黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性比較

張加強(qiáng)，史小華

(浙江省蕭山棉麻研究所，浙江 杭州 311202)

黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性比較

張加強(qiáng)，史小華

(浙江省蕭山棉麻研究所，浙江 杭州 311202)

通過(guò)發(fā)芽試驗(yàn)探討不同濃度鎘脅迫對(duì)黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)的影響，旨在明晰黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性強(qiáng)弱。結(jié)果表明：黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量均隨鎘濃度的升高而下降；低濃度鎘脅迫對(duì)發(fā)芽的抑制作用不明顯，高濃度鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻種子萌發(fā)和生物量積累。采用隸屬函數(shù)法對(duì)參試材料種子萌發(fā)期的耐鎘性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，耐鎘性的強(qiáng)弱順序?yàn)閬喡?芥菜>黃麻。

鎘脅迫； 亞麻； 種子萌發(fā)； 隸屬函數(shù)

鎘(Cd)是植物的非必需有毒元素。近年來(lái)，由于工業(yè)廢液、廢水和廢渣的無(wú)序排放及化肥的過(guò)量施用，導(dǎo)致杭州市城市土壤中重金屬有不同程度的積累，部分地區(qū)的蔬菜種植地土壤重金屬含量已超過(guò)自然背景值[1-4]。土壤中的鎘極易被植物吸收，而吸收的鎘大部分累積在根、莖和葉中，一部分會(huì)轉(zhuǎn)移到籽粒或果實(shí)中，最終通過(guò)生物鏈進(jìn)入人體，危害人類健康[5]。由于鎘污染具有毒性強(qiáng)且持久、移動(dòng)性大及不可逆性等特點(diǎn)，使得鎘污染土壤的治理和修復(fù)成為亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。其中，篩選超富集植物是植物修復(fù)的一種行之有效的方法[6]。黃麻和亞麻作為非食用的纖維作物，生長(zhǎng)速度較快，同時(shí)，具有較大的生物量和較強(qiáng)的富集土壤中重金屬Cd等特性，是較理想的修復(fù)植物[7-8]。黃麻和亞麻是杭州市傳統(tǒng)作物，芥菜是傳統(tǒng)蔬菜之一，杭州市各地也有利用冬閑田種植芥菜的習(xí)慣。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于重金屬污染對(duì)植物的毒害作用，主要以單一植物為研究對(duì)象，而以多種植物種類為對(duì)象的研究報(bào)道較少。種子萌發(fā)是植物生活周期的起點(diǎn)，同時(shí)也是植物感受外界環(huán)境變化的最初階段，是評(píng)價(jià)植物鎘耐性的重要階段之一[9]。本研究通過(guò)比較黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)對(duì)不同濃度鎘處理的響應(yīng)，并利用隸屬函數(shù)方法評(píng)價(jià)其綜合耐鎘性，以期為重金屬污染土壤的植物修復(fù)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 種子萌發(fā)與脅迫處理

供試材料黃麻(CorchorusolitoriusL.)、亞麻(LinumusitatissimumL.)及芥菜(Brassicajunceavar.multicepsTsen et Lee)種子材料均由浙江省蕭山棉麻研究所經(jīng)濟(jì)作物研究室提供。選大小均勻一致、籽粒飽滿的供試黃麻、亞麻及芥菜種子，先用70%乙醇消毒5 min，再用蒸餾水沖洗3次。每培養(yǎng)皿底襯2層濾紙做發(fā)芽床，每皿放置50粒供試黃麻、亞麻及芥菜種子，對(duì)照為蒸餾水，分別加入20、80、160、320、400和800 mg·L-1的Cd2+溶液，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱發(fā)芽7 d，發(fā)芽期間及時(shí)補(bǔ)充處理液。

1.2 耐鎘指標(biāo)計(jì)算

每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，種子發(fā)芽以胚芽長(zhǎng)達(dá)到種子長(zhǎng)度1/2為標(biāo)準(zhǔn)。并在發(fā)芽的第7天，每皿隨機(jī)選取5株幼苗，測(cè)量其鮮質(zhì)量，取平均值。計(jì)算公式如下：發(fā)芽勢(shì)=第3天的發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100；相對(duì)發(fā)芽勢(shì)=各個(gè)處理的發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照的發(fā)芽勢(shì)×100；發(fā)芽率=第7天的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100；相對(duì)發(fā)芽率=各個(gè)處理的發(fā)芽率/對(duì)照的發(fā)芽率×100；活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×根芽鮮質(zhì)量；發(fā)芽指數(shù)=ΣGt/Dt(式中：Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))。

1.3 耐鎘綜合評(píng)價(jià)

應(yīng)用隸屬函數(shù)法對(duì)黃麻、亞麻及芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。先利用公式u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1，2，3，…，n；計(jì)算每份材料的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量在不同鎘脅迫下的具體隸屬函數(shù)值。式中Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)，Xmax表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值，Xmin表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值，然后把每一指標(biāo)在不同鎘脅迫下的隸屬值累加求平均值，最后把每份材料各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加求平均值，根據(jù)各材料平均隸屬函數(shù)大小進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行處理和作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

如圖1所示，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢(shì)均隨鎘濃度的升高而降低。當(dāng)鎘濃度低于80 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)降低的幅度較?。划?dāng)鎘濃度高于400 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)迅速降低；當(dāng)鎘濃度為800 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽勢(shì)僅為3.3%、10.0%和3.3%。發(fā)芽率下降規(guī)律及趨勢(shì)基本與發(fā)芽勢(shì)一致，表明鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽，鎘濃度越高，對(duì)黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的抑制程度越高。

圖1 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率

2.2 對(duì)相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率的影響

如圖2所示，隨著鎘脅迫的加劇，黃麻、芥菜和亞麻的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率均呈顯著下降趨勢(shì)。當(dāng)鎘濃度為20 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)分為87.5%、90.0%和94.7%；鎘濃度增加至800 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)僅為6.3%、15.0%和5.3%。由圖2還可以看出，當(dāng)鎘濃度為800 mg·L-1時(shí)，黃麻的相對(duì)發(fā)芽率最高，芥菜的相對(duì)發(fā)芽率最低。

圖2 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率的變化

2.3 對(duì)發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是發(fā)芽率指標(biāo)的細(xì)化和深化，它放大了種子活力的特征。如圖3所示，隨著鎘脅迫濃度的增加，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽指數(shù)均出現(xiàn)了不同程度的下降。與對(duì)照相比，當(dāng)鎘濃度為800 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽指數(shù)下降了79.7%，86.5%和88.2%。

活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合反映，是衡量種子活力的指標(biāo)。由圖3可知，在對(duì)照組中，亞麻種子的活力指數(shù)最大，芥菜次之，黃麻活力指數(shù)最小；當(dāng)鎘濃度為800 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻活力指數(shù)的強(qiáng)弱為亞麻>黃麻>芥菜。

2.4 對(duì)生物量的影響

生物量更能準(zhǔn)確反映植物對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)。如圖4所示，高濃度鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻生物量的積累，而低濃度鎘脅迫對(duì)黃麻、芥菜和亞麻生物量的影響不明顯。當(dāng)鎘濃度為800 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻生物量的大小表現(xiàn)為亞麻>黃麻>芥菜。

2.5 耐鎘性綜合評(píng)價(jià)

在植物耐鎘性評(píng)價(jià)中，僅以相對(duì)發(fā)芽率或生物量等單一指標(biāo)不能全面有效地反應(yīng)作物萌發(fā)期的耐鎘性。當(dāng)鎘濃度為800 mg·L-1時(shí)，黃麻、芥菜和亞麻的相對(duì)發(fā)芽率為黃麻>亞麻>芥菜，而生物量為亞麻>黃麻>芥菜，表現(xiàn)出排序不一致的現(xiàn)象。為了消除個(gè)別指標(biāo)帶來(lái)的片面性，我們用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)黃麻、芥菜和亞麻種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，得到黃麻、芥菜和亞麻的隸屬函數(shù)總平均值(表1)。由表1可知，在種子萌發(fā)期，亞麻的耐鎘性隸屬函數(shù)總平均值最高，其次為芥菜，黃麻最低。

圖3 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化

圖4 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻生物量的變化

表1 種子萌發(fā)期耐鎘性各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值

3 小結(jié)

綜上所述，隨著鎘脅迫濃度的增加，黃麻、芥菜和亞麻的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和生物量均出現(xiàn)了不同程度的下降。低濃度鎘脅迫對(duì)黃麻、芥菜和亞麻發(fā)芽和生物量的影響不明顯，高濃度鎘脅迫的抑制作用較顯著。黃麻、芥菜和亞麻對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)存在明顯差異，根據(jù)隸屬函數(shù)值計(jì)算，得出種子萌發(fā)期耐鎘脅迫的隸屬函數(shù)總平均值，耐鎘的強(qiáng)弱順序?yàn)閬喡?芥菜>黃麻。同時(shí)，亞麻為非食用纖維作物，既可以避免鎘通過(guò)食物鏈對(duì)人體造成傷害，又可以獲得較理想的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在鎘污染土壤嚴(yán)重的地區(qū)種植亞麻是植物修復(fù)理想的首選對(duì)象[7,10-11]。亞麻在種子萌發(fā)期耐鎘生理原因則有待于進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯：侯春曉)

2017-09-05

杭州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20140432B39)

張加強(qiáng)(1981—)，男，浙江杭州人，助理研究員，博士，從事麻類、花卉育種、栽培及分子生物學(xué)研究工作，E-mail: zhangqiang414@126.com。

文獻(xiàn)著錄格式：張加強(qiáng)，史小華. 黃麻、亞麻和芥菜種子萌發(fā)期的耐鎘性比較[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(11)：2019-2021.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171146

S563；S637

A

0528-9017(2017)11-2019-03