Cd脅迫對(duì)不同類型甜瓜種子萌發(fā)的影響

孔維萍，程 鴻，岳宏忠

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，甘肅 蘭州 730070）

由于經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，隨之而來環(huán)境重金屬污染也越來越嚴(yán)重。鎘（Cd）作為毒性較強(qiáng)的重金屬之一，其在土壤中的殘留以及對(duì)農(nóng)作物的毒害機(jī)理等方面的研究越來越受到重視［1-2］。Cd通過生長介質(zhì)被植物吸收后，對(duì)植物各器官組織產(chǎn)生不可逆的損傷。以白蘭瓜為主的甜瓜是甘肅省特色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物之一，初步調(diào)查顯示，甘肅部分甜瓜產(chǎn)區(qū)的土壤及水體受到不同程度的Cd污染［3］。我們研究了Cd脅迫對(duì)不同類型甜瓜種子萌發(fā)的影響，旨在探討Cd對(duì)甜瓜的毒害效應(yīng)，為Cd對(duì)甜瓜毒害機(jī)理研究、選育抗耐Cd新品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取厚皮、薄皮、野生3種類型甜瓜種子為試材。厚皮甜瓜品系為16H80，薄皮甜瓜品系為16C28，野生甜瓜品系為16Y30，均為自選單系材料。試驗(yàn)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

挑選飽滿種子，55℃溫湯浸種10 min，置于底部鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿30粒種子。培養(yǎng)皿中加2mL相應(yīng)質(zhì)量濃度的Cd溶液，Cd溶液質(zhì)量濃度依次為 0、1、5、10、20、40、 100、200 mg/L。3次重復(fù)。每天定量補(bǔ)充處理液以保持濾紙濕潤，置于30℃暗箱培養(yǎng)，觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)芽情況。

發(fā)芽率=（全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%

芽長：處理7 d后，取10粒萌發(fā)種子測量莖基部到頂芽的長度。

根長：處理7 d后，取10粒萌發(fā)種子測量基部至根系最尖端的長度。

鮮重：每處理隨機(jī)取10粒萌發(fā)種子，處理7 d后用濾紙洗干凈發(fā)芽種子上的殘留處理液，稱重（包括芽和初生根）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度Cd脅迫對(duì)甜瓜種子發(fā)芽率的影響

不同濃度Cd脅迫3 d后，對(duì)照（Cd 0 mg/L）薄皮甜瓜的種子發(fā)芽率達(dá)到95%；野生甜瓜種子發(fā)芽率僅為43%，約為厚皮甜瓜發(fā)芽率的一半。這可能主要是各參試材料種子本身特性所致，野生甜瓜種子小且種殼較厚，厚皮甜瓜種子大而飽滿，薄皮甜瓜種子大小介于二者之間。Cd質(zhì)量濃度為1 mg/L時(shí)，與對(duì)照相比，厚皮甜瓜發(fā)芽率提升約15%；而野生甜瓜基本與對(duì)照持平，薄皮甜瓜略有下降。而后隨著Cd質(zhì)量濃度不斷增加，厚皮甜瓜種子發(fā)芽率基本穩(wěn)定在70%左右；薄皮甜瓜和野生甜瓜種子發(fā)芽率均下降，在Cd質(zhì)量濃度達(dá)最大值200 mg/L時(shí)，二者的發(fā)芽率較對(duì)照下降約40%，其中野生甜瓜種子發(fā)芽率最低，僅為3.3%（圖1）。

圖1 Cd脅迫3 d的甜瓜種子發(fā)芽率

不同濃度Cd脅迫不同類型甜瓜種子7 d后，Cd質(zhì)量濃度≤50 mg/L時(shí)，Cd對(duì)甜瓜種子萌發(fā)沒有明顯影響，3類甜瓜種子發(fā)芽率均保持在95%以上。而后隨Cd質(zhì)量濃度的增加，種子發(fā)芽率明顯下降，尤其野生甜瓜種子發(fā)芽率下降最明顯，在200 mg/L的Cd質(zhì)量濃度下，發(fā)芽率僅為6.7%，野生甜瓜在Cd質(zhì)量濃度50～100 mg/L下降幅最大。厚皮甜瓜和薄皮甜瓜種子芽率仍保持在65%以上（圖 2）。

圖2 Cd脅迫7 d的甜瓜種子發(fā)芽率

2.2 Cd脅迫對(duì)甜瓜種子芽長和初生根長度的影響

不同Cd質(zhì)量濃度脅迫7 d后的結(jié)果表明，低濃度Cd脅迫對(duì)甜瓜種子萌發(fā)芽長有一定的促進(jìn)作用，Cd質(zhì)量濃度為1 mg/L時(shí)，薄皮甜瓜和野生甜瓜芽長均明顯優(yōu)于對(duì)照。厚皮甜瓜萌發(fā)芽長在Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)達(dá)最大值。隨Cd處理質(zhì)量濃度繼續(xù)變大，參試甜瓜種子的萌發(fā)芽長均呈下降趨勢(shì)，尤其野生甜瓜降幅最大，200 mg/L的Cd質(zhì)量濃度下芽長僅為對(duì)照的8%。Cd質(zhì)量濃度≥50 mg/L時(shí)，厚皮甜瓜種子萌發(fā)芽長優(yōu)于其它參試材料，野生甜瓜最?。▓D3）。

圖3 不同濃度Cd脅迫下萌發(fā)甜瓜種子初生根長

Cd對(duì)甜瓜種子初生根呈明顯的抑制作用，且Cd脅迫對(duì)甜瓜種子初生根生長的抑制強(qiáng)于萌發(fā)芽長，高質(zhì)量濃度Cd脅迫下容易產(chǎn)生“無根苗”。1 mg/L的Cd質(zhì)量濃度下，野生甜瓜和薄皮甜瓜初生根長相比對(duì)照略有提升，而后隨Cd質(zhì)量濃度增加，初生根長也相應(yīng)下降，野生材料最為顯著，在高質(zhì)量濃度（Cd≥100 mg/L）Cd脅迫下基本不能正常生成初生根。薄皮甜瓜對(duì)Cd脅迫也比較敏感，初生根在Cd≤50 mg/L時(shí)初生根長降幅較大。厚皮甜瓜初生根長隨Cd質(zhì)量濃度增加一直下降，但其耐受性明顯高于其它參試材料（圖4）。

圖4 不同濃度Cd脅迫下萌發(fā)甜瓜種子根長

2.3 Cd脅迫對(duì)萌發(fā)甜瓜種子萌發(fā)鮮重的影響

Cd脅迫下甜瓜種子萌發(fā)鮮重較其它檢測指標(biāo)穩(wěn)定。低質(zhì)量濃度Cd能有效提升甜瓜種子萌發(fā)鮮重，厚皮甜瓜在Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)鮮重達(dá)最大值，是對(duì)照的1.35倍。而后隨Cd質(zhì)量濃度增加萌發(fā)種子鮮重緩慢下降，薄皮甜瓜種子萌發(fā)鮮重在Cd≤25 mg/L時(shí)降幅較大，而后也呈緩慢下降趨勢(shì)。野生甜瓜在Cd質(zhì)量濃度為1 mg/L時(shí)萌發(fā)種子鮮重稍有提升，而后隨Cd濃度增加緩慢下降。3種類型甜瓜種子的萌發(fā)鮮重隨Cd濃度提升變化不大（圖5）。

圖5 不同濃度Cd脅迫下萌發(fā)甜瓜種子鮮重

3 小結(jié)與討論

以薄皮、厚皮及野生3種類型甜瓜種子為試材，研究了不同濃度鎘（Cd）脅迫下甜瓜種子萌發(fā)差異。結(jié)果表明，Cd質(zhì)量濃度≤50 mg/L時(shí)，對(duì)甜瓜種子發(fā)芽率沒有明顯影響。野生甜瓜種子對(duì)Cd脅迫最敏感，在200 mg/L的Cd脅迫下發(fā)芽率僅為6.7%；高質(zhì)量濃度Cd脅迫下甜瓜種子胚根不能正常伸長，易產(chǎn)生無根苗。所有參試材料的初生根長度均隨Cd質(zhì)量濃度增加而下降，而芽長均隨Cd質(zhì)量濃度的增加均先升后降。Cd質(zhì)量濃度≥50 mg/L時(shí)，初生根長和芽長的降幅較大。各甜瓜種子萌發(fā)鮮重對(duì)Cd脅迫相對(duì)比較穩(wěn)定?？傮w而言，Cd質(zhì)量濃度越大，對(duì)甜瓜種子萌發(fā)的抑制作用越強(qiáng)。Cd對(duì)甜瓜種子萌發(fā)的抑制作用因品種而異，所測各項(xiàng)指標(biāo)均呈現(xiàn)厚皮甜瓜耐受性最高，野生甜瓜最低，薄皮甜瓜居中的趨勢(shì)。

重金屬Cd有很強(qiáng)的植物毒性，對(duì)植物種子、幼苗、成株期以及果實(shí)生長都有不同程度毒害作用。Cd對(duì)植物種子的萌發(fā)指標(biāo)的影響一般表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高質(zhì)量濃度抑制的規(guī)律［4-5］，且同一物種的不同品種受Cd脅迫效應(yīng)不同［6-7］。這與本研究結(jié)果相類似。

杜天慶等［8］對(duì)Cd脅迫小麥的研究、杜蘭芳等［4］對(duì)Cd脅迫豌豆種子的研究均得出，Cd對(duì)幼苗根生長的抑制作用大于莖。原因在于植物根系是吸收Cd的重要部位，直接與重金屬環(huán)境接觸，最先受到重金屬的毒害使根系活力下降，從而抑制了重金屬由根系上地上部轉(zhuǎn)移。本試驗(yàn)中，高濃度Cd對(duì)甜瓜種子初生根的抑制強(qiáng)于萌發(fā)芽長，且在高濃度Cd處理下基本不能形成初生根，尤其野生甜瓜種子基本不能正常發(fā)芽。分析原因，可能是由于野生甜瓜種子小且殼較厚，發(fā)芽時(shí)間較長，發(fā)芽過程中吸收的Cd較多，受Cd毒害較嚴(yán)重。而厚皮甜瓜種子大而飽滿，其發(fā)芽勢(shì)明顯強(qiáng)于其它材料，能在短時(shí)間（2～3 d）萌發(fā)，其吸收的Cd也相應(yīng)減少。

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