廢電池浸出液對水稻種子萌發(fā)及幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

趙 紅，李文華

（上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西上饒334001）

廢電池浸出液對水稻種子萌發(fā)及幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

趙 紅，李文華

（上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西上饒334001）

為了探討廢電池浸出液對水稻種子萌發(fā)的毒害作用，采用水培法，研究了不同體積分?jǐn)?shù)（0、10%、20%、30%、40%、50%）的廢電池浸出液對水稻種子發(fā)芽、種胚生長及種子萌發(fā)過程中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響。結(jié)果表明，隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加，總體上，水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚芽長、胚根鮮質(zhì)量、胚芽鮮質(zhì)量、單株鮮質(zhì)量均呈下降趨勢，且廢電池浸出液對水稻種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響大于對發(fā)芽率的影響，對胚根生長的抑制作用大于胚芽。在水稻種子萌發(fā)過程中，可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖含量隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加呈先升后降的趨勢，其中，可溶性蛋白含量以10%廢電池浸出液處理最大，較對照顯著提高9.32%，而其他處理均顯著低于對照；脯氨酸、可溶性糖含量均在40%廢電池浸出液處理下達(dá)到最大，分別較對照顯著提高95.04%、80.09%，且其他處理也顯著高于對照。綜上，廢電池浸出液對水稻種子的萌發(fā)及胚的生長有顯著抑制作用，而水稻種子在一定體積分?jǐn)?shù)廢電池浸出液脅迫下，可通過增加細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來增強(qiáng)細(xì)胞的持水力，使細(xì)胞免受傷害或減輕傷害。

廢電池浸出液；水稻；種子萌發(fā)；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

隨著科技的不斷進(jìn)步，電器產(chǎn)品越來越多地進(jìn)入人們的生活，也使各種電池的使用量迅速增加［1］。我國是世界上最大的電池生產(chǎn)國和消費(fèi)國，電池產(chǎn)量于20世紀(jì)80年代初超越美國成為世界第一［2］。電池的大量使用，也產(chǎn)生了大量的廢電池。使用后的廢電池人們一般不會及時(shí)回收，而是將其作為生活垃圾，隨意丟棄。廢電池中含有多種重金屬，其中可對環(huán)境造成污染的主要有Hg、Cd、Pb等。Hg、Cd、Pb被視為威脅人類健康的三大危險(xiǎn)重金屬。Hg、Cd易在動植物體內(nèi)富集，具有極強(qiáng)的生物毒性，影響動植物的生長；Pb對人的腎臟、心血管等器官會產(chǎn)生不良影響［3］。另外，廢電池中還有Zn和Ni等重金屬，Zn和Ni雖然在一定范圍內(nèi)是有益物質(zhì)，但當(dāng)它們超過極限時(shí)，也會對動植物造成危害［4］。目前，已有學(xué)者研究了廢電池液對鯽魚［5］、小鼠［6］、脊尾白蝦［7］等動物生存的影響，也有學(xué)者研究了廢電池液對大豆［1］、青萍［8］、香根草［9］等植物生長的抑制作用，但尚未見關(guān)于多種重金屬混為一體的廢電池液對水稻生長的影響研究。為此，采用廢電池浸出液處理水稻種子，初步探討其對水稻種子萌發(fā)及幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響，旨在為明確廢電池對農(nóng)作物栽培產(chǎn)生的危害提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試水稻品種為贛B09，由上饒市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供；廢電池為雙鹿牌5號廢舊干電池。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取2節(jié)雙鹿牌5號廢舊干電池，剝除金屬外殼，將其中內(nèi)容物（除碳棒外）倒入1 000 mL大燒杯中，加600 m L蒸餾水，避光浸泡6 d，每天用玻璃棒攪拌1次，6 d后用濾紙過濾，然后定容至1 000 m L，作為母液。再用蒸餾水稀釋成體積分?jǐn)?shù)分別為10%、20%、30%、40%、50%的處理液，以蒸餾水為對照（CK），共6個(gè)處理。于2015年5月下旬，挑選健康飽滿、大小一致的水稻種子，用0.5%的次氯酸鈉消毒5 min，然后用蒸餾水反復(fù)沖洗，浸種24 h，最后置于直徑9 cm的內(nèi)墊2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中加入15 m L處理液，每天更換處理液，共培養(yǎng)7 d。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50粒種子。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

從處理的第2天開始，每天記錄種子發(fā)芽情況。以芽長等于谷長的一半、根長等于谷長為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)［1］。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，每皿選取10株長勢一致的水稻幼苗，分別測定胚根長、胚芽長、胚根鮮質(zhì)量、胚芽鮮質(zhì)量及單株鮮質(zhì)量；最后取幼苗胚芽進(jìn)行生理指標(biāo)的測定，其中，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法［10］，脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法［10］，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 19.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并用最小顯著差異法（LSD法）進(jìn)行多重比較，用Excel 2003軟件繪圖，圖表中所有數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 廢電池浸出液對水稻種子發(fā)芽的影響

由表1可知，廢電池浸出液對水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均有一定的抑制作用，并隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的升高，抑制作用逐漸增大。與對照相比，當(dāng)廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，水稻種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別顯著降低了31.42%、12.51%、27.95%，但發(fā)芽率僅降低了7.89%，廢電池浸出液對發(fā)芽率的抑制作用不顯著；當(dāng)廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，水稻種子的發(fā)芽率才顯著下降14.91%。說明廢電池浸出液對水稻種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響大于對發(fā)芽率的影響。

2.2 廢電池浸出液對水稻種子胚生長的影響

由表2可以看出，廢電池浸出液處理阻礙了水稻種胚正常生長，主要表現(xiàn)在胚根長、胚芽長、胚根鮮質(zhì)量、胚芽鮮質(zhì)量、單株鮮質(zhì)量總體上均隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的提高而降低。與對照相比，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，廢電池浸出液對胚根長、胚芽長、胚根鮮質(zhì)量、單株鮮質(zhì)量的抑制作用顯著，其分別為對照的50.65%、89.23%、71.18%、82.28%，但對胚芽鮮質(zhì)量的影響不顯著；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，廢電池浸出液對胚芽鮮質(zhì)量的抑制作用仍不顯著，其為對照的88.13%，但胚根長、胚芽長、胚根鮮質(zhì)量、單株鮮質(zhì)量分別為對照的14.47%、81.10%、13. 98%、70.39%。

2.3 廢電池浸出液對水稻幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.3.1 可溶性蛋白含量 由圖1可知，隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加，水稻種子可溶性蛋白含量表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。在10%廢電池浸出液脅迫下，可溶性蛋白含量顯著高于對照，較對照提高9.32%，達(dá)到峰值；當(dāng)廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)≥20%時(shí)，可溶性蛋白含量顯著低于對照，較對照分別下降了6.82%、15.09%、21.92%、28.74%。說明在廢電池浸出液脅迫下，水稻種子可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出低促高抑現(xiàn)象。

2.3.2 脯氨酸含量 脯氨酸是植物體內(nèi)最重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一。由圖2可知，與對照相比，各體積分?jǐn)?shù)廢電池浸出液處理的脯氨酸含量均顯著增加，且隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加，脯氨酸含量升高，在體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)達(dá)到最大值，較對照顯著提高95.04%；之后隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)升高，脯氨酸含量稍有降低。說明在廢電池浸出液脅迫下，水稻種子萌發(fā)需要更多的脯氨酸來調(diào)節(jié)滲透勢，保護(hù)細(xì)胞免受傷害。

2.3.3 可溶性糖含量 由圖3可知，隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加，水稻種子可溶性糖含量呈先升高后下降的趨勢，且均顯著高于對照。在廢電池浸出液脅迫下，水稻種子可溶性糖含量與對照相比分別增加了21.52%、47.57%、67.77%、80.09%、61. 24%，50%廢電池浸出液處理的可溶性糖含量顯著低于40%廢電池浸出液處理。說明水稻種子萌發(fā)對廢電池浸出液脅迫的忍耐性和積極適應(yīng)是有一定限度的，存在一定的閾值。

3 結(jié)論與討論

姚錦秋等［11］研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度廢電池浸出液對小麥種子發(fā)芽和生長有明顯的抑制作用。本研究結(jié)果表明，隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的逐漸增大，水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢，其中對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響大于對發(fā)芽率的影響，說明廢電池浸出液顯著抑制了種子的萌發(fā)速度及胚的生長，影響了胚生長的整齊度。本研究結(jié)果還表明，隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加，水稻種胚生長的各項(xiàng)指標(biāo)總體均逐漸下降，當(dāng)廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)降幅程度依次為胚根鮮質(zhì)量（86.02%）＞胚根長（85.53%）＞單株鮮質(zhì)量（29.61%）＞胚芽長（18. 90%）＞胚芽鮮質(zhì)量（11.87%），說明水稻種子萌發(fā)過程中，廢電池浸出液影響了水稻種子胚乳中貯藏的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等大分子化合物的分解、轉(zhuǎn)化及合成等代謝過程，進(jìn)而抑制了水稻種胚的正常生長發(fā)育；同時(shí)也表明，胚根生長和胚芽生長對廢電池浸出液脅迫的敏感程度不同，廢電池浸出液對胚根生長的抑制作用明顯大于胚芽。這與姚錦秋等［11］在小麥種子發(fā)芽上的研究結(jié)果相一致。

植物可利用自身脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化來調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢，進(jìn)而增強(qiáng)植物的抗逆性［12］。重金屬脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量會發(fā)生變化，但不同植物、不同處理部位或者不同處理方式都可能會使植物細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)物質(zhì)含量的變化存在差異。李清飛等［13］研究發(fā)現(xiàn)，麻瘋樹葉中的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量隨Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大呈增加趨勢。金美芳等［12］研究結(jié)果表明，隨著Cd質(zhì)量濃度的增加，油菜根系的可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趨勢，但脯氨酸含量卻逐漸增大。古紅梅等［14］研究認(rèn)為，隨著Pb質(zhì)量濃度的增加，玉米幼苗內(nèi)可溶性糖的含量明顯減少，但脯氨酸及可溶性蛋白含量增加。本研究結(jié)果表明，隨著廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)的增加，水稻幼苗胚芽中的可溶性蛋白、脯氨酸及可溶性糖含量呈先升后降趨勢，可溶性蛋白含量在10%廢電池浸出液處理下達(dá)到峰值，較對照提高9.32%，之后均明顯下降，并顯著低于對照；脯氨酸及可溶性糖含量在不同體積分?jǐn)?shù)廢電池浸出液處理下均顯著高于對照，在廢電池浸出液體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，均達(dá)到最大值。這與楊斌等［15］和魏金鳳等［16］研究的植物細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量變化結(jié)果相一致。

重金屬脅迫會使植物含水量降低、水勢下降。為了避免細(xì)胞失水，植物可通過自身的調(diào)節(jié)作用，主動增加細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)，降低滲透勢及水勢，提高吸水和保水能力，以維持細(xì)胞正常生理活動［17］。本研究中，在廢電池浸出液脅迫下，水稻種子可能主要通過可溶性糖和脯氨酸的大量累積，避免細(xì)胞內(nèi)水勢增大以及細(xì)胞生理性缺水，增強(qiáng)細(xì)胞的持水力，從而維持原生質(zhì)膠體及細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，使細(xì)胞免受傷害或減輕傷害。

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Effects ofWaste Battery Lixivium on Seed Germination and Contents of Osmotic Adjustment Substances of Rice

ZHAO Hong，LIWenhua
（College of Life Science，Shangrao Normal University，Shangrao 334001，China）

Toxic effects of waste battery lixivium on rice seed germination were studied using water culture method.In this study，the effects of waste battery lixivium with different volume fraction（0，10%，20%，30%，40%，50%）on germination，embryo growth and the contents of osmotic adjustment substances were researched.The results showed that，as the volume fraction of waste battery lixivium increased，the germination rate，germination potential，germination index，vigor index，radicle length，p lumule length，radicle fresh weight，p lumule fresh weight and individual p lant fresh weight showed overall declining trends.Waste battery lixivium had greater effect on germ ination energy，germ ination index，vigor index than that on the germination rate，and exhibited more inhibition effects on radical growth than that on plumule growth.The results also showed that the contents of soluble protein，proline and soluble sugar increased first and then decreased with the increase of volume fraction of waste battery lixivium during the germination of rice seed.Among them，the content of soluble protein was the maximum when the volume fraction of waste battery lixivium was 10%，which significantly increased by 9.32%，however those of othertreatments were significantly decreased compared with the control.The contents of proline and soluble sugar reached their maximums when the volume fraction of waste battery lixivium was 40%，which significantly increased by 95.04%，80.09%，respectively，and those of other treatments also were significantly higher compared with the control.The above analysis indicated that waste battery lixivium showed significant inhibition effects on germination and embryo growth of rice seed.The study also suggested that under a certain volume fraction of waste battery lixivium stress，the rice seeds could enhance the water holding capacity of cells by increasing the intracellular organic osmotic adjustment substances to protect cells from injury or reduce the damage.

waste battery lixivium；rice；seed germ ination；osmotic adjustment substance

S511；Q945.78

A

1004-3268（2017）01-0026-05

2016-08-26

江西省教育廳科技項(xiàng)目（GJJ151055）

趙 紅（1966-），女，江西上饒人，高級實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事植物生理學(xué)方面的教學(xué)和研究。E-mail：1024zhaohong@163.com