鎘脅迫對三種花卉種子萌發(fā)的影響

宗憲春等

摘要：采用濃度分別為０、２、４、８、１６、３２、６４ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液對３種花卉（大牽?；?、茶花鳳仙、五彩香茉莉）種子進行脅迫處理，測定鎘脅迫對花卉種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等發(fā)芽指標的影響。結果表明，在鎘脅迫處理下，３種花卉的種子發(fā)芽指標都隨著鎘溶液濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其中濃度為８ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液能促進茶花鳳仙和五彩香茉莉種子的萌發(fā)，而濃度為１６ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液能促進大牽?；ǚN子的萌發(fā)。不同濃度的鎘溶液脅迫對大牽?；ǚN子的影響較小，說明大牽?；ǚN子在萌發(fā)階段的抗鎘脅迫能力較強。

關鍵詞：鎘；脅迫；花卉；種子萌發(fā)

中圖分類號：O614.24+2；Q845.78；S681 文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）04－0744-03

鎘（Ｃａｄｍｉｕｍ，Ｃｄ）作為一種生物非必需的重金屬元素，因具有高毒性而被認定是最重要的重金屬污染物之一。隨著大工業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴重，重金屬污染尤其是鎘污染已成為當今污染面積最廣、危害最嚴重的環(huán)境重金屬污染問題之一［１，２］。有關鎘污染對植物造成的危害已引起人們的高度重視，這一領域的研究也日趨活躍［３－５］。種子萌發(fā)是植物生活期的起點和感知外界環(huán)境變化的最初生命階段，是評價植物對重金屬鎘耐受性高低的重要階段［６］。試驗采用不同質量濃度的鎘溶液對大牽?；ǎ郏桑穑铮恚铮澹?ｎｉｌ（Ｌ．）Ｒｏｔｈ．］、茶花鳳仙（Ｉｍｐａｔｉｅｎｓ ｂａｌｓａｍｅｎａ Ｌ．）、五彩香茉莉（Ｍｉｒａｂｉｌｉｓ ｊａｌａｐａ Ｌ．）３種花卉的種子進行處理，從種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)方面研究了鎘脅迫對這３種花卉種子萌發(fā)的影響，該研究將為選育耐鎘脅迫花卉和對已污染土壤進行花卉種類的選擇種植提供理論依據(jù)。

１材料與方法

試驗選用的大牽?；?、茶花鳳仙、五彩香茉莉花卉種子由北京市豐臺區(qū)花鄉(xiāng)新發(fā)地種業(yè)市場花仙子園藝公司提供，ＣｄＣｌ２為天津市博迪化工有限公司產(chǎn)品。

采用紙上發(fā)芽［７］的方式。將ＣｄＣｌ２配成質量濃度分別為２、４、８、１６、３２、６４ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液，以去離子水做對照，對３種花卉的種子進行處理。選取飽滿程度一致的花卉種子，先用１０％的ＮａＣｌＯ溶液消毒５～６ ｍｉｎ后，再用去離子水洗滌種子３次，然后用不同濃度的鎘溶液浸種２ ｄ，取出浸泡過的種子，放入鋪有棉花和單層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每個培養(yǎng)皿中放３０粒，每種花卉每個處理重復３次。然后放入２５ ℃的溫室中光照培養(yǎng)，每天用相應濃度的鎘溶液補充蒸發(fā)的水分，觀察并記錄發(fā)芽的種子數(shù)。當種子開始萌發(fā)后，每日觀察種子的萌發(fā)情況，并按以下公式計算發(fā)芽指標［８］。

發(fā)芽勢＝前４ ｄ正常發(fā)芽的種子數(shù)／供試種子數(shù)×１００％；

發(fā)芽率＝前７ ｄ正常發(fā)芽的種子數(shù)／供試種子數(shù)×１００％；

發(fā)芽指數(shù)＝Σ（Ｇｔ／Ｄｔ）；

式中，Ｇｔ為ｔ時間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Ｄｔ為相應的發(fā)芽天數(shù)。

另外，為了深入研究大牽?；▽χ亟饘冁k的耐受程度，加大了鎘溶液處理濃度，將ＣｄＣｌ２配成質量濃度分別為１２８、２５６、５１２ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液，并且與前述的２、４、８、１６、３２、６４ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液和去離子水對照一起，探討比較大牽牛花對重金屬鎘的敏感程度，處理方法、觀察步驟、計算公式也同前。

２結果與分析

２．１鎘脅迫對3種花卉種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

不同質量濃度的鎘溶液對３種花卉種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響結果分別見圖１和圖２。由圖１和圖２可以看出，不同質量濃度的鎘溶液對３種花卉種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響不同。低濃度鎘溶液處理對花卉種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率有促進作用，其中當鎘溶液濃度為８ ｍｇ／Ｌ時，茶花鳳仙和五彩香茉莉兩者的發(fā)芽勢和發(fā)芽率都達到最大值，分別為６４％、６８％和６８％、７６％，而隨著鎘溶液濃度的不斷增加，兩者的發(fā)芽勢和發(fā)芽率都在下降，表現(xiàn)為明顯的抑制作用。在低濃度鎘溶液（２～８ ｍｇ／Ｌ）脅迫下，大牽?；ǚN子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率大部分都較高（在８０％以上），差異并不明顯；在高濃度鎘溶液脅迫下，發(fā)芽勢和發(fā)芽率雖然有小幅度下降，但變化不明顯。因此為了得到較高的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，在沒有鎘污染或鎘污染較輕的地區(qū)應選擇種植茶花鳳仙或五彩香茉莉，而在鎘污染較為嚴重的地區(qū)應選擇種植大牽?；?。

２．２鎘脅迫對３種花卉種子發(fā)芽指數(shù)的影響

不同質量濃度的鎘溶液對３種花卉種子發(fā)芽指數(shù)的影響結果見圖３，從圖３可見，在鎘脅迫下，不同花卉種子的發(fā)芽指數(shù)存在著顯著差異，其中茶花鳳仙和五彩香茉莉的發(fā)芽指數(shù)呈先升后降的趨勢，且數(shù)值較低；而大牽?；ǖ陌l(fā)芽指數(shù)隨鎘溶液濃度的變化波動幅度較小，并且維持在相對較高的數(shù)值水平，在高濃度鎘溶液（１６ ｍｇ／Ｌ）處理下，大牽?；ǖ陌l(fā)芽指數(shù)高達１５．７，顯示出較高的耐鎘性。因此從發(fā)芽指數(shù)也可以看出，大牽?；ǖ哪玩k性優(yōu)于茶花鳳仙和五彩香茉莉。

２．３高濃度鎘脅迫對大牽?；ǚN子發(fā)芽率的影響

在鎘溶液濃度為２～６４ ｍｇ／Ｌ的處理條件下，大牽牛花對重金屬鎘不敏感，其發(fā)芽勢和發(fā)芽率變化趨勢比較平緩（圖４）。為了深入研究大牽?；▽χ亟饘冁k的耐受程度，繼續(xù)加大了鎘溶液處理濃度，由６４ ｍｇ／Ｌ提高至１２８、２５６、５１２ ｍｇ／Ｌ，高濃度的鎘溶液處理濃度對大牽?；ǚN子發(fā)芽率的影響結果見圖５。從圖５可見，在鎘溶液濃度為５１２ ｍｇ／Ｌ時，大牽?；ǚN子的發(fā)芽率有較大幅度的下降，說明大牽?；▽︽k的耐受性極強，這進一步說明在鎘污染較為嚴重的地區(qū)以選擇種植大牽?；楹谩?/p>

３小結與討論

植物的耐鎘性大小由植物的遺傳特性決定，其中與耐鎘性密切相關的是植物的發(fā)育階段和植物種類（品種）［９］。發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)是評價種子發(fā)芽能力常用的指標，反映了種子發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度的潛勢。試驗研究表明，不同濃度的鎘溶液對大牽牛花、茶花鳳仙、五彩香茉莉３種花卉種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響不同，總體規(guī)律是：隨著鎘溶液濃度的增加，花卉種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率都呈現(xiàn)出先升后降的變化趨勢，其中８ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液對茶花鳳仙和五彩香茉莉的萌發(fā)促進作用最大，１６ ｍｇ／Ｌ的鎘溶液對大牽?；ǖ拿劝l(fā)促進作用最大。Ｐａｔｒａ等［１０］把這種現(xiàn)象解釋為低濃度重金屬對植物有積極的“刺激作用”，但這種刺激受到濃度的限制。造成低促高抑現(xiàn)象的原因可能是低濃度的鎘溶液可提高胚的生理活性，促進萌發(fā)；而高濃度的鎘溶液對胚、芽等產(chǎn)生了傷害作用，并且高濃度鎘溶液脅迫抑制了淀粉酶、蛋白酶的活性，即抑制了種子內(nèi)貯藏的淀粉與蛋白質的分解，從而影響了種子萌發(fā)所需要的營養(yǎng)物質供應水平，致使種子萌發(fā)受到抑制［１１，１２］。楊居榮等［１３］研究表明，植物耐鎘性的強弱同鎘脅迫下植物體內(nèi)形成的重金屬結合蛋白有關。試驗中３種花卉耐鎘性的差異是否由此引起，有待進一步研究證實。

參考文獻：

［１］ 顧繼光，林秋奇，胡韌，等． 土壤－植物系統(tǒng)中重金屬污染的治理途徑及其研究展望［Ｊ］． 土壤通報，２００５，３６（１）：１２８－１３３．

［２］ 趙其國，周炳中，楊浩．江蘇省環(huán)境質量與農(nóng)業(yè)安全問題研究［Ｊ］． 土壤，２００２，３４（１）： １－８．

［３］ ＶＡＲＧＡ Ａ， ＭＡＲＴＩＮＥＺ Ｒ Ｍ Ｇ， ＺＡＲＡＹ Ｇ， ｅｔ ａｌ． Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃａｄｍｉｕｍ，ｌｅａｄ，ｎｉｃｋｅｌ ａｎｄ ｖａｎａｄｉｕｍ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｕｐｔａｋｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｐｌａｎｔｓ ｂｙ ＴＸＲＦ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］． Ｓｐｅｒｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ （Ｐａｒｔ Ｂ），１９９９，５４（１０）：１４５５－１４６２．

［４］ 張義賢，張麗萍． Ｃｄ２＋、Ｐｂ２＋、Ｈｇ２＋、Ｎｉ２＋脅迫對大麥抗氧化酶活性的影響［Ｊ］． 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，２００５，２４（２）：２１７－２２２．

［５］ 鄔飛波，張國平． 不同鎘水平下大麥幼苗生長和鎘及養(yǎng)分吸收的品種間差異［Ｊ］． 應用生態(tài)學報，２００２，１３（１２）：１５９５－１５９９．

［６］ ＳＥＲＥＧＩＮ Ｉ Ｖ， ＩＶＡＮＯＶ Ｖ Ｂ． Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｃａｄｍｉｕｍ ａｎｄ ｌｅａｄ ｔｏｘｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｈｉｇｈｅｒ ｐｌａｎｔｓ［Ｊ］． Ｒｕｓｓｉａｎ Ｊ Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌ， ２００１， ４８（４）： ６０６－６３０．

［７］ 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．

［８］ 鄭光華． 種子活力的原理及其應用——植物生理生化進展 （Ⅳ） ［Ｍ］． 北京：科學出版社， １９８６．１５４．

［９］ 曾翔，張玉燭，王凱榮， 等． 鎘對水稻種子萌發(fā)的影響［Ｊ］． 應用生態(tài)學報，２００７，１８（７）： １６６５－１６６８．

［１０］ ＰＡＴＲＡ Ｊ， ＬＥＮＫＡ Ｍ， ＰＡＮＤＡ Ｂ Ｂ． Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ ＣＯ-ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｓｓ Ｃｈｌｏｒｉｓ ｂａｒｂａｔａ Ｓｗ． ｔｏ ｍｅｒｃｕｒｙ， ｃａｄｍｉｕｍ ａｎｄ ｚｉｎｃ ［Ｊ］． Ｎｅｗ Ｐｈｙｔｏｌｏｇｉｓｔ，１９９４，１２８（1）：１６５－１７１．

［１１］ 周青，黃曉華，張一． 鎘對紫花苜蓿種子萌發(fā)的影響［Ｊ］． 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護，２０００，１９（３）：１５６－１５８．

［１２］ 張義賢， 重金屬對大麥毒性的研究［Ｊ］． 環(huán)境科學學報，１９９８，１７（２）：１９９－２０１．

［１３］ 楊居榮，賀建群，張國祥，等． 作物對Ｃｄ毒害的耐性機理探討［Ｊ］． 應用生態(tài)學報，１９９５，６（１）：８７－９１．