重金屬鎘、鉛脅迫對(duì)不同品種茭白生長(zhǎng)的影響

黃凱豐 楊凱 江解增

（1.揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇揚(yáng)州，225009；2.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所）

重金屬鎘、鉛脅迫對(duì)不同品種茭白生長(zhǎng)的影響

黃凱豐1,2楊凱1江解增1

（1.揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇揚(yáng)州，225009；2.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所）

以茭白的單季茭品種蔣墅茭和雙季茭品種葑紅早為試材，在葦末基質(zhì)和土壤2種栽培方式下添加不同濃度的Cd2+，Pb2+脅迫處理，測(cè)定了茭白生長(zhǎng)過程中株高、葉面積、分蘗等形態(tài)指標(biāo)的變化。研究結(jié)果表明，低濃度Cd2+，Pb2+脅迫能促進(jìn)兩茭白品種株高、葉面積的增加，但均隨Cd2+，Pb2+處理濃度的進(jìn)一步增加而下降；茭白的分蘗數(shù)表現(xiàn)為隨Cd2+，Pb2+處理濃度的增加而呈持續(xù)下降的變化趨勢(shì)。不同栽培介質(zhì)間以葦末基質(zhì)栽培處理時(shí)茭白的株高、葉面積、分蘗數(shù)同比高于土壤栽培。品種間以葑紅早的株高、葉面積同比高于蔣墅茭，而分蘗數(shù)則低于蔣墅茭。

茭白 鎘 鉛 生長(zhǎng) 栽培介質(zhì)

鎘是為害極大的環(huán)境污染物[1～2]。據(jù)研究報(bào)道，鎘脅迫對(duì)水稻分蘗的發(fā)生，株高、葉面積等都有一定程度的影響，影響程度因品種不同而有很大差異[3]。鎘對(duì)水稻毒害的常見癥狀是秧苗生活力弱，生長(zhǎng)緩慢，生物量減少，產(chǎn)量下降，根受害，葉片黃化，葉緣及葉脈變成褐色等[4～5]。鉛也是一種重要的環(huán)境污染物，其進(jìn)入土壤后，會(huì)產(chǎn)生明顯的生物效應(yīng)，可導(dǎo)致植物特別是其根部中毒、植株枯萎死亡等。劉建國(guó)研究發(fā)現(xiàn)：高濃度的鉛對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育有害，水稻不同品種間的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)鉛脅迫的反應(yīng)存在很大差異[3]。

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）是我國(guó)的一種特色水生蔬菜，大都在主要水系周邊區(qū)域種植，且其生長(zhǎng)發(fā)育過程中需要大量的灌溉用水，因此受隨水系擴(kuò)散的重金屬污染的可能性要高于其他種類的農(nóng)作物。國(guó)內(nèi)外目前關(guān)于重金屬離子對(duì)植物的傷害規(guī)律及植物對(duì)重金屬離子的耐性機(jī)制已有大量的研究報(bào)道，而關(guān)于茭白在這方面的研究則極少。因此本試驗(yàn)采用葦末基質(zhì)和土壤兩種栽培介質(zhì)栽培下，進(jìn)行不同濃度的Cd2+，Pb2+脅迫處理，對(duì)不同品種茭白生長(zhǎng)過程中部分形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行了比較研究，以探討茭白品種間對(duì)Cd2+，Pb2+的耐性差異，同時(shí)也為Cd2+，Pb2+對(duì)茭白植株的脅迫傷害機(jī)理提供一些科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為江蘇省茭白代表性品種：蔣墅茭（單季茭，長(zhǎng)勢(shì)較弱）、葑紅早（雙季茭，長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)）。

1.2 種植管理

2005年4月12日，以鎮(zhèn)江造紙廠生產(chǎn)的蔬菜專用 “葦末基質(zhì)”（Cd2+含量 3.50 mg/kg；Pb2+含量39.00 μg/kg，pH值7.87）[6]，以及取自揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜試驗(yàn)田的土壤 （Cd2+含量0.16 mg/kg；Pb2+含量0.17 mg/kg，pH值7.54）為栽培介質(zhì)，均按20 cm的厚度鋪設(shè)到試驗(yàn)水池，每個(gè)水池長(zhǎng)1.5 m、寬1 m、深0.5 m，灌水至30 cm，并在試驗(yàn)過程中通過不斷灌自來水以保持該水位。5月10日，將蔣墅茭和葑紅早的小墩定植于水泥池中，每小墩有5株基本苗，每個(gè)池子中均栽2個(gè)品種，品種間用濾網(wǎng)隔開。

1.3 試驗(yàn)處理

待茭白植株返青成活、長(zhǎng)出新葉后，于5月28日，按栽培基質(zhì)、土壤和水的總體積為準(zhǔn)，設(shè)置Cd2+濃度分別為25，50，100，200 mg/kg；Pb2+濃度分別為250，500，1 000，2 000 mg/kg，向池中均勻投放高濃度的CdCl2·2.5 H2O或Pb（NO3）2母液，攪拌均勻，以不施重金屬離子的池子為空白對(duì)照，3次重復(fù)。分別于茭白的返青、分蘗期按225 kg/hm2用量施入尿素。保持水池中的水位，水池上方2.5～3.5 m覆蓋塑料薄膜，以防止降雨。

表1 葦末基質(zhì)栽培時(shí)Cd2＋,Pb2＋脅迫對(duì)茭白株高的影響 cm

表2 土壤栽培時(shí)Cd2＋,Pb2＋脅迫對(duì)茭白株高的影響 cm

1.4 試驗(yàn)方法

株高測(cè)定：于分蘗初期（7月15日）、分蘗末期（8月 6日）、孕茭期（9月 10日）、結(jié)茭期（10月 1日），每處理3株，每株隨機(jī)選6個(gè)單莖，測(cè)量株高。葉面積測(cè)定：于分蘗期（7月 25日）、孕茭期（9月10日）每處理3株，每株隨機(jī)選6片葉子，測(cè)量倒三葉葉面積（長(zhǎng)×寬×0.78）。莖蘗動(dòng)態(tài)：分蘗末期數(shù)各濃度處理下茭白的莖蘗數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度鎘、鉛脅迫對(duì)茭白不同時(shí)期株高的影響

由表1，2可以看出，不論是葦末基質(zhì)栽培還是土壤栽培，較低濃度的Cd2＋，Pb2＋脅迫對(duì)茭白4個(gè)生育期的株高基本無抑制作用，相反存在少許促進(jìn)作用，當(dāng)Cd2＋，Pb2＋處理濃度分別為50，500 mg/kg時(shí)，茭白兩品種的株高達(dá)最大，但均隨Cd2＋，Pb2＋處理濃度的進(jìn)一步增加而下降，說明較低濃度的Cd2＋，Pb2＋脅迫能在一定程度上促進(jìn)茭白的生長(zhǎng)，而高濃度的Cd2＋，Pb2＋脅迫則抑制茭白的生長(zhǎng)。不同栽培介質(zhì)處理間以葦末基質(zhì)處理時(shí)茭白兩品種的株高同比大于土壤栽培處理。品種間以葑紅早的株高同比高于蔣墅茭。由表1還可以看出，茭白兩品種株高的變化趨勢(shì)在分蘗初期 （7月15日），分蘗末期 （8月6日），孕茭期（9月10日）和結(jié)茭期（10月1日）相似，說明Cd2＋，Pb2＋脅迫對(duì)茭白生長(zhǎng)發(fā)育的影響貫穿整個(gè)生育期。品種間以葑紅早的株高同比高于蔣墅茭。

2.2 不同濃度鎘、鉛脅迫對(duì)茭白不同生長(zhǎng)時(shí)期葉面積的影響

由表3可以看出，低濃度的Cd2＋脅迫能促進(jìn)蔣墅茭和葑紅早倒三葉葉面積的增加，當(dāng)Cd2＋脅迫濃度達(dá)到25 mg/kg時(shí)，茭白兩品種倒三葉的葉面積達(dá)最大，其后隨Cd2+脅迫濃度的進(jìn)一步增加而下降，高濃度脅迫時(shí)下降的幅度更為明顯；Pb2+脅迫時(shí)茭白兩品種的葉面積則表現(xiàn)為隨Pb2+脅迫濃度的增加而持續(xù)下降。不同栽培介質(zhì)間以葦末基質(zhì)處理時(shí)茭白倒三葉的葉面積同比大于土壤栽培。不同生育期之間茭白兩品種葉面積的變化趨勢(shì)相似，均以孕茭期大于分蘗末期。品種間則以葑紅早的葉面積總體大于蔣墅茭，這可能與茭白品種間差異有關(guān)。

表3 Cd2+，Pb2+脅迫對(duì)茭白葉面積的影響 cm2

表4 Cd2+，Pb2+脅迫對(duì)茭白分蘗數(shù)的影響 個(gè)

2.3 不同濃度鎘、鉛脅迫對(duì)茭白分蘗數(shù)的影響

由表4可以看出，低濃度的Cd2+，Pb2+脅迫對(duì)茭白分蘗數(shù)的生成略有促進(jìn)作用。當(dāng)Cd2+，Pb2+脅迫濃度分別達(dá) 50，500 mg/kg以后，兩品種茭白的分蘗數(shù)隨Cd2+，Pb2+處理濃度的進(jìn)一步增加而下降，說明高濃度的Cd2+，Pb2+脅迫能抑制茭白分蘗的產(chǎn)生。不同栽培介質(zhì)處理間以葦末基質(zhì)栽培時(shí)茭白的分蘗數(shù)總體大于土壤栽培。品種間以蔣墅茭同比大于葑紅早。

3 小結(jié)與討論

重金屬脅迫是一種氧化脅迫，影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育[7]。楊金鳳等研究發(fā)現(xiàn)低濃度Cd2+，Pb2+脅迫能促進(jìn)株高的增加，Cd2+，Pb2+對(duì)油菜的生長(zhǎng)起促進(jìn)作用；隨Cd2+，Pb2+處理濃度達(dá)到一定程度后，植株的生長(zhǎng)明顯受到抑制，株高降低[8]。丁海東的研究發(fā)現(xiàn)，番茄幼苗株高和葉面積隨鎘脅迫濃度的增大而明顯下降[9]。Jalil等曾報(bào)道過低濃度Cd2+可促進(jìn)硬粒小麥的生長(zhǎng)，較高濃度下，小麥生長(zhǎng)和分蘗受抑制，受抑制的程度因品種而異[10]，本試驗(yàn)與其結(jié)果相似。

楊錦忠[11]、楊居榮等[12]通過植物對(duì)重金屬耐性機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，低濃度重金屬離子脅迫在初期能促進(jìn)部分植物生長(zhǎng)，但后期生長(zhǎng)變慢，而高濃度則始終起抑制作用。從本試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，不論是茭白分蘗前期的株高，還是分蘗末期的分蘗數(shù)等指標(biāo)，均表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)，且在不同的栽培介質(zhì)中、不同品種間的試驗(yàn)結(jié)果相似，說明茭白對(duì)Cd2+，Pb2+脅迫的耐性較強(qiáng)，其原理有待進(jìn)一步研究。

從本試驗(yàn)的結(jié)果還可以看出，葦末基質(zhì)栽培時(shí)兩茭白品種的株高、分蘗數(shù)、葉面積同比均大于土壤栽培，這可能是由于葦末基質(zhì)的主要成分是生物有機(jī)質(zhì)，含有大量的活性基團(tuán)，能與植物生長(zhǎng)環(huán)境中的重金屬離子發(fā)生絡(luò)合或螯合，形成有機(jī)-金屬配合物[13]，可以固定束縛重金屬離子，阻礙植物對(duì)其的吸收；同時(shí)也使重金屬對(duì)植物的作用降低[14]，從而降低了對(duì)茭白的毒性，這可能是導(dǎo)致茭白植株在葦末基質(zhì)栽培處理時(shí)受Cd2+，Pb2+脅迫傷害小于土壤栽培的原因之一，但尚需開展進(jìn)一步的研究來證實(shí)。

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Effect of Cadmium and Lead on the Growth of Different Cultivars of Zizania latifolia

HUANG Kaifeng1,2,YANG Kai1,JIANG Jiezeng1
(1.Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009; 2.Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University)

Changes of plant height,leaf area and tiller number ofZizania latifoliawere studied with single-harvested cultivar Jiangshujiao and double-harvested cultivar Fenghongzao which cultured in reed residue substrate and in soil treated with different Cd2+and Pb2+concentrations.The results showed that,the plant height and leaf area increased under lower concentration of Cd2+and Pb2+,but significantly decreased under higher concentration of Cd2+and Pb2+,while tiller number descended with increased concentration of Cd2+and Pb2+.The plant height,leaf area,tiller number in reed residue substrate were higher than those in soil.The plant height and leaf area of Fenghongzao were higher than those of Jiangshu, but tiller number was lower.

Zizania latifolia;Cadmium;Lead;Growth;Cultivation substrate

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.12.010

圖版說明：Na2SeO3處理對(duì)甜瓜種子萌發(fā)的影響（處理8d）

國(guó)土資源部與江蘇省政府合作項(xiàng)目[(2003)019-O1]，江蘇省農(nóng)業(yè)三項(xiàng)工程項(xiàng)目[sx(2005)089]

黃凱豐（1979-），男，博士，研究方向?yàn)槲廴旧鷳B(tài)，電話：0851-6780646，13608585660。E-mail：hkf1979@163.com

江解增，通信作者

2009-04-09