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。
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。
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))。
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。
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。
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
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
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。
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。
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
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