鎘、鉛單一及復(fù)合污染對(duì)黑麥草種子萌發(fā)特征的影響

洪燕 楊寧寧 周粉 張軍

摘要：文章以黑麥草種子作為研究對(duì)象，采用水培法研究了不同濃度的鎘、鉛單一及其復(fù)合污染對(duì)黑麥草種子根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)的影響，為超富集植物種子的篩選、重金屬污染治理等提供依據(jù)。結(jié)果表明：?jiǎn)我恢亟饘傥廴鞠拢邴湶莘N子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照組無明顯差異，不同處理中，隨著濃度的升高對(duì)黑麥草芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的抑制作用增加;復(fù)合污染條件下，當(dāng)Cd2+/Pb2+復(fù)合濃度小于（2+20） mg/L時(shí)，重金屬對(duì)黑麥草芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，反之則抑制黑麥草的生長(zhǎng)，對(duì)照組與Cd2+/Pb2+復(fù)合濃度為（2+20）mg/L無顯著差異，與其他各組間存在顯著差異（p<0.05）。

Abstract： Taking ryegrass seeds as the research object， the effects of single and combined pollution of cadmium and lead at different concentrations on root length， bud length， germination rate and germination potential of ryegrass seeds were studied by hydroponics， which provided the basis for the selection of super-enriched plant seeds and the treatment of heavy metal pollution. The results showed that under single heavy metal pollution， the germination rate and germination potential of ryegrass seeds were not significantly different from those of the control group. In different treatments， the inhibition of ryegrass germination length and root length increased with the increase of concentration. Under compound pollution conditions， when the combined concentration of Cd2+/Pb2+ was less than （2+20） mg/L， heavy metal promoted the growth of ryegrass germination length and root length， and vice versa， inhibited the growth of ryegrass. There was no significant difference in ryegrass growth between control group and Cd 2+/Pb 2+ compound concentration of （2+20 ）mg/L， but there was significant difference between control group and other groups （p < 0.05）.

關(guān)鍵詞：鎘;鉛;黑麥草;萌發(fā)特征

Key words： cadmium;plumbum;perennial ryegrass;germination characteristics

中圖分類號(hào)：Q945.78 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）15-0154-04

0 ?引言

隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，造成了許多環(huán)境問題，其中重金屬污染已成為污染面積最大、危害最大的環(huán)境問題之一[1-2]，工業(yè)廢水未達(dá)標(biāo)排放、污水灌溉、汽車廢氣排放等造成的土壤重金屬污染也日益嚴(yán)重;重金屬污染不僅能夠引起土壤組成、結(jié)構(gòu)和功能的變化，還能夠抑制植物根系生長(zhǎng)和光合作用，對(duì)人和動(dòng)物造成一定的毒害[3-4]，造成了嚴(yán)重的生態(tài)問題;并且土壤重金屬污染具有隱蔽性和不可逆性。鎘作為一種毒性重金屬污染物，對(duì)植物的生長(zhǎng)有抑制作用。鉛是人體的非必需元素，在土壤中不被降解且難去除，對(duì)植物會(huì)產(chǎn)生較大的毒害性。目前，重金屬復(fù)合污染問題普遍，鎘鉛復(fù)合污染更是受到國(guó)內(nèi)外專家的重視[5-6]。

因此，有許多學(xué)者致力于土壤重金屬修復(fù)的研究，為我國(guó)土壤重金屬治理提供依據(jù)。丁園等研究了銅、鋅、鎘對(duì)黑麥草種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)單一條件下當(dāng)重金屬達(dá)到一定濃度時(shí)對(duì)黑麥草的根長(zhǎng)有明顯的抑制作用，與對(duì)照組存在明顯差異;復(fù)合條件下，銅和鋅有明顯的交互作用，鎘會(huì)加劇脅迫作用[7]。余小軍等[8]研究了銅、鎘、鉛對(duì)7種豆科種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，李富榮等[9]研究了重金屬污染對(duì)11個(gè)空心菜品種種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)效應(yīng)的影響，這些研究對(duì)比植物對(duì)重金屬的耐性，都篩選出能夠吸附土壤重金屬的植物。然而，諸多研究均是針對(duì)單一重金屬元素污染情況下植物的反應(yīng)差異，但對(duì)研究鎘、鉛單一及復(fù)合條件下對(duì)黑麥草萌發(fā)影響的研究少見報(bào)道。黑麥草作為1年生禾本科單子葉植物，是中國(guó)種植較普遍的優(yōu)質(zhì)牧草和各地常用的優(yōu)質(zhì)草坪草[10]，也是一種潛在的超富集植物[11]。因此，本試驗(yàn)研究鎘、鉛單一及復(fù)合污染對(duì)黑麥草種子萌發(fā)特征的影響，比較鎘、鉛單一污染及鎘鉛復(fù)合污染對(duì)黑麥草萌發(fā)特征的影響及其顯著性差異，為土壤重金屬修復(fù)提供科學(xué)性參考和依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 材料

供試種子是黑麥草種子，試驗(yàn)時(shí)挑選顆粒飽滿、大小相當(dāng)?shù)姆N子，用70%的乙醇溶液浸泡90秒，去掉浮起的種子，試驗(yàn)室晾8h。取大小、規(guī)格一致的培養(yǎng)皿若干個(gè)清洗干凈，晾干備用。試驗(yàn)所用重金屬試劑 Pb（NO3）2和Cd（NO3）2均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

將 Pb（NO3）2和Cd（NO3）2按表1試驗(yàn)中各處理重金屬元素濃度，以去離子水做對(duì)照，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)13個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共39個(gè)樣。試驗(yàn)期間黑麥草種子放在培養(yǎng)皿中，置于生化恒溫培養(yǎng)箱中培育，均勻擺放，在光照條件下進(jìn)行發(fā)芽，每天噴5mL去離子水（以5mL為輔，以培養(yǎng)皿內(nèi)干濕程度[12，3]為準(zhǔn)，干燥多添加1-2mL，濕潤(rùn)少添加1-2mL），保證培養(yǎng)皿內(nèi)濕潤(rùn)種子正常發(fā)育。試驗(yàn)于2017年11月15日開始進(jìn)行，每天觀測(cè)黑麥草種子發(fā)芽狀況、記錄發(fā)芽數(shù);7d后收取，測(cè)量并記錄每根黑麥草幼苗根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)。

1.3 分析方法

①發(fā)芽指標(biāo)計(jì)算方法如下：

發(fā)芽率（%）=（7d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽勢(shì)（%）=（萌發(fā)前3d發(fā)芽數(shù)之和/供試種子數(shù)）×100%

②采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 22.0做多重比較方差分析（P<0.05）。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 Cd2+對(duì)黑麥草根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響

實(shí)驗(yàn)中Cd2+濃度為1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L，以去離子水為對(duì)照組。圖1（a）反映出隨著Cd2+濃度不斷升高，黑麥草種子的芽長(zhǎng)不斷降低，當(dāng)Cd2+濃度為1mg/L與對(duì)照組無明顯差異，Cd2+濃度為2mg/L、5mg/L、10mg/L與對(duì)照組存在明顯差異，且各個(gè)濃度間也有一定的差異。圖1（b）中根長(zhǎng)隨Cd2+濃度升高抑制作用明顯，各濃度之間存在明顯差異，與對(duì)照組也存在明顯差異;圖1（c）中4種Cd2+濃度下黑麥草種子的發(fā)芽率均大于85%，且與對(duì)照組無顯著差異，說明Cd2+濃度小于10mg/L時(shí)，對(duì)黑麥草發(fā)芽率沒有顯著影響;圖1（d）中，對(duì)照組與10mg/L Cd2+濃度下有明顯差異。實(shí)驗(yàn)表明：重金屬Cd對(duì)黑麥草的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)生長(zhǎng)有一定的抑制作用，且濃度越高對(duì)黑麥草生長(zhǎng)的抑制作用越明顯;在利用黑麥草修復(fù)單一鎘污染的土壤時(shí)，避免修復(fù)過高濃度的土壤而導(dǎo)致黑麥草種子只能發(fā)芽而不能生長(zhǎng)，影響修復(fù)結(jié)果。

2.2 Pb2+對(duì)黑麥草根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響

試驗(yàn)選用的 Pb2+濃度分別為10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L，以去離子水為空白對(duì)照試驗(yàn)。從整體來看，Pb2+對(duì)黑麥草在低濃度下生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，超過一定濃度后具有抑制作用，對(duì)根長(zhǎng)具有抑制作用，但試驗(yàn)中所設(shè)置的Pb2+濃度對(duì)黑麥草的發(fā)芽率并無顯著影響。圖2（a）中可以看出，各個(gè)試驗(yàn)組之間存在顯著差異，Pb2+濃度較低時(shí)，對(duì)芽長(zhǎng)生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，當(dāng)濃度不斷升高，會(huì)對(duì)芽長(zhǎng)生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制;在圖2（b）中，Pb2+濃度為10mg/L時(shí)，與對(duì)照組之間并無明顯差異，Pb2+濃度為20mg/L、50mg/L、100mg/L時(shí)，與對(duì)照組和10mg/L組之間存在了顯著性差異，Pb2+對(duì)根長(zhǎng)生長(zhǎng)起抑制作用;圖2（a）和圖2（b）相對(duì)Pb2+對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用比對(duì)芽長(zhǎng)的抑制作用更加明顯。而圖2（c）中，各試驗(yàn)組之間沒有明顯差異，發(fā)芽率均達(dá)到85%以上，所以Pb2+對(duì)種子的發(fā)芽率并無顯著影響，圖2（d）中隨Pb2+濃度升高對(duì)黑麥草的發(fā)芽勢(shì)無顯著影響，與對(duì)照組無明顯差異。實(shí)驗(yàn)表明：重金屬鉛對(duì)黑麥草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響與對(duì)照組無顯著差異，但對(duì)其芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的影響與對(duì)照組有顯著差異，表現(xiàn)為濃度越高抑制作用越明顯。在黑麥草修復(fù)單一鉛污染的土壤時(shí)，可利用芽的生長(zhǎng)比根快，割去黑麥草來提高修復(fù)效率。

2.3 Cd2+/Pb2+復(fù)合對(duì)黑麥草根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響

試驗(yàn)用Cd2+/Pb2+復(fù)合濃度為（1+10） mg/L、（2+20）mg/L、（5+50）mg/L、（10+100）mg/L處理，以去離子水為對(duì)照組。圖3（a）中黑麥草芽長(zhǎng)隨著Cd2+/Pb2+濃度升高而降低，且各濃度之間有明顯顯著性差異，但（2+20）mg/L的Cd2+/Pb2+復(fù)合濃度與對(duì)照組無明顯差異，圖3（b）中，黑麥草根長(zhǎng)隨Cd2+/Pb2+濃度而受到抑制，各組之間有明顯差異，但（2+20）mg/L的Cd2+/Pb2+濃度與對(duì)照組無明顯差異，說明低濃度（<2+20mg/L）的Cd2+/Pb2+對(duì)黑麥草芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，高過此濃度則抑制芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)生長(zhǎng);圖3（c）中各個(gè)濃度的發(fā)芽率均在85%以上，且與對(duì)照組無明顯差異。圖3（d）黑麥草前三天的發(fā)芽勢(shì)均在50%以上，與對(duì)照組無明顯差異。試驗(yàn)表明：鎘鉛復(fù)合污染對(duì)黑麥草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照組相比無顯著差異，對(duì)黑麥草的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的生長(zhǎng)情況表現(xiàn)為低促高抑。在修復(fù)復(fù)合污染的土壤時(shí)，可以用被修復(fù)的土壤培養(yǎng)至幼苗，然后進(jìn)行移植，從而達(dá)到修復(fù)土壤污染的效果。

3 ?結(jié)論

①鎘、鉛單一重金屬污染下，黑麥草種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照組無明顯差異，不同處理中，隨著濃度的升高對(duì)黑麥草芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的抑制作用增加;②鎘、鉛復(fù)合污染條件下，當(dāng)Cd2+/Pb2+復(fù)合濃度小于（2+20）mg/L時(shí)，重金屬對(duì)黑麥草芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，相反的條件下則抑制黑麥草的生長(zhǎng)，對(duì)照組與Cd2+/Pb2+（2+20）mg/L無顯著差異，與其他各組間存在顯著差異。

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