重金屬鉛脅迫對不同品種玉米種子萌發(fā)與幼苗生長的影響

劉俊華

摘 要：以普通玉米鄭單958（ZHD958）、糯玉米中諾二號（ZHN2）為試驗材料，比較分析了鉛（Pb2+）脅迫對不同品種玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明：低濃度的Pb2+脅迫對2個玉米品種種子萌發(fā)或幼苗生長有一定的促進(jìn)作用，而中高濃度鉛溶液處理對2個品種幼苗有較強的抑制作用，抑制效應(yīng)在2個玉米品種間有差別；隨著Pb2+濃度的提高，Pb2+脅迫對玉米種子萌發(fā)的抑制作用增強，玉米種子的根長、芽長及根苗鮮重、干重明顯降低；高濃度Pb2+對玉米種子根生長的抑制作用大于對芽長的抑制。

關(guān)鍵詞：鉛污染；種子萌發(fā)；幼苗生長；玉米

中圖分類號 X503.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）21-14-03

近年來，隨著采礦、冶金等工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致較為嚴(yán)重的大氣、土壤等污染問題的出現(xiàn)。重金屬污染物在土壤中移動性差，滯留時間長，并可經(jīng)水、植物等介質(zhì)傳遞，最終對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1-3]。鉛是環(huán)境中最為普遍和危害性較強的重金屬之一，過量的鉛不僅可引起植物體吸收營養(yǎng)元素的不平衡，造成營養(yǎng)脅迫，從而阻礙植物的生長發(fā)育，降低產(chǎn)量和質(zhì)量，而且可通過食物鏈的富集作用對人體神經(jīng)、消化、免疫和生殖系統(tǒng)造成損害[2-4]。盡管重金屬鉛對植物有毒害作用，但仍有大量植物存活于鉛污染的土壤中，說明某些植物在長期的進(jìn)化過程中本身會發(fā)生一系列生理生化的變化，從而形成特定的耐性機制，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境[5-6]。

種子萌發(fā)及早期幼苗生長發(fā)育是作物對外部環(huán)境反應(yīng)的開始，此時重金屬對植株的影響主要是通過生理生化過程來實現(xiàn)[4-7]。玉米作為我國重要的農(nóng)作物之一，其種植品種處于不斷地優(yōu)化更新中。本研究以不同品種玉米種子為研究對象，測定了不同濃度鉛溶液處理條件下其種子萌發(fā)和幼苗生長狀況，并就其對重金屬鉛脅迫的抗性水平進(jìn)行了比較分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 本試驗用普通玉米“鄭單958”（ZHD958）及糯玉米“中糯二號”（ZHN2）種子，均購自濱州市濱城區(qū)種子公司專營店。所用Pb試劑為Pb（NO3）2（分析純）。

1.2 試驗方法

1.2.1 鉛溶液配制 鉛溶液質(zhì)量濃度以Pb2+計，用分析純硝酸鉛配制不同濃度鉛溶液。首先稱取Pb（NO3）2配制Pb2+質(zhì)量濃度為2 000mg/L的母液，然后對半稀釋得到濃度分別為1 000mg/L、500mg/L、250mg/L、125mg/L及62.5mg/L的Pb2+溶液。

1.2.2 發(fā)芽實驗 精選籽粒飽滿、大小均勻的普通玉米種子和糯玉米種子各420粒，用0.4%的高錳酸鉀溶液對種子消毒6min，以自來水沖洗數(shù)次后再用去離子水沖洗，最后用吸水紙將種子表面水分吸干，備用。實驗用培養(yǎng)皿用75%乙醇進(jìn)行表面擦拭消毒，晾干后每皿鋪雙層濾紙作為種子發(fā)芽床。對培養(yǎng)皿進(jìn)行標(biāo)記，分別加入用Pb（NO3）2配置的不同濃度的Pb溶液5mL。每皿放玉米種子20粒，每個濃度設(shè)3個重復(fù)，同時用蒸餾水培養(yǎng)作為對照（同為3重復(fù)）。定期向各處理培養(yǎng)皿加入對應(yīng)濃度的等量溶液，以保持水分條件與Pb2+質(zhì)量濃度穩(wěn)定。室溫條件下自然光照周期培養(yǎng)。

1.3 指標(biāo)測定 當(dāng)種子開始萌動后，每日觀察發(fā)芽與出苗情況，并依公式（1）、（2）分別計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率：

發(fā)芽勢（%）=（第3天正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100…（1）

發(fā)芽率（%）=（第7天正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100…（2）

至第7天時，結(jié)束實驗，記測根數(shù)，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定幼苗芽長、根長、側(cè)根長；并用電子天平（精度為0.001g）分別稱量玉米幼苗的芽鮮重和根鮮重，之后將芽及根部自然風(fēng)干（72h），分別稱量其干重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 在Windows 7操作系統(tǒng)下，以Excel 2007整理實驗數(shù)據(jù)并作初步分析；應(yīng)用Spss18.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計分析，以LSD多重比較及Duncans檢驗進(jìn)行組間差異性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度鉛脅迫對種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的影響 由表1可以看出，ck中普通玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率均高于糯玉米；隨著鉛脅迫水平的增強，普通玉米種子發(fā)芽勢呈單調(diào)遞減趨勢，且與對照組間差異顯著（P<0.05），在2 000mg/L時，其發(fā)芽勢僅為對照組的34.78%；與普通玉米不同，當(dāng)?shù)蜐舛茹U溶液（62.5mg/L、125mg/L）對糯玉米種子發(fā)芽勢具有一定促進(jìn)作用，而隨著鉛溶液濃度的增加，其發(fā)芽勢逐漸降低，在鉛液濃度為2 000mg/L時，其發(fā)芽勢雖顯著低于對照組。

2.2 不同濃度鉛處理對玉米幼苗生長的影響

2.2.1 不同濃度鉛處理對玉米芽長的影響 由圖1可以看出，低濃度鉛脅迫條件對普通玉米幼苗的生長表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用，且當(dāng)鉛液濃度達(dá)到250mg/L時，其芽長仍與對照組相當(dāng)；當(dāng)鉛液濃度達(dá)500mg/L及以上時，普通玉米的芽長開始減小，至最高處理濃度時達(dá)到最低，僅有對照組芽長的30%左右。由圖2可以看出，與普通玉米芽長變化不同，糯玉米幼苗的芽長與鉛溶液濃度之間表現(xiàn)出明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，即幼苗芽長度隨鉛脅迫水平的增強逐漸降低，同在2 000mg/L處理濃度達(dá)到最低，且極顯著低于對照（P<0.01）。綜合圖1、圖2結(jié)果來看，對照組及低濃度鉛脅迫下，糯玉米芽長顯著高于普通玉米，鉛脅迫條件對糯玉米幼苗芽長表現(xiàn)為簡單的抑制作用，而對普通玉米芽生長則表現(xiàn)出低促高抑的濃度效應(yīng)。

2.2.2 不同濃度鉛處理對玉米幼苗根長的影響 已有研究表明，鉛脅迫處理通常會對植物根系產(chǎn)生不利影響。由圖3可知，鉛脅迫對2個品種玉米幼苗根長均表現(xiàn)出較強的抑制作用，但抑制程度存在差異；從幼苗根長以及脅迫條件下根長變化趨勢來看，糯玉米對鉛脅迫的敏感抗性均低于普通玉米。endprint

2.2.3 不同濃度鉛處理對幼苗生物量的影響 生物量是反映植物生長發(fā)育狀況的重要指標(biāo)之一。由圖4、圖5可知，2個玉米品種幼苗生物量對鉛脅迫條件表現(xiàn)出明顯不同的響應(yīng)規(guī)律。在較低水平鉛脅迫下，普通玉米幼苗芽鮮重、根鮮重、芽干重以及幼苗總重均高于ck；當(dāng)鉛液濃度達(dá)到250mg/L時，根鮮重、根干重及幼苗總重顯著降低，說明此濃度條件已對普通玉米根的生長產(chǎn)生強烈抑制作用。而后，抑制作用隨濃度的增高而增強，至2 000mg/L時，各項指標(biāo)均達(dá)到最低。相較于根鮮重，芽干重受鉛脅迫的抑制作用較弱，在鉛濃度為250mg/L時的芽鮮重基本與ck持平，隨著鉛液濃度的繼續(xù)升高所受抑制作用更強。不同于普通玉米幼苗生物量變化趨勢，各處理糯玉米幼苗生物量及各部分干、鮮重量變化規(guī)律不一致：鉛脅迫對根鮮重、根干重具有單一的抑制作用，對芽鮮重表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的效應(yīng)，而芽干重在各濃度處理下變化較不明顯。

3 結(jié)論與討論

3.1 鉛脅迫對種子萌發(fā)的影響 本次研究結(jié)果表明，2個玉米品種萌發(fā)階段對重金屬鉛脅迫的抗性反應(yīng)有差別。其中，鉛脅迫對普通玉米的發(fā)芽勢及糯玉米發(fā)芽率影響較為顯著；在高濃度鉛溶液處理下，普通玉米仍有較高的發(fā)芽率（>85%），而糯玉米僅為56.7%。

3.2 鉛脅迫對幼苗生長的影響 本研究中，鉛脅迫對2個品種玉米幼苗芽長、根長及生物量特征的影響不一致。低濃度鉛脅迫促進(jìn)普通玉米幼苗地上部分生長，對糯玉米則表現(xiàn)為抑制作用；各濃度鉛脅迫均抑制2個品種玉米幼苗根的生長，但對糯玉米的影響更為明顯。普通玉米幼苗芽鮮重、根鮮重、芽干重以及幼苗總重對低強度鉛脅迫表現(xiàn)出積極響應(yīng)，各指標(biāo)水平均高于對照組，而糯玉米除芽鮮重在低鉛脅迫處理下增大外，根鮮重、根干重均隨鉛脅迫水平的增強而降低，而芽干重在此過程中變化較不顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]黃化剛，李廷軒，楊肖娥.植物對鉛脅迫的耐性及其解毒機制研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（3）：696-704.

[2]周馳，張秦銘，李和義，等.重金屬企業(yè)周邊土壤污染狀況調(diào)查樣品采集方法探討[J].安徽農(nóng)學(xué)通報， 2013，19（22）：79，90.

[3]杜連彩.植物耐鉛生態(tài)型及對鉛脅迫的耐性機理[J].生物學(xué)教學(xué)，2007，32（2）：2-3.

[4]孫華.鎘、鉛脅迫對野生地被植物甘野菊種子萌發(fā)、幼苗生長及生理特性的影響[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[5]房江育.植物抗鉛機理進(jìn)展[J].黃山學(xué)院學(xué)報，2008，10（3）：55-58.

[6]段德超，于明革，施積炎.植物對鉛的吸收、轉(zhuǎn)運、累積和解毒機制研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25（1）：287-296.

[7]康吉利，曾志軍，劉玉佩.鉛脅迫對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，40（2）： 144-146. （責(zé)編：張宏民）endprint

2.2.3 不同濃度鉛處理對幼苗生物量的影響 生物量是反映植物生長發(fā)育狀況的重要指標(biāo)之一。由圖4、圖5可知，2個玉米品種幼苗生物量對鉛脅迫條件表現(xiàn)出明顯不同的響應(yīng)規(guī)律。在較低水平鉛脅迫下，普通玉米幼苗芽鮮重、根鮮重、芽干重以及幼苗總重均高于ck；當(dāng)鉛液濃度達(dá)到250mg/L時，根鮮重、根干重及幼苗總重顯著降低，說明此濃度條件已對普通玉米根的生長產(chǎn)生強烈抑制作用。而后，抑制作用隨濃度的增高而增強，至2 000mg/L時，各項指標(biāo)均達(dá)到最低。相較于根鮮重，芽干重受鉛脅迫的抑制作用較弱，在鉛濃度為250mg/L時的芽鮮重基本與ck持平，隨著鉛液濃度的繼續(xù)升高所受抑制作用更強。不同于普通玉米幼苗生物量變化趨勢，各處理糯玉米幼苗生物量及各部分干、鮮重量變化規(guī)律不一致：鉛脅迫對根鮮重、根干重具有單一的抑制作用，對芽鮮重表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的效應(yīng)，而芽干重在各濃度處理下變化較不明顯。

3 結(jié)論與討論

3.1 鉛脅迫對種子萌發(fā)的影響 本次研究結(jié)果表明，2個玉米品種萌發(fā)階段對重金屬鉛脅迫的抗性反應(yīng)有差別。其中，鉛脅迫對普通玉米的發(fā)芽勢及糯玉米發(fā)芽率影響較為顯著；在高濃度鉛溶液處理下，普通玉米仍有較高的發(fā)芽率（>85%），而糯玉米僅為56.7%。

3.2 鉛脅迫對幼苗生長的影響 本研究中，鉛脅迫對2個品種玉米幼苗芽長、根長及生物量特征的影響不一致。低濃度鉛脅迫促進(jìn)普通玉米幼苗地上部分生長，對糯玉米則表現(xiàn)為抑制作用；各濃度鉛脅迫均抑制2個品種玉米幼苗根的生長，但對糯玉米的影響更為明顯。普通玉米幼苗芽鮮重、根鮮重、芽干重以及幼苗總重對低強度鉛脅迫表現(xiàn)出積極響應(yīng)，各指標(biāo)水平均高于對照組，而糯玉米除芽鮮重在低鉛脅迫處理下增大外，根鮮重、根干重均隨鉛脅迫水平的增強而降低，而芽干重在此過程中變化較不顯著。

參考文獻(xiàn)

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[4]孫華.鎘、鉛脅迫對野生地被植物甘野菊種子萌發(fā)、幼苗生長及生理特性的影響[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

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[7]康吉利，曾志軍，劉玉佩.鉛脅迫對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，40（2）： 144-146. （責(zé)編：張宏民）endprint

2.2.3 不同濃度鉛處理對幼苗生物量的影響 生物量是反映植物生長發(fā)育狀況的重要指標(biāo)之一。由圖4、圖5可知，2個玉米品種幼苗生物量對鉛脅迫條件表現(xiàn)出明顯不同的響應(yīng)規(guī)律。在較低水平鉛脅迫下，普通玉米幼苗芽鮮重、根鮮重、芽干重以及幼苗總重均高于ck；當(dāng)鉛液濃度達(dá)到250mg/L時，根鮮重、根干重及幼苗總重顯著降低，說明此濃度條件已對普通玉米根的生長產(chǎn)生強烈抑制作用。而后，抑制作用隨濃度的增高而增強，至2 000mg/L時，各項指標(biāo)均達(dá)到最低。相較于根鮮重，芽干重受鉛脅迫的抑制作用較弱，在鉛濃度為250mg/L時的芽鮮重基本與ck持平，隨著鉛液濃度的繼續(xù)升高所受抑制作用更強。不同于普通玉米幼苗生物量變化趨勢，各處理糯玉米幼苗生物量及各部分干、鮮重量變化規(guī)律不一致：鉛脅迫對根鮮重、根干重具有單一的抑制作用，對芽鮮重表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的效應(yīng)，而芽干重在各濃度處理下變化較不明顯。

3 結(jié)論與討論

3.1 鉛脅迫對種子萌發(fā)的影響 本次研究結(jié)果表明，2個玉米品種萌發(fā)階段對重金屬鉛脅迫的抗性反應(yīng)有差別。其中，鉛脅迫對普通玉米的發(fā)芽勢及糯玉米發(fā)芽率影響較為顯著；在高濃度鉛溶液處理下，普通玉米仍有較高的發(fā)芽率（>85%），而糯玉米僅為56.7%。

3.2 鉛脅迫對幼苗生長的影響 本研究中，鉛脅迫對2個品種玉米幼苗芽長、根長及生物量特征的影響不一致。低濃度鉛脅迫促進(jìn)普通玉米幼苗地上部分生長，對糯玉米則表現(xiàn)為抑制作用；各濃度鉛脅迫均抑制2個品種玉米幼苗根的生長，但對糯玉米的影響更為明顯。普通玉米幼苗芽鮮重、根鮮重、芽干重以及幼苗總重對低強度鉛脅迫表現(xiàn)出積極響應(yīng)，各指標(biāo)水平均高于對照組，而糯玉米除芽鮮重在低鉛脅迫處理下增大外，根鮮重、根干重均隨鉛脅迫水平的增強而降低，而芽干重在此過程中變化較不顯著。

參考文獻(xiàn)

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[2]周馳，張秦銘，李和義，等.重金屬企業(yè)周邊土壤污染狀況調(diào)查樣品采集方法探討[J].安徽農(nóng)學(xué)通報， 2013，19（22）：79，90.

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[4]孫華.鎘、鉛脅迫對野生地被植物甘野菊種子萌發(fā)、幼苗生長及生理特性的影響[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

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[6]段德超，于明革，施積炎.植物對鉛的吸收、轉(zhuǎn)運、累積和解毒機制研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25（1）：287-296.

[7]康吉利，曾志軍，劉玉佩.鉛脅迫對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，40（2）： 144-146. （責(zé)編：張宏民）endprint