重金屬脅迫對(duì)不同花生種子萌發(fā)及生理的影響

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(呂梁學(xué)院生命科學(xué)系， 山西 離石 033000)

花生有著和堅(jiān)果一樣的功效，能提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。其中水溶性維生素溶解對(duì)人體非常有益?；ㄉ坏敲牢妒称?，也是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白，并且是我國油脂供給的主要資源。

目前我國存在嚴(yán)重的土壤重金屬污染情況，重金屬對(duì)土壤的污染具有不可逆轉(zhuǎn)性，鉛、汞、鎘、鉻和砷已成為全國5種重點(diǎn)重金屬污染物[1-2]。

以四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)等3種花生種子為材料，探究汞、鉛、鉻脅迫對(duì)四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)花生種子萌發(fā)及生理的影響，為進(jìn)一步研究重金屬對(duì)花生種子的毒害機(jī)理和預(yù)防花生種子的早期傷害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

花生種子：四粒紅(吉林)、晉花三號(hào)(山西)、魯花一號(hào)(山東)。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

高錳酸鉀、硝酸鉛、氯化汞、氯化鉻、石英砂、碳酸鈣粉、95%乙醇等均為分析純。

1.3 試驗(yàn)儀器

恒溫光照培養(yǎng)箱、電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 溶液的配置及種子的處理

氯化汞溶液配制0，1，5，10，25，125 mg/L等6個(gè)濃度；硝酸鉛溶液配制0，10，50，100，200，300 mg/L等6個(gè)濃度；氯化鉻溶液配制0，5，10，30，50，100 mg/L等6個(gè)濃度。

分別取各品種花生種子，用3 ‰高錳酸鉀浸泡消毒45 min，50 ℃的熱水浸泡2 h，然后分別用不同濃度汞、鉛、鉻溶液浸潤種子24 h，每處理3次重復(fù)，每重復(fù)25 粒種子[2]。

1.4.2 發(fā)芽過程

按培養(yǎng)皿大小鋪放2層濾紙，放入不同濃度汞、鉛、鉻溶液處理過的各品種種子，置于27 ℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)[3]，每天查看并記錄萌發(fā)情況。以胚根突破種皮，露出白根3 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[4]。

發(fā)芽勢(%)=(前4天內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；發(fā)芽率(%)=(全部發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

圖1 重金屬脅迫下四粒紅的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率和根長

圖2 重金屬脅迫下晉花三號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率和根長

1.4.3 出苗率的測定

當(dāng)四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)花生種子發(fā)芽4 d后 ，從培養(yǎng)皿中移栽到泡沫箱中，將泡沫箱放在有陽光且通風(fēng)的地方，并對(duì)泡沫箱中每個(gè)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記。根據(jù)土的濕潤情況適當(dāng)澆水。以第1片真葉露出地面并展開時(shí)為出苗標(biāo)準(zhǔn)[4]。

出苗率(%)=(前10天正常出苗的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

1.4.4 根長的測量

發(fā)芽過程完成后，在泡沫箱的各個(gè)區(qū)域隨機(jī)取10株，洗掉根部的泥土，測量根長，進(jìn)行3次重復(fù)，求平均值[5]。

1.4.5 葉綠素含量的測定——分光光度計(jì)法

發(fā)芽過程完成后，在泡沫箱的相應(yīng)位置隨機(jī)摘取幼嫩的葉片測定葉綠素含量，每組進(jìn)行3次重復(fù)。葉綠素含量用分光光度計(jì)法進(jìn)行測定[6-8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 汞、鉛、鉻脅迫對(duì)四粒紅花生種子萌發(fā)的影響

從圖1 a可知，汞溶液濃度在0～5 mg/L時(shí)，四粒紅的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；之后就開始降低，根長變細(xì)變短；四粒紅的這4個(gè)指標(biāo)都在5 mg/L時(shí)達(dá)到最大。說明汞脅迫下四粒紅的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

從圖1 b可知，鉛溶液濃度在0～10 mg/L之間時(shí)，四粒紅的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；鉛溶液濃度大于10 mg/L之后就開始降低，根長變細(xì)變短；四粒紅的這4個(gè)指標(biāo)在10 mg/L時(shí)都到最大。說明鉛脅迫下四粒紅的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

從圖1 c可知，鉻溶液濃度在0～10 mg/L之間時(shí)，四粒紅的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；鉻溶液濃度在10～100 mg/L之間時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)呈下降趨勢，根長變細(xì)變短；四粒紅的這4個(gè)指標(biāo)在鉻溶液濃度為10 mg/L時(shí)都達(dá)到最大。說明鉻脅迫下四粒紅的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

2.2 汞、鉛、鉻脅迫對(duì)晉花三號(hào)花生種子萌發(fā)的影響

從圖2 a可知，汞溶液濃度在0～1 mg/L之間時(shí)，晉花三號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；汞溶液濃度大于1 mg/L之后發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率開始降低，根長變細(xì)變短；晉花三號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)在1 mg/L時(shí)都達(dá)到最大。說明汞脅迫下晉花三號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

圖3 重金屬脅迫下魯花一號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率和根長

圖4 重金屬脅迫下四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)的葉綠素含量

從圖2 b可知，鉛溶液濃度在0～10 mg/L之間時(shí)，晉花三號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；鉛溶液濃度大于10 mg/L之后，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率開始降低，根長變細(xì)變短；晉花三號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)在10 mg/L時(shí)都達(dá)到最大。說明鉛脅迫下晉花三號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

從圖2 c可知，鉻溶液濃度在0～5 mg/L之間時(shí)，晉花三號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；鉻溶液濃度大于5 mg/L之后, 發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率開始降低，根長變細(xì)變短；晉花三號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)在5 mg/L時(shí)都達(dá)到最大。說明鉻脅迫下晉花三號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

2.3 汞、鉛、鉻脅迫對(duì)魯花一號(hào)花生種子萌發(fā)的影響

從圖3 a可看出，汞溶液濃度在0～1 mg/L之間時(shí)，魯花一號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率有所升高；汞溶液濃度大于1 mg/L之后, 發(fā)芽勢、發(fā)芽率開始降低；魯花一號(hào)的這2個(gè)指標(biāo)在1 mg/L達(dá)到最大。說明汞脅迫下魯花一號(hào)的這2個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

汞溶液濃度在0～5 mg/L之間時(shí)，魯花一號(hào)的出苗率有所升高，根長變長較粗；汞溶液濃度大于5 mg/L之后，出苗率開始降低，根長變短變細(xì)；魯花一號(hào)的這2個(gè)指標(biāo)在5 mg/L達(dá)到最大。說明汞脅迫下魯花一號(hào)的這2個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

從圖3 b可知，鉛溶液濃度在0～10 mg/L之間時(shí)，魯花一號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；鉛溶液濃度大于10 mg/L之后，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率開始降低，根長變細(xì)變短；魯花一號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)在10 mg/L都達(dá)到最大。說明鉛脅迫下魯花一號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

從圖3 c可知，鉻溶液濃度在0～30 mg/L之間時(shí)，魯花一號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率有所升高，根長變長較粗；鉻溶液濃度大于30 mg/L之后，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、出苗率開始降低，根長變細(xì)變短；魯花一號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)在30 mg/L都達(dá)到最大。說明鉻脅迫下魯花一號(hào)的這4個(gè)指標(biāo)具有相關(guān)性。

2.4 汞、鉛、鉻脅迫對(duì)不同花生種子葉綠素含量的影響

從圖4 a可知，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量分別在汞濃度為5，1，5 mg/L時(shí)最高。四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量分別在汞濃度為0～5 mg/L、0～1 mg/L、0～5 mg/L時(shí)呈上升趨勢，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量分別在汞濃度為5～125 mg/L、1～125 mg/L、5～125 mg/L時(shí)呈下降趨勢。

從圖4 b可知，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量都在鉛濃度為10 mg/L時(shí)最高。鉛濃度在0～10 mg/L之間時(shí)，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量呈上升趨勢，鉛濃度在10～300 mg/L之間時(shí)，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量呈下降趨勢。

從圖4 c可知，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量分別在鉻濃度為10，5，30 mg/L時(shí)最高。四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量分別在鉻濃度為0～10 mg/L、0～5 mg/L、0～30 mg/L時(shí)呈上升趨勢，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)葉綠素總量在鉻濃度為10～100 mg/L、5～100 mg/L、30～100 mg/L時(shí)呈下降趨勢。

3 討 論

本試驗(yàn)中，在不同濃度的汞、鉛、鉻溶液脅迫下四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)的萌發(fā)呈現(xiàn)出促進(jìn)或抑制的作用。在較低濃度時(shí)，3種種子的萌發(fā)及生理比對(duì)照組要高?？赡苁且?yàn)榈蜐舛葧r(shí)，汞、鉛、鉻離子對(duì)酶有刺激，促進(jìn)酶分解種子發(fā)芽所需的物質(zhì)和能量，使發(fā)芽勢和發(fā)芽率增大；而在高濃度時(shí)，汞、鉛、鉻離子對(duì)酶有抑制，分解受阻，抑制四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)萌發(fā)[9]。汞濃度為125 mg/L時(shí)晉花三號(hào)的根沒有出苗，這一現(xiàn)象可能是因?yàn)闀x花三號(hào)相對(duì)于四粒紅、魯花一號(hào)對(duì)汞的抵抗能力弱，再加上汞的毒性較大[10-12]而導(dǎo)致的。而對(duì)于葉綠素含量的測定，可能是因?yàn)橹亟饘匐x子與相關(guān)酶作用，促進(jìn)葉綠素合成或分解，保護(hù)或破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，使葉綠素含量增加或降低[13]。在汞脅迫下，四粒紅、晉花3號(hào)和魯花一號(hào)的葉綠素含量在5，1，5 mg/L時(shí)達(dá)到最大；在鉛脅迫下，3種品種的葉綠素含量均在10 mg/L時(shí)最大；在鉻脅迫下，四粒紅、晉花3號(hào)和魯花一號(hào)的葉綠素含量在10，5，30 mg/L時(shí)達(dá)到最大。

4 結(jié) 論

通過本試驗(yàn)確定了汞、鉛、鉻脅迫對(duì)四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)萌發(fā)及生理的影響。結(jié)果表明，1～5 mg/L汞脅迫對(duì)四粒紅的萌發(fā)及生理有一定的促進(jìn)作用，四粒紅的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、葉綠素含量在5 mg/L時(shí)達(dá)到最大；汞濃度為0～1 mg/L對(duì)晉花三號(hào)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、出苗率、葉綠素含量有一定的促進(jìn)作用，在1 mg/L時(shí)達(dá)到最大值。汞濃度為0～1 mg/L時(shí)，魯花一號(hào)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢呈上升趨勢，在1 mg/L時(shí)最大，汞濃度為0～5 mg/L時(shí)，魯花一號(hào)的出苗率、根長、葉綠素含量呈上升趨勢，在5 mg/L時(shí)最大。鉛脅迫下四粒紅的5個(gè)指標(biāo)在0～10 mg/L濃度范圍內(nèi)呈上升趨勢，濃度為10 mg/L時(shí)達(dá)到最大值；晉花三號(hào)的萌發(fā)和生理在10 mg/L時(shí)最佳；魯花一號(hào)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、出苗率和葉綠素含量在10 mg/L時(shí)最佳。鉻脅迫下四粒紅的萌發(fā)及生理在5～10 mg/L濃度范圍內(nèi)與對(duì)照組相比較好；鉻脅迫下晉花三號(hào)的萌發(fā)及生理在5 mg/L時(shí)最佳，鉻脅迫下魯花一號(hào)的萌發(fā)及生理在5～30 mg/L之間有一定的促進(jìn)作用。因此得出，四粒紅、晉花三號(hào)、魯花一號(hào)在低濃度的汞、鉛、鉻溶液脅迫下有較好的萌發(fā)。