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        Cd脅迫對不同類型甜瓜種子萌發(fā)的影響

        2018-05-18 05:49:59孔維萍岳宏忠
        甘肅農(nóng)業(yè)科技 2018年3期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量

        孔維萍,程 鴻,岳宏忠

        (甘肅省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所,甘肅 蘭州 730070)

        由于經(jīng)濟的迅速發(fā)展,隨之而來環(huán)境重金屬污染也越來越嚴重。鎘(Cd)作為毒性較強的重金屬之一,其在土壤中的殘留以及對農(nóng)作物的毒害機理等方面的研究越來越受到重視[1-2]。Cd通過生長介質(zhì)被植物吸收后,對植物各器官組織產(chǎn)生不可逆的損傷。以白蘭瓜為主的甜瓜是甘肅省特色經(jīng)濟產(chǎn)物之一,初步調(diào)查顯示,甘肅部分甜瓜產(chǎn)區(qū)的土壤及水體受到不同程度的Cd污染[3]。我們研究了Cd脅迫對不同類型甜瓜種子萌發(fā)的影響,旨在探討Cd對甜瓜的毒害效應(yīng),為Cd對甜瓜毒害機理研究、選育抗耐Cd新品種提供參考。

        1 材料和方法

        1.1 試驗材料

        選取厚皮、薄皮、野生3種類型甜瓜種子為試材。厚皮甜瓜品系為16H80,薄皮甜瓜品系為16C28,野生甜瓜品系為16Y30,均為自選單系材料。試驗在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所實驗室進行。

        1.2 試驗方法

        挑選飽滿種子,55℃溫湯浸種10 min,置于底部鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中,每皿30粒種子。培養(yǎng)皿中加2mL相應(yīng)質(zhì)量濃度的Cd溶液,Cd溶液質(zhì)量濃度依次為 0、1、5、10、20、40、 100、200 mg/L。3次重復(fù)。每天定量補充處理液以保持濾紙濕潤,置于30℃暗箱培養(yǎng),觀察統(tǒng)計發(fā)芽情況。

        發(fā)芽率=(全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

        芽長:處理7 d后,取10粒萌發(fā)種子測量莖基部到頂芽的長度。

        根長:處理7 d后,取10粒萌發(fā)種子測量基部至根系最尖端的長度。

        鮮重:每處理隨機取10粒萌發(fā)種子,處理7 d后用濾紙洗干凈發(fā)芽種子上的殘留處理液,稱重(包括芽和初生根)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同質(zhì)量濃度Cd脅迫對甜瓜種子發(fā)芽率的影響

        不同濃度Cd脅迫3 d后,對照(Cd 0 mg/L)薄皮甜瓜的種子發(fā)芽率達到95%;野生甜瓜種子發(fā)芽率僅為43%,約為厚皮甜瓜發(fā)芽率的一半。這可能主要是各參試材料種子本身特性所致,野生甜瓜種子小且種殼較厚,厚皮甜瓜種子大而飽滿,薄皮甜瓜種子大小介于二者之間。Cd質(zhì)量濃度為1 mg/L時,與對照相比,厚皮甜瓜發(fā)芽率提升約15%;而野生甜瓜基本與對照持平,薄皮甜瓜略有下降。而后隨著Cd質(zhì)量濃度不斷增加,厚皮甜瓜種子發(fā)芽率基本穩(wěn)定在70%左右;薄皮甜瓜和野生甜瓜種子發(fā)芽率均下降,在Cd質(zhì)量濃度達最大值200 mg/L時,二者的發(fā)芽率較對照下降約40%,其中野生甜瓜種子發(fā)芽率最低,僅為3.3%(圖1)。

        圖1 Cd脅迫3 d的甜瓜種子發(fā)芽率

        不同濃度Cd脅迫不同類型甜瓜種子7 d后,Cd質(zhì)量濃度≤50 mg/L時,Cd對甜瓜種子萌發(fā)沒有明顯影響,3類甜瓜種子發(fā)芽率均保持在95%以上。而后隨Cd質(zhì)量濃度的增加,種子發(fā)芽率明顯下降,尤其野生甜瓜種子發(fā)芽率下降最明顯,在200 mg/L的Cd質(zhì)量濃度下,發(fā)芽率僅為6.7%,野生甜瓜在Cd質(zhì)量濃度50~100 mg/L下降幅最大。厚皮甜瓜和薄皮甜瓜種子芽率仍保持在65%以上(圖 2)。

        圖2 Cd脅迫7 d的甜瓜種子發(fā)芽率

        2.2 Cd脅迫對甜瓜種子芽長和初生根長度的影響

        不同Cd質(zhì)量濃度脅迫7 d后的結(jié)果表明,低濃度Cd脅迫對甜瓜種子萌發(fā)芽長有一定的促進作用,Cd質(zhì)量濃度為1 mg/L時,薄皮甜瓜和野生甜瓜芽長均明顯優(yōu)于對照。厚皮甜瓜萌發(fā)芽長在Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時達最大值。隨Cd處理質(zhì)量濃度繼續(xù)變大,參試甜瓜種子的萌發(fā)芽長均呈下降趨勢,尤其野生甜瓜降幅最大,200 mg/L的Cd質(zhì)量濃度下芽長僅為對照的8%。Cd質(zhì)量濃度≥50 mg/L時,厚皮甜瓜種子萌發(fā)芽長優(yōu)于其它參試材料,野生甜瓜最小(圖3)。

        圖3 不同濃度Cd脅迫下萌發(fā)甜瓜種子初生根長

        Cd對甜瓜種子初生根呈明顯的抑制作用,且Cd脅迫對甜瓜種子初生根生長的抑制強于萌發(fā)芽長,高質(zhì)量濃度Cd脅迫下容易產(chǎn)生“無根苗”。1 mg/L的Cd質(zhì)量濃度下,野生甜瓜和薄皮甜瓜初生根長相比對照略有提升,而后隨Cd質(zhì)量濃度增加,初生根長也相應(yīng)下降,野生材料最為顯著,在高質(zhì)量濃度(Cd≥100 mg/L)Cd脅迫下基本不能正常生成初生根。薄皮甜瓜對Cd脅迫也比較敏感,初生根在Cd≤50 mg/L時初生根長降幅較大。厚皮甜瓜初生根長隨Cd質(zhì)量濃度增加一直下降,但其耐受性明顯高于其它參試材料(圖4)。

        圖4 不同濃度Cd脅迫下萌發(fā)甜瓜種子根長

        2.3 Cd脅迫對萌發(fā)甜瓜種子萌發(fā)鮮重的影響

        Cd脅迫下甜瓜種子萌發(fā)鮮重較其它檢測指標穩(wěn)定。低質(zhì)量濃度Cd能有效提升甜瓜種子萌發(fā)鮮重,厚皮甜瓜在Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時鮮重達最大值,是對照的1.35倍。而后隨Cd質(zhì)量濃度增加萌發(fā)種子鮮重緩慢下降,薄皮甜瓜種子萌發(fā)鮮重在Cd≤25 mg/L時降幅較大,而后也呈緩慢下降趨勢。野生甜瓜在Cd質(zhì)量濃度為1 mg/L時萌發(fā)種子鮮重稍有提升,而后隨Cd濃度增加緩慢下降。3種類型甜瓜種子的萌發(fā)鮮重隨Cd濃度提升變化不大(圖5)。

        圖5 不同濃度Cd脅迫下萌發(fā)甜瓜種子鮮重

        3 小結(jié)與討論

        以薄皮、厚皮及野生3種類型甜瓜種子為試材,研究了不同濃度鎘(Cd)脅迫下甜瓜種子萌發(fā)差異。結(jié)果表明,Cd質(zhì)量濃度≤50 mg/L時,對甜瓜種子發(fā)芽率沒有明顯影響。野生甜瓜種子對Cd脅迫最敏感,在200 mg/L的Cd脅迫下發(fā)芽率僅為6.7%;高質(zhì)量濃度Cd脅迫下甜瓜種子胚根不能正常伸長,易產(chǎn)生無根苗。所有參試材料的初生根長度均隨Cd質(zhì)量濃度增加而下降,而芽長均隨Cd質(zhì)量濃度的增加均先升后降。Cd質(zhì)量濃度≥50 mg/L時,初生根長和芽長的降幅較大。各甜瓜種子萌發(fā)鮮重對Cd脅迫相對比較穩(wěn)定。總體而言,Cd質(zhì)量濃度越大,對甜瓜種子萌發(fā)的抑制作用越強。Cd對甜瓜種子萌發(fā)的抑制作用因品種而異,所測各項指標均呈現(xiàn)厚皮甜瓜耐受性最高,野生甜瓜最低,薄皮甜瓜居中的趨勢。

        重金屬Cd有很強的植物毒性,對植物種子、幼苗、成株期以及果實生長都有不同程度毒害作用。Cd對植物種子的萌發(fā)指標的影響一般表現(xiàn)為低濃度促進高質(zhì)量濃度抑制的規(guī)律[4-5],且同一物種的不同品種受Cd脅迫效應(yīng)不同[6-7]。這與本研究結(jié)果相類似。

        杜天慶等[8]對Cd脅迫小麥的研究、杜蘭芳等[4]對Cd脅迫豌豆種子的研究均得出,Cd對幼苗根生長的抑制作用大于莖。原因在于植物根系是吸收Cd的重要部位,直接與重金屬環(huán)境接觸,最先受到重金屬的毒害使根系活力下降,從而抑制了重金屬由根系上地上部轉(zhuǎn)移。本試驗中,高濃度Cd對甜瓜種子初生根的抑制強于萌發(fā)芽長,且在高濃度Cd處理下基本不能形成初生根,尤其野生甜瓜種子基本不能正常發(fā)芽。分析原因,可能是由于野生甜瓜種子小且殼較厚,發(fā)芽時間較長,發(fā)芽過程中吸收的Cd較多,受Cd毒害較嚴重。而厚皮甜瓜種子大而飽滿,其發(fā)芽勢明顯強于其它材料,能在短時間(2~3 d)萌發(fā),其吸收的Cd也相應(yīng)減少。

        參考文獻:

        [1]張玉秀,于 飛,張媛雅,等.植物對重金屬鎘的吸收轉(zhuǎn)運和累積機制[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2008,16(5): 1317-1321.

        [2]宋 瑜,金 樑,曹宗英,等.植物對重金屬鎘的響應(yīng)及其耐受機理[J]. 草業(yè)學報, 2008, 17( 5): 84-91.

        [3]孔維萍,程 鴻.甘肅省沿黃灌區(qū)甜瓜種植區(qū)Cd殘留初步調(diào)查[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 2016(1): 16-18.

        [4]杜蘭芳,沈宗根,王立新,等. CdCl2對豌豆種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].西北植物學報,2007,27( 7): 1411-1416.

        [5]宗憲春,張永樂,司徒琳莉,等.Cd脅迫對三種花卉種子萌發(fā)的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學, 2012, 51( 4):744-746.

        [6]陳俊任,柳 丹,吳家森,等.重金屬脅迫對毛竹種子萌發(fā)及其富集效應(yīng)的影響[J].生態(tài)學報,2014,34(22) : 6501-6509.

        [7]陳新紅,葉玉秀,龐閏瑾.Cd、鉛及其互作對黃瓜種子發(fā)芽及幼根生長的影響[J].北方園藝,2009(5):13-16.

        [8]DU T Q, YANG J Z, HE J P, CUI F Z.The pollution monitoring index system of wheat at different growth stages under the stress of Cd, Cr and Pb[J].Acta Ecologica Sinica, 2010, 30( 7): 1845-1852.

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