongation was 5 to 10 mg/L. It was concluded that the soil nickel concentration of F. chinensis should not exceed 5 mg/kg after fertilization.

Key words： nickel； Fraxinus chinensis Roxb.； seeds； germination

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤環(huán)境中的鎳（Ni）污染日漸嚴(yán)重。宋偉等[1]研究表明，中國(guó)耕地鎳的污染概率為5.17%；2014年國(guó)家發(fā)布的《全國(guó)土壤污染概況調(diào)查公報(bào)》中顯示，鎳的點(diǎn)位超標(biāo)率為4.8%，屬于土壤污染第二位的無(wú)機(jī)污染物。白蠟樹(shù)（Fraxinus chinensis Roxb.）為木樨科（Oleaceae）梣屬（Fraxinus L.）落葉喬木，在中國(guó)栽培歷史悠久，生態(tài)幅寬，分布范圍廣，是中國(guó)重要的鄉(xiāng)土樹(shù)種[2，3]，所以土壤重金屬鎳對(duì)白蠟樹(shù)的生態(tài)影響不容忽視。目前重金屬污染土壤植物修復(fù)和重金屬鎳對(duì)植物的影響方面報(bào)道很多，但是鎳污染對(duì)白蠟樹(shù)的生長(zhǎng)和發(fā)育的影響還未見(jiàn)報(bào)道。試驗(yàn)以白蠟樹(shù)種子為材料，測(cè)試了在不同濃度Ni2+作用下種子發(fā)芽和出苗情況，以期為監(jiān)控鎳對(duì)白蠟樹(shù)的危害及在白蠟樹(shù)種植中合理利用鎳元素提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

白蠟樹(shù)種子購(gòu)自山東省莘縣園林苗木公司；試驗(yàn)用試劑有重金屬鎳化合物NiCl2·6H2O、次氯酸鈉，均為分析純，由聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院提供；試驗(yàn)于2014年在聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的光照培養(yǎng)箱內(nèi)完成。

1.2 方法

1.2.1 種子預(yù)處理 選取子粒飽滿、大小基本一致的白蠟樹(shù)種子，先于燒杯內(nèi)用去離子水浸泡12 h，去除翅果后再用去離子水處理72 h，取出后用10%的次氯酸鈉溶液對(duì)供試種子消毒10 min，再用去離子水沖洗5次，置于濾紙上吸干，完成種子的預(yù)處理。

1.2.2 重金屬鎳的濃度設(shè)置 重金屬鎳的濃度設(shè)置5個(gè)處理，分別為1、5、10、50、100 mg/L，對(duì)照為去離子水，每處理種子30粒，3次重復(fù)。

1.2.3 種子的發(fā)芽試驗(yàn) 將試驗(yàn)所需的培養(yǎng)皿（直徑90 mm）等器具用10%次氯酸鈉進(jìn)行消毒處理，然后用去離子水沖洗干凈，晾干。在每個(gè)培養(yǎng)皿底部平鋪一片無(wú)塵定性濾紙，隨機(jī)抽取預(yù)處理過(guò)的白蠟樹(shù)種子30粒整齊地平放在濾紙上，用移液管分別加入不同濃度的處理液10 mL，用以淹沒(méi)種子直徑的1/2；對(duì)照處理加入相同體積的去離子水。然后將培養(yǎng)皿移入溫度為25 ℃±1 ℃、光照度為860.8 lx、光周期12 h光照/12 h黑暗的光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)。白蠟樹(shù)種子在光照培養(yǎng)箱內(nèi)的時(shí)間為10 d，期間每天觀察、記錄各處理種子的發(fā)芽情況，在第五天加入5 mL相對(duì)應(yīng)濃度的處理液。

1.2.4 種子發(fā)芽試驗(yàn)的有關(guān)指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算 發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，用濾紙吸干表面水分，統(tǒng)計(jì)各處理的種子總發(fā)芽數(shù)；每處理選取10株幼苗，稱取幼苗鮮重，然后剪下胚根與胚軸，分別對(duì)胚根、胚軸、葉片進(jìn)行快速稱重，準(zhǔn)確測(cè)量胚根與胚軸的長(zhǎng)度，各處理都取3個(gè)重復(fù)的平均值，分別計(jì)算種子發(fā)芽率、根伸長(zhǎng)的抑制率等有關(guān)的發(fā)芽指標(biāo)。

種子發(fā)芽率（GP）=（發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%；

發(fā)芽勢(shì)（GE）=（規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%；

試驗(yàn)中白蠟樹(shù)種子的規(guī)定天數(shù)為4 d。

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）；

式中，Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為對(duì)應(yīng)日發(fā)芽的種子數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=發(fā)芽指數(shù)×幼苗鮮重；

抑制率（IR）=[（對(duì)照指標(biāo)數(shù)值-處理指標(biāo)數(shù)值）/對(duì)照指標(biāo)數(shù)值]×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表述，運(yùn)用Microsft Office Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ni2+對(duì)白蠟樹(shù)種子萌發(fā)的影響

試驗(yàn)測(cè)定的Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子萌發(fā)的影響情況見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，低濃度Ni2+處理（1、5、10 mg/L）在第五天與對(duì)照相比，就已對(duì)種子的萌發(fā)產(chǎn)生了明顯的促進(jìn)作用，而高濃度Ni2+處理（50、100 mg/L）在第三天、第四天與對(duì)照相比就表現(xiàn)出了抑制作用。實(shí)際上在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)進(jìn)行至第四天時(shí)，不同Ni2+濃度處理下的白蠟樹(shù)種子在生長(zhǎng)方面就已出現(xiàn)明顯的分化，1、5、10 mg/L的Ni2+處理其種子比對(duì)照的生長(zhǎng)要好，表現(xiàn)在發(fā)芽種子數(shù)量多、胚芽較長(zhǎng)；而50 mg/L的Ni2+處理種子則出現(xiàn)了抑制趨勢(shì)，表現(xiàn)在胚芽較短、生長(zhǎng)速度減緩，至于100 mg/L的Ni2+處理其種子受抑制更明顯，胚芽更短。因此，低濃度的1、5、10 mg/L Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子的萌發(fā)具有促進(jìn)作用，而高濃度的50、100 mg/L Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子的萌發(fā)有明顯的抑制作用。

2.2 Ni2+對(duì)白蠟樹(shù)種子發(fā)芽能力的影響

試驗(yàn)測(cè)定的Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響情況見(jiàn)圖2，對(duì)白蠟樹(shù)種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響情況見(jiàn)圖3。由圖2和圖3可知，與對(duì)照相比，低濃度的1、5、10 mg/L的Ni2+處理顯著提高了白蠟樹(shù)種子的發(fā)芽率（P<0.05），而對(duì)種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)無(wú)顯著的促進(jìn)作用（P>0.05），高濃度的50、100 mg/L Ni2+處理對(duì)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)產(chǎn)生了顯著的抑制作用（P<0.05）。說(shuō)明低濃度Ni2處理促進(jìn)了種子的萌發(fā)，提高了種子發(fā)芽的整齊性；而高濃度Ni2處理則抑制了種子萌發(fā)的速度和整齊性。但由圖3可知，與對(duì)照相比，1 mg/L的Ni2+處理顯著提升了種子的活力指數(shù)（P<0.05），5、10 mg/L的Ni2+處理和對(duì)照相比活力指數(shù)差異不顯著（P>0.05）。說(shuō)明在種子的發(fā)芽過(guò)程中，1 mg/L的Ni2+處理提升了種子發(fā)芽活力。50、100 mg/L的Ni2+處理其白蠟樹(shù)種子僅見(jiàn)發(fā)芽，而后的生長(zhǎng)則停止了，產(chǎn)生了明顯傷害。

2.3 Ni2+對(duì)白蠟樹(shù)種子成苗率及幼苗生長(zhǎng)的影響

試驗(yàn)測(cè)定的Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子成苗率及幼苗生長(zhǎng)的影響情況見(jiàn)表1。由表1可知，與對(duì)照相比，低濃度的1、5、10 mg/L Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子的成苗率和葉重?zé)o顯著的影響（P>0.05）；對(duì)于幼苗的鮮重和胚根重，1 mg/L的Ni2+處理有顯著的促進(jìn)作用（P<0.05），而5、10 mg/L的Ni2+處理有顯著的抑制作用（P<0.05）；對(duì)于幼苗的胚軸重，1、5 mg/L的Ni2+處理有顯著的促進(jìn)作用（P<0.05），10 mg/L的 Ni2+處理有明顯的抑制作用。由此可見(jiàn)，1 mg/L 的Ni2+處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出全面的促進(jìn)作用，10 mg/L的Ni2+處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)已經(jīng)表現(xiàn)出全面的抑制作用。至于50、100 mg/L的Ni2+處理盡管有出芽，但未成苗，抑制作用非常強(qiáng)。

2.4 Ni2+對(duì)白蠟樹(shù)種子抑制率的影響

為進(jìn)一步說(shuō)明Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子發(fā)芽和胚根生長(zhǎng)的影響，又分別計(jì)算了不同濃度Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子的發(fā)芽抑制率、胚根抑制率、胚軸抑制率，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可見(jiàn)，低濃度的Ni2+處理對(duì)發(fā)芽、胚根與胚軸伸長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)效應(yīng)，而高于一定的閾值則產(chǎn)生抑制效應(yīng)。發(fā)芽抑制率的閾值在10～50 mg/L，胚根伸長(zhǎng)的閾值在1～5 mg/L，胚軸伸長(zhǎng)的閾值在5～10 mg/L。Ni2+處理對(duì)白蠟樹(shù)種子的促進(jìn)-抑制曲線與生長(zhǎng)素對(duì)植物的促進(jìn)-抑制曲線類似[4]。說(shuō)明鎳是植物生長(zhǎng)所需的有益微量元素，同其他有益微量元素的作用相同，均表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，而超過(guò)一定濃度則出現(xiàn)抑制作用。

3 小結(jié)與討論

鎳作為植物所需的有益微量元素，只有在低劑量時(shí)才對(duì)植物的發(fā)芽和生長(zhǎng)起促進(jìn)作用，而超過(guò)某一閾值則產(chǎn)生抑制甚至傷害作用。低濃度鎳在合成脲酶、提高尿素代謝、降低尿素毒性方面有一定的作用[5-7]；高濃度鎳會(huì)引起植物種子活力降低、萌發(fā)過(guò)程受阻，其主要原因可能是高濃度鎳會(huì)引起種子內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的活性降低，由此導(dǎo)致體內(nèi)的活性氧積累，從而啟動(dòng)膜脂過(guò)氧化，使質(zhì)膜透性增高、電解質(zhì)出現(xiàn)流失等等，這已在黃瓜（Cucumis sativus L.）、大豆[Glycine max（L.）Merr.]、玉米（Zea mays L.）等作物的研究[8-10]中得到了驗(yàn)證。

在試驗(yàn)中，1 mg/L濃度的Ni2+處理不僅提升了發(fā)芽率，還提升了種子的活力；5、10 mg/L濃度的Ni2+處理僅僅提升了發(fā)芽率，但是對(duì)種子的活力貢獻(xiàn)不大；而50、100 mg/L濃度的Ni2+處理則明顯對(duì)白蠟樹(shù)種子的中后期發(fā)芽與生長(zhǎng)產(chǎn)生了傷害，以致無(wú)法成苗。表明低濃度的Ni2+促進(jìn)白蠟樹(shù)種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)，而高濃度的Ni2+則產(chǎn)生抑制作用。

研究表明[8-12]，當(dāng)Ni2+濃度小于5 mg/L時(shí)，對(duì)黃瓜、大豆、玉米、菜豆（Phaseolus vulgaris L.）、小麥（Triticum aestivum L.）種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)起促進(jìn)作用，而當(dāng)Ni2+濃度大于10 mg/L時(shí)，則出現(xiàn)顯著或不顯著的抑制作用，這與本試驗(yàn)對(duì)白蠟樹(shù)種子萌發(fā)的作用濃度相符，說(shuō)明外源性的鎳對(duì)種子萌發(fā)時(shí)的作用濃度大體一致。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[13]，自然背景下土壤的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求Ni≤40 mg/kg。在本試驗(yàn)中，超出標(biāo)準(zhǔn)的50、100 mg/L 2個(gè)濃度處理均表現(xiàn)出了強(qiáng)抑制作用，盡管有發(fā)芽，但不能成苗；而未超出標(biāo)準(zhǔn)的5、10 mg/L 2個(gè)濃度處理盡管提升了發(fā)芽率，但對(duì)胚根或胚軸的生長(zhǎng)產(chǎn)生了某種程度的抑制；只有1 mg/L濃度處理全面提升了種子活力?？梢?jiàn)，對(duì)于白蠟樹(shù)來(lái)說(shuō)，若以鎳作為有益微量元素來(lái)施肥，則要求施肥后土壤鎳濃度應(yīng)不超過(guò)5 mg/kg。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋 偉，陳百明，劉 琳.中國(guó)耕地土壤重金屬污染概況[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.

[2] 中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編輯委員會(huì).中國(guó)植物志（第六十一卷）[M].北京：科學(xué)出版社，1992，30-32.

[3] 王煥炯，戴君虎，葛全勝.1952～2007年中國(guó)白蠟樹(shù)春季物候時(shí)空變化分析[J].中國(guó)科學(xué)（地球科學(xué)），2012，42（5）：701-710.

[4] 閆海霞，盧家仕，黃昌艷，等.萘乙酸和吲哚丁酸對(duì)月季扦插成活效果的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，44（11）：1870-1873.

[5] KUTMAN B Y， KUTMAN U B， CAKMAK I. Nickel-enriched seed and externally supplied nickel improve growth and alleviate foliar urea damage in soybean[J]. Plant Soil，2013，363：61-75.

[6] DIXON N E， GAZZOLA C， BLAKELEY R L， et al. Jack bean urease （EC 3.5.1.5）. A metalloenzyme. A simple biological role for nickel[J].J Amer Chem Soc，1975，97： 4131-4133.

[7] 扶惠華，王 煜，田廷亮.鎳在植物生命活動(dòng)中的作用[J].植物生理學(xué)通訊，1996，32（1）：45-49.

[8] 陳慶華.不同濃度鎳脅迫對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及其生理生化特性的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（14）：91-94.

[9] 王啟明.鎳對(duì)大豆種子萌發(fā)和膜脂過(guò)氧化作用及體內(nèi)保護(hù)酶活性的影響[J].種子，2006，25（7）：9-12.

[10] 王海華，蔣明義，康 健，等.低濃度鎳處理下玉米種子的萌發(fā)與活性氧代謝的關(guān)系[J].作物學(xué)報(bào)，2003，29（4）：601-605.

[11] PANDE J， SRIVASTAVA P C， SINGH S K. Plant availability of nickel as influenced by farmyard manure and its critical toxic limits in french bean[J]. Journal of Plant Nutrition，2012， 35：384-395.

[12] 楊紅超，王素平.重金屬鎳脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響[J].種子，2011，30（12）：18-20.

[13] GB15618-1995，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].