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(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730070)

通過(guò)礦產(chǎn)開(kāi)采、金屬冶煉、化工、煤和石油的燃燒、火山、巖石風(fēng)化、污水排放、農(nóng)藥和化肥施用、大氣沉降等途徑，重金屬源源不斷地進(jìn)入生物圈中[1]。隨著城市化進(jìn)程加快，長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程不可避免地向環(huán)境排放“三廢”等污染物質(zhì)，從而對(duì)土壤造成較為嚴(yán)重的重金屬污染[2-4]。近年來(lái)，重金屬污染問(wèn)題日益加劇，銅、鎘、鉛作為主要的重金屬污染成分已被國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注[5-8]。銅是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，但過(guò)量的銅會(huì)抑制植物光合作用，且引發(fā)葉色失綠，從而抑制植株生長(zhǎng)[9-11]。鎘不是植物的必需元素，而且對(duì)植物的生長(zhǎng)有著不利影響，植物體內(nèi)的鎘元素積累達(dá)到一定濃度就會(huì)表現(xiàn)出毒害，如阻礙植物根系的生長(zhǎng)或者抑制其水分和養(yǎng)分的吸收等[12]。鉛是常見(jiàn)的有毒元素，會(huì)阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育，主要表現(xiàn)為葉片表面的黃化、枯萎和植株的矮小，從而降低作物產(chǎn)量和質(zhì)量[13]。因此，針對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)的研究對(duì)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

目前，重金屬污染土壤的處理方式很多，主要有化學(xué)治理、物理處理、生物修復(fù)等方式。化學(xué)和物理治理的措施有很多種，但是這些方法都只能在短期內(nèi)降低重金屬在土壤中的毒性及生物有效性，是一種原位修復(fù)方法，并沒(méi)有真正意義上的清除重金屬，而且有再次造成污染的潛在可能，且其治理成本昂貴[12,14]。植物修復(fù)方法是利用植物將環(huán)境介質(zhì)中的有毒有害的污染物轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化或容納，從而達(dá)到治理的效果。植物修復(fù)不但更加環(huán)保，而且治理費(fèi)用低[12]。

禾本科草類植物黑麥(Secalecereale)、燕麥(Avenasativa)、高丹草(Sorghumbicolor×Sorghumsudanense)、玉米(Zeamays)、無(wú)芒雀麥(Bromusinermis)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、黑麥草(Loliumperenne)、高羊茅(Festucaarundinace)是我國(guó)北方重要的栽培牧草，具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、生物量大的特點(diǎn)，是干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)和水土保持的極好材料。目前，關(guān)于植物耐受重金屬脅迫的研究較多，但主要針對(duì)某一種或兩三種植物，而禾草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)受重金屬脅迫方面仍缺乏系統(tǒng)研究。種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)期是植物對(duì)環(huán)境脅迫較為敏感的時(shí)期[15]，種子在脅迫條件下萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的特征可以在一定程度上反映植物對(duì)脅迫的耐性[16]。據(jù)此，本研究選擇上述8種禾本科植物為材料，探討了重金屬銅、鎘、鉛離子對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為篩選出對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)耐受力的牧草提供研究基礎(chǔ)，并為治理重金屬污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試8份材料種子品種名稱及來(lái)源見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

重金屬離子濃度依據(jù)高菲菲[17]和陳偉等[18]設(shè)定，利用硫酸銅、硝酸鎘和硝酸鉛配置Cu2+(200、300、400和500 mg·L-1)，Cd2+(1、50、150和200 mg·L-1)和Pb2+(500、1 000、1 500和2 000 mg·L-1)溶液。后用配好的不同濃度的重金屬離子溶液處理8種禾草種子，每個(gè)處理重復(fù)4次，同時(shí)設(shè)置對(duì)照。在洗凈烘干的培養(yǎng)皿(直徑15 cm)中鋪雙層濾紙下墊一層脫脂棉，分別加入上述濃度溶液10 ml，對(duì)照組用蒸餾水，每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻置入50粒種子，萌發(fā)條件為20℃恒溫，8 h光照(750～1 250 Lx)，16 h黑暗。每天定時(shí)記錄種子發(fā)芽數(shù)[19](以胚根露白為標(biāo)準(zhǔn))，并用電子天平稱量補(bǔ)充因蒸發(fā)散失的水分。第7 d從每個(gè)處理中取生長(zhǎng)均勻一致的10株幼苗測(cè)量根芽長(zhǎng)，再將根芽風(fēng)干后測(cè)定重量。

表1 8份禾本科草種子來(lái)源Table 1 The sources of 8 grasses

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

相對(duì)發(fā)芽率(%)=處理濃度發(fā)芽數(shù)/對(duì)照發(fā)芽數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)(Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))；

相對(duì)發(fā)芽指數(shù)=處理濃度發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照發(fā)芽指數(shù)；

活力指數(shù)(VI)=GI×S(GI為發(fā)芽指數(shù)，S為第7 d的幼苗長(zhǎng)度)；

相對(duì)活力指數(shù)=處理濃度活力指數(shù)/對(duì)照活力指數(shù)；

相對(duì)胚根長(zhǎng)=處理濃度胚根長(zhǎng)/對(duì)照胚根長(zhǎng)；

相對(duì)胚芽長(zhǎng)=處理濃度胚芽長(zhǎng)/對(duì)照胚芽長(zhǎng)；

相對(duì)根重=處理濃度根重/對(duì)照根重；

相對(duì)芽重=處理濃度芽重/對(duì)照芽重。

應(yīng)用隸屬函數(shù)法對(duì)8種禾本科草類植物種子萌發(fā)期抗Cu2+、Cd2+、Pb2+性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。先利用公式X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)分別計(jì)算每份材料相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根重和相對(duì)芽重在不同Cu2+、Cd2+、Pb2+下的具體隸屬函數(shù)值[20]。式中，X為參試植物某一抗性指標(biāo)的測(cè)定值，Xmax和Xmin分別為所有材料中該指標(biāo)的最大值和最小值，然后把每一指標(biāo)在不同Cu2+、Cd2+和Pb2+下濃度的隸屬值累加求平均值，最后把每份材料各抗性項(xiàng)指標(biāo)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)值大小確定其萌發(fā)期抗Cu2+、Cd2+、Pb2+的強(qiáng)弱，平均值越大，抗性越強(qiáng)；反之，抗性越弱。

1.4 數(shù)據(jù)分析

種子發(fā)芽數(shù)值均用柱狀圖表示，幼苗生長(zhǎng)數(shù)值均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，使用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件，通過(guò)LSD法檢驗(yàn)各處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu2+對(duì)8種禾本科草種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

隨著Cu2+濃度的增大，供試8種植物種子相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，幼苗的相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重均呈不同程度的降低趨勢(shì)(圖1、表2)。

2.1.1Cu2+對(duì)8種禾本科草種子發(fā)芽的影響 各Cu2+濃度處理間，玉米、黑麥、燕麥和高丹草種子的相對(duì)發(fā)芽率均在90%以上，各處理間無(wú)顯著的差異，而垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅種子的相對(duì)發(fā)芽率隨Cu2+濃度的增大呈降低趨勢(shì)(圖1A)。各Cu2+濃度處理下，玉米、黑麥和高丹草的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)在0.8～1.0之間，垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著下降，且均低于0.5，而400、500 mg·L-1Cu2+處理下燕麥的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)低于0.8(圖1B)。隨著Cu2+濃度的增大，供試8種材料的相對(duì)活力指數(shù)均呈降低趨勢(shì)，在500 mg·L-1Cu2+濃度下，高羊茅不發(fā)芽(圖1C)。供試各Cu2+濃度下，玉米、燕麥、高丹草和黑麥種子的相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)均顯著高于黑麥草、無(wú)芒雀麥、垂穗披堿草和高羊茅。

圖1 不同濃度Cu2+對(duì)8種禾本科草種子相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)的影響Fig.1 Effects of different Cd2+concentration on the seed relative germination rate, relative germination index and relative vigor index of 8 grasses

2.1.2Cu2+對(duì)8種禾本科草種子幼苗生長(zhǎng)的影響 供試各Cu2+濃度下，玉米、燕麥和黑麥的相對(duì)芽長(zhǎng)和相對(duì)芽重均無(wú)顯著性差異(P>0.05)。垂穗披堿草、黑麥草和無(wú)芒雀麥在低濃度處理下的相對(duì)芽長(zhǎng)和相對(duì)芽重顯著高于高濃度處理。高羊茅只有在200 mg·L-1Cu2+下才有芽，其他3種濃度下種苗無(wú)芽(表2)。供試各Cu2+濃度下的高丹草相對(duì)芽長(zhǎng)均顯著高于玉米和燕麥(P<0.05)；上述3種草種的相對(duì)芽長(zhǎng)均顯著高于黑麥、無(wú)芒雀麥、黑麥草、垂穗披堿草和高羊茅(表2)。玉米、燕麥、高丹草和無(wú)芒雀麥相對(duì)芽重均顯著高于黑麥、黑麥草、垂穗披堿草和高羊茅(P<0.05)。隨著Cu2+濃度的增大，高丹草的相對(duì)芽重逐漸增大，與其相對(duì)芽長(zhǎng)呈一致的變化趨勢(shì)。200 mg·L-1Cu2+下玉米相對(duì)根長(zhǎng)顯著高于300、400和500 mg·L-1處理(P<0.05)。供試各Cu2+濃度下，玉米、燕麥和黑麥相對(duì)根長(zhǎng)顯著高于高丹草(表2)。黑麥相對(duì)根重顯著高于玉米、燕麥和高丹草，前4者均顯著高于垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅(P<0.05)(表2)。400、500 mg·L-1Cu2+下，高丹草、黑麥草、垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥和高羊茅均無(wú)根。相對(duì)其他6種草種來(lái)說(shuō)，重金屬Cu2+處理對(duì)黑麥草和高羊茅幼苗生長(zhǎng)的抑制作用較強(qiáng)。

表2 不同濃度Cu2+對(duì)8種禾草種子相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重的影響Table 2 Effects of different Cu2+ concentration on the seed relative bud length, relative root length, relative shoot weight and relative root of 8 grasses

注：同列不同小寫字母表示同一材料在不同處理間差異顯著(P<0.05) ，同行不同大寫字母表示同一處理下不同材料間差異顯著(P<0.05)；“一”表示在處理下幼苗沒(méi)有生長(zhǎng)，下同

Note：Different lowercase letters within the same column indicate significant difference between the same materials in different treatmentat the 0.05 level; Different capital letters indicate significant difference between different materials under the same processing at the 0.05 level; ＂—＂indicates no growth of seedlings under treatment, the same as below

2.1.38種禾本科草種子萌發(fā)期耐Cu2+的綜合評(píng)價(jià) 為避免單一指標(biāo)的片面性并克服多個(gè)指標(biāo)的復(fù)雜性，全面而準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)重金屬離子處理對(duì)8種禾本科植物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，對(duì)供試8種禾本科植物種子相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算，得出種子萌發(fā)期耐Cu2+脅迫的隸屬函數(shù)總平均值。隸屬函數(shù)平均值越大,綜合性狀越好，結(jié)果表明：耐Cu2+的強(qiáng)弱順序?yàn)椋河衩?高丹草>燕麥>黑麥>無(wú)芒雀麥>黑麥草>垂穗披堿草>高羊茅(表3)。

表3 8種禾本科草種子萌發(fā)期Cu2+的耐性隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值Table 3 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of the growth indexes of 8 grasses under Cu2+stress during seed germination period

2.2 Cd2+對(duì)8種禾本科草種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

隨著Cd2+濃度的增大，供試8種植物種子相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，幼苗的相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重均呈不同程度的降低趨勢(shì)(圖2、表4)。

2.2.1Cd2+對(duì)8種禾本科草種子發(fā)芽的影響 供試各Cd2+濃度處理對(duì)燕麥和高丹草種子的相對(duì)發(fā)芽率影響較小，各處理間無(wú)顯著差異，2種草種子的平均相對(duì)發(fā)芽率為101%。而垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅的相對(duì)發(fā)芽率隨Cd2+濃度的增大呈降低趨勢(shì)，低濃度處理促進(jìn)了種子的發(fā)芽(圖2A)。供試各Cd2+濃度處理下的8種禾本科草種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽率有相同的趨勢(shì)，但200 mg·L-1Cd2+濃度下玉米和高丹草的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)卻顯著高于其他濃度處理(圖2B)。隨著Cd2+濃度的增大，供試8種材料的相對(duì)活力指數(shù)均呈降低趨勢(shì)，低濃度處理(1 mg·L-1、50 mg·L-1Cd2+)對(duì)8種牧草種子的活力指數(shù)影響較小(圖2C)。在200 mg·L-1Cd2+濃度下，高羊茅不發(fā)芽。

2.2.2Cd2+對(duì)8種禾本科草種子幼苗生長(zhǎng)的影響 玉米、燕麥、高丹草和垂穗披堿草的相對(duì)芽長(zhǎng)在供試Cd2+濃度間的差異不顯著；1、50 mg·L-1黑麥草、無(wú)芒雀麥、黑麥和高羊茅的相對(duì)芽長(zhǎng)顯著高于150、200 mg·L-1處理(P<0.05)(表4)。玉米、燕麥、垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥和高丹草幼苗的相對(duì)芽重在1、50 mg·L-1的Cd2+濃度處理間無(wú)顯著性差異，但均顯著高于150、200 mg·L-1處理(P<0.05)。150、200 mg·L-1下玉米、燕麥、高丹草、和黑麥間的相對(duì)芽長(zhǎng)和相對(duì)芽重均顯著高于黑麥草、高羊茅(表4)。黑麥草和高丹草幼苗相對(duì)根長(zhǎng)在1、50 mg·L-1的Cd2+濃度處理下無(wú)顯著性差異；燕麥和黑麥的幼苗根長(zhǎng)1、50和150 mg·L-1的Cd2+濃度處理下無(wú)顯著性差異，但顯著高于200 mg·L-1處理(P<0.05)；1 mg·L-1Cd2+下，玉米、黑麥草、高丹草、垂穗披堿草和黑麥的相對(duì)根長(zhǎng)顯著高于燕麥、無(wú)芒雀麥和高羊茅(P<0.05)(表4)。玉米、燕麥、垂穗披堿草和無(wú)芒雀麥幼苗根重在各Cd2+濃度處理間均無(wú)顯著性差異。1 mg·L-1的Cd2+處理下，8草種之間的相對(duì)根重差異不顯著。50、150 mg·L-1Cd2+下，燕麥、高丹草和黑麥的相對(duì)根長(zhǎng)顯著高于玉米、黑麥草、垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥和高羊茅(P<0.05)。150、200 mg·L-1的Cd2+處理下，玉米、燕麥、高丹草和黑麥相對(duì)根重顯著高于垂穗披堿草和無(wú)芒雀麥(P<0.05)。150、200 mg·L-1處理下，黑麥草和高羊茅出現(xiàn)無(wú)根苗。

圖2 不同濃度Cd2+對(duì)8種禾本科草種子相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)的影響Fig.2 Effects of different Cd2+concentration on the seed relative germination rate, relative germination index and relative vigor index of 8 grasses

2.2.38種禾本科草種子萌發(fā)期耐Cd2+的綜合評(píng)價(jià) 采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，對(duì)供試8種植物種子相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算，根據(jù)隸屬函數(shù)總平均值得出種子萌發(fā)期耐Cd2+脅迫的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊叩げ?黑麥>玉米>燕麥>無(wú)芒雀麥>垂穗披堿草>黑麥草>高羊茅(表5)。

2.3 不同濃度Pb2+對(duì)8種禾本科草種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

隨著Pb2+濃度的增大，供試8種植物種子相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，幼苗的相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重均呈不同程度的降低趨勢(shì)(圖3、表6)。

2.3.1Pb2+對(duì)8種禾本科草種子發(fā)芽的影響 各Pb2+濃度處理間，玉米和高丹草種子的相對(duì)發(fā)芽率均在100%以上，說(shuō)明Pb2+處理對(duì)其種子的發(fā)芽有促進(jìn)作用，而黑麥和燕麥種子的相對(duì)發(fā)芽率在90%～100%之間，各處理間無(wú)顯著的差異，垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅種子的相對(duì)發(fā)芽率隨Pb2+濃度的增大呈降低趨勢(shì)(圖3A)。各Pb2+濃度處理下，8種禾草種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽率有相同的趨勢(shì)，500 mg·L-1Pb2+濃度處理下，垂穗披堿草和黑麥草的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均高于0.8，顯著高于其他處理下的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)(圖3B)。和其他兩種金屬離子處理一樣，隨著Pb2+濃度增大，黑麥草和高羊茅的相對(duì)活力指數(shù)呈降低趨勢(shì)，高濃度處理下的活力指數(shù)顯著低于低濃度處理(圖3C)。

表4 不同濃度Cd2+對(duì)8種禾本科草種子相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重的影響Table 4 Effects of different Cd2+ concentration on the seed relative bud length, relative root length,relative shoot weight and relative root of 8 grasses

表5 8種禾本科草種子萌發(fā)期Cd2+的耐性隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值Table 5 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of the growth indexes of 8 grasses under Cd2+stress during seed germination period

圖3 不同濃度Pb2+對(duì)8種禾本科草種子相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)的影響Fig.3 Effects of different Pb2+ concentration on the seed relative germination rate, relative germination index and relative vigor index of 8 grasses

2.3.2Pb2+對(duì)8種禾本科草種子幼苗生長(zhǎng)的影響 供試各Pb2+濃度下，燕麥的相對(duì)芽長(zhǎng)均無(wú)顯著差異(表6)。500 mg·L-1的Pb2+處理下玉米、垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅的相對(duì)芽長(zhǎng)顯著高于1 000、1 500和2 000 mg·L-1處理(P<0.05)。500、1 000 mg·L-1的Pb2+處理下，燕麥、高丹草和無(wú)芒雀麥的相對(duì)芽長(zhǎng)顯著高于玉米、黑麥、黑麥草、垂穗披堿草和高羊茅(P<0.05)(表6)。黑麥草、燕麥和高丹草的相對(duì)芽重，在各供試Pb2+濃度間的差異不顯著(表6)。500、1 000和1 500 mg·L-1的Pb2+處理下玉米、無(wú)芒雀麥和黑麥的相對(duì)芽重顯著高于2 000 mg·L-1處理(P<0.05)。500 mg·L-1的Pb2+處理下黑麥草、高丹草和黑麥的相對(duì)芽重顯著高于玉米、燕麥、垂穗披堿草和無(wú)芒雀麥(表6)。供試各Pb2+濃度下，玉米、燕麥和黑麥的相對(duì)根長(zhǎng)和相對(duì)根重顯著高于垂穗披堿草、黑麥草和高羊茅(P<0.05)((表6)。500 mg·L-1的Pb2+處理下垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草、燕麥和玉米的相對(duì)根長(zhǎng)顯著高于1 000 mg·L-1處理，且顯著高于1 500、2 000 mg·L-1處理(P<0.05)。Pb2+濃度處理對(duì)黑麥草和高羊茅的幼苗生長(zhǎng)抑制作用較強(qiáng)。

表6 不同濃度Pb2+對(duì)8種禾本科草種子相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽重和相對(duì)根重的影響Table 6 Effects of different Pb2+ concentration on the seed relative bud length, relative root length, relative shoot weight and relative root of 8 grasses

2.3.38種禾本科草種子萌發(fā)期耐Pb2+的綜合評(píng)價(jià) 采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，對(duì)供試8種禾本科植物種子的7種指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算，根據(jù)隸屬函數(shù)總平均值得出種子萌發(fā)期耐Pb2+脅迫的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊叩げ?燕麥>玉米>黑麥>無(wú)芒雀麥>垂穗披堿草>黑麥草>高羊茅(表7)。

表7 8種禾本科草種子萌發(fā)期Pb2+的耐性隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值Table 7 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of the growth indexes of 8 grasses under Pb2+stress during seed germination period

3 討論

重金屬會(huì)對(duì)種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生不同程度的抑制和刺激，種子的萌發(fā)和早期發(fā)育對(duì)污染物的影響尤為敏感。本研究結(jié)果表明隨著Cu2+、Cd2+和Pb2+濃度的增大，供試8種禾本科草類植物種子相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，均呈不同程度的降低趨勢(shì)?？傮w來(lái)看，3種重金屬離子對(duì)玉米、燕麥、高丹草和黑麥種子萌發(fā)抑制作用較小，而對(duì)垂穗披堿草、無(wú)芒雀麥、黑麥草和高羊茅草種發(fā)芽抑制作用較大。這可能與種子對(duì)重金屬毒性的響應(yīng)程度不同有關(guān)[21]。在3種不同重金屬離子濃度處理下，對(duì)玉米、高丹草和黑麥草種的發(fā)芽表現(xiàn)為低濃度的促進(jìn)和高濃度的抑制，這與劉明美[22]、張震等[23]研究重金屬對(duì)草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響存在較低濃度促進(jìn)效應(yīng)和高濃度抑制效應(yīng)的結(jié)論相似。此外，也有研究表明Cd2+促進(jìn)早熟禾、金雞菊、狗牙根和剪股穎的苗生長(zhǎng)，而抑制黑麥草、高羊茅、白三葉、非洲鳳仙幼苗的生長(zhǎng)[21]。說(shuō)明不同植物受重金屬影響程度存在差異。本研究中，隨著重金屬Cu2+濃度的增大，對(duì)玉米、高丹草和燕麥的相對(duì)芽長(zhǎng)和相對(duì)芽重有促進(jìn)作用，其他5種禾本科草類植物幼苗的芽長(zhǎng)和芽重均呈不同程度的下降趨勢(shì)。高柱等[24]研究表明重金屬Cu2+脅迫濃度較低時(shí)，對(duì)蘇丹草發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響為促進(jìn)作用，這與我們的研究結(jié)論相似。而供試8種禾本科草種的相對(duì)根長(zhǎng)和相對(duì)根重均呈下降趨勢(shì)。因?yàn)楦侵参镂账值钠鞴?，在其生長(zhǎng)和發(fā)育中，一直完全與重金屬溶液接觸，故受到重金屬的影響最為嚴(yán)重[25-26]。隨著重金屬Cd2+和Pb2+濃度的增大，除了個(gè)別由于種子取材不均而導(dǎo)致的較小差異以外，供試8種禾本科草種的幼苗生長(zhǎng)均呈下降趨勢(shì)；8種禾本科草類植物間相比，高丹草和黑麥幼苗長(zhǎng)度下降的相對(duì)較慢，其它6種下降的較快，這說(shuō)明高丹草和黑麥幼苗的生長(zhǎng)對(duì)Cd2+和Pb2+耐性優(yōu)于其他6種供試禾本科草類植物種子。本研究結(jié)果表明，Cu2+、Cd2+和Pb2+對(duì)植物幼苗生長(zhǎng)均有抑制作用，高濃度脅迫下就出現(xiàn)“無(wú)根苗”，尤其是黑麥草和高羊茅。重金屬脅迫下植物根系比莖葉響應(yīng)更為強(qiáng)烈，這與王彥梅等[27]研究重金屬對(duì)小麥和黑麥生長(zhǎng)的脅迫結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

本研究采用性狀相對(duì)值進(jìn)行隸屬函數(shù)值綜合評(píng)價(jià)，研究了重金屬Cu2+、Cd2+和Pb2+對(duì)8種禾草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，種子萌發(fā)期耐Cu2+的強(qiáng)弱順序?yàn)椋河衩?高丹草>燕麥>黑麥>無(wú)芒雀麥>黑麥草>垂穗披堿草>高羊茅，耐Cd2+的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊叩げ?黑麥>玉米>燕麥>無(wú)芒雀麥>垂穗披堿草>黑麥草>高羊茅，耐Pb2+的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊叩げ?燕麥>玉米>黑麥>無(wú)芒雀麥>垂穗披堿草>黑麥草>高羊茅。綜合而言，玉米、高丹草、黑麥和燕麥在萌發(fā)期對(duì)Cu2+、Cd2+、Pb2+脅迫的耐受力較強(qiáng)。