重金屬Cu、Pb污染對2種油菜種子萌發(fā)的影響

張麗輝，張雅婷，孫奇

(長春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，長春 130032)

重金屬Cu、Pb污染對2種油菜種子萌發(fā)的影響

張麗輝，張雅婷，孫奇

(長春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，長春 130032)

以“奶油1號”和“五月慢”2個(gè)品種的油菜種子為材料，研究300、600、900、1200mg/L Pb(CH3COO)2和30、60、90、120mg/L CuSO4處理對種子萌發(fā)期間的毒害效應(yīng)。結(jié)果表明：與對照相比，隨著Pb、Cu濃度的增加，油菜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均降低；同一濃度的Pb、Cu處理，“五月慢” 種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)受到的抑制作用較“奶油1號”更為明顯；表明“奶油1號”對Pb、Cu污染環(huán)境的適應(yīng)性更高。

Cu； Pb； 油菜； 種子萌發(fā)

近年來，由于礦產(chǎn)開采、冶煉等工業(yè)活動，以及污灌，施用污泥，鉛、銅等有害重金屬不斷進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，對農(nóng)田、菜地造成污染[1-2]。Cu是植物生長發(fā)育所必須的微量元素，適量的Cu營養(yǎng)對植物的正常代謝具有重要意義，而過量時(shí)則會抑制作物的生長降低其產(chǎn)量和質(zhì)量[3-4]。Pb不是植物生長的必需元素，其既不參與植物的結(jié)構(gòu)組成，也不參與細(xì)胞的代謝活動，故受其毒害嚴(yán)重的植物不能正常生長、發(fā)育，生物量也呈下降趨勢[5-7]。因此，開展重金屬對農(nóng)作物生長的影響具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

目前，人們對銅、鉛污染已進(jìn)行了一些研究，但多集中于水稻、玉米、小麥等農(nóng)作物[8-12]，而對于油菜受重金屬毒害的報(bào)道相對較少[13-15]。本試驗(yàn)以兩種油菜為材料，研究不同濃度的Cu、Pb處理對油菜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以進(jìn)一步了解重金屬污染對油菜的毒害作用，為油菜生產(chǎn)過程中預(yù)防銅、鉛毒害的發(fā)生提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試油菜(BrassicacampestrisL.)種子為“奶油1號”和“五月慢”，為目前生產(chǎn)上常用的2個(gè)品種，所有品種的種子都是2012年生產(chǎn)，市售。Cu處理、Pb處理分別采用硫酸銅、醋酸鉛，所有試劑均為分析純試劑，水為蒸餾水。

1.2 主要儀器

GZP-250光照培養(yǎng)箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 重金屬污染液的配置。配置2000mg/L醋酸鉛和200mg/L硫酸銅(的母液，將其分別稀釋成300、600、900mg/L和1200mg/L(即Pb300、Pb600、Pb900和Pb1200)以及30、60、90mg/L和120mg/L(即Cu30、Cu60、Cu90和Cu120)4個(gè)不同濃度的重金屬溶液。

1.3.2 材料處理方法。挑選籽粒飽滿、大小均一的2種油菜種子，先用5%的次氯酸鈉溶液浸泡10min后取出，將處理后的種子用蒸餾水沖洗干凈，整齊的擺放在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑9cm)中，每皿50粒，然后每皿中各添加15mL的不同濃度重金屬污染液，以蒸餾水作為對照。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。將培養(yǎng)皿放入光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為25 ℃(14 h)/15 ℃(10 h)，空氣濕度設(shè)置為60%。每天觀察、補(bǔ)充同濃度的溶液，以保持濾紙濕潤。發(fā)芽期間每天計(jì)錄發(fā)芽數(shù) (種子“露白”為發(fā)芽),第3d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第7d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，結(jié)束實(shí)驗(yàn)后測量幼苗根長、芽長。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算和方差分析，以Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu脅迫對油菜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由圖1可知，隨著Cu 濃度的升高，油菜種子的發(fā)芽率呈下降趨勢。Cu濃度≤90mg/L時(shí)，2個(gè)品種油菜種子的發(fā)芽率下降幅度較小，表明低濃度Cu處理對油菜種子的萌發(fā)影響較??；當(dāng)Cu濃度為120mg/L時(shí)，2個(gè)品種油菜種子發(fā)芽率最低，特別是“五月慢”的發(fā)芽率降低幅度較大，表明不同品種對Cu的耐受性存在較大差異。

由圖1可知，發(fā)芽勢與發(fā)芽率的變化趨勢相同，均隨著Cu 濃度的增加而降低。但品種間存在明顯差異。在相同Cu濃度處理下，“五月慢”的發(fā)芽勢急劇降低，顯著低于“奶油1號”(P<0.01)；即使在Cu濃度120mg/L時(shí)，“奶油1號”仍具有較大的發(fā)芽潛力。

圖1 Cu污染對油菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢的影響

2.2 Cu脅迫對油菜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

圖2 Cu污染對油菜種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

由圖2可知，隨著Cu 濃度的增加，油菜種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率均逐漸降低。Cu 濃度超過30mg/L時(shí)，“奶油1號”的發(fā)芽指數(shù)急驟下降，而“五月慢”的發(fā)芽指數(shù)在Cu 濃度超過90mg/L時(shí)才急驟降低；與此相反，“奶油1號”的活力指數(shù)在Cu 濃度超過60mg/L時(shí)才急驟下降，而“五月慢”的發(fā)芽指數(shù)在Cu 濃度超過30mg/L時(shí)開始急驟降低，表現(xiàn)出不同品種間存在明顯差異。在相同Cu濃度處理下，“五月慢”的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均顯著低于“奶油1號”(P<0.05)；即使在Cu濃度120mg/L時(shí)，“奶油1號”仍具有較大的發(fā)芽潛力，而“五月慢”的活力指數(shù)在Cu 濃度大于90mg/L時(shí)較小，幼苗有死亡現(xiàn)象。

2.3 Pb脅迫對油菜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由圖3可知，油菜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均表現(xiàn)出隨著Pb濃度的增加而降低，且2個(gè)品種的油菜種子即使在Pb 濃度1200mg/L時(shí)，仍具有較高的發(fā)芽率，但發(fā)芽勢降低，導(dǎo)致種子的發(fā)芽速度緩慢，幼苗仍然能夠生長，沒有出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，表現(xiàn)出對Pb具有一定的耐受性。在相同濃度的Pb處理，2品種的發(fā)芽率無顯著差異(P>0.05)，但發(fā)芽勢表現(xiàn)為 “五月慢”顯著低于“奶油1號”(P<0.01)。

圖3 Pb污染對油菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢的影響

2.4 Pb脅迫對油菜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

由圖4可知，隨著Pb 濃度的增加，油菜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，當(dāng)Pb 濃度為300mg/L時(shí)，其發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均驟然降低，表明Pb對油菜種發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)具有抑制作用；在相同處理?xiàng)l件下，“五月慢”的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著低于“奶油1號”(P<0.01)，表現(xiàn)出對“五月慢”幼苗的較強(qiáng)抑制作用，也說明“奶油1號”對重金屬Pb具有較大的耐受性。

圖4 Pb污染對油菜種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

4 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)是植物感知外界環(huán)境的最初生命階段，同時(shí)也是對外界環(huán)境變化最敏感的階段[6]，本試驗(yàn)結(jié)果表明：重金屬脅迫對油菜種子的萌發(fā)有不同程度的抑制作用，都隨質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢。抑制程度表現(xiàn)為活力指數(shù)>發(fā)芽指數(shù)>發(fā)芽率，這與韓志平等人的研究結(jié)果一致[16]。Cu與Pb脅迫對種子萌發(fā)的影響均較大，是因?yàn)橹亟饘貱u與Pb對植物的傷害超過了植物自身修復(fù)的范圍，從而對胚、芽都產(chǎn)生了毒害作用[16]。不同油菜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率對重金屬脅迫的響應(yīng)存在差異，總體來說，對“五月慢”油菜種子的影響大于對“奶油1號”油菜種子的影響，說明“奶油1號”對重金屬具有較大耐性。

本試驗(yàn)僅研究了單一重金屬污染對油菜種子萌發(fā)的影響，重金屬復(fù)合污染對植物的影響要比單一污染復(fù)雜的多，有待進(jìn)一步研究。

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Effects of Cu，Pb Pollution on Seed Germination ofBrassicacampestris

Zang lihui，Zhang Yating，Sun Qi

(College of life science,Changchun Normal University,Changchun，Jilin 130032)

“Cream No. 1” and “May slow” seeds were chosen to study the poison effect of 300，600，900，1200mg/L Pb(CH3COO)2and 30，60，90，120mg/L CuSO4on Brassica chinensis seeds during the course of germination.The results showed compared to the CK , the inhibition on germination rate,genination potential,germination index and vital index significantly increased with increasing concentration of Pb and Cu. At the same concentration of Pb and Cu, The inhibition effect of “May slow” seed germination rate, germination potential, germination index and vigor index was more obvious than that of “Cream No. 1” in “May slow”, which indicated that the “Cream No. 1” was more adaptive to Pb and Cu.

Cu; Pb;Brassicachinensis; Seed germination

2015-07-29

長春師范大學(xué)自然科學(xué)基金(長師院自科合字 2009011)

張麗輝(1971-),女,副教授,博士,主要從事植物生理生態(tài)學(xué)和種群生態(tài)學(xué)的教學(xué)與研究，E-mail: zhanglihui_91@163.com。

S-3

A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2015.06.002