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(濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濱州 256603)

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致許多污染物質(zhì)進(jìn)入周圍土壤、空氣和水體等環(huán)境。近年來，鎘、鉛、鋅等重金屬污染對植物生長賴以生存的土壤環(huán)境，造成愈加嚴(yán)重的危害[1-6]。據(jù)研究測算，中國重金屬污染耕地面積約占總耕地面積的六分之一[2]。鉛(Pb)作為五毒元素之一，在土壤中積累到一定限度就會對植物生長發(fā)育等產(chǎn)生毒害[4]。

我國是蔬菜生產(chǎn)和消費(fèi)大國，多種蔬菜在各地均廣泛種植。栽培地土壤一旦受到重金屬鉛污染，不僅會嚴(yán)重影響蔬菜種子發(fā)芽、出苗、產(chǎn)量和品質(zhì)[1,3,6]，還會進(jìn)一步通過食物鏈進(jìn)入人體，從而危害人類健康[2]。本試驗(yàn)以黃瓜為材料，研究了鉛脅迫對黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，比較分析了鉛處理濃度與黃瓜種子發(fā)芽狀況和活力水平間的相關(guān)關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試藥劑為Pb (NO3)2，為分析純，購于山東省濱州市濱城區(qū)泰達(dá)試劑公司；

供試黃瓜種子購于濱州市濱城區(qū)種子公司，品種為“春夏秋王”雜交一代(山東省寧陽縣陽光種子有限公司出品)。

1.2 方 法

1.2.1 鉛溶液的配制

用去離子水將純Pb(NO3)2配制成2 000 mg/L母液，然后利用母液依次稀釋得到濃度為1 000，500，250，125，62.5，31.25 mg/L的6個濃度梯度的Pb2+溶液，用去離子水作為對照(0 mg/L)，共7個處理，每個濃度處理設(shè)3個重復(fù)。

1.2.2 發(fā)芽試驗(yàn)

將黃瓜種子置于3%高錳酸鉀溶液內(nèi)消毒10 min，將消毒后的種子先用自來水沖洗數(shù)次，再用去離子水反復(fù)沖洗3次，最后用濾紙吸干表面水分。取直徑為90 mm的硬質(zhì)玻璃培養(yǎng)皿，皿內(nèi)鋪2層濾紙作為發(fā)芽床，將10 mL配制好的不同濃度Pb2+溶液加入培養(yǎng)皿，每皿均勻放入30粒黃瓜種子；以蒸餾水作為對照。所有處理均為3個重復(fù)，置于25 ℃的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)。每培養(yǎng)皿每天分別加入等量相應(yīng)濃度的Pb2+溶液或去離子水。

1.3 指標(biāo)測定

從第4天開始，每天記錄發(fā)芽種子數(shù)，并測量黃瓜幼苗根長、苗高，至第8天結(jié)束。

發(fā)芽勢(%) =第4天正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率(%)=第8天正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽抑制率(%)=處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率×100%。

在第8天培養(yǎng)完成后，用電子天平(精確至0.001 g)測定黃瓜幼苗根長、苗高以及整株鮮重。鮮重測定完畢后，整株苗裝入信封標(biāo)記好，置于烘箱50 ℃恒溫烘烤24 h后取出，稱量并記錄各處理黃瓜幼苗干重。

根長抑制率(%)=處理組根長/對照組根長×100%；

苗高抑制率(%)=處理組苗高/對照組苗高×100%；

鮮重抑制率(%)=處理組鮮重/對照組鮮重×100%；

干重抑制率(%)=處理組干重/對照組干重×100%。

相對活力指數(shù)Ⅰ=(處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率)×(處理組苗高/對照組苗高)；

相對活力指數(shù)Ⅱ=(處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率)×(處理組鮮重/對照組鮮重)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

在Windows 7操作系統(tǒng)下，以Excel 2007整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并作初步分析；應(yīng)用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，以LSD多重比較及Duncan’s檢驗(yàn)進(jìn)行組間差異顯著性檢驗(yàn)(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同Pb2+濃度對黃瓜種子發(fā)芽的影響

作為植物生長發(fā)育的一種脅迫因子，Pb2+對植物種子萌發(fā)具有一定的影響。由表1可以看出，隨Pb2+濃度的增加，黃瓜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率均呈下降趨勢，高濃度的Pb2+溶液嚴(yán)重抑制了種子的萌發(fā)。當(dāng)鉛濃度為125 mg/L時，對黃瓜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率的抑制達(dá)到顯著水平(抑制率為-19.22%)；當(dāng)鉛濃度達(dá)到1 000 mg/L時，受試黃瓜種子的發(fā)芽勢為0，其發(fā)芽率也僅有46.8%，Pb2+脅迫對其發(fā)芽率的抑制水平達(dá)到40%以上。

表1 不同Pb2+濃度對黃瓜種子發(fā)芽的影響

Pb2+濃度(mg/L)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽抑制率(%)ck(0)67.5±5.7a79.6±8.9a—31.2564.8±6.2a78.3±8.5a-1.6362.555.4±5.1b71.9±7.3ab-9.6712548.8±4.5b64.3±6.9b-19.2225021.4±3.3c60.2±5.7b-24.3750016.7±3.0c54.9±5.3bc-31.0310000d46.8±4.1c-41.21

注：表中數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列數(shù)據(jù)后面字母不同，表示差異顯著( (p<0.05) 。下同。

2.2 不同Pb2+濃度對黃瓜幼苗根長、苗高的影響

已有研究表明，相對于植物地上部分，重金屬鉛脅迫對植物根的生長有更為明顯的影響。由表2可知，不同濃度Pb2+處理培養(yǎng)黃瓜種子8 d后，其胚根、芽的長度均隨處理濃度的增高而降低，當(dāng)Pb2+濃度為125 mg/L時，黃瓜幼苗的根生長受到強(qiáng)烈抑制，且與對照間差異顯著(p<0.05)；當(dāng)Pb2+濃度為500 mg/L時，對黃瓜苗高也產(chǎn)生了強(qiáng)烈的抑制作用。在高濃度Pb2+溶液處理?xiàng)l件下，受試黃瓜種子胚根生長受到的抑制作用愈加顯著，尤其在1 000 mg/L濃度鉛溶液處理下，黃瓜種子在培養(yǎng)周期內(nèi)未能生根，在此濃度下，黃瓜幼苗地上部分的生長也受到顯著抑制(p<0.05)。

表2 不同Pb2+濃度對黃瓜幼苗根長、苗高的影響

Pb2+濃度(mg/L)根長(mm)根長抑制率(%)苗高(mm)苗高抑制率(%)ck(0)47.3±3.51a—45.2±3.02a—31.2546.8±3.67a-1.0646.7±3.30a3.3262.545.5±2.69a-3.8143.5±2.28ab-3.7612536.3±3.10b-23.2642.3±1.25ab-6.4225025.6±3.42c-45.8842.1±2.17ab-6.8550013.9±1.31d-70.6141.0±2.18b-9.2910000.7±0.24e-98.5226.7±1.35c-40.93

注：表中“抑制率”數(shù)據(jù)為正值，表示具有促進(jìn)生長作用。下同。

2.3 不同Pb2+濃度對黃瓜幼苗生物量的影響

由于重金屬鉛的存在和累積，在此生長環(huán)境中的植物生長發(fā)育會受到不同程度的抑制，其中也包括對植物全株生物量的影響。

表3 不同Pb2+濃度對黃瓜整株幼苗鮮重、干重的影響

Pb2+濃度(mg/L)全株鮮重(mg)鮮重抑制率(%)全株干重(mg)干重抑制率(%)ck(0)267.4±14.73a—17.5±1.13a—31.25272.2±15.61a1.8018.2±1.02a4.0062.5247.6±13.87ab-7.4016.4±0.61ab-6.29125226.3±12.67bc-15.3716.0±0.58ab-8.57250212.9±10.99c-20.3816.1±0.68ab-8.00500180.8±7.55d-32.3915.3±0.49b-12.571000108.9±5.34e-59.2711.7±0.54c-33.14

由表3可知，不同濃度Pb2+溶液處理對黃瓜幼苗全株鮮重和干重均有一定影響：幼苗鮮重隨著Pb2+溶液濃度的增高而下降，在125 mg/L時即已顯著低于對照組，抑制率達(dá)到15.37%，但此濃度處理下，幼苗干重低于對照組，差異不顯著(p>0.05)；幼苗干重隨鉛溶液濃度的升高，其下降的趨勢較緩，直到Pb2+濃度達(dá)到500 mg/L時，才較對照組表現(xiàn)出顯著差異(p<0.05)。進(jìn)一步分析可知，在低濃度Pb2+溶液(31.25 mg/L)處理下，黃瓜幼苗鮮重與干重均略高于對照組，隨著溶液濃度的升高，Pb2+脅迫對幼苗鮮重、干重的抑制水平日趨明顯，尤其對幼苗鮮重的抑制作用更為顯著，在1 000 mg/L時，對黃瓜幼苗鮮重和干重的抑制率分別達(dá)到59.27%和33.14%。

2.4 不同Pb2+濃度對黃瓜幼苗根芽比和干鮮比的影響

由圖1可知，不同濃度Pb2+溶液處理對黃瓜幼苗根芽比的影響，隨著Pb2+溶液濃度的增高而降低，不同濃度Pb2+溶液處理之間對黃瓜幼苗鮮重的影響差異明顯，尤其是高濃度(1 000 mg/L)Pb2+溶液處理對根芽比影響最為顯著。

圖1 不同濃度Pb2+脅迫對黃瓜幼苗根長/苗高比的影響

相對于對黃瓜幼苗根長/苗高比值的影響，Pb2+濃度變化對幼苗干重/鮮重比的影響更為強(qiáng)烈(圖2)。從圖2可以看出，隨著鉛脅迫強(qiáng)度的增大，黃瓜幼苗干重/鮮重比明顯增高，即幼苗水分含量隨Pb2+濃度增加而降低，且與Pb2+濃度間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.01)。

圖2 不同濃度Pb2+脅迫對黃瓜幼苗干重/鮮重比的影響

2.5 不同Pb2+濃度下黃瓜種子的活力指數(shù)變化

種子活力是當(dāng)前衡量種子質(zhì)量的指標(biāo)之一，種子活力的大小不僅對種子萌發(fā)、 出土能力(出苗多少、快慢等) 有影響，也直接影響了苗期生長量和對外界不良條件的抵抗能力，直至影響到后期的產(chǎn)量。由表4可看出，不同濃度Pb2+對黃瓜種子活力具有較為顯著的影響：相對種子活力指數(shù)Ⅰ、Ⅱ在低濃度鉛脅迫處理(31.25 mg/L)下分別為1.016和1.001，而后均隨重金屬鉛脅迫水平的增強(qiáng)而顯著降低，且相對活力指數(shù)Ⅱ較相對活力指數(shù)Ⅰ下降幅度更為顯著。經(jīng)相關(guān)性分析，相對種子活力指數(shù)Ⅰ、Ⅱ之間擬合度高(R2=0.982 4，p=0.000 1)。綜合來看，在高濃度Pb2+脅迫處理下受到的抑制更加明顯，與對照組間差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，且鉛脅迫強(qiáng)度與黃瓜種子活力水平間表現(xiàn)出極為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3)。

表4 Pb2+脅迫對黃瓜種子活力指數(shù)的影響

Pb2+濃度(mg/L)相對活力指數(shù)Ⅰ相對活力指數(shù)Ⅱck(0)1131.251.0161.00162.50.8690.8361250.7560.6842500.7040.6025000.6260.46610000.3470.239

圖3 黃瓜相對種子活力與鉛脅迫強(qiáng)度間相關(guān)性分析

3 結(jié) 論

種子萌發(fā)是整個植物生長過程中對外界環(huán)境變化最敏感的階段，幼苗狀況直接影響植物以后的生長和發(fā)育。本試驗(yàn)以黃瓜種子為研究對象，通過外源Pb2+溶液處理，探尋不同濃度鉛脅迫條件對其種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。結(jié)果表明：在不同Pb2+濃度處理下，黃瓜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率均隨Pb2+濃度的增加呈下降趨勢。高濃度(1 000 mg/L)Pb2+溶液處理黃瓜種子的發(fā)芽勢為0。不同濃度Pb2+處理培養(yǎng)黃瓜種子8 d后，胚根、芽的長度均隨處理濃度的增高而降低，每個濃度處理對根長、苗長的影響都有顯著差異，尤其是高濃度Pb2+溶液對黃瓜種子胚根生長的抑制作用最為顯著。不同濃度Pb2+溶液處理對黃瓜幼苗全株鮮重、干重的抑制作用，也隨Pb2+溶液濃度的升高而增強(qiáng)，且不同濃度Pb2+溶液處理之間對黃瓜幼苗鮮重的影響差異較為顯著；而不同濃度Pb2+脅迫對黃瓜幼苗的干重影響不明顯。通過對處理組黃瓜種子活力水平分析可知，隨著Pb2+脅迫水平的升高，種子活力顯著下降，在1 000 mg/L時降至對照組的30%左右。

總之，對以種子繁殖為主的植物，重金屬傷害首先發(fā)生在種子萌發(fā)和幼苗生長階段。但由于重金屬鉛脅迫對植物生長發(fā)育的影響是多方面的[7]，具體的機(jī)理機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究和探討。

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