鉛脅迫對(duì)硬粒小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

張雅+王林生

摘要： 以中引1320品種為材料，研究了硬粒小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)對(duì)金屬鉛（Pb）的響應(yīng)。結(jié)果表明：低濃度鉛脅迫對(duì)硬粒小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，高濃度對(duì)其有抑制作用。50 mg/L Pb2+對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽鞘伸長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、幼苗鮮重和干重有促進(jìn)作用，活力指數(shù)對(duì)鉛脅迫反應(yīng)較敏感；200 mg/L Pb2+對(duì)發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)出一定的增效作用，而對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、活力指數(shù)、幼苗鮮重和干重及胚芽鞘伸長(zhǎng)均有明顯的抑制作用。鉛脅迫對(duì)硬粒小麥幼苗根的抑制作用大于對(duì)芽的抑制。

關(guān)鍵詞：鉛脅迫；硬粒小麥；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)：S512.1+90.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2015）03-0068-04

Effects of Pb Stress on Seed Germination

and Seedling Growth of Durum Wheat

Zhang Yali， Wang Linsheng*

（College of Agriculture， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， China）

AbstractThe effects of Pb stress on seed germination and seedling growth of durum wheat were studied with zhongyin 1320 as material. The results showed that the seed germination and seedling growth of durum wheat were promoted by lower concentration of Pb and inhibited by higher concentration of Pb. For example， the germination rate，germination potential，germination index，coleoptile length， bud length，root length，fresh weight and dry weight of seedlings were promoted by 50 mg/L Pb2+，and the vigor index was sensitive to Pb stress. The germination rate，germination potential，coleoptile length，bud length， root length，vigor index， fresh weight and dry weight of seedlings were obviously inhibited by 200 mg/L Pb2+， while the germination index increased to some extent. The inhibition of Pb stress on root was bigger than that on bud.

Key wordsPb stress；Durum wheat； Seed germination；Seedling growth

硬粒小麥?zhǔn)侵匾Z食作物之一，種植面積約占世界小麥播種面積的10%，僅次于普通小麥，居栽培小麥的第2位[1]。它含有豐富的抗病基因，具有較好的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)，是制作通心粉食品的必要原料，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也是改良普通小麥的寶貴基因資源。與普通小麥雜交，把硬粒小麥中的優(yōu)質(zhì)、抗病等有益基因轉(zhuǎn)移到普通小麥，已培育出了許多優(yōu)良普通小麥品種，在其遺傳改良中發(fā)揮了重要作用[2]。但有關(guān)硬粒小麥對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)研究較少。本試驗(yàn)以硬粒小麥中引1320為材料，探討不同濃度鉛脅迫對(duì)硬粒小麥種子萌發(fā)及其幼苗生長(zhǎng)的影響，為進(jìn)一步挖掘耐鉛基因資源、拓寬小麥抗逆育種基礎(chǔ)提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

硬粒小麥品種中引1320，由河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥遺傳育種研究室提供。

1.2試驗(yàn)方法

精選硬粒小麥種子，用2%次氯酸鈉消毒20 min，再用蒸餾水沖洗數(shù)次后放入培養(yǎng)皿，每皿均勻放置20粒，再分別加入5、50、200、300、400、500、600 mg/L的鉛（Pb2+）溶液，每個(gè)濃度設(shè)3次重復(fù)。之后置于溫度（25±2）℃、光照12 h/d、光照強(qiáng)度10 000 lx的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。發(fā)芽期間每隔24 h記錄1次，第4 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率并計(jì)算發(fā)芽指數(shù)，第9 d測(cè)其幼苗鮮重和干重（每處理隨機(jī)挑選10株幼苗，先測(cè)其鮮重，然后用紙包好后于105℃烘箱中殺青30 min后80℃烘至恒重，冷卻后稱干重）。

芽長(zhǎng)=所有發(fā)芽幼苗高度總和/發(fā)芽幼苗總數(shù)；

根長(zhǎng)=所有發(fā)芽幼苗總根長(zhǎng)/發(fā)芽幼苗總數(shù)；

發(fā)芽率（%）=7天內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100；

發(fā)芽勢(shì)（%）=4天內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt，式中Gt為在t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)；

活力指數(shù)（VI）=GI×S，式中GI為發(fā)芽指數(shù)，S為幼苗高度。

胚芽鞘長(zhǎng)度測(cè)量：選25～35 mm長(zhǎng)的胚芽鞘切成5 mm的10段，分別放在不同鉛濃度的培養(yǎng)皿中，在25℃下避光培養(yǎng)，然后分別于24、48 h和72 h測(cè)量芽鞘切段長(zhǎng)度。

2結(jié)果與分析

2.1鉛脅迫對(duì)硬粒小麥種子萌發(fā)的影響endprint

圖1、圖2顯示，低濃度鉛對(duì)硬粒小麥的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)有促進(jìn)作用，當(dāng)Pb2+濃度為50 mg/L時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別為96.0%和99.0%，對(duì)照分別為83.1%和94.6%，分別比對(duì)照提高12.9個(gè)和4.4個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)Pb2+濃度達(dá)到200 mg/L時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別下降為82.6%和92.4%，分別比對(duì)照降低0.5個(gè)和2.2個(gè)百分點(diǎn)；隨著Pb2+濃度的增加，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)受抑制越來越明顯。

從圖3和圖4可知，Pb2+濃度為5、50、200 mg/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)均高于對(duì)照，分別比對(duì)照提高5.0%、18.7%和6.3%；隨著鉛濃度的繼續(xù)加大，發(fā)芽指數(shù)下降，濃度為300 mg/L時(shí)，比對(duì)照降低1.3%，400 mg/L時(shí)下降18.99%，之后趨于平穩(wěn)?；盍χ笖?shù)對(duì)鉛反應(yīng)較敏感，隨著鉛濃度的升高活力指數(shù)明顯下降，鉛濃度為5、50、200、300、400、500、600 mg/L時(shí)，活力指數(shù)分別為對(duì)照的 89.4%、94.1%、78.2%、71.2%、70.6%、64.1%和41.2%。

2.2鉛脅迫對(duì)硬粒小麥胚芽鞘伸長(zhǎng)的影響

不同濃度鉛處理5 mm胚芽鞘，在24、48 h和72 h分別測(cè)量胚芽鞘的長(zhǎng)度，結(jié)果表明，低濃度鉛對(duì)胚芽鞘伸長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用。由圖5可以看出，50 mg/L鉛濃度時(shí)，胚芽鞘長(zhǎng)度分別為9.3、10.0 mm和12.0 mm，對(duì)照分別為6.3、8.9 mm和11.4 mm，分別比對(duì)照增加47.6%、12.4%和5.3%；隨著鉛濃度的增加，對(duì)胚芽鞘伸長(zhǎng)的抑制作用也越來越明顯，200 mg/L鉛濃度時(shí)，胚芽鞘長(zhǎng)度分別為5.8、7.2 mm和9.4 mm，分別比對(duì)照降低7.9%、19.1%和17.5%；高濃度則嚴(yán)重抑制胚芽鞘的伸長(zhǎng)。

2.3鉛脅迫對(duì)硬粒小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

圖6表明，低濃度鉛對(duì)硬粒小麥的芽長(zhǎng)有促進(jìn)作用，50 mg/L鉛處理后的第2、3、4、5、6 d測(cè)量，其芽長(zhǎng)分別為10.1、32.1、57.5、75.3、91.5 mm，分別比對(duì)照增長(zhǎng)9.8%、50.7%、38.8%、30.3%、22.7%；鉛濃度越高，對(duì)其芽長(zhǎng)的抑制越明顯；400 mg/L鉛處理后的第2、3、4、5、6 d測(cè)量，其芽長(zhǎng)分別為8.3、11.1、15.6、22.3、31.5 mm，分別比對(duì)照降低9.7%、47.9%、62.1%、61.4%、57.8%。

鉛對(duì)硬粒小麥幼苗根長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為低濃度對(duì)根生長(zhǎng)有正向效應(yīng)，高濃度則有明顯的抑制作用。由圖7看出，50 mg/L鉛處理第2、3 d測(cè)量，硬粒小麥幼苗根長(zhǎng)分別為43.1 mm和75.3 mm，對(duì)照根長(zhǎng)分別為28.5 mm和52.5 mm，比對(duì)照分別增加51.2%和43.4%；鉛濃度為400 mg/L時(shí)，第2 d和第3 d測(cè)量，其根長(zhǎng)分別為10.1 mm和10.3 mm，分別比對(duì)照減少64.6%和80.4%。根對(duì)高濃度鉛脅迫的反應(yīng)比芽更敏感。

由圖8和圖9看出，低濃度鉛對(duì)硬粒小麥幼苗鮮重、干重有促進(jìn)作用，而隨著鉛離子濃度逐漸增大，對(duì)幼苗鮮重、干重的抑制作用越來越明顯。5 mg/L鉛濃度時(shí)，幼苗鮮重和干重分別為0.068 g/株和0.013 g/株，分別高于對(duì)照9.0%和18.0%；50 mg/L鉛濃度時(shí)，幼苗鮮重和干重分別為0.086 g/株和0.015 g/株，分別高于對(duì)照37.0%和36.0%；200 mg/L鉛濃度時(shí)，幼苗干鮮重明顯受到抑制，幼苗鮮重和干重分別為0.06 g/株和0.009 g/株，分別為對(duì)照的92.0%和88.0%。

3討論與結(jié)論

種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段，也是植物較早接受重金屬脅迫的階段[3]。重金屬對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響主要是通過阻礙植物細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)，影響一些酶的活性，抑制組織蛋白質(zhì)合成，降低光合作用和呼吸作用，損害細(xì)胞膜系統(tǒng)等產(chǎn)生的一系列影響，從而抑制植物的生長(zhǎng)和發(fā)育[4]。

種子的萌發(fā)過程，實(shí)際上是細(xì)胞分裂與細(xì)胞體積增大的過程，這個(gè)過程需要源源不斷的物質(zhì)和能量作基礎(chǔ)，而物質(zhì)和能量主要來源于種子貯藏物質(zhì)的分解與釋放，而貯存物質(zhì)的分解需要一系列酶的參與[5]。重金屬對(duì)種子萌發(fā)的脅迫主要是抑制了酶的活性，阻礙了細(xì)胞的分裂和體積增大，表現(xiàn)在外部性狀便是發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)降低，芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)受到抑制，幼苗鮮、干重等指標(biāo)下降。姚婧等[6]報(bào)道，低濃度鉛處理促進(jìn)高羊茅種子萌發(fā)，高濃度鉛處理則顯著抑制種子萌發(fā)，這也得到本試驗(yàn)的證實(shí)。

重金屬對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響，除了表現(xiàn)在葉面積、葉片數(shù)、幼苗鮮重干重等形態(tài)指標(biāo)外，也危害種子的根，造成根生理功能失調(diào)，營(yíng)養(yǎng)吸收能力虧缺，從而進(jìn)一步影響到幼苗地上部生長(zhǎng)和干物質(zhì)的積累。

參考文獻(xiàn)：

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