范志強，張士儒，孟書琴，程 玉，朱錫紅

(安慶師范大學生命科學學院，安徽安慶 246133)

0 引言

隨著我國產業(yè)特別是采礦業(yè)、冶煉業(yè)以及電鍍業(yè)等的急速產出，土壤重金屬污染越來越嚴重[1].重金屬對植物的生長發(fā)育具有不良影響，濃度過高會直接影響農產品的安全問題和人體健康[2].鉛是所有重金屬污染中最嚴重且危害性比較強的化學元素之一，具有毒性大、隱蔽性好和不易降解等特點.當土壤中鉛超標時，會導致植物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數和活力指數降低[3]；鉛超標還會導致葉綠素含量降低，對植物生理生化特性造成影響[4]進而會影響園林植物的觀賞價值.

波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)為一年生草本花卉，分布廣泛，生長迅速，觀賞價值高，是重要園林花卉品種之一[5].波斯菊廣泛應用于道路、小區(qū)、公園等城市園林綠化，這些區(qū)域由于城市土壤污染以及交通影響，鉛污染情況更為嚴重.以往有學者對鹽處理下波斯菊幼苗生長進行研究，發(fā)現(xiàn)低濃度的鹽具有抑制種子萌發(fā)、幼苗株高、根長的作用，高濃度則可使作物出現(xiàn)停止生長的趨勢[6].但有關鉛對波斯菊種子萌發(fā)的研究尚未見報道.因此，研究重金屬鉛對植物種子發(fā)芽的影響對城市污染土壤綠化品種的選擇具有重要意義.本實驗主要研究不同濃度的Pb2+溶液處理對波斯菊種子萌發(fā)與幼苗生長的影響，探討波斯菊種子萌發(fā)和鉛濃度關系，以期為波斯菊的耐鉛機理研究提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 實驗材料及來源

實驗于2019年3～5月在安慶師范大學皖西南生物多樣性研究與生態(tài)保護安徽省重點實驗室進行.供實驗用的波斯菊種子為矮桿波斯菊，通過網絡購買于江蘇省宿遷市沭陽縣沭陽斗研種業(yè)有限公司.

1.2 試驗方法

選取籽粒飽滿、大小均勻的波斯菊種子，用1.0%的硫酸銅溶液對種子表面進行噴灑5～10 min[7]，然后用清水反復沖洗多次.取出后于40 ℃的恒溫水浴鍋中鈍化病毒8 min，放在水中浸泡3 h，用濾紙把種子表面的水吸干.取9 cm的培養(yǎng)皿，先用水把培養(yǎng)皿內表面濕潤，然后在其底部鋪上兩層濾紙，緊貼培養(yǎng)皿底部展開，排除氣泡，將處理過的波斯菊種子參照培養(yǎng)皿的大小，均勻地擺放在濾紙上.每個培養(yǎng)皿中放置30粒波斯菊種子，注意擺放均勻整齊，以便觀察篩選，種子數目不宜過多，以免影響種子后期長勢，也不宜過少，便于對霉變的種子進行替換[8].分別加入含有不同鉛濃度的Hogland營養(yǎng)液(pH5.5)2 mL，使濾紙完全濕透，每個處理重復3次.設置5個濃度，標記為處理T0(0mg/L)、T1(50mg/L)、T2(100 mg/L)、T3(200 mg/L)、T4(400 mg/L).然后把種子放置于(25±1) ℃智能光照培養(yǎng)箱內進行培養(yǎng)，依據濾紙濕度狀況每1～2 d補充適量相應質量濃度的硝酸鉛溶液，使濾紙和波斯菊種子保持濕潤狀態(tài)，且濾紙周圍不出現(xiàn)任何水膜[9].每隔24 h，用肉眼觀察并記錄波斯菊種子的萌發(fā)情況，統(tǒng)計發(fā)芽數，第3 d統(tǒng)計種子發(fā)芽勢，第7 d統(tǒng)計種子發(fā)芽率，并計算發(fā)芽指數；第7 d同時統(tǒng)計種子根和芽生長情況.

1.3 統(tǒng)計指標及計算公式

在觀測種子萌發(fā)情況時期，統(tǒng)計指標主要包括有發(fā)芽數、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數；在觀測幼苗生長情況時期，統(tǒng)計指標主要是根系形態(tài)，包括有苗高、根長、鮮重、簡化活力指數.種子萌發(fā)以及幼苗生長過程中的各項指標的計算公式如下：

發(fā)芽率=7d萌發(fā)數/籽粒總數×100%；

發(fā)芽勢=3d內籽粒萌發(fā)數/相應的籽?？倲怠?00%；

相對發(fā)芽率=重金屬處理組萌發(fā)率/對照組萌發(fā)率×100%；

相對發(fā)芽勢=重金屬處理組發(fā)芽勢/對照組發(fā)芽勢×100%；

發(fā)芽指數=第n天的萌發(fā)數/相應的萌發(fā)天數×100%；

相對發(fā)芽指數=重金屬處理組發(fā)芽指數/對照組發(fā)芽指數×100%；

簡化活力指數=相對發(fā)芽率×鮮重.

1.4 數據的統(tǒng)計分析

實驗數據用Excel 2010數據處理軟件進行處理，運用SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析和和最小顯著差異法比較不同處理間差異.

2 結果與分析

2.1 不同Pb2+濃度處理對波斯菊種子發(fā)芽勢及相對發(fā)芽勢的影響

由表1可知，當含有Pb2+的濃度為50、100 mg/L時，波斯菊種子的發(fā)芽勢分別比對照高出6%、18%，說明濃度較低的Pb2+溶液促進波斯菊種子的萌發(fā)，隨著含有Pb2+溶液濃度的增大，波斯菊種子的發(fā)芽率開始出現(xiàn)了明顯的降低，也就是說Pb2+對波斯菊種子的萌發(fā)在后期表現(xiàn)為抑制作用.經統(tǒng)計分析，濃度為100 mg/L時，發(fā)芽勢顯著高于其他濃度處理(P<0.01)，其他濃度處理之間發(fā)芽勢及相對發(fā)芽勢差異不顯著.

2.2 不同Pb2+濃度處理對波斯菊種子發(fā)芽率和相對發(fā)芽率的影響

由表2中的數據可以看出，在不同濃度Pb2+溶液處理下，波斯菊種子的發(fā)芽率和相對發(fā)芽率都高于對照組，說明波斯菊種子在發(fā)芽的時候會受到Pb2+的影響，導致發(fā)芽率和相對發(fā)芽率升高.隨著Pb2+溶液的濃度不斷增加，波斯菊種子的發(fā)芽率和相對發(fā)芽率呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢；當Pb2+溶液的濃度范圍為50、100、200 mg/L( T1～T3)時，波斯菊種子的相比對照組(T0)分別高出11%、27%、19%.隨著Pb2+的溶液濃度的持續(xù)提高，發(fā)芽率和相對發(fā)芽率也開始持續(xù)降低.說明當Pb2+濃度較低時，對波斯菊種子的發(fā)芽率和相對發(fā)芽率有顯著的促進作用；但是當Pb2+的溶液濃度繼續(xù)升高時，對波斯菊種子的促進作用減少.

2.3 不同濃度Pb2+溶液處理對波斯菊種子發(fā)芽指數和相對發(fā)芽指數的影響

從表3可以看出，當Pb2+的溶液濃度增大時，種子發(fā)芽指數和相對發(fā)芽指數呈現(xiàn)先上升再減少的變化趨勢；當Pb2+的溶液濃度為100 mg/L時，發(fā)芽指數和相對發(fā)芽指數明顯增高，并達到峰值.這說明100 mg/L的Pb2+溶液濃度對波斯菊種子的發(fā)芽指數和相對發(fā)芽指數有顯著的促進作用，但是在100 mg/L(T2)以上的Pb2+溶液濃度下，促進作用開始減弱，當Pb2+的溶液濃度達到400 mg/L時，波斯菊種子的發(fā)芽指數和相對發(fā)芽指數與對照組沒有顯著差異，說明波斯菊種子對Pb2+的抗性較強.統(tǒng)計分析表明，濃度為100 mg/L處理下發(fā)芽指數、相對發(fā)芽指數和其他處理之間差異顯著(P<0.05)，但其他處理之間差異不顯著.

2.4 不同Pb2+濃度處理對波斯菊幼苗根長、苗高的影響

從表4可以看出，隨著Pb2+質量濃度的提高，波斯菊幼苗的根部長度總體表現(xiàn)出下降態(tài)勢.當Pb2+質量濃度處于200、400 mg/L時，波斯菊幼苗的根部長度會隨著Pb2+質量濃度上升而減少，并且下降速度較快；若Pb2+溶液濃度為50、100 mg/L時，波斯菊幼苗的根部長度下降趨勢較平緩，且下降速度小于400 mg/L時的下降速度；通過分析表明，波斯菊幼苗根長生長受Pb2+質量濃度的影響差異顯著.由表4可以知道，總體來說，波斯菊的幼苗苗高隨含鉛溶液濃度的增加也呈現(xiàn)下降的趨勢，尤其是Pb2+溶液濃度在100 mg/L后，波斯菊的幼苗苗高會迅速變小.

從波斯菊種子的長勢上觀察可得，在Pb2+濃度較低(<100 mg/L)時，低濃度的Pb2+溶液表現(xiàn)出對波斯菊種子萌發(fā)的促進作用.之后隨著含有Pb2+的溶液的濃度不斷增大，苗高和根長開始縮短，并且有明顯的差異，在400 mg/L的Pb2+溶液環(huán)境下生長的幼苗葉片頂端發(fā)黃，根系短小并且明顯發(fā)育不良，也就是說，鉛對波斯菊的生長表現(xiàn)為抑制作用，并且出現(xiàn)鉛毒害現(xiàn)象.

2.5 不同Pb2+濃度處理對波斯菊幼苗鮮重及簡化活力指數的影響

不同濃度Pb2+溶液處理對波斯菊幼苗鮮重及簡化活力指數的影響結果見表5，波斯菊幼苗對不同Pb2+溶液濃度的作用較為敏感，Pb2+溶液濃度在100 mg/L以上的時候，幼苗的鮮重會明顯得變小.觀察數據發(fā)現(xiàn)，隨著Pb2+溶液濃度的升高，波斯菊的幼苗鮮重呈現(xiàn)為先變高再變小，但T1-T4組的幼苗鮮重均比對照組小.簡化活力指數的變化方向也趨同，也就是說Pb2+溶液濃度的變大，鮮重慢慢變小.實驗發(fā)現(xiàn)波斯菊幼苗的生長受100、200、400 mg/LPb2+溶液的影響程度不同，當Pb2+溶液濃度越高時，幼苗受到的影響越明顯，呈現(xiàn)為實驗組幼苗較對照組的苗短小、葉莖變短或不生長、根變短等現(xiàn)象.

3 討論與結論

重金屬使得土壤的質量下降后，作物的成長會遭到不同程度與不同方面的損害，而作物籽芽在重金屬作用的情況下，是否正常抽芽是作物是否成長的必備要求.發(fā)芽率、發(fā)芽指數是評估種子發(fā)芽過程經常使用的標準[10].發(fā)芽指數可以綜合性地表現(xiàn)重金屬離子阻礙種子萌發(fā)的程度，比發(fā)芽率更能靈敏地表現(xiàn)種子活力.發(fā)芽指數包括3個方面，分別是種子萌發(fā)的數量、速度和整齊的程度，對比標準簡單的發(fā)芽率，發(fā)芽指數更能全面性的表現(xiàn)出種子的萌發(fā)情況[11].

通過實驗用不同濃度的Pb2+溶液處理波斯菊種子，對其籽粒發(fā)芽及幼苗發(fā)育過程進行研究，發(fā)現(xiàn)不同濃度的Pb2+溶液對波斯菊籽粒的發(fā)芽有加強作用，并且對波斯菊的幼苗主根發(fā)育、根毛的出現(xiàn)產生影響，即隨著Pb2+質量濃度的升高，幼苗主根的成長、根毛的發(fā)出會受到脅制.當Pb2+溶液濃度為100 mg/L(T2)的時候，發(fā)芽勢、萌發(fā)率和發(fā)芽指數都會變成峰值，此時對波斯菊的種子萌發(fā)產生最大的增強影響，與對照組間的狀態(tài)差異巨大.隨著Pb2+溶液濃度的不斷增大，Pb2+對波斯菊的籽粒萌發(fā)和幼苗生長均呈現(xiàn)出慢慢變小的增強影響，并且Pb2+溶液濃度越高，增強作用就越小，而當Pb2+溶液濃度過大時，會對幼苗主根發(fā)育以及根毛的產生傷害，并使得作物的根對H2O、礦物等營養(yǎng)物質的吸收能力變小，從而對波斯菊的正常生長發(fā)育造成影響.在400 mg/L(T4)質量濃度下，波斯菊子粒的發(fā)芽率和發(fā)芽勢仍然高于對照組，然而區(qū)別不明顯，表明低質量濃度的Pb2+溶液對波斯菊的籽粒發(fā)芽有更好的增強影響.Pb2+對波斯菊幼苗的根部長度有明顯的抑制作用，隨著Pb2+溶液濃度的增大，抑制作用呈現(xiàn)先變小再變大的特征，其中在100 mg/L(T2)的質量濃度下，波斯菊幼苗的根部長度小于對照組，但差別不大，此時抑制影響最小，但隨著Pb2+溶液濃度的繼續(xù)增大，抑制影響逐漸變強，在400 mg/L(T4)的質量濃度下，波斯菊的幼苗根長最小.造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于在較低濃度的Pb2+溶液下，種子內部的α-淀粉酶活性也開始增強，而含有較高濃度的Pb2+溶液使波斯菊種子的萌發(fā)率和α-淀粉酶的活性受到抑制,并且溶液的濃度越高，對種子的抑制作用更強[12-13].波斯菊種子在對低濃度鉛表現(xiàn)出一定抗性，說明波斯菊在城市污染環(huán)境下有一定的忍耐能力，可以考慮在城市受污染土壤上進行綠化使用.

重金屬作用植被種子萌發(fā)和幼苗生長是個復雜過程，本實驗只選用了Pb2+對波斯菊籽粒萌發(fā)和幼苗發(fā)育的作用實行了探討，研究并不完善.建議下一步用其它的重金屬如Cd2+等對重金屬影響種子萌發(fā)和幼苗生長的機制做更深層次的研究，或者對不同生育階段進行研究探討，比如探討重金屬對波斯菊的不同生長發(fā)育階段的影響作用.