腐殖酸鈉對鎘脅迫下冬小麥種子萌發(fā)及根系生長的影響

孫梟瓊 陳永亮 孫慎麗 陳玉倩 朱笛 周曉燕 高夢杰 韓慶典

摘要 [目的] 研究腐殖酸鈉（HA-Na）對鎘脅迫下冬小麥種子萌發(fā)及根系生長的影響。[方法]以魯麥22號為試驗材料，研究不同濃度Cd2+溶液處理對冬小麥種子萌發(fā)和根系生長的影響，以及不同濃度HA-Na溶液對Cd2+脅迫下冬小麥種子萌發(fā)和根系生長的影響。[結(jié)果] Cd2+脅迫使冬小麥種子萌發(fā)和根系生長均受到抑制，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗根長及芽長均降低。低濃度的HA-Na提高了Cd2+脅迫下冬小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及幼苗根長、芽長，部分緩解了Cd2+脅迫對冬小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用。其中以50 μmol/L HA-Na溶液處理的緩解效果最好，但隨著HA-Na濃度的增大，其對Cd2+脅迫的緩解效應(yīng)逐漸減弱，當HA-Na濃度達200 μmol/L時，會明顯加劇Cd2+脅迫的毒害作用。[結(jié)論]該研究為被重金屬污染的農(nóng)田土壤治理和改良提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 冬小麥；腐殖酸鈉；鎘脅迫；萌發(fā)；生長

中圖分類號 S145.4；S512.1+1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0034-02

Effect of Sodium Humate on Winter Wheat Seed Germination and Root Growth under Cadmium Stress

SUN Xiao-qiong， CHEN Yong-liang， SUN Shen-li，ZHOU Xiao-yan* et al

（College of Life Science，Linyi University，Linyi，Shandong 276005）

Abstract [Objective] To study the effect of sodium humate（HA-Na） on winter wheat seed germination and root growth under cadmium stress. [Method] With Lumai 22 as material，we analyzed effects of different concentrations of Cd2+ solution on winter wheat seed germination and root growth，then explored effects of different concentrations of HA-Na solution on seed germination and root growth under cadmium stress. [Result] Winter wheat seed germination and root growth were inhibited by Cd2+ stress，germination index，vigor index，root length and bud length were decreased. Low concentrations of HA-Na improved winter wheat seed germination rate， germination index and vigor index，also improved root length，bud length under Cd2+ stress，and partial relieved seed germination and seedling growth under Cd2+ stress. The ameliorative effect of 50 μmol/L HA-Na was best among them. But with the increasing of concentration of HA-Na， the ameliorative effect of Cd2+ stress weakened gradually.It would significantly increase the toxic effects of cadmium stress while HA-Na concentration reached 200 μmol/L.[Conclusion] The study provides the theory basis for farmland soil management and improvement that has been polluted with heavy metals.

Key words Winter wheat；Sodium humate；Cadmium stress；Germination；Growth

礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)和使用，導(dǎo)致土壤重金屬污染越來越嚴重。研究表明，植物中的重金屬累積到一定濃度，就會抑制其生長發(fā)育[1-3]。重金屬鎘（Cd）是重要的金屬污染物之一，其化學(xué)行為和生態(tài)效應(yīng)相對復(fù)雜，毒性很強，且容易被植物吸收。我國農(nóng)田的鎘污染面積已達1.4×104 hm2 [4]，且面積正迅速增加，亟需一些經(jīng)濟有效、切實可行的方法來解決。

冬小麥是世界上主要的糧食作物，也是山東半島地區(qū)主要的種植作物。目前關(guān)于重金屬對冬小麥生長發(fā)育的影響及危害機制已有部分報道[5-8]。腐殖酸是一種廣泛存在于褐煤、風(fēng)化煤和泥炭中的天然有機弱酸，國內(nèi)外已對腐殖酸開展了一些研究[9-11]，研究表明其能促進植物新陳代謝，增強光合作用，提高植物抗旱、抗凍、抗病等能力，明顯改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量[1，12]，但是關(guān)于腐殖酸對冬小麥種子萌發(fā)和生長的影響少有報道。該研究以冬小麥為供試作物，探討不同濃度的腐殖酸鈉（HA-Na）對鎘脅迫下冬小麥種子萌發(fā)及生長中各指標的影響，以期為被重金屬污染的農(nóng)田土壤治理和改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為魯麥22號健康飽滿的種子。

1.2 方法

首先將精選的種子用質(zhì)量分數(shù)10 %的次氯酸鈉溶液消毒15 min，再用去離子水沖洗干凈，28 ℃電熱恒溫培養(yǎng)箱（DPH-9082型）催芽48 h后，均勻播于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿放入催芽后的冬小麥種子50粒。用不同濃度的Cd2+溶液（0、5、10、25、50、100、200、500 μmol/L）處理冬小麥種子，記為CK、C1～C7，每個培養(yǎng)皿加入處理液10 mL，每天定時定量加入去離子水補充水分，每處理3個重復(fù)。根據(jù)發(fā)芽率、根長、芽長，篩選出對冬小麥種子萌發(fā)和根系生長影響較為明顯且不嚴重損害冬小麥生長的Cd2+濃度。

將篩選出的Cd2+濃度作為Cd2+脅迫濃度。用質(zhì)量分數(shù)10 %的次氯酸鈉溶液對冬小麥種子進行消毒，恒溫催芽處理后，均勻播于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。用含有Cd2+脅迫溶液和不同濃度HA-Na溶液（0、10、30、50、100、200、500 μmol/L）處理冬小麥種子，各處理記為Cd+S0（CK）、Cd+S1、Cd+S2、Cd+S3、Cd+S4、Cd+S5和Cd+S6。將小麥種子置于（26 ± 2）℃的電熱恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)芽，保持相對濕度85%～92%，培養(yǎng)7 d。每天定時定量加入去離子水補充水分，每處理3個重復(fù)。測定冬小麥幼苗的根長和芽長，并統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等指標。

1.3 指標測定和計算 根長：測量從冬小麥根基部至根系最頂端的長度。

芽長：測量從小麥莖基部至苗最頂端的長度。統(tǒng)計冬小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽率指在特定時間和生物環(huán)境內(nèi)生長成正常幼苗的冬小麥種子數(shù)占供試種子總數(shù)的百分比，計算公式為：

發(fā)芽勢指規(guī)定日期內(nèi)的發(fā)芽率。發(fā)芽勢能體現(xiàn)發(fā)芽速率的快慢，是表示種子優(yōu)劣的指標，計算公式為：

式中，Gt為第n天發(fā)芽的種子數(shù)目；Dt為發(fā)芽試驗的時間段，即第n天。

式中，S為種苗生長量（根長）；Gi為發(fā)芽指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2007和SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Cd2+對冬小麥種子萌發(fā)和根系生長的影響

從表1 可以看出，低濃度的Cd2+脅迫（5、10 μmol/L）對冬小麥種子發(fā)芽率和根長影響不明顯。當Cd2+濃度為25、50、100、200和500 μmol/L時，發(fā)芽率較CK分別下降了606%、7.03%、25.54%、58.23%和86.69%；其根長較CK分別下降了20.00%、28.00%、64.00%、88.00%和96.00%，抑制效應(yīng)比較顯著。芽長在Cd2+脅迫時也受到比較明顯的影響，主要表現(xiàn)為芽長變短，當Cd2+濃度為5、10、25、50、100、200和500 μmol/L時，其芽長較CK分別下降了0、21.15%、48.08%、53.85%、75.96%、87.50%和94.23%。試驗表明，Cd2+對冬小麥發(fā)芽率、根長和芽長均表現(xiàn)一定的抑制作用，并且隨著Cd2+濃度的增加抑制效應(yīng)顯著（P<0.05）。

對供試植株的觀察發(fā)現(xiàn)，當Cd2+濃度為200、500 μmol/L時冬小麥受到的破壞嚴重，出現(xiàn)較多的死苗。Cd2+濃度在100 μmol/L時，冬小麥種子萌發(fā)和根系生長雖然受到明顯抑制，但生長基本正常，故篩選出100 μmol/L作為Cd2+脅迫濃度，探討不同濃度的HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥根長和芽長的影響。

2.2 不同濃度HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥根長和芽長的影響

由表2可知，不同濃度的HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥種子根和芽生長的抑制具有較明顯的緩解作用，以HA-Na濃度為50 μmol/L的時緩解作用最大，與CK相比差異顯著（P<0.05）。

2.3 不同濃度HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

由表3可知，當HA-Na濃度低于200 μmol/L時，不同濃度的HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的抑制作用均起到一定的緩解作用。當HA-Na濃度為50 μmol/L時，對Cd2+抑制的緩解作用較強。當HA-Na濃度為500 μmol/L時，反而會降低冬小麥種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，尤其是活力指數(shù)下降較大。試驗表明，較低濃度HA-Na促進冬小麥種子發(fā)芽，較高濃度HA-Na抑制冬小麥種子發(fā)芽。

2.4 不同濃度HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響解作用。隨著HA-Na濃度的增加，冬小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率呈現(xiàn)先緩慢上升又緩慢下降的趨勢。當HA-Na濃度為50 μmol/L時，冬小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率相對較高；當HA-Na濃度達500 μmol/L時，HA-Na對冬小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率表現(xiàn)為相對抑制現(xiàn)象，其原因可能是肥料濃度過高出現(xiàn)肥害。

3 結(jié)論

通過研究不同濃度Cd2+對冬小麥種子萌發(fā)及根系生長的影響可知，重金屬Cd對冬小麥種子萌發(fā)和根系生長總體表現(xiàn)為抑制作用。當Cd2+濃度為100、200 和500 μmol/L時，對冬小麥種子萌發(fā)和根系生長都有明顯抑制作用，但當Cd2+濃度為100 μmol/L時冬小麥生長基本正常且沒有出現(xiàn)大量死苗，故篩選出100 μmol/L作為Cd2+脅迫濃度。不同濃度HA-Na對Cd2+脅迫下冬小麥種子萌發(fā)及根系生長呈現(xiàn)出一定的緩解作用，并且在低濃度時促進生長，高濃度時抑制生長，50 μmol/L為最適的HA-Na濃度。

參考文獻

[1] 肖瑤，蔣宇洲，李迪，等.腐殖酸肥對重茬烤煙光合特性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（34）：4-6，22.

[2] 檀建新，尹君，王文忠，等.鎘對小麥、玉米幼苗生長和生理生化反應(yīng)的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1994，17（S1）：83-87.

[3] 張金彪，黃維南.鎘對植物的生理生態(tài)效應(yīng)的研究進展[J].生態(tài)學(xué)報，2000，20（3）：514-523.

[4] 陳懷滿.我國土壤污染現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及其對策建議[J].土壤學(xué)進展，1990，18（1）：53-56.

[5] 楊穎麗，王文瑞，尤佳，等.Cd2+ 脅迫對小麥種子萌發(fā)、幼苗生長及生理生化特性的影響[J].西北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，48（3）：88-94.

[6] 江海東，周琴，李娜，等.Cd對油菜幼苗生長發(fā)育及生理特性的影響[J].中國油料作物學(xué)報，2006，28（1）：39-43.

[7] 周希琴，吉前華.鉻脅迫下不同品種玉米種子和幼苗的反應(yīng)及其與鉻積累的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（9）：1048-1052.

[8] 高大翔，劉惠芬，劉卉生，等.汞脅迫對小麥種子萌發(fā)、幼苗生長及生理生化特性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（S1）：13-16.

[9] MDOV M.Effect of sodium humate on swelling and germination of winter wheat[J].Biologia plantarum，1962，4（2）：112-118.

[10] GAUR A C，BHARDWAJ K K R.Influence of sodium humate on the crop plants inoculated with bacteria of agricultural importance[J].Plant and soil，1971，35（1）：613-621.

[11] VAN DE VENTER H A，F(xiàn)URTER M，DEKKER J，et al.Stimulation of seedling root growth by coal-derived sodium humate[J].Plant and soil，1991，138（1）：17-21.

[12] 陳玉玲.腐植酸對植物生理活動的影響[J].植物學(xué)通報，2000，17（1）：11-16.