鎘脅迫對(duì)高粱屬牧草種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

胡培全

摘要：采用皿培試驗(yàn)，研究了重金屬鎘對(duì)3種高粱屬（Sorghum）牧草（飼用高粱23402、飼用高粱26837、高丹草98456）發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根胚芽比、活力指數(shù)及耐性指數(shù)的影響。結(jié)果表明：①不同濃度鎘處理對(duì)兩種飼用高粱的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均無(wú)顯著性影響（P>0.05）；與對(duì)照相比，高濃度（30.0 mg/L）鎘處理對(duì)高丹草98456發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽勢(shì)有顯著抑制作用（P<0.05），且對(duì)3種高粱屬牧草胚根胚芽比、活力指數(shù)和耐性指數(shù)均有明顯的抑制作用。②3種高粱屬牧草中，飼用高粱23402耐鎘性最強(qiáng)，其次是飼用高粱26837，高丹草98456最低。

關(guān)鍵詞：鎘；高粱屬（Sorghum）牧草；耐鎘性

中圖分類(lèi)號(hào)：S514；S54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）09-2100-04

高粱屬（Sorghum）牧草植株高大，莖葉繁茂，具有抗旱、耐澇、耐高溫、耐瘠薄、耐鹽堿、抗病蟲(chóng)害及抗倒伏等優(yōu)良特性，是重要的優(yōu)良牧草，可以用作青飼，制作干草、青貯飼料等。對(duì)于重金屬污染植物修復(fù)具有重要意義，是研究土壤鎘（Cd）、鉛污染的良好植物材料[1]；Cd是自然界中廣泛存在的一種重金屬微量元素，也是毒性最強(qiáng)的重金屬之一。地殼中Cd的質(zhì)量分布一般是0.18 mg/kg，其中土壤中為0.01～0.70 mg/kg[2]，隨著土壤重金屬Cd污染日趨嚴(yán)重，植物受Cd污染的程度也逐漸加大，植物體中的Cd通過(guò)食物鏈最終可進(jìn)入人畜體內(nèi)，長(zhǎng)期累積對(duì)人畜將造成一定的危害[3]。

孫哲等[4]研究表明，Cd濃度升高嚴(yán)重影響作物的光合作用、呼吸作用、物質(zhì)代謝、細(xì)胞透性和保護(hù)酶的正常生理作用；陳瑛等[5]研究表明，土壤Cd濃度的增加能快速增加大白菜中的Cd含量，導(dǎo)致人類(lèi)食用安全性下降。陳世軍等[6]研究表明，當(dāng)Cd濃度增大，辣椒幼苗除POD活性繼續(xù)增大外，SOD、CAT活性受到抑制，嚴(yán)重影響辣椒幼苗生長(zhǎng)；夏會(huì)龍等[7]研究發(fā)現(xiàn)甘蔗生物量、莖徑和莖節(jié)長(zhǎng)隨著土壤中Cd濃度的增加而降低，Cd濃度越高，抑制效應(yīng)越明顯；葉片中葉綠素、過(guò)氧化氫酶（CAT）活力及可溶性糖含量與土壤中Cd濃度呈一階指數(shù)衰減關(guān)系。王輝等[8]研究表明重金屬Cd能夠抑制大豆幼苗的生長(zhǎng)，隨著處理濃度的增加，其株高、干物重明顯下降，葉片葉綠素含量下降，MDA含量增加及膜透性增加。人體積累的Cd的最主要來(lái)源是通過(guò)食物即農(nóng)副產(chǎn)品攝取，而食物中Cd則主要來(lái)源于土壤。因此，研究土壤中Cd污染的來(lái)源、化學(xué)形態(tài)及對(duì)其污染的修復(fù)具有重要的意義[9]。

呂團(tuán)偉等[10]研究表明五加皮和茯苓是兩種良好的誘變劑的阻遏劑，對(duì)環(huán)境中的誘變劑Cd所致的遺傳損傷具有明顯的拮抗作用；付世景等[11]研究表明板藍(lán)根葉片和根對(duì)Cd的吸收隨Cd濃度的增加而增加，高濃度Cd對(duì)板藍(lán)根生長(zhǎng)具有抑制作用。

從相關(guān)報(bào)道可看出低濃度Cd促進(jìn)植物生長(zhǎng)，高濃度Cd抑制植物生長(zhǎng)，隨著土壤中Cd濃度的升高，直接影響植物正常生長(zhǎng)，植物體內(nèi)Cd的含量增加，生物量減少，間接地影響到人類(lèi)生存[3-12]。植物為人類(lèi)生產(chǎn)生活所必需，植物含Cd量過(guò)高，有可能導(dǎo)致人體中Cd的積累超過(guò)人所承受的量（60～70 μg/d），將會(huì)影響人的生理器官功能，導(dǎo)致各種疾病的產(chǎn)生。

本試驗(yàn)研究皿培條件下不同Cd濃度對(duì)高粱屬牧草種子萌發(fā)及其生理特性的影響。嘗試從發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根芽長(zhǎng)、耐性指數(shù)等方面探索高粱屬牧草種子對(duì)重金屬Cd的反應(yīng)機(jī)制，探討Cd對(duì)高粱屬牧草種子萌發(fā)的毒害性。為南方地區(qū)Cd脅迫條件下高粱屬牧草生產(chǎn)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種：飼用高粱23402、飼用高粱26837、高丹草98456（產(chǎn)地：美國(guó)，推廣單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院牧草與青貯發(fā)展研究中心）。

供試試劑：CdCl2·2.5H2O為分析純。

試驗(yàn)設(shè)備：智能光照培養(yǎng)箱、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、15 cm的培養(yǎng)皿、濾紙、鑷子、燒杯、直尺等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬Cd對(duì)3種高粱屬牧草種子萌發(fā)特性的影響

2.2 重金屬Cd對(duì)3種高粱屬牧草種子胚根胚芽比的影響

2.4 重金屬Cd對(duì)3種高粱屬牧草種子根、芽耐性指數(shù)的影響

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

1）不同濃度Cd處理對(duì)兩種飼用高粱的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)均無(wú)顯著影響（P>0.05）；與對(duì)照相比，高濃度（30.0 mg/L）Cd處理對(duì)高丹草98456發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽勢(shì)有顯著抑制作用（P<0.05），且對(duì)3種高粱屬牧草胚根胚芽比、活力指數(shù)和耐性指數(shù)均有明顯的抑制作用。

2）3種高粱屬牧草中，飼用高粱23402耐Cd性最強(qiáng)，其次是飼用高粱26837，高丹草98456最低。

3.2 討論

1）種子萌發(fā)時(shí)期的生長(zhǎng)狀況直接影響植物的生長(zhǎng)和生物量。Cd是自然界中廣泛存在的一種重金屬微量元素，也是毒性最強(qiáng)的重金屬之一[2]。低濃度的Cd對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，而高濃度的Cd對(duì)植物生長(zhǎng)有嚴(yán)重的抑制作用[3]。本試驗(yàn)中，在不同Cd濃度處理下，飼用高粱23402和飼用高粱26837的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)均無(wú)顯著性差異（P>0.05）；高丹草98456的發(fā)芽率無(wú)顯著性差異（P>0.05）；與對(duì)照相比，高濃度（30.0 mg/L）Cd處理對(duì)高丹草98456的發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽勢(shì)有顯著影響（P<0.05）。與對(duì)照相比，飼用高粱23402在高濃度（30.0 mg/L）Cd處理下的種子萌發(fā)特性更強(qiáng)，可能與其耐高Cd能力有關(guān)；而高濃度（30.0 mg/L）Cd處理下，高丹草98456的萌發(fā)特性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。3種高粱屬牧草中，兩種飼用高粱較高丹草98456萌發(fā)特性強(qiáng)，其中以飼用高粱26837的萌發(fā)特性最強(qiáng)，原因可能是飼用高粱的耐Cd性要強(qiáng)于高丹草。

2）Cd對(duì)3種高粱屬牧草胚根和胚芽生長(zhǎng)有明顯的影響。低、中Cd濃度（0.5和5.0 mg/L）對(duì)飼用高粱23402和飼用高粱26837的胚根胚芽比有促進(jìn)作用，高Cd濃度（30.0 mg/L）對(duì)其有抑制作用；而隨著Cd濃度的增加，高丹草的胚根胚芽比呈降低的趨勢(shì)，說(shuō)明Cd對(duì)高丹草胚根的抑制程度更大，高丹草的胚根耐Cd性較差。

3）低濃度（0.5 mg/L）Cd對(duì)飼用高粱23402的活力指數(shù)有促進(jìn)作用，中、高濃度Cd處理（5.0和30.0 mg/L）對(duì)其活力指數(shù)均有抑制作用，且隨著Cd濃度的增加，抑制作用增大；隨著Cd濃度的增加，飼用高粱26837和高丹草98456的活力指數(shù)均逐漸下降，且濃度越大，抑制作用越強(qiáng)；3種高粱屬牧草在不同Cd濃度下，活力指數(shù)最高的是高丹草98456，其次為飼用高粱23402，最低的是飼用高粱26837。說(shuō)明高丹草98456的發(fā)芽指數(shù)和幼苗長(zhǎng)度顯著高于飼用高粱23402和飼用高粱26837，而飼用高粱23402發(fā)芽指數(shù)和幼苗長(zhǎng)度高于飼用高粱26837的，這對(duì)以后的大田生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

4）隨著Cd濃度的增加，3種牧草種子根、芽的耐性指數(shù)均明顯降低；飼用高粱在中、低Cd濃度（0.5和5.0 mg/L）下根耐性指數(shù)較高，在高Cd濃度（30.0 mg/L）下其芽耐性指數(shù)較高；在不同Cd濃度下，高丹草98456的根耐性指數(shù)均低于芽耐性指數(shù)；3種牧草種子在不同Cd濃度下，根耐性指數(shù)最高的是飼用高粱23402，其次為飼用高粱26837，最低的是高丹草98456。Cd對(duì)胚根生長(zhǎng)的影響比胚芽更顯著，這與前人的研究結(jié)果一致[13]，原因可能是種子萌發(fā)后，根最先突破種皮吸水，這使根的重金屬累積量以及受脅迫時(shí)間均比胚芽大，根的耐性指數(shù)越高表明其耐Cd性越強(qiáng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明飼用高粱的耐Cd性高于高丹草的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安秀敏，張慶祥，李曉波，等.飼用高粱特點(diǎn)及其利用[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，1995（9）：20.

[2] 王秀麗，徐建民，姚槐應(yīng).重金屬銅、鋅、鎘、鉛復(fù)合污染對(duì)土壤環(huán)境微生物群落的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15（1）：25-29.

[3] 劉大林，張樹(shù)攀.高粱屬牧草對(duì)土壤重金屬鎘的響應(yīng)及富集效應(yīng)的研究[D]. 江蘇揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2010.

[4] 孫 哲，吳宏霞，唐麗娜.鎘對(duì)三種主要農(nóng)作物毒害效應(yīng)的研究進(jìn)展[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（11）：86-89.

[5] 陳 瑛，李廷強(qiáng)，楊肖娥.不同品種大白菜對(duì)鎘的吸收積累差異[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（7）：32-36.

[6] 陳世軍，韋美玉.鎘對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)與生理特性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（4）：180-182.

[7] 夏會(huì)龍，程文偉，池小雅.鎘脅迫對(duì)甘蔗生長(zhǎng)及生理性狀的影響[J].中國(guó)土壤與肥料，2009（1）：42-45.

[8] 王 輝，張文會(huì).不同濃度的鎘脅迫對(duì)大豆幼苗生長(zhǎng)的影響[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，21（3）：76-78.

[9] 和文祥，朱銘莪，張一平.土壤酶與重金屬關(guān)系的研究現(xiàn)狀[J].土壤與環(huán)境，2000，9（2）：139-142.

[10] 呂團(tuán)偉，劉孟宇，李淑紅.中草藥五加皮和茯苓的拮抗鎘誘變作用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2008（4）：598-600.

[11] 付世景，宗良綱，孫靜克.鎘污染板藍(lán)根生理指標(biāo)的變化及其對(duì)鎘積累的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（3）：649-651.

[12] 趙 胡，鄭文教，陳 杰.土壤鎘污染對(duì)大蒜幼苗生長(zhǎng)及根系抗氧化系統(tǒng)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（5）：771-775.

[13] 楊黎芳，樊文華.鈷對(duì)冬小麥幼苗生長(zhǎng)及鈷含量的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004，10（1）：101-103.