張加強，史小華

(浙江省蕭山棉麻研究所，浙江 杭州 311202)

黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性比較

張加強，史小華

(浙江省蕭山棉麻研究所，浙江 杭州 311202)

通過發(fā)芽試驗探討不同濃度鎘脅迫對黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)的影響，旨在明晰黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性強弱。結果表明：黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量均隨鎘濃度的升高而下降；低濃度鎘脅迫對發(fā)芽的抑制作用不明顯，高濃度鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻種子萌發(fā)和生物量積累。采用隸屬函數(shù)法對參試材料種子萌發(fā)期的耐鎘性進行綜合評價，結果表明，耐鎘性的強弱順序為亞麻>芥菜>黃麻。

鎘脅迫； 亞麻； 種子萌發(fā)； 隸屬函數(shù)

鎘(Cd)是植物的非必需有毒元素。近年來，由于工業(yè)廢液、廢水和廢渣的無序排放及化肥的過量施用，導致杭州市城市土壤中重金屬有不同程度的積累，部分地區(qū)的蔬菜種植地土壤重金屬含量已超過自然背景值[1-4]。土壤中的鎘極易被植物吸收，而吸收的鎘大部分累積在根、莖和葉中，一部分會轉移到籽?；蚬麑嵵校罱K通過生物鏈進入人體，危害人類健康[5]。由于鎘污染具有毒性強且持久、移動性大及不可逆性等特點，使得鎘污染土壤的治理和修復成為亟待解決的現(xiàn)實問題。其中，篩選超富集植物是植物修復的一種行之有效的方法[6]。黃麻和亞麻作為非食用的纖維作物，生長速度較快，同時，具有較大的生物量和較強的富集土壤中重金屬Cd等特性，是較理想的修復植物[7-8]。黃麻和亞麻是杭州市傳統(tǒng)作物，芥菜是傳統(tǒng)蔬菜之一，杭州市各地也有利用冬閑田種植芥菜的習慣。目前，國內(nèi)外學者對于重金屬污染對植物的毒害作用，主要以單一植物為研究對象，而以多種植物種類為對象的研究報道較少。種子萌發(fā)是植物生活周期的起點，同時也是植物感受外界環(huán)境變化的最初階段，是評價植物鎘耐性的重要階段之一[9]。本研究通過比較黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)對不同濃度鎘處理的響應，并利用隸屬函數(shù)方法評價其綜合耐鎘性，以期為重金屬污染土壤的植物修復提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 種子萌發(fā)與脅迫處理

供試材料黃麻(CorchorusolitoriusL.)、亞麻(LinumusitatissimumL.)及芥菜(Brassicajunceavar.multicepsTsen et Lee)種子材料均由浙江省蕭山棉麻研究所經(jīng)濟作物研究室提供。選大小均勻一致、籽粒飽滿的供試黃麻、亞麻及芥菜種子，先用70%乙醇消毒5 min，再用蒸餾水沖洗3次。每培養(yǎng)皿底襯2層濾紙做發(fā)芽床，每皿放置50粒供試黃麻、亞麻及芥菜種子，對照為蒸餾水，分別加入20、80、160、320、400和800 mg·L-1的Cd2+溶液，每個處理設3次重復。置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱發(fā)芽7 d，發(fā)芽期間及時補充處理液。

1.2 耐鎘指標計算

每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，種子發(fā)芽以胚芽長達到種子長度1/2為標準。并在發(fā)芽的第7天，每皿隨機選取5株幼苗，測量其鮮質量，取平均值。計算公式如下：發(fā)芽勢=第3天的發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100；相對發(fā)芽勢=各個處理的發(fā)芽勢/對照的發(fā)芽勢×100；發(fā)芽率=第7天的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100；相對發(fā)芽率=各個處理的發(fā)芽率/對照的發(fā)芽率×100；活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×根芽鮮質量；發(fā)芽指數(shù)=ΣGt/Dt(式中：Gt為t時間內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù))。

1.3 耐鎘綜合評價

應用隸屬函數(shù)法對黃麻、亞麻及芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性進行綜合評價。先利用公式u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1，2，3，…，n；計算每份材料的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量在不同鎘脅迫下的具體隸屬函數(shù)值。式中Xj表示第j個綜合指標，Xmax表示第j個綜合指標的最大值，Xmin表示第j個綜合指標的最小值，然后把每一指標在不同鎘脅迫下的隸屬值累加求平均值，最后把每份材料各項測定指標的隸屬函數(shù)值累加求平均值，根據(jù)各材料平均隸屬函數(shù)大小進行綜合評價。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行處理和作圖，采用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 對發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

如圖1所示，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢均隨鎘濃度的升高而降低。當鎘濃度低于80 mg·L-1時，發(fā)芽勢降低的幅度較?。划旀k濃度高于400 mg·L-1時，發(fā)芽勢迅速降低；當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽勢僅為3.3%、10.0%和3.3%。發(fā)芽率下降規(guī)律及趨勢基本與發(fā)芽勢一致，表明鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽，鎘濃度越高，對黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽勢和發(fā)芽率的抑制程度越高。

圖1 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢和發(fā)芽率

2.2 對相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的影響

如圖2所示，隨著鎘脅迫的加劇，黃麻、芥菜和亞麻的相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率均呈顯著下降趨勢。當鎘濃度為20 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的相對發(fā)芽勢分為87.5%、90.0%和94.7%；鎘濃度增加至800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的相對發(fā)芽勢僅為6.3%、15.0%和5.3%。由圖2還可以看出，當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻的相對發(fā)芽率最高，芥菜的相對發(fā)芽率最低。

圖2 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的變化

2.3 對發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是發(fā)芽率指標的細化和深化，它放大了種子活力的特征。如圖3所示，隨著鎘脅迫濃度的增加，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽指數(shù)均出現(xiàn)了不同程度的下降。與對照相比，當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽指數(shù)下降了79.7%，86.5%和88.2%。

活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長量的綜合反映，是衡量種子活力的指標。由圖3可知，在對照組中，亞麻種子的活力指數(shù)最大，芥菜次之，黃麻活力指數(shù)最?。划旀k濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻活力指數(shù)的強弱為亞麻>黃麻>芥菜。

2.4 對生物量的影響

生物量更能準確反映植物對重金屬脅迫的響應。如圖4所示，高濃度鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻生物量的積累，而低濃度鎘脅迫對黃麻、芥菜和亞麻生物量的影響不明顯。當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻生物量的大小表現(xiàn)為亞麻>黃麻>芥菜。

2.5 耐鎘性綜合評價

在植物耐鎘性評價中，僅以相對發(fā)芽率或生物量等單一指標不能全面有效地反應作物萌發(fā)期的耐鎘性。當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的相對發(fā)芽率為黃麻>亞麻>芥菜，而生物量為亞麻>黃麻>芥菜，表現(xiàn)出排序不一致的現(xiàn)象。為了消除個別指標帶來的片面性，我們用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法對黃麻、芥菜和亞麻種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量進行了綜合評價，得到黃麻、芥菜和亞麻的隸屬函數(shù)總平均值(表1)。由表1可知，在種子萌發(fā)期，亞麻的耐鎘性隸屬函數(shù)總平均值最高，其次為芥菜，黃麻最低。

圖3 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化

圖4 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻生物量的變化

表1 種子萌發(fā)期耐鎘性各指標隸屬函數(shù)值及綜合評價值

3 小結

綜上所述，隨著鎘脅迫濃度的增加，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量均出現(xiàn)了不同程度的下降。低濃度鎘脅迫對黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽和生物量的影響不明顯，高濃度鎘脅迫的抑制作用較顯著。黃麻、芥菜和亞麻對鎘脅迫的響應存在明顯差異，根據(jù)隸屬函數(shù)值計算，得出種子萌發(fā)期耐鎘脅迫的隸屬函數(shù)總平均值，耐鎘的強弱順序為亞麻>芥菜>黃麻。同時，亞麻為非食用纖維作物，既可以避免鎘通過食物鏈對人體造成傷害，又可以獲得較理想的經(jīng)濟效益。因此，在鎘污染土壤嚴重的地區(qū)種植亞麻是植物修復理想的首選對象[7,10-11]。亞麻在種子萌發(fā)期耐鎘生理原因則有待于進一步研究。

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(責任編輯：侯春曉)

2017-09-05

杭州市科技發(fā)展計劃項目(20140432B39)

張加強(1981—)，男，浙江杭州人，助理研究員，博士，從事麻類、花卉育種、栽培及分子生物學研究工作，E-mail: zhangqiang414@126.com。

文獻著錄格式：張加強，史小華. 黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性比較[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(11)：2019-2021.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171146

S563；S637

A

0528-9017(2017)11-2019-03