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(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 西藏 林芝 860000； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

銅、鎘、鉛、鋅對(duì)4種豆科植物種子萌發(fā)的影響

趙玉紅1，拉巴曲吉1，羅布1，王向濤1，楊路存2，方江平1

(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 西藏 林芝 860000； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

篩選和研究適合當(dāng)?shù)貧夂蚺c土壤條件的重金屬耐性植物，是對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)的前提。以蒸餾水為對(duì)照，采用培養(yǎng)皿法研究了Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+單一重金屬對(duì)4種豆科植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，隨著Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+濃度的增大，紅豆草(OnobrychisviciaefoliaScop.)、白三葉(TrifoliumrepensL.)、檸條(CaraganaKorshinskiiKom.)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)呈不同程度的降低趨勢(shì)；但在Cu2+lt;300 mg/L處理下，紅豆草種子的發(fā)芽率并沒(méi)受到明顯抑制，反而有不同程度地促進(jìn)；在Cd2+處理下，25 mg/L濃度對(duì)檸條種子萌發(fā)促進(jìn)作用最為顯著，檸條種子發(fā)芽率與對(duì)照相比達(dá)到顯著性差異水平(plt;0.05)；Pb2+對(duì)檸條和胡枝子種子的發(fā)芽率種子的發(fā)芽表現(xiàn)為“低促高抑”。Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+對(duì)4種植物根系生長(zhǎng)均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用。隨著Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+離子濃度的增大，紅豆草、白三葉、檸條和胡枝子種子萌發(fā)后形成幼苗的根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)都呈降低趨勢(shì)，對(duì)4 種植物均表現(xiàn)為隨著濃度增加，抑制作用越明顯。

豆科植物； 種子萌發(fā)； 幼苗生長(zhǎng)； Cu2+； Cd2+； Pb2+； Zn2+

重金屬通過(guò)礦產(chǎn)采冶、化工、石油和煤的燃燒、污水排放、農(nóng)藥和化肥施用、火山、大氣沉降、巖石風(fēng)化等途徑不斷地進(jìn)入生物圈，已引起了全世界的普遍關(guān)注，成為國(guó)內(nèi)外環(huán)境污染研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1-2]。重金屬是環(huán)境中具有潛在危害的污染物，其在土壤中通常不能被土壤微生物分解，不易隨水淋溶，并且具有明顯的生物富集作用，常在土壤環(huán)境中積累，甚至某些重金屬元素在土壤中還可以轉(zhuǎn)化為毒性更大的物質(zhì)[3]。由于污染物及地域的復(fù)雜性，土壤一旦受到污染，其治理不僅見(jiàn)效慢、費(fèi)用高，而且受到多種因素的制約[3-4]。

在中國(guó)，部分區(qū)域金屬礦產(chǎn)的采冶對(duì)土地破壞嚴(yán)重，使得礦區(qū)及其周邊地區(qū)的生存環(huán)境適宜性降低，生物多樣性下降，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性增加，土壤環(huán)境污染加重[5]。采用植物修復(fù)技術(shù)(Phytoremediation)治理和利用被重金屬污染的土壤一直是國(guó)際上研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)[6-10]。因此，研究和篩選適于礦區(qū)廢棄地環(huán)境特點(diǎn)的植物成為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的有效途徑之一[10-11]。從植物中篩選和培育出具重金屬耐性的植物也是利用植物修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)。豆科植物紅豆草(OnobrychisviciaefoliaScop.)、白三葉(TrifoliumrepensL.)、檸條(CaraganaKorshinskiiKom.)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)是我國(guó)主要的栽培牧草或飼用植物，在我國(guó)畜牧業(yè)中有著極其重要的作用。重金屬污染給草業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的危害，不僅抑制種子的發(fā)芽和出苗，降低產(chǎn)量和品質(zhì)，而且造成植物和家畜重金屬的積累，并通過(guò)食物鏈的傳遞放大作用，給整個(gè)生態(tài)環(huán)境及人類健康帶來(lái)極大危害。為了清楚認(rèn)識(shí)重金屬對(duì)牧草或飼料作物的毒害作用，有必要進(jìn)行重金屬對(duì)植物種子發(fā)芽及出苗影響的研究。

基于以上原因，本試驗(yàn)以4種豆科植物為研究對(duì)象，研究了不同濃度重金屬銅、鉛、鋅、鎘離子對(duì)4種豆科植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料及來(lái)源

4種供試植物為紅豆草、白三葉，檸條，胡枝子。其中，檸條采集于西藏自治區(qū)拉薩市當(dāng)雄縣的拉屋銅鋅礦周邊，胡枝子采集于山南扎囊縣松卡銅礦周邊。所有種子來(lái)自于西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院草業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。供試金屬離子CuSO4·5 H2O，ZnSO4·7 H2O，Pb(NO3)2，CdCl2均為分析純?cè)噭?。試?yàn)于2015年10月至2016年3月進(jìn)行。

1.2 重金屬溶液配制和濃度設(shè)置

重金屬離子濃度依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618-2008)三級(jí)土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行設(shè)定[12]。4種重金屬離子均以溶液形式加入到培養(yǎng)皿中，Cu2+濃度分別為100，200，300，400，500 mg/L；Cd2+濃度分別為25，50，100，150，200 mg/L；Pb2+濃度分別為100，200，300，400，500 mg/L；Zn2+濃度分別為100，200，400，600，800 mg/L；設(shè)置蒸餾水處理為對(duì)照(ck)。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)按照《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》GB/T 2930.11-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作[13]。棄去雜質(zhì)及有蟲蝕的種子，選擇大小均一且飽滿的種子(由于紅豆草種子易發(fā)霉，試驗(yàn)前去掉紅豆草的果皮)。用0.1% KMnO4溶液浸泡15 min后用蒸餾水沖洗多次，至紅色消失，再用去離子水沖洗3次，用濾紙將種子表面水分吸干。取直徑為9 cm的培養(yǎng)皿，培養(yǎng)皿內(nèi)以雙層濾紙為發(fā)芽床，每皿均勻放入100粒。將配好的重金屬溶液置于培養(yǎng)皿中，至濾紙飽和，每個(gè)處理重復(fù)3次。采用光照培養(yǎng)箱變溫模式培養(yǎng)，模擬植物生長(zhǎng)環(huán)境，白天(光照時(shí)段)10 h，溫度30 ℃，光照為1 000 lx；夜晚(黑暗時(shí)段)14 h，溫度20 ℃；逐日觀察記錄發(fā)芽種子(以胚芽長(zhǎng)度達(dá)到種子一半為種子發(fā)芽的判斷標(biāo)準(zhǔn))，并用電子天平(0.000 1 g)稱量補(bǔ)充因蒸發(fā)散失的水分，使各處理液濃度維持不變。第12天用游標(biāo)卡尺測(cè)量幼苗根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)，計(jì)算耐性指數(shù)。

耐性指數(shù)(%)=重金屬脅迫下植物發(fā)芽指標(biāo)/對(duì)照植物相應(yīng)發(fā)芽指標(biāo)×100%。

1.4 種子萌發(fā)指標(biāo)的測(cè)定

發(fā)芽期間每隔24 h記錄1次，第4天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽勢(shì)，第7天開(kāi)始統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率。

發(fā)芽率(%)=供試種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=4 d內(nèi)供試種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2007整理數(shù)據(jù)并制作相關(guān)圖表，用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同重金屬濃度對(duì)4種豆科植物種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

2.1.1 不同質(zhì)量濃度Cu2+處理對(duì)4種豆科植物種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)的影響

從表1可以看出，在不同濃度Cu2+脅迫下，檸條和胡枝子的發(fā)芽率隨著Cu2+濃度的增加均表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，在100 mg/L Cu2+濃度下，檸條的發(fā)芽率低于對(duì)照，差異達(dá)到顯著水平(plt;0.05)，說(shuō)明100 mg/L Cu2+濃度已經(jīng)對(duì)檸條的發(fā)芽產(chǎn)生了抑制作用，在300，400 mg/L和500 mg/L Cu2+濃度下，檸條發(fā)芽率顯著降低并且3者間的差異顯著。300 mg/L Cu2+濃度條件下，胡枝子的發(fā)芽明顯受到抑制，發(fā)芽率顯著低于對(duì)照，隨著Cu2+濃度的增加，胡枝子發(fā)芽率顯著降低，當(dāng)Cu2+濃度達(dá)到500 mg/L時(shí)，其發(fā)芽率為1.3%，接近致死劑量。Cu2+對(duì)檸條和胡枝子發(fā)芽勢(shì)的影響情況與發(fā)芽率變化趨勢(shì)相似，在低濃度(檸條Cu2+濃度lt;100 mg/L，胡枝子Cu2+濃度lt;200 mg/L)處理時(shí)與對(duì)照差異不顯著，高濃度處理時(shí)與對(duì)照差異顯著。

表1 不同濃度Cu2+處理下4種豆科植物種子的萌發(fā)

Cu2+濃度(mg/L) 發(fā)芽率(%) 發(fā)芽勢(shì)(%) 紅豆草白三葉檸條胡枝子紅豆草白三葉檸條胡枝子ck80．0±0．6a89．0±2．1a65．3±2．9a52．6±1．9a73．3±4．6a80．7±5．6a54．7±2．4a46．0±3．8a10082．7±3．8a85．3±2．9b60．7±1．5b52．3±1．8a78．7±3．0b78．3±2．1b53．7±3．6a48．0±2．1a20088．7±1．8b86．0±1．7b63．7±2．8ab50．0±3．5a79．0±4．7b79．3±6．8a51．3±3．6b49．7±3．5a30091．7±4．9b88．7±2．0a62．0±5．8b23．3±3．6b84．3±2．5b81．7±7．0a50．3±3．8b18．3±2．0b40075．7±4．8c70．0±3．5c43．5±5．6c5．0±1．5c69．3±6．1c63．7±3．4c34．3±5．9c3．7±1．5c50065．0±5．3d47．0±2．6d23．3±3．9d1．3±0．3d53．7±3．1d38．0±3．2d21．0±4．5d1．3±0．3d

注:不同字母為同列5%水平差異顯著。下同。

表2 不同濃度Cd2+處理下4種豆科植物種子的萌發(fā)

Cd2+濃度(mg/L) 發(fā)芽率(%) 發(fā)芽勢(shì)(%) 紅豆草白三葉檸條胡枝子紅豆草白三葉檸條胡枝子ck80．0±0．6a89．0±2．1a65．3±2．9a52．6±1．9a73．3±4．6a80．7±5．6a54．7±2．4a46．0±3．8a2581．3±2．6a88．3±1．1a73．3±2．9b51．3±6．4a75．7±3．0a80．0±1．2a67．7±5．3b44．0±3．6a5080．7±3．3a84．0±3．3b63．7±8．4a49．0±4．9b73．0±7．7a78．3±3．3b56．3±5．7a41．3±5．5b10081．0±5．8a78．3±2．1c62．7±3．4a50．2±5．8ab74．3±4．7a73．3±4．6c55．3±6．3a43．3±3．1ab15075．7±3．1b60．0±1．4c56．3±3．4c45．0±3．3c68．3±3．7b51．3±4．0d49．0±9．8c37．7±3．6c20073．0±6．9b39．0±2．0e53．7±2．8c43．7±5．6c63．7±3．1c29．0±1．3e50．0±3．2c36．3±6．3c

在Cu2+lt;300 mg/L處理下，紅豆草種子的發(fā)芽率并沒(méi)明顯受到抑制，反而有不同程度地促進(jìn)。方差分析表明，在200 mg/L和300 mg/L處理下紅豆草種子發(fā)芽率與對(duì)照相比，均達(dá)到顯著性差異水平(plt;0.05)，并且在300 mg/L時(shí)，發(fā)芽率最大值達(dá)到91.7%。白三葉在100 mg/L和200 mg/L處理下，較對(duì)照發(fā)芽率有所下降，并達(dá)到顯著水平，而在300 mg/L處理下發(fā)芽率與對(duì)照差異不顯著。發(fā)芽勢(shì)變化規(guī)律與發(fā)芽率變化規(guī)律基本相似，紅豆草和白三葉都在300 mg/L處理下發(fā)芽勢(shì)最大，分別達(dá)到84.3%和81.7%，紅豆草較對(duì)照有所升高并達(dá)到顯著差異，白三葉與對(duì)照差異不顯著。由此可見(jiàn)，紅豆草和白三葉種子都能耐受一定劑量的重金屬濃度，適度的Cu2+濃度可促進(jìn)紅豆草和白三葉的發(fā)芽。

2.1.2 不同質(zhì)量濃度Cd2+處理對(duì)4種豆科植物種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)的影響

在不同濃度Cd2+處理下，紅豆草發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(表2)。在25 mg/L和100 mg/L濃度下，紅豆草發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)略高于對(duì)照，但差異未達(dá)到顯著水平(pgt;0.05)。在Cd2+濃度lt;100 mg/L條件下，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比差異不顯著(pgt;0.05)。Cd2+濃度gt;150 mg/L后發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)較對(duì)照顯著下降。白三葉和胡枝子的發(fā)芽率隨著Cd2+濃度的增加也表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)(表2)，當(dāng)Cd2+濃度達(dá)到50 mg/L時(shí)，白三葉和胡枝子的發(fā)芽率顯著低于對(duì)照，并且發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率變化趨勢(shì)相似。

在Cd2+各濃度處理下，檸條種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象。低濃度處理下，檸條種子的發(fā)芽率并沒(méi)有受到明顯的脅迫，反而有不同程度的促進(jìn)，其中25 mg/L濃度處理下的促進(jìn)作用最為顯著。方差分析表明，在25 mg/L濃度時(shí)，檸條種子發(fā)芽率與對(duì)照相比達(dá)到顯著性差異水平(plt;0.05)，發(fā)芽率達(dá)到最大值(73.3%)。隨著Cd2+濃度的增加，檸條種子發(fā)芽勢(shì)逐漸下降，在Cd2+濃度為200 mg/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低(53.7%)。楊慧玲等研究發(fā)現(xiàn)，檸條種子存在休眠現(xiàn)象，通過(guò)淺層沙面可以提高其種子萌發(fā)率、出苗率等指標(biāo)[14]。本研究表明，低濃度Cd2+可以打破檸條種子休眠，高濃度時(shí)則表現(xiàn)為明顯的抑制作用。

2.1.3 不同質(zhì)量濃度Pb2+處理對(duì)4種豆科植物種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)的影響

在不同濃度Pb2+處理下，紅豆草和白三葉的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均表現(xiàn)出低濃度時(shí)無(wú)顯著影響，高濃度時(shí)呈下降的趨勢(shì)(表3)。當(dāng)Pb2+濃度達(dá)500 mg/L時(shí)，紅豆草發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均顯著低于對(duì)照(plt;0.05)，400 mg/L濃度時(shí)白三葉發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均低于對(duì)照(plt;0.05)。可見(jiàn)，低濃度的Pb2+并沒(méi)促進(jìn)紅豆草和白三葉的發(fā)芽，高濃度的Pb2+對(duì)紅豆草和白三葉的發(fā)芽有抑制作用。

Pb2+對(duì)檸條和胡枝子的發(fā)芽率影響相似，在合適濃度下起促進(jìn)作用。不同濃度的Pb2+對(duì)檸條的發(fā)芽表現(xiàn)為低濃度無(wú)顯著影響，合適濃度促進(jìn)發(fā)芽，高濃度抑制發(fā)芽。對(duì)胡枝子種子的發(fā)芽表現(xiàn)為“低促高抑”。在Pb2+濃度為300 mg/L時(shí)，檸條發(fā)芽率最高，達(dá)到69.0%；Pb2+濃度為200 mg/L時(shí),胡枝子發(fā)芽率最高,達(dá)到59.0%。

表3 不同濃度Pb2+處理下4種豆科植物種子的萌發(fā)

Pb2+濃度(mg/L) 發(fā)芽率(%) 發(fā)芽勢(shì)(%) 紅豆草白三葉檸條胡枝子紅豆草白三葉檸條胡枝子ck80．0±0．6a89．0±2．1a65．3±2．9a52．6±1．9a73．3±4．6a80．7±5．6a54．7±2．4a46．0±3．8a10081．7±3．3a88．7±5．1a64．7±8．4a57．3±6．9b73．7±4．7a79．7±7．7a53．7±8．9a50．0±3．4b20083．7±3．9a88．7±4．0a67．7±3．8b59．0±7．9b74．0±5．3a79．0±5．5a55．7±4．7a51．7±2．9b30081．7±9．0a89．3±8．2a69．0±6．0bc50．7±7．1a73．．3±7．5a81．3±3．7a58．7±2．9b45．7±7．1a40082．7±9．7a80．7±5．3b68．9±8．0bc38．0±4．5c74．7±5．0a73．0±5．9b56．3±5．0a20．7±3．7c50075．0±6．5b80．0±4．7b59．7±6．8d6．3±8．2d63．7±6．6b69．7±5．7c49．0±8．7c4．7±5．3d

表4 不同濃度Zn2+處理下4種豆科植物種子的萌發(fā)

Zn2+濃度(mg/L) 發(fā)芽率(%) 發(fā)芽勢(shì)(%) 紅豆草白三葉檸條胡枝子紅豆草白三葉檸條胡枝子ck80．0±0．6a89．0±2．1a65．3±2．9a52．6±1．9a73．3±4．6a80．7±5．6a54．7±2．4a46．0±3．8a10080．7±7．0a90．3±2．3a66．7±5．7a53．3±8．6a73．7±4．2a81．3±3．5a55．0±3．3a47．0±1．3a20081．3±4．5a92．0±5．1a68．7±7．2b53．0±2．3a73．7±4．6a82．3．0±2．0a57．7±5．8b47．7±2．6a30081．7±5．6a89．7±4．9a69．0±3．3bc52．7±3．3a74．3±5．6a81．3±9．3a58．7±3．6b47．7±1．7a40083．3±3．1a85．7±5．9b74．7±5．1c50．0±4．2b75．7±3．9a78．0±3．0b60．．3±3．9c46．7±3．0a50079．0±7．8a74．0±5．8c70．7±2．3b49．0±1．1b70．0±3．3b69．7±8．0c59．3±6．0bc46．0±2．2a

2.1.4 不同質(zhì)量濃度Zn2+處理對(duì)4種豆科植物種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)的影響

由表4可知，不同濃度Zn2+處理對(duì)紅豆草的發(fā)芽率沒(méi)有明顯影響，紅豆草分別在400 mg/L和500 mg/L時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最大值(83.3%)和最小值(79.0%)，但與對(duì)照間差異不顯著(pgt;0.05)；在500 mg/L處理下，紅豆草發(fā)芽勢(shì)較對(duì)照顯著下降，說(shuō)明高濃度的Zn2+影響紅豆草的發(fā)芽速度。不同濃度Zn2+處理下，白三葉發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，并在400 mg/L濃度時(shí)達(dá)到顯著水平，說(shuō)明高濃度(gt;400 mg/L)的Zn2+對(duì)白三葉的發(fā)芽起抑制作用。Zn2+處理對(duì)檸條發(fā)芽率沒(méi)有明顯的抑制作用，表現(xiàn)出隨著Zn2+濃度的加大發(fā)芽率逐漸增大。在400 mg/L時(shí)發(fā)芽率達(dá)最大值(74.7%)，500 mg/L時(shí)發(fā)芽率有所下降，但還是大于對(duì)照(plt;0.05)，發(fā)芽率變化與發(fā)芽勢(shì)變化趨勢(shì)基本相似，說(shuō)明Zn2+濃度小于500 mg/L可促進(jìn)檸條種子的發(fā)芽。Zn2+處理對(duì)胡枝子發(fā)芽率的影響呈現(xiàn)出低濃度無(wú)影響高濃度(Zn2+濃度gt;400 mg/L)降低的趨勢(shì)，但Zn2+處理并沒(méi)顯著影響胡枝子的發(fā)芽勢(shì)。

2.2 不同重金屬濃度對(duì)4種豆科植物苗長(zhǎng)與根長(zhǎng)的影響

2.2.1 重金屬銅、鎘、鉛、鋅不同處理對(duì)4種豆科植物苗長(zhǎng)的影響

由圖1 a可知，在低濃度(Cu2+lt;200 mg/L)Cu2+處理對(duì)胡枝子表現(xiàn)為促進(jìn)作用，當(dāng)濃度大于300 mg/L時(shí)表現(xiàn)為明顯的抑制作用，其他3種植物則表現(xiàn)為抑制作用。當(dāng)濃度大于400 mg/L時(shí)，胡枝子出現(xiàn)“死苗”現(xiàn)象，可見(jiàn)，胡枝子幼苗對(duì)Cu2+較為敏感，低濃度時(shí)起促進(jìn)作用，高濃度的Cu2+則起到明顯的抑制作用。在不同濃度Cd2+處理下，幼苗苗長(zhǎng)耐性指數(shù)(TI)均小于100，4種豆科植物種子萌發(fā)后幼苗的長(zhǎng)度均呈降低趨勢(shì)(圖1 b)，且呈現(xiàn)濃度越大抑制作用越強(qiáng)。在Cd2+濃度為100 mg/L時(shí)，白三葉幼苗出現(xiàn)不生長(zhǎng)現(xiàn)象。Pb2+對(duì)4種植物幼苗的伸長(zhǎng)起抑制作用(圖1 c)，但不同濃度的Pb2+對(duì)各植物的抑制效應(yīng)不同，Pb2+對(duì)紅豆草、檸條、胡枝子表現(xiàn)為濃度越大，對(duì)幼苗伸長(zhǎng)的抑制性越強(qiáng)(幼苗苗長(zhǎng)耐性指數(shù)越小)，而對(duì)白三葉表現(xiàn)為隨著Pb2+濃度增大對(duì)苗長(zhǎng)的抑制呈先高后低的趨勢(shì)。不同濃度Zn2+處理對(duì)白三葉表現(xiàn)為“低促高抑”，對(duì)其他3種植物則表現(xiàn)為隨著濃度增加，抑制作用越明顯(圖1 d)。

2.2.2 重金屬銅、鎘、鉛、鋅不同處理對(duì)4種豆科植物根長(zhǎng)的影響

由圖2可知，Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+處理對(duì)幼苗根長(zhǎng)的影響顯著，隨著重金屬濃度的增加根長(zhǎng)大多呈現(xiàn)變短趨勢(shì)。Cu2+濃度為100 mg/L和200 mg/L時(shí)，胡枝子的根長(zhǎng)高于對(duì)照。在Cu2+處理下紅豆草、白三葉和檸條根長(zhǎng)均低于對(duì)照，在400 mg/L時(shí)胡枝子出現(xiàn)“無(wú)根”現(xiàn)象，500 mg/L時(shí)白三葉、紅豆草出現(xiàn)“無(wú)根”現(xiàn)象。可見(jiàn)，低濃度(Cu2+lt;200 mg/L)Cu2+可促進(jìn)胡枝子根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)，高濃度(Cu2+gt;200 mg/L)時(shí)抑制胡枝子根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)；Cu2+抑制紅豆草、白三葉和檸條根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)。Cd2+的毒性較大，Cd2+處理對(duì)4種豆科植物根伸長(zhǎng)的影響基本一致，均以抑制作用為主。從根長(zhǎng)耐性指數(shù)來(lái)看，4種植物幼苗根長(zhǎng)耐性指數(shù)均小于100，說(shuō)明根生長(zhǎng)受到抑制。Pb2+對(duì)4種植物根長(zhǎng)的影響與Cd2+相似，以抑制作用為主。白三葉和胡枝子在Pb2+濃度大于400 mg/L時(shí)出現(xiàn)“無(wú)根苗”，檸條在500 mg/L出現(xiàn)“無(wú)根”現(xiàn)象。在Zn2+處理下，紅豆草、檸條和胡枝子根生長(zhǎng)均受到阻礙，但4種植物均沒(méi)出現(xiàn)明顯的“無(wú)根”現(xiàn)象。說(shuō)明紅豆草、白三葉、檸條和胡枝子對(duì)Zn2+具有一定的耐性。白三葉甚至在Zn2+濃度為100 mg/L和200 mg/L時(shí)根長(zhǎng)耐性指數(shù)高于100。

圖1 不同重金屬對(duì)幼苗苗長(zhǎng)的影響

圖2 不同重金屬對(duì)幼苗根長(zhǎng)的影響

3 討 論

篩選具有去污能力和高產(chǎn)能力的植物是植物修復(fù)土壤重金屬污染的關(guān)鍵[15]，而植物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)是植物能否進(jìn)行有性繁殖的先決條件[16]，也是植物能否進(jìn)行礦區(qū)植被恢復(fù)和污染土壤修復(fù)的前提。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在萌發(fā)期紅豆草、白三葉、檸條和胡枝子均表現(xiàn)出一定的耐重金屬能力，重金屬離子種類、濃度和草種影響4種豆科植物種子的萌發(fā)。低濃度的重金屬不會(huì)顯著降低紅豆草等4種植物的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，與其他植物[17-22]的試驗(yàn)結(jié)果一致。本研究結(jié)果顯示：在Cu2+lt;300 mg/L處理下，紅豆草種子的發(fā)芽率并沒(méi)明顯受到抑制，反而有不同程度的促進(jìn)；在Cd2+濃度為25 mg/L時(shí)，檸條種子發(fā)芽率與對(duì)照相比達(dá)到顯著性差異水平(plt;0.05)。原因可能與種子萌發(fā)所需要的淀粉酶和蛋白酶的活性有關(guān)[18]。

在苗期重金屬Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+4種離子對(duì)4種豆科植物生長(zhǎng)的影響主要表現(xiàn)根的伸長(zhǎng)上，重金屬濃度的增加會(huì)使根生理代謝發(fā)生明顯改變，甚至停滯生長(zhǎng)。這與多數(shù)研究者的研究結(jié)果一致[4,21-24]。重金屬對(duì)根長(zhǎng)的影響明顯大于對(duì)苗長(zhǎng)的影響，重金屬通過(guò)抑制根的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響整株植物的生長(zhǎng)。當(dāng)Cu2+濃度大于200 mg/L時(shí)，對(duì)4種植物根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)表現(xiàn)為明顯的抑制作用。祝沛平等研究認(rèn)為，過(guò)量的Cu2+將抑制脫羧酶的活性，最終造成根部大量NH4+的積累，植物根部損傷嚴(yán)重，主根伸長(zhǎng)受到抑制，根尖出現(xiàn)硬化，生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞分裂受到抑制，根毛數(shù)量減少甚至枯死[25]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cu2+對(duì)紅豆草、白三葉和檸條的抑制作用較為明顯，可能與上述機(jī)制有關(guān)。Cd是危害植物生長(zhǎng)發(fā)育的有害元素。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cd2+對(duì)4種植物根伸長(zhǎng)影響較大且均以抑制作用為主，可能是因?yàn)镃d2+可以促進(jìn)根系產(chǎn)生逆境乙烯，而逆境乙烯可以嚴(yán)重傷害細(xì)胞，因此Cd2+對(duì)根的抑制作用更明顯[26]。Pb并不是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，其效應(yīng)也是引起活性氧代謝酶系統(tǒng)的破壞作用[27]。本研究中，Pb2+對(duì)4種植物根根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)以抑制作用為主。Zn元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，過(guò)量的Zn離子會(huì)傷害植物根系，使植物根系生長(zhǎng)受到阻礙，過(guò)量的Zn元素還使地上部分出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)并壞死[28-30]。在不同濃度Zn2+處理下，紅豆草、檸條和胡枝子根生長(zhǎng)均受到阻礙，但4種植物均沒(méi)出現(xiàn)明顯的“無(wú)根”現(xiàn)象。可見(jiàn)，紅豆草、白三葉、檸條和胡枝子對(duì)Zn2+具有一定的耐性。

4 結(jié) 論

隨著Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+濃度的增大，紅豆草、白三葉、檸條和胡枝子種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)呈顯不同程度的降低趨勢(shì)；但在Cu2+lt;300 mg/L處理下，紅豆草種子的發(fā)芽率并沒(méi)明顯受到抑制，反而有不同程度的促進(jìn)；25 mg/L濃度Cd2+處理對(duì)檸條種子的促進(jìn)作用最為顯著，檸條種子發(fā)芽率與對(duì)照相比達(dá)到顯著性差異水平(plt;0.05)；Pb2+對(duì)檸條和胡枝子種子發(fā)芽率的發(fā)芽表現(xiàn)為“低促高抑”。

隨著Cu2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+離子濃度的增大，紅豆草、白三葉、檸條和胡枝子種子萌發(fā)后形成幼苗的根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)都呈降低趨勢(shì)，對(duì)4 種植物均表現(xiàn)為隨著濃度增加，抑制作用越明顯。

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Effects of Heavy Metals Copper,Cadmium,Lead and Zincon Seed Germination and Seedling Growth of Leguminous Species

ZHAOYuhong1,LABaQuji1，LUOBu1,WANGXiangtao1,YANGLucun2,FANGJiangping1

(1.Tibet Agricultural and Animal Husbandry College,Nyingchi Tibet 860000,China；2.Forestry College of North West Agriculture and Forestry University,Yangling Shaanxi 712100,China)

Screening and study of heavy metal tolerant plants suitable for the local climate and soil condition is the premise of phytoremediation to heavy metal contaminated soil. In this study, the effects of Cu2+,Cd2+,Pb2+and Zn2+single heavy metals on seed germination and seedling growth of 4 legume species were studied by the method of culture dish. The results show that with the increase of Cu2+,Cd2+,Pb2+and Zn2+concentration, the germination rate, germination potential ofOnobrychisviciaefoliaScop.,TrifoliumrepensL.,CaraganaKorshinskiiKom.andLespedezabicolorTurcz. were reduced.The seed germination percentage ofOnobrychisviciaefoliaScop.under 300 mg/L concentration was significantly higher than control.The seed germination percentage ofCaraganaKorshinskiiKom.under 25 mg/L concentration was significantly higher than control(plt;0.05);All the metals showed toxicity to root growth and shoot length of four plant species.The seedling root length and shoot length of four plant species was decreased with the increase of Cu2+、Cd2+、Pb2+and Zn2+concentration significantly.

leguminous plant； seed germination； seedling growth； Cu2+； Cd2+； Pb2+； Zn2+

2016-08-29

國(guó)家自然基金(31160312,31560142)資助。

趙玉紅(1979—)，男，甘肅武威人；博士研究生，副教授，主要從事高寒草地生態(tài)修復(fù)研究；E-mail：yuhong19801011@126.com。

方江平，E-mail：xzfjp@21cn.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.01.022

S 812.8

A

1001-4705(2017)01-0022-07