鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

張麗輝，吳桑娜，孫奇，蔣遠(yuǎn)玲

長(zhǎng)春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130032

鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

張麗輝，吳桑娜，孫奇，蔣遠(yuǎn)玲

長(zhǎng)春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130032

以紅花種子為材料，在人工控制試驗(yàn)條件下，研究鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明：在弱鈣、強(qiáng)鈣條件下，隨著Pb2+濃度的升高，紅花種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽重、根重、活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)；紅花種子的發(fā)芽率隨Pb2+濃度的升高而升高；在強(qiáng)鈣弱鉛情況下，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)均最高，說(shuō)明低濃度的鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用。

鈣；鉛脅迫；紅花種子；萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)

近年來(lái)，由于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)“三廢”、城市垃圾以及對(duì)石油、礦產(chǎn)資源的不斷開(kāi)發(fā)利用等活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境危害嚴(yán)重，備受?chē)?guó)內(nèi)外專(zhuān)家關(guān)注[1]。從2009年起，我國(guó)已經(jīng)發(fā)生了30多起重大鉛污染事件，情況相當(dāng)嚴(yán)重[2]。自然環(huán)境中的鉛主要來(lái)自于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，例如汽車(chē)尾氣、冶煉工業(yè)、含鉛涂料和紙張等[3]。鉛進(jìn)入土壤后不易溶解，而且很容易被該土壤中的植物所吸收[4]。植物在其形態(tài)和生長(zhǎng)未表現(xiàn)出明顯的改變時(shí)，具有大量吸收鉛的能力[5]。隨著食物鏈的富集作用，這些重金屬有毒物質(zhì)已經(jīng)開(kāi)始危害人類(lèi)的健康生活[6]。

面對(duì)鉛等重金屬的毒害作用，植物通常會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，其中鈣的對(duì)抗作用尤其明顯[7]。鈣不僅是一種大量營(yíng)養(yǎng)元素[8]，還可以增加植物對(duì)環(huán)境脅迫的抵抗能力，例如鈣肥可以增加植物細(xì)胞膜的選擇性吸收能力，減輕鉛等重金屬對(duì)植物的危害[9]。

紅花，又稱(chēng)為紅藍(lán)，雙子葉植物，菊科，一年或兩年生草本植物，是一種常見(jiàn)中藥材[10]。紅花可以通經(jīng)、活血化瘀等，具有極高的藥用價(jià)值[11，12]?，F(xiàn)如今紅花的藥用價(jià)值、觀賞價(jià)值已引起海內(nèi)外專(zhuān)家的廣泛重視。目前對(duì)于紅花的研究主要集中在藥用方面，但在復(fù)合因子方面研究較少。本試驗(yàn)以紅花種子為材料，探討外源鈣在重金屬鉛脅迫對(duì)紅花生命初期的影響，以期為紅花的合理栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紅花種子，采購(gòu)于長(zhǎng)春市黑水路參茸市場(chǎng)；光照培養(yǎng)箱（上海精宏GZP-750S）；鉛脅迫采用醋酸鉛溶液，鈣處理用氯化鈣溶液。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取顆粒飽滿、大小均勻的紅花種子，用75%的乙醇消毒5 min，無(wú)菌水清洗干凈，濾紙吸干。放入濃度梯度為0 mmol/L (LCa)和9 mmol/L(HCa)的鈣離子處理液中浸泡6 h。選擇直徑為9 cm的培養(yǎng)皿，兩層濾紙作為發(fā)芽床，分別添加濃度梯度為0 mg/L（LPb）和400 mg/L（HPb）的處理液，至濾紙飽和為止，每個(gè)處理50粒種子，重復(fù)3次。將培養(yǎng)皿置于25℃中14 h和15℃中10 h的培養(yǎng)箱中催芽，光照時(shí)長(zhǎng)24 h/d，光照強(qiáng)度為12 000 Lux。發(fā)芽期間，每24 h計(jì)數(shù)一次，之后每天添加適量液體，保持濾紙濕潤(rùn)。當(dāng)連續(xù)3 d種子不再發(fā)芽時(shí)，停止計(jì)數(shù)，開(kāi)始測(cè)量各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)。培養(yǎng)結(jié)束后，每個(gè)培養(yǎng)皿中選擇10株長(zhǎng)勢(shì)一致的紅花幼苗，精確測(cè)量幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽重及根重。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

根據(jù)發(fā)芽期間所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，計(jì)算紅花種子的發(fā)芽勢(shì)Gv、發(fā)芽率G、發(fā)芽指數(shù)GI及活力指數(shù)VI。計(jì)算公式如下：

Gv=最高1 a的紅花種子的發(fā)芽數(shù)/供試的紅花種子總數(shù)×100%

G=Ga/Gn×100%(Ga：發(fā)芽結(jié)束時(shí)的已發(fā)芽紅花種子數(shù)；Gn：供試紅花種子總數(shù))

GI=Σ（Gt/Dt）（Gt：第t天全部正常發(fā)芽紅花種子數(shù)；Dt：發(fā)芽天數(shù)）

VI=GI×W（W：?jiǎn)沃昶骄r重）

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0軟件對(duì)各處理下紅花幼苗根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、芽重、根重、生長(zhǎng)率等生長(zhǎng)指標(biāo)的差異進(jìn)行雙因子方差分析，差異顯著度以p值表示。p<0.001時(shí)，差異極顯著；p<0.01時(shí)，差異較顯著；p<0.05時(shí)，差異顯著；p>0.05時(shí)，差異不顯著。

使用Excel軟件繪圖，Word軟件制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知，在強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛和弱鈣強(qiáng)鉛處理下，紅花種子的發(fā)芽率分別為52%±4%、52%±8%，略高于其他處理。弱鈣弱鉛處理下發(fā)芽率最低。在弱鈣條件下，發(fā)芽率隨著Pb2+濃度的升高而升高；在強(qiáng)鈣條件下，發(fā)芽率也隨著Pb2+濃度的升高而升高。在弱鉛情況下，Ca2+濃度對(duì)發(fā)芽率影響明顯；在強(qiáng)鉛情況下，Ca2+濃度對(duì)發(fā)芽率影響不明顯?？傮w來(lái)說(shuō)，不管強(qiáng)鈣、弱鈣，紅花種子的發(fā)芽率都隨著Pb2+濃度的升高而升高。

圖1 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子發(fā)芽率的影響

2.2 Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花種子發(fā)芽活力的影響

由圖2和圖3可知，在弱鈣條件下，紅花種子發(fā)芽指數(shù)隨著Pb2+濃度的升高上升了25%，發(fā)芽勢(shì)也呈上升趨勢(shì)；在強(qiáng)鈣條件下，發(fā)芽指數(shù)隨著Pb2+濃度的升高下降了31%，發(fā)芽勢(shì)也呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明紅花種子活力在強(qiáng)鈣條件下隨著Pb2+濃度的升高而下降得更為明顯。在弱鉛情況下，隨著Ca2+濃度的升高，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)上升趨勢(shì)明顯；在強(qiáng)鉛情況下，隨著Ca2+濃度升高，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)下降趨勢(shì)明顯。總體來(lái)說(shuō)，在強(qiáng)鈣弱鉛情況下，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)都為最高。

圖2 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖3 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子發(fā)芽勢(shì)的影響

2.3 Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花種子活力指數(shù)的影響

由圖4可以看出，紅花種子的活力指數(shù)從大到小用的處理液依次是：弱鈣弱鉛、強(qiáng)鈣弱鉛、強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛、弱鈣強(qiáng)鉛。在弱鈣弱鉛處理下，活力指數(shù)最高；在強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛和弱鈣強(qiáng)鉛處理下，紅花種子的活力指數(shù)無(wú)差異；在弱鈣條件下，活力指數(shù)隨著Pb2+濃度的升高而降低；在強(qiáng)鈣條件下，活力指數(shù)隨著Pb2+濃度的升高而降低。

2.4 Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花幼苗芽長(zhǎng)的影響

由圖5可以看出，在弱鈣弱鉛情況下，芽長(zhǎng)最長(zhǎng)，為1.94±0.26 cm。在強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛和弱鈣強(qiáng)鉛處理下，芽的長(zhǎng)度相近，分別為1.17±0.17 cm和1.16±0.17 cm，弱鈣強(qiáng)鉛情況下的芽長(zhǎng)最短。在弱鈣條件下，芽長(zhǎng)隨著Pb2+濃度的升高下降了40%。在強(qiáng)鈣條件下，芽長(zhǎng)隨著Pb2+濃度的升高下降了18%，說(shuō)明芽長(zhǎng)在弱鈣條件下隨著Pb2+濃度的升高而下降更為明顯。在弱鉛情況下，Ca2+濃度對(duì)芽長(zhǎng)影響明顯。在強(qiáng)鉛情況下，Ca2+濃度對(duì)芽長(zhǎng)影響不明顯?？傮w來(lái)說(shuō)，隨著Pb2+、Ca2+濃度的升高，芽長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。不同處理下，紅花幼苗平均芽長(zhǎng)表現(xiàn)為：弱鈣弱鉛＞強(qiáng)鈣弱鉛＞強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛＞弱鈣強(qiáng)鉛。

圖4 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子活力指數(shù)的影響

圖5 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子芽長(zhǎng)的影響

2.5 Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花幼苗根長(zhǎng)的影響

由圖6可以看出，根長(zhǎng)隨著Pb2+濃度的升高而顯著下降。在強(qiáng)鈣弱鉛處理下，根長(zhǎng)最長(zhǎng)，為2.13±0.10 cm。其次為弱鈣弱鉛處理。在強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛和弱鈣強(qiáng)鉛兩種處理下，根的長(zhǎng)度無(wú)顯著差異，分別為0.25±0.18 cm、0.22± 0.10 cm，弱鈣強(qiáng)鉛處理下的根長(zhǎng)最短。

圖6 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子根長(zhǎng)的影響

2.6 Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花幼苗生物量的影響

Pb2+和Ca2+交互作用對(duì)紅花幼苗芽重和根重的影響見(jiàn)圖7和圖8。紅花種子的芽重和根重均隨著Pb2+濃度的升高而降低，根重降低的趨勢(shì)更為明顯；在弱鉛處理下，紅花種子的芽重隨著Ca2+濃度的升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在強(qiáng)鉛處理下，隨著Ca2+濃度的升高芽重持平。在弱鉛和強(qiáng)鉛處理下，紅花種子的根重均隨著Ca2+濃度的升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖7 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子芽重的影響

圖8 鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子根重的影響

3 結(jié)果與討論

重金屬鉛污染已成為環(huán)境生物學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。從植物生理學(xué)的角度來(lái)看，種子萌發(fā)即是生命進(jìn)程的起點(diǎn)，也是植物最早接受重金屬脅迫的階段。因此，了解鈣對(duì)鉛脅迫下種子萌發(fā)的影響，是系統(tǒng)認(rèn)識(shí)重金屬傷害機(jī)理以及解毒機(jī)理的較好途徑。

本研究表明，在弱鈣條件下，隨著Pb2+濃度的升高，紅花種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽重、根重、活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。在強(qiáng)鈣條件下，隨著Pb2+濃度的升高，紅花種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽重、根重、活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)；不管強(qiáng)鈣、弱鈣，紅花種子的發(fā)芽率都隨著Pb2+濃度的升高而升高。

在強(qiáng)鈣弱鉛處理下，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)都為最高，說(shuō)明在這個(gè)處理下，紅花種子發(fā)芽的活力最高，該濃度對(duì)其發(fā)芽有明顯的促進(jìn)作用；在弱鈣弱鉛和強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛兩種處理下，紅花種子發(fā)芽的活力相近且為最低，說(shuō)明該處理對(duì)其發(fā)芽沒(méi)有促進(jìn)作用。在弱鈣弱鉛處理下，活力指數(shù)最高。

在強(qiáng)鈣強(qiáng)鉛、弱鈣強(qiáng)鉛兩種處理下，活力指數(shù)相近。在弱鈣條件下，活力指數(shù)隨著Pb2+濃度的升高而降低。在強(qiáng)鈣條件下，活力指數(shù)隨著Pb2+濃度的升高而降低。因此，低濃度鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子的萌發(fā)具有促進(jìn)作用，而鈣對(duì)鉛脅迫下紅花種子生長(zhǎng)的影響并不明顯。

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1005-2690（2015）12-0045-04

S567.219

A

張麗輝（1971-），女，漢族，河北昌黎人，博士，副教授，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。

2015-08-05

長(zhǎng)春師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目