重金屬銅、鋅、鉛對(duì)苦蕎種子萌發(fā)的影響

張 睿，王凱軒

（山西大同大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009）

重金屬銅、鋅、鉛對(duì)苦蕎種子萌發(fā)的影響

張 睿，王凱軒

（山西大同大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009）

銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）都是土壤重金屬污染源，對(duì)土壤、植物、動(dòng)物及人體產(chǎn)生巨大危害。本文以苦蕎種子為實(shí)驗(yàn)材料，研究經(jīng)不同濃度硫酸銅、硫酸鋅和乙酸鉛催芽后的苦蕎種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化情況。結(jié)果表明：當(dāng)硫酸銅、乙酸鉛濃度大于100mg/L時(shí)，苦蕎種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均會(huì)受到不同程度的抑制，不同濃度硫酸鋅對(duì)苦蕎種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均無影響。經(jīng)3種不同濃度重金屬鹽催芽后的苦蕎種子，幼苗胚根平均長度和種子的活力指數(shù)均隨著重金屬鹽濃度的增加而降低，且三種重金屬鹽對(duì)其抑制效果的大小順序?yàn)榱蛩徙~＞乙酸鉛＞硫酸鋅。

銅；鋅；鉛；苦蕎；種子；萌發(fā)

近年來，土壤重金屬污染問題，已經(jīng)引起人們的高度重視。工業(yè)垃圾的排放，農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥等的過量施用以及人類生活垃圾的焚燒等都是導(dǎo)致重金屬污染的原因。重金屬污染物一旦進(jìn)入土壤很難被排除，且可在作物體內(nèi)有機(jī)化，通過在作物體富集進(jìn)入食物鏈，最終威脅人類的健康。銅是植物生長所必需的微量元素之一，適量的銅對(duì)作物正常的生長發(fā)育有非常重要的意義。銅元素缺乏會(huì)導(dǎo)致作物生長受到抑制，而銅過量又會(huì)使作物受到毒害，甚至通過食物鏈危害到動(dòng)物及人體的健康［1］。鋅是作物體內(nèi)某些酶的組成元素，它參與作物體內(nèi)的一些代謝過程，但過量的鋅可引起作物生長遲緩，出現(xiàn)黃化等現(xiàn)象［2］。鉛不是作物生長發(fā)育的必需元素，它對(duì)植物有嚴(yán)重的積累性危害。大量的鉛污染物進(jìn)入土壤后，不但嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，還可通過食物鏈影響人體健康［3］。目前已有很多關(guān)于重金屬對(duì)作物生長發(fā)育情況影響的研究［4-5］。苦蕎麥（Fagopyrum tartaricum Gaertn）隸屬石竹目，蓼科，蕎麥屬，作為一種既有經(jīng)濟(jì)價(jià)值又有開發(fā)前景的糧食資源，重金屬對(duì)其種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育方面的影響研究較少。本文以苦蕎麥種子為實(shí)驗(yàn)材料，以不同濃度的硫酸銅、硫酸鋅、乙酸鉛溶液作為脅迫因子，研究三種重金屬鹽對(duì)苦蕎麥種子萌發(fā)的影響情況，為重金屬對(duì)苦蕎麥的毒害機(jī)制研究及預(yù)防和治理重金屬對(duì)苦蕎的危害提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 試劑

硫酸銅，硫酸鋅，乙酸鉛，均為分析純。

1.1.2 供試種子

供試苦蕎麥種子由山西省高寒區(qū)作物研究所提供。

1.1.3 儀器

恒溫培養(yǎng)箱，培養(yǎng)皿，濾紙，游標(biāo)卡尺。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選取籽粒飽滿的苦蕎種子，于55°C的溫水中浸泡10min消毒，之后用自來水清洗數(shù)次，再用蒸餾水清洗。將已消毒的種子置于盛有蒸餾水的燒杯中浸種24h催芽.最后將催芽后的種子整齊的擺放到鋪有雙層濾紙的90mm培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿100粒種子，分別加入濃度梯度均為0mg/L，25mg/L，50mg/L，100mg/L，200mg/L，400mg/L，800mg/L的硫酸鋅溶液、硫酸銅溶液和乙酸鉛溶液培養(yǎng)，各處理濃度設(shè)3個(gè)重復(fù)。置于25°C的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行避光發(fā)芽試驗(yàn)。

1.3 指標(biāo)測定

發(fā)芽期間每24h統(tǒng)計(jì)一次發(fā)芽情況（以胚根突破種皮為發(fā)芽）。按照《國際種子發(fā)芽規(guī)程》［6］的規(guī)定，第4d統(tǒng)計(jì)苦蕎種子發(fā)芽勢，第7d統(tǒng)計(jì)其發(fā)芽率，之后，于每個(gè)處理隨機(jī)抽取10株苦蕎幼苗測根長，并根據(jù)下面的公式計(jì)算苦蕎種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)：發(fā)芽勢＝（4d內(nèi)供試種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)）×100％；發(fā)芽率＝（7d內(nèi)供試種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)）×100％；發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑Gt/Dt（公式中Gt為t d內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)）；活力指數(shù)（VI）＝GI×S（GI為發(fā)芽指數(shù)，S為胚根平均長度）；數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)比較采用SPSS軟件中LSD檢驗(yàn)方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬鹽脅迫對(duì)苦蕎種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

結(jié)果如表1所示，經(jīng)不同濃度硫酸鋅培養(yǎng)后，苦蕎種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率均沒有顯著性差異。乙酸鉛對(duì)苦蕎種子發(fā)芽勢的影響為低濃度時(shí)促進(jìn)，高濃度時(shí)抑制：當(dāng)乙酸鉛濃度為100mg/L時(shí)，種子發(fā)芽勢最高；之后隨著乙酸鉛濃度的增加，種子發(fā)芽勢逐漸下降；當(dāng)乙酸鉛的濃度小于100mg/L時(shí)，各濃度培養(yǎng)組苦蕎種子發(fā)芽率間不存在顯著性差異，之后，隨著乙酸鉛濃度的增加，各處理組苦蕎麥種子的發(fā)芽率逐漸降低，并且各濃度處理組間差異顯著。硫酸銅對(duì)苦蕎種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率的影響均表現(xiàn)為低濃度時(shí)促進(jìn)，高濃度時(shí)抑制：當(dāng)硫酸銅濃度為100mg/L時(shí)，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率均最高；之后，隨著濃度的增高，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率均逐漸降低，并且各處理組間有顯著性差異。

表1 不同濃度重金屬鹽處理后苦蕎種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率比較

2.2 重金屬鹽脅迫對(duì)苦蕎種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

重金屬鹽脅迫對(duì)苦蕎種子發(fā)芽指數(shù)的影響如圖1所示，硫酸銅處理組和乙酸鉛處理組結(jié)果相似。當(dāng)硫酸銅、乙酸鉛濃度小于100mg/L時(shí)，苦蕎種子發(fā)芽指數(shù)隨硫酸銅、乙酸鉛濃度的增加變化不大，當(dāng)硫酸銅、乙酸鉛濃度大于100mg/L以后，隨著重金屬鹽濃度的增加，苦蕎種子發(fā)芽指數(shù)均逐漸下降。硫酸鋅對(duì)苦蕎種子發(fā)芽指數(shù)幾乎沒有影響，各濃度處理間差別不大。

圖1 不同重金屬鹽對(duì)苦蕎種子發(fā)芽指數(shù)的影響

重金屬鹽脅迫對(duì)苦蕎種子活力指數(shù)的影響如圖2所示，3種重金屬鹽處理組苦蕎種子的活力指數(shù)均隨著重金屬鹽濃度的增加下降，抑制作用大小順序?yàn)榱蛩徙~＞乙酸鉛＞硫酸鋅。

2.3 重金屬鹽脅迫對(duì)苦蕎幼苗胚根長度影響

結(jié)果如圖3所示，經(jīng)三種相同濃度梯度的重金屬鹽處理后，苦蕎幼苗胚根平均長度均隨著重金屬鹽濃度的增加而減少。硫酸銅對(duì)苦蕎幼苗胚根平均長度影響最大，隨著硫酸銅濃度的增加，苦蕎幼苗平均胚根長度下降趨勢最為明顯。相同處理濃度情況下，三種重金屬鹽處理組苦蕎幼苗胚根平均長度大小順序均為硫酸鋅＞乙酸鉛＞硫酸銅。

圖2 不同重金屬鹽對(duì)苦蕎種子活力指數(shù)的影響

圖3 不同重金屬鹽對(duì)苦蕎幼苗胚根長度影響

3 討論

本文研究結(jié)果表明，不同重金屬鹽對(duì)苦蕎種子萌發(fā)影響情況不同。就本文所用的三種重金屬鹽而言，硫酸銅和乙酸鉛濃度較高時(shí)（＞100mg/L）既影響苦蕎種子的萌發(fā)，也影響苦蕎幼苗的生長，濃度較低（＜100mg/L）時(shí)對(duì)苦蕎種子萌發(fā)的影響較小，但影響苦蕎幼苗的生長，對(duì)苦蕎仍有毒害作用，并且這種毒害作用隨重金屬鹽濃度的增加而增加。相同濃度情況下，硫酸銅對(duì)其毒害作用大于乙酸鉛。硫酸鋅各濃度處理組苦蕎種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照組相比均無顯著性差異，幼苗胚根平均長度和種子的活力指數(shù)均隨著硫酸鋅濃度的增加而降低。

綜上，苦蕎根比苦蕎種子對(duì)重金屬污染的毒害更敏感，這與張義賢［7］的研究結(jié)果一致。這可能是由于重金屬抑制了苦蕎細(xì)胞的分裂和生長，刺激或抑制了作物體內(nèi)一些酶的活性，進(jìn)而影響作物組織蛋白合成，降低光合作用和呼吸作用，使苦蕎胚根長度降低所造成的。然而本文并沒有對(duì)重金屬鹽脅迫可能導(dǎo)致的作物細(xì)胞的分裂、淀粉酶、蛋白酶、酸性磷酸酯酶等酶活性進(jìn)行測定研究，因而有關(guān)重金屬對(duì)苦蕎種子毒性的機(jī)理研究還有待后續(xù)工作的繼續(xù)進(jìn)行。

［1］常紅巖，孫百嘩，劉春生.植物銅毒害研究進(jìn)展［J］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，31（2）：227-230.

［2］李淑艷，郭微.Cu2+、Zn2+脅迫對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響［J］.中國種業(yè)，2006（1）：33-34.

［3］李湘洲.重金屬鉛和鎘對(duì)土壤與作物的危害及防治［J］.經(jīng)濟(jì)林研究，2000，18（4）：12-13.

［4］張艷麗.Cu、Pb脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響［D］.四川：四川師范大學(xué)，2008.

［5］李牡丹.重金屬Pb對(duì)芨芨草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2008.

［6］顏啟傳.國際種子檢測規(guī)程［M］.北京：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1976：168-169.

［7］張義賢.貢、鎘、鉛脅迫對(duì)油菜的毒害效應(yīng)［J］.山西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，27（4）：410-413.

〔編輯 楊德兵〕

Effects of Copper，Zinc，and Lead on Germination of Buckwheat Seeds

ZHANG Rui，WANG Kai-xuan
（School of Agriculture and Life Science，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037009）

Copper（Cu），zinc（Zn）and lead（Pb）are the heavy metal pollution sources of soil.They are dangerous to the soil，the plant，the animal and the human body.In this paper，buckwheat seeds were used as experimental material to study the effects of different concentrations of CuSO4，ZnSO4and Pb（CH3COO）2on the germination rate，germination vigor，germination index，Vigor index of them.The results showed that When CuSO4，Pb（CH3COO）2concentration were higher than 100mg/L，they have different inhibitory effects on the germination rate，germination vigor，germination index of buckweed seeds.ZnSO4of different concentrations have no effects on the germination rate，germination vigor，germination index of them.Both the average length of the seedling radicle and the Vigor index of the seeds were decreased with the increase of heavy metallic salts concentration，and the inhibitory effects of the three metallic salts are CuSO4＞Pb（CH3COO）2＞ZnSO4.

Copper；Zinc；Lead；buckwheat；seed；germination

S512.1

A

1674-0874（2011）01-0068-03

2010-09-05

張睿（1983-），女，山西天鎮(zhèn)人，碩士，助教，研究方向：生物化學(xué)與分子生物學(xué)。