孫紅艷++王杰文++王宇娜++何晴++董慧燕++衛(wèi)怡穎++王國(guó)輝

摘要：以黃瓜品種津研4號(hào)為材料，研究不同濃度外源硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)以及對(duì)其幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：鎘處理導(dǎo)致黃瓜種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)下降，幼苗芽、莖和根生長(zhǎng)受抑制；外源低濃度硒處理對(duì)黃瓜鎘毒害有緩解現(xiàn)象，使鎘毒害抑制的黃瓜萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)值有所升高，同時(shí)低硒處理使鎘毒害降低的黃瓜幼苗生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)例如株高、莖粗和根長(zhǎng)、生物積累量有所增加，且當(dāng)硒濃度達(dá)2.5 μmol/L時(shí)增長(zhǎng)率達(dá)到顯著水平。但當(dāng)外源硒濃度繼續(xù)增大之后，硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜幼苗的生長(zhǎng)將產(chǎn)生抑制作用，且抑制程度隨著硒濃度的增加而增大。

關(guān)鍵詞：硒；鎘；黃瓜；萌發(fā)；生長(zhǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S642.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）12-0175-03

收稿日期：2015-11-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31401319）；山西省青年科技研究基金（編號(hào)：2015021146）；山西省高等學(xué)校優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人支持計(jì)劃（編號(hào)：20151006）；山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（編號(hào)：S2015286）；太原科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金（編號(hào)：HY201301）。

作者簡(jiǎn)介：孫紅艷（1983—），女，博士，副教授，主要從事植物逆境生理與分子生物學(xué)研究。E-mail：sunhongyan-8@163.com。

重金屬是自然界中普遍存在的元素，但當(dāng)其含量超過(guò)一定范圍后，重金屬不僅可以抑制植物生長(zhǎng)，影響其產(chǎn)量和品質(zhì)，也能通過(guò)食物鏈富集危害人體健康[1]。鎘（Cd）是對(duì)環(huán)境毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，即使在很低的濃度下也會(huì)對(duì)人體造成極大的傷害[2]。除了人為活動(dòng)引入外，土壤母質(zhì)是土壤中鎘污染的主要來(lái)源，并且土壤中鎘含量隨著土壤母質(zhì)的不同而有所變化。據(jù)報(bào)道，我國(guó)土壤鎘含量為0.017～0.332 mg/kg[3-4]，對(duì)于這種中、輕度污染的大面積農(nóng)田，利用化調(diào)措施緩解鎘毒害、減少作物對(duì)鎘的吸收與積累[5]，是目前有效利用現(xiàn)有自然資源和保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的主要途徑。

硒是人體必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素[6]，在我國(guó)自然環(huán)境中硒含量非常低[7]，人均日攝入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)水平。目前，硒在動(dòng)物（包括人體）以及植物中的作用已被廣泛研究，許多試驗(yàn)證明硒可拮抗環(huán)境中其他重金屬對(duì)植物體的毒害[8-10]。但是迄今為止，硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，具體作用還不為人知。因此，研究鎘脅迫對(duì)黃瓜種子萌發(fā)的影響，以及施加外源硒與黃瓜抗鎘性的關(guān)系是十分必要的，本研究為鎘污染下的黃瓜安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1材料和處理

供試黃瓜品種為我國(guó)普遍種植的品種津研4號(hào)，購(gòu)自山西省太原市種子公司。挑選大小均勻一致、飽滿(mǎn)的黃瓜種子，用50～55 ℃溫水浸泡15 min，置于已鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿15粒種子，分別加入相對(duì)應(yīng)的處理液10 mL，每個(gè)處理重復(fù)3次，于（27±1）℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽。每天定時(shí)定量補(bǔ)充相應(yīng)的處理液，并記錄發(fā)芽數(shù)。第2天分析測(cè)定黃瓜種子發(fā)芽勢(shì)，第4天測(cè)定黃瓜種子發(fā)芽率，第8天測(cè)量黃瓜幼苗芽長(zhǎng)、莖粗、根長(zhǎng)，分開(kāi)根系和地上部并分別測(cè)量黃瓜幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，并計(jì)算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

本試驗(yàn)共設(shè)置9個(gè)處理：（1）對(duì)照CK（蒸餾水）；（2）50 μmol/L Cd；（3）1.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（4）1.5 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（5）2.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（6）2.5 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（7）5.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（8）10.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd；（9）20.0 μmol/L Se+50 μmol/L Cd。鎘以CdCl2·2.5H2O溶液的形式，Se以Na2SeO3溶液的形式加入，本試驗(yàn)所有處理設(shè)置3次重復(fù)，放置在人工氣候箱中，光周期 12 h，光照度600 μmol/（m2·s），白天、黑夜溫度分別為28、20 ℃。

1.2測(cè)定方法

冬萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定方法主要參考王素平的方法[11]。

發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)：芽長(zhǎng)≥籽粒長(zhǎng)的1/2；

發(fā)芽勢(shì)=規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子總粒數(shù)×100%；

發(fā)芽率=全部發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽數(shù)/相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間）；

活力指數(shù)（VI）=幼苗平均根長(zhǎng)（cm）×∑（在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽數(shù)/相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間）；

芽長(zhǎng)：測(cè)量莖基部至苗的最頂端的長(zhǎng)度；

根長(zhǎng)：測(cè)壁從基部至根系最尖端的長(zhǎng)度；

鮮質(zhì)量：黃瓜幼苗，用蒸餾水洗干凈，吸水紙吸干幼苗表面水分，稱(chēng)質(zhì)量；

干質(zhì)量：烘干箱105 ℃殺青 0.5 h，接著65 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)質(zhì)量。

2結(jié)果與分析

2.1硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)的影響

如表1所示，50 μmol/L鎘處理能降低黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)，且明顯降低發(fā)芽率，分別比對(duì)照（蒸餾水）下降了20.7%和 2.1%。而在50 μmol/L鎘中同時(shí)添加1.0、1.5、2.0、 2.5 μmol/L 硒后，黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)比單獨(dú)鎘處理明顯升高，且增長(zhǎng)率隨著硒濃度的增加都升高，分別為4.3%、43%、8.7%、17.4%；但對(duì)黃瓜種子的發(fā)芽率影響不是很顯著，僅當(dāng)硒濃度為2.5 μmol/L時(shí)增長(zhǎng)率為2.2%。但當(dāng)外源硒濃度高于2.5 μmol/L之后，黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率不再增加，均呈顯著降低的趨勢(shì)，且發(fā)芽勢(shì)的下降率要高于發(fā)芽率，當(dāng)硒濃度為20.0 μmol/L時(shí)，與單獨(dú)鎘處理相比發(fā)芽勢(shì)下降9.1%、發(fā)芽率降低7.5%；與對(duì)照相比，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率則分別下降27.9%、9.5%。表明外源添加硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜種子發(fā)芽勢(shì)的影響程度明顯大于發(fā)芽率，低濃度硒處理有利于黃瓜種子的萌發(fā)，高濃度則抑制鎘脅迫下黃瓜種子的萌發(fā)。

2.2硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

由表1可知，50 μmol/L鎘處理使黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別比對(duì)照降低9.8%和79.1%，在鎘處理中外源添加1.0、1.5、2.0、2.5 μmol/L硒后，黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)比單獨(dú)50 μmol/L鎘處理提高了0.3%、2.4%、4.8%和87%，活力指數(shù)較單獨(dú)鎘處理增加了8.7%、13.8%、25.3%、327%；但當(dāng)硒濃度繼續(xù)增加之后，黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均較單獨(dú)鎘處理降低，且降低率隨著硒濃度的增加而加大，當(dāng)硒濃度為5.0、10.0、20.0 μmol/L時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)芽指數(shù)分別較單獨(dú)鎘處理下降0.8%、3.8%、8.4%，活力指數(shù)分別下降6.0%、17.6%、31.0%。

2.3硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

50 μmol/L鎘處理顯著抑制了黃瓜幼苗的生長(zhǎng)，表現(xiàn)為芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和莖粗生長(zhǎng)顯著受阻，與對(duì)照相比分別下降了131%、76.8%和14.3%，對(duì)根長(zhǎng)的影響程度最大（表2）。外源添加1.0、1.5、2.0、2.5 μmol/L硒之后，芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和莖粗受鎘處理的抑制程度降低，和單獨(dú)鎘處理相比，其增長(zhǎng)率均隨著硒濃度的增加而增加；但當(dāng)硒濃度增加至5.0、10.0、20.0 μmol/L 時(shí)，其增長(zhǎng)率和單獨(dú)鎘處理相比均有所下降，與對(duì)照相比，均呈下降趨勢(shì)。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，源硒添加 2.5 μmol/L 硒處理時(shí)，對(duì)鎘毒害的緩解效果最佳，黃瓜芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和莖粗分別較單獨(dú)鎘處理升高16.3%、22.1%和 35.1%，其中芽長(zhǎng)和莖粗達(dá)對(duì)照水平。

2.4硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響

從圖1可知，鎘處理顯著影響黃瓜幼苗根系和地上部的生物量的積累，尤其是對(duì)黃瓜根系生物量積累的抑制，與對(duì)照相比，50 μmol/L鎘處理使黃瓜幼苗單株根系鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、根系干質(zhì)量和地上部干質(zhì)量下降率分別為 22.3%、10.5%、16.6%和4.9%；外源硒添加濃度小于 5.0 μmol/L 后，顯著緩解了鎘毒害對(duì)黃瓜幼苗生物量積累的抑制作用，即其生物量有所增加，當(dāng)硒濃度為2.5 μmol/L時(shí)硒對(duì)黃瓜幼苗鎘毒害的緩解作用最佳，和單獨(dú)鎘處理相比單株根系鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量和地上部干質(zhì)量增長(zhǎng)率均達(dá)最大值，分別為34.8%、7.4%和5.2%，而黃瓜根系干質(zhì)量在硒濃度為2%時(shí)達(dá)最大值，為35.3%，但植株總鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均在硒濃度為2.5 μmol/L時(shí)達(dá)最大。若再加大硒濃度，將會(huì)使黃瓜生物量積累增長(zhǎng)率降低，并呈負(fù)增長(zhǎng)；當(dāng)硒濃度為 20.0 μmol/L 時(shí)，根系鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、根系干質(zhì)量和地上部干質(zhì)量分別比單獨(dú)鎘處理降低43.9%、5.5%、44.4% 和0.8%，表明高硒抑制鎘脅迫下黃瓜幼苗的生長(zhǎng)。

3結(jié)論與討論

在重金屬毒害條件下，植物生長(zhǎng)會(huì)受到各種等級(jí)的損傷；許多研究表明，重金屬脅迫也可以使植物種子發(fā)芽受到抑制，而且不同的重金屬會(huì)由于濃度、作用時(shí)間的不同而對(duì)種子發(fā)芽的抑制程度不同[12]。有關(guān)重金屬鎘對(duì)黃瓜毒害的報(bào)道很多，但鎘脅迫對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的研究報(bào)道較少[11-13]。硒是自然界中存在的生物機(jī)體的必需微量元素之一，能有效地提高水稻、煙草對(duì)鎘脅迫的抵抗能力[8，14]。發(fā)芽率表示種子的發(fā)芽能力，而發(fā)芽勢(shì)是發(fā)芽初期種子發(fā)芽比較集中時(shí)段的種子發(fā)芽率，代表種子發(fā)芽的整齊程度；發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是反映種子品質(zhì)的2個(gè)主要參數(shù)[12]，所以本試驗(yàn)用以上4個(gè)指標(biāo)來(lái)檢測(cè)硒和鎘脅迫對(duì)黃瓜種子萌發(fā)的影響，同時(shí)分析外源硒對(duì)鎘脅迫對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響。

[FK（W23][TPSHY1.tif]

試驗(yàn)結(jié)果表明，50 μmol/L鎘處理對(duì)黃瓜種子萌發(fā)有顯著的抑制對(duì)用，與對(duì)照相比顯著降低黃瓜發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及其活力指數(shù)；對(duì)黃瓜幼苗根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、莖粗、根系和地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均有不同程度的抑制作用，并且鎘脅迫對(duì)黃瓜幼苗根系生長(zhǎng)的抑制程度明顯大于對(duì)地上部的抑制，其原因可能是由于根系和鎘溶液直接接觸，植物吸收水分等物質(zhì)都是通過(guò)根系直接吸收運(yùn)輸?shù)降厣喜坑嘘P(guān)，這些結(jié)果與前人研究結(jié)果[11-13]一致。外源添加1.0、1.5、2.0、25 μmol/L硒之后，提高了鎘脅迫下黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，顯著增加了黃瓜幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、莖粗以及生物量積累，緩解了鎘脅迫對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的抑制作用，且在這一濃度范圍內(nèi)外源硒對(duì)鎘脅迫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用隨著硒濃度的增加而增加，且當(dāng)硒濃度為 2.5 μmol/L 時(shí)對(duì)黃瓜幼苗鎘毒害的緩解效果最佳。然后，隨著硒濃度的再次增加，外源硒對(duì)鎘毒害的緩解作用消失，變?yōu)槎竞ψ饔?，以上指?biāo)均較單獨(dú)鎘脅迫降低，表明高濃度硒會(huì)加劇鎘毒害對(duì)黃瓜幼苗的傷害。

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