鎘脅迫對兩種豆科牧草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

杜雪玲，梁 艷，余如剛，宋運賢

（淮北師范大學 生命科學學院，安徽 淮北 235000）

鎘脅迫對兩種豆科牧草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

杜雪玲，梁 艷，余如剛，宋運賢

（淮北師范大學 生命科學學院，安徽 淮北 235000）

利用水培法研究不同濃度的氯化鎘（0.4 μmol/L、0.8 μmol/L、1.2 μmol/L、1.6 μmol/L、2.0 μmol/L、4.0 μmol/L、6.0 μmol/L、8.0 μmol/L、10 μmol/L）處理對白三葉和苜蓿種子發(fā)芽率、幼苗根長、莖長和鮮重、平均干重的影響.結果表明：白三葉和苜蓿種子的發(fā)芽率、平均根長、平均莖長、平均鮮重、平均干重，經不同濃度氯化鎘溶液處理后都表現出低濃度的刺激效應和高濃度的抑制效應.當氯化鎘濃度為2.0 μmol/L時能促進白三葉生長，超過2.0 μmol/L表現為抑制作用；當氯化鎘濃度為1.2 μmol/L時促進苜蓿生長，大于1.2 μmol/L表現出抑制效應.

氯化鎘；白三葉；苜蓿；種子萌發(fā)；幼苗生長

白三葉（Trifolium repensL）為豆科三葉草屬多年生草本植物［1］.原產于歐洲，廣泛分布于溫帶及亞熱帶高海拔地區(qū)，是目前世界上分布最廣泛的豆科牧草之一.我國云南、貴州、四川、湖南、湖北、新疆等地都有野生分布，長江以南各省均有大面積種植.白三葉草莖葉柔嫩、營養(yǎng)豐富、適口性好、耐踐踏，是溫帶地區(qū)多年生混播草地不可缺少的優(yōu)質牧草.此外，白三葉草有很強的抗逆性和適應性，耐瘠薄，還可作為水土保持和城市及庭院綠化植物，生態(tài)價值較高.亦可作綠肥，改良土坡，培肥地力.我國雖有豐富的白三葉草資源，但由于相關的研究報道很少，嚴重地制約了對白三葉草的合理利用和開發(fā).

苜蓿（Medicago sativa），苜蓿草，蝶形花亞科，苜蓿屬（Medicago）中的紫苜蓿、南苜蓿等的統(tǒng)稱.多年生的草本植物，一般只有三片葉子，所以又叫三葉草，是世界上最重要的豆科牧草之一.因其高營養(yǎng)價值和高產等特性明顯優(yōu)于其他草類，在全世界廣為種植，其中我國種植面積達133萬hm2，居世界第6位［2-3］.作為世界上重要的牧草作物，不斷培育優(yōu)質、高產、多抗的苜蓿新品種是國內外苜蓿研究人員的主要工作.

鎘（2+）具有遷移性強、易在生物中富集等特性，是生物毒性最強的重金屬元素之一.鎘污染日趨嚴重，嚴重影響農業(yè)生產及人類的健康，已引起世界各國的廣泛關注.鎘達到一定濃度，會影響植物的種子萌發(fā)、生長，導致植物膜脂過氧化，產生氧化脅迫等.植物在進化過程中產生一系列保護機制耐受鎘脅迫［4-5］.

近年來，雖然國內外已有一些有關重金屬對植物的毒害以及某些重金屬在某些蔬菜內積累的報告［6-8］，但多數研究側重于重金屬對不同種類植物的影響，而對同一種類的不同品種影響的對比研究則很少有人報告.本研究選取“三廢”中廣泛存在的重金屬Cd作為重金屬污染源進行研究，旨在通過觀察不同濃度氯化鎘對種子萌發(fā)和幼苗生長的影響來尋求兩種牧草適應鎘生長的臨界濃度，以及高濃度鎘對二者發(fā)芽及幼苗生長的影響，同時為重金屬土地的修復奠定基礎.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

白三葉種子、苜蓿種子由安徽省農業(yè)科學院提供.

1.2 啟動水培法培養(yǎng)

水培法是指種植植物無需土壤，植物生長所吸收的不是土壤，而是土壤中含有的礦物質.水培法種植即是通過水直接向植物提供其生長所需要的礦物質.理想的水培法種植技術是循環(huán)使用每一滴水，沒有殘液，施用有機肥料.

1.2.1 白三葉和苜蓿種子的殺菌消毒

挑選飽滿的無損傷的白三葉和苜蓿種子分別放入不同的小燒杯中，用自來水沖洗數次，用蒸餾水浸泡10 min，將水分吸干，用0.1%升汞溶液浸泡10 min.再用蒸餾水沖洗數次吸干水分備用.對白三葉和苜蓿種子的消毒殺菌，對試驗成功有著一定的影響.最初幾天內培養(yǎng)皿內可能會有霉菌，霉菌在一定程度上會影響種子的發(fā)芽和生長.所以要對種子的滅菌消毒徹底，但也不要使種子被殺死，失去活性［9-10］.

1.2.2 不同濃度的鎘脅迫對種子萌發(fā)的影響試驗

種子萌發(fā)是指種子從吸脹作用開始的一系列有序的生理過程和形態(tài)發(fā)生過程.種子的萌發(fā)需要適宜的溫度、一定的水分、充足的空氣［11-13］.

將已經消毒的白三葉和苜蓿種子分別有規(guī)律地放在含有不同濃度氯化鎘（0.4 μmol/L、0.8 μmol/L、1.2 μmol/L、1.6 μmol/L、2.0 μmol/L、4.0 μmol/L、6.0 μmol/L、8.0 μmol/L、10 μmol/L）的帶濾紙的培養(yǎng)皿（120 mm）中，每個培養(yǎng)皿中放20粒種子，每個處理3個重復，蓋子蓋好后放到（25±1）℃、光照周期14 h/ 10 h（光照/黑暗），光強3 000 lx的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，3 d后開始統(tǒng)計白三葉和苜蓿種子發(fā)芽率.待子葉展開后拿掉蓋子，每天澆灌1/2 Hoagland營養(yǎng)液（pH 5.5～6.0，水勢約-0.02 MPa）繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)20 d后統(tǒng)計白三葉和苜蓿幼苗的生長情況（根長、莖長、芽長、鮮重、干重）.發(fā)芽率（%）=發(fā)芽6 d累積的發(fā)芽數/供試種子數×100.

1.3 統(tǒng)計分析

試驗數據采用Excel2003和SPSS16.0軟件進行統(tǒng)計分析，并用Duncan’s的方法進行多重比較.

2 結果與分析

2.1 不同濃度鎘脅迫對白三葉和苜蓿種子發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，隨著氯化鎘濃度的不斷升高白三葉和苜蓿種子的發(fā)芽率都是先升高再降低的.對于苜蓿，隨著氯化鎘濃度增加苜蓿的發(fā)芽率升高，當氯化鎘濃度上升到1.2 μmol/L的時候，苜蓿種子的發(fā)芽率最高達到90%；之后隨著氯化鎘濃度的增加發(fā)芽率漸漸變低.對于白三葉，隨著氯化鎘濃度增大白三葉種子的發(fā)芽率也增加，當氯化鎘濃度達到2.0 μmol/L時，種子發(fā)芽率最大達到40.2%，當氯化鎘濃度高于2.0 μmol/L時，隨著鎘濃度的增加白三葉種子的發(fā)芽率下降.

圖1 不同濃度鎘脅迫對白三葉和苜蓿發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of different cadmium stresses on germination of white clover and alfalfa

2.2 不同濃度鎘脅迫對白三葉根長、莖長的影響

由圖2可以看出，隨著氯化鎘濃度的不斷升高白三葉的根長和莖長也隨之有規(guī)律的變化.對于根長，隨著氯化鎘濃度的增加平均根長不斷增加，當氯化鎘濃度到2.0 μmol/L時，平均根長達到最大為9.9 mm；當氯化鎘濃度高于2.0 μmol/L時，隨著氯化鎘濃度的增加平均根長漸漸降低.對于莖長，其變化趨勢與根長相同，在氯化鎘濃度小于2.0 μmol/L時，隨著氯化鎘濃度不斷升高，當氯化鎘濃度上升到2.0 μmol/L時，平均莖長達到了最高為11.9 mm，之后隨著氯化鎘濃度的增加，平均莖長漸漸降低.

圖2 不同濃度鎘脅迫對白三葉莖長和根長的影響Fig.2 Effects of different cadmium stresses on stem length and root length of white clover

2.3 不同濃度鎘脅迫對苜蓿根長、莖長的影響

圖3 不同濃度鎘脅迫對苜蓿莖長和根長的影響Fig.3 Effects of different cadmium stresses on stem length and root length of alfalfa

由圖3可以看出，隨著氯化鎘濃度的不斷升高，白三葉的根長和莖長的變化趨勢表現為先升高后降低.對于根長，隨著氯化鎘濃度的增加平均根長也不斷增加，當氯化鎘濃度到1.2 μmol/L，平均根長達到了最大32.2 mm；當氯化鎘濃度高于1.2 μmol/L時，隨著氯化鎘濃度的增加平均根長逐漸降低.同樣，莖長也隨著氯化鎘濃度增加不斷升高，當氯化鎘濃度上升到1.2 μmol/L左右時平均莖長達到了36.4 mm，達到最大后隨著氯化鎘濃度的增加平均莖長漸漸降低.

2.4 不同濃度鎘脅迫對白三葉和苜蓿鮮重的影響

由圖4可以看出，隨著氯化鎘濃度的不斷升高白三葉和苜蓿的平均鮮重也隨之有規(guī)律的變化.對于苜蓿，隨著氯化鎘濃度的增加平均鮮重表現為先增高后下降，當氯化鎘濃度到1.2 μmol/L平均鮮重達到了最大33 mg，當氯化鎘濃度高于1.2 μmol/L隨著氯化鎘濃度的增加苜蓿的平均鮮重也在漸漸降低.另外，白三葉鮮重，隨著氯化鎘濃度增加白三葉平均鮮重也不斷升高，當氯化鎘濃度上升到2.0 μmol/L左右時，平均鮮重達到了8.9 mg，達到最大后隨著氯化鎘濃度的增加平均鮮重逐漸降低.

圖4 不同濃度鎘脅迫對白三葉和苜蓿鮮重的影響Fig.4 Effects of different cadmium stresses on average weight of white clover and alfalfa

2.5 不同濃度鎘脅迫對白三葉和苜蓿干重的影響

圖5 不同濃度鎘脅迫對白三葉和苜蓿干重的影響Fig.5 Effects of different cadmium stresses on average dry weight of white clover and alfalfa

由圖5可以看出，白三葉和苜蓿干重的變化規(guī)律與鮮重表現一致，隨著氯化鎘濃度的不斷升高，白三葉和苜蓿的平均干重先升高后降低.對于苜蓿，隨著氯化鎘濃度的增加平均干重逐漸增加，當氯化鎘濃度到1.2 μmol/L時，平均干重達到最大為2.64 mg；隨后，隨著氯化鎘濃度的增加，苜蓿的平均干重漸漸降低.對于白三葉干重，隨著氯化鎘濃度增加白三葉平均干重也不斷升高，當氯化鎘濃度上升到2.0 μmol/L左右時平均干重達到0.76 mg，達到最大后隨著氯化鎘濃度的增加平均干重逐漸降低.

3 討論

通過對鹽芥［4］、白三葉和馬蹄金［6］、辣椒［10］、綠豆［11］等植物種子脅迫的研究表明，它們的萌發(fā)能力和幼苗的生長狀況可以作為檢測土壤重金屬等環(huán)境污染的重要指標之一.慈恩等［14］報道，低濃度的（0.5～10.0 mg/kg）Cd脅迫對紫花苜蓿種子發(fā)芽率的影響不顯著，但對發(fā)芽勢的影響較明顯；高濃度（30 mg/kg）Cd脅迫后發(fā)芽勢和發(fā)芽率均明顯降低.在本研究中，低濃度的 Cd2＋能促進種子的萌發(fā)，高濃度時表現為抑制作用.低濃度促進原因可能是由于植物應激反應造成的［15］，高濃度抑制是因為 Cd2＋脅迫影響了種子萌發(fā)中貯藏物質的水解及能量的供應而導致種子萌發(fā)受阻［16］.Patra等［17］把這種現象解釋為低濃度重金屬脅迫對植物有積極的刺激作用，只是這種刺激作用受濃度限制.另外，王錦文等［18］在對水稻的研究中也得出高濃度的鎘對水稻種子發(fā)芽率、根長等有抑制作用，與本研究所得結論相同，只是耐鎘的濃度不同，原因可能是不同植物耐鎘的程度及敏感性不同.

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Effects of Cadmium Stresses on Germination and Seedling Growth of White Clover and Alfalfa

DU Xue-ling，LIANG Yan，YU Ru-gang，SONG Yun-xian
（School of Life Science，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Effects of different concentrations of cadmium chloride（0.4 μmol/L，0.8 μmol/L，1.2 μmol/L，1.6 μmol/L，2.0 μmol/L，4.0 μmol/L，6.0 μmol/L，8.0 μmol/L，10 μmol/L）on white clover and alfalfa seed germination and seedling growth using hydroponics processing were studied.The results showed that white clover and alfalfa seed germination rate，and their average root length，stem length，average weight，average dry weight，after beingdelt with the different concentrations of cadmium chloride solution all showed a low concentration of stimulation effect and a high concentration of inhibition effect.When the concentration of cadmium chloride was 2.0 μmol/L，the growth of white clover was at its best.And growth of the white clover showed inhibition effect when the concentration was above 2.0 μmol/L.The most suitable concentration of cadmium chloride to alfalfa growth was 1.2 μmol/L，when the concentration of cadmium chloride was more than 1.2 μmol/L，the growth of alfalfa showed inhibitory effect.

cadmium chloride；white clover；alfalfa；seeding germination；seedling growth

X 173

：A

：2095-0691（2014）01-0038-05

2013-09-22

安徽省高校自然科學研究項目（KJ2012B162）

杜雪玲（1976- ），女，河南扶溝人，碩士，副教授，從事植物細胞工程研究.