重金屬離子Zn2+和Cu2+脅迫對白三葉種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

鄭文杰　潘清青　童旭峰　潘麗芹

摘要采用不同濃度的Zn2+.Cu2+溶液處理白三葉種子，研究Zn2+、Cu2*對白三葉種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，旨在為白三葉在Zn2+.Cu2+污染土壤中的種植適宜性提供參考。結(jié)果表明，當Zn2*濃度達到125mg/L、Cu2+濃度為60mg/L及以上時，白三葉種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢均受到顯著抑制，對發(fā)芽指數(shù)無明顯影響，但卻顯著影響種子的活力指數(shù)，并顯著抑制了幼苗胚根、胚芽以及生物量的增加，且濃度越高抑制作用越明顯，對胚根的抑制作用明顯強于胚芽;白三葉種子萌發(fā)和幼苗生長對Zn2+的耐受力大于Cu2+，不適宜在Zn2+濃度達125mg/L及以上的土壤中種植，而Cu2+污染的限制濃度為60mg/L、且250mg/L可認為是白三葉幼苗的致死劑量。

關(guān)鍵詞 Zn2*;Cu2*;白三葉;脅迫;重金屬離子

中圖分類號 S762.2

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）07-0121-02

近年來，土壤重金屬污染問題日益嚴重”。在我國，有1/6左右叫的耕地土壤受到重金屬污染。重金屬污染因?qū)ν寥赖挠绊懗掷m(xù)時間長、污染隱蔽以及不可逆性等原因而被人們廣為關(guān)注。土壤中的重金屬嚴重影響著植物的生長、發(fā)育、生理生化及礦質(zhì)營養(yǎng)代謝過程B-61。Zn2+、Cu2+是植物體內(nèi)不可或缺的微量元素之-7-8，而過量的Zn2+、Cu2會對植物生長產(chǎn)生危害，同時，經(jīng)食物鏈富集于人體當中，會擾亂人體的正常機能和新陳代謝，甚至導致重金屬中毒。白三葉（Trifolium?repens）又名白車軸草，為多年生草本植物，其植株低矮抗逆性強、適應性廣、再生性好，可有效防止水土流失，被廣泛應用于城市綠化和水土保持。目前，對白三葉的研究多為從生理生態(tài)角度研究其對環(huán)境脅迫的耐性19-10]，而白三葉對重金屬脅迫的響應則研究甚少。因此，重金屬脅迫對白三葉生理生態(tài)的影響具有一定的研究價值。本研究以白三葉種子為研究材料，模擬不同濃度的Zn2+Cu2+脅迫，探討Zn2+、Cu2對白三葉種子萌發(fā)的影響，旨在為白三葉在鋅、銅污染土壤中的種植適宜性提供參考，并進一步探討白三葉作為土壤重金屬污染修復植物的可能性。

1材料與方法

1.1材料與試劑

白三葉種子網(wǎng)購于江蘇花草種業(yè)公司。ZnSO4.7H2O、無水硫酸銅購自杭州寶成生物技術(shù)有限公司，含量≥99.5%，分析純試劑AR級。

1.2試驗方法

試驗于2016年12月在臺州科技職業(yè)學院園藝植物分子生物學實驗室內(nèi)進行，將重金屬Zn2+Cu2+濃度分別設為30、60、125、250mg/L，試驗設9個處理，分別為Zn2+30mg/L（A1）、60mg/L（A2）、125mg/L（A3）、250mg/L（A4）脅迫和Cu2+30mg/L（B.）.60mg/L（B2）、125mg/L（B）、250mg/L（B4）脅迫以及蒸餾水培養(yǎng)（CK）。

取大小均勻、健康飽滿的白三葉種子，用0.1%HgCl2浸泡5min，再用蒸餾水反復沖洗干凈。培養(yǎng)皿滅菌后在底部鋪上直徑為11em的定性濾紙2層，分別滴加等量不同濃度的Zn2+、Cu2+溶液浸潤濾紙，在培養(yǎng)皿內(nèi)均勻放入50粒種子。每個處理3次重復。將培養(yǎng)皿置于溫度為25C相對濕度為75%的人工氣候箱中，設定光照時長8h、光照強度為1150lx。觀察種子的發(fā)芽情況及幼苗的生長狀況，并做好記錄。

1.3測定指標

1.3.1種子萌發(fā)測定指標。按照《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程發(fā)芽試驗》（GB/T3543.4-1995），在處理第3天統(tǒng)計白三葉種子發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率。從發(fā)芽次日開始，每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)（以胚根突出種皮作為發(fā)芽標準），并始終保持濾紙濕潤，連續(xù)測定7d，用于計算種子發(fā)芽的相關(guān)指標。

發(fā)芽勢（%）=（7d內(nèi)種子的發(fā)芽數(shù)（種子數(shù)）x100%;發(fā)芽率（GP）（%）=（種子發(fā)芽數(shù)種子數(shù)）x100%;發(fā)芽指數(shù)（GI）=2GT/Dt;

活力指數(shù)（VI）=GlxS。

式中，GT為種子在t日的發(fā)芽數(shù);Dt為發(fā)芽天數(shù);S為發(fā)芽后第7天幼苗的長度。

1.3.2幼苗形態(tài)指標。脅迫12d時，測定幼苗生長指標。株高、莖粗采用常規(guī)測量法，用卷尺測量株高，用游標卡尺測量莖粗。生物量干重測定方法為用濾紙吸干幼苗表面的水分，每處理隨機選取生長較為一致的幼苗50株，分地上部分、地下部分分別稱鮮重。生物量干重測定方法為將植株置于干燥箱中105C條件下烘15min，再于80C下烘至恒重后稱重"。

根冠比=根干重/地上部干重;

平均胚芽長=選取的50顆種子胚芽長的累加/50;平均胚根長=選取的50顆種子胚根長的累加/50。1.4數(shù)據(jù)處理

本試驗采用Excel2010進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析.與統(tǒng)計，應用LSD法對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1對白三葉種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的影響

本研究中，不同濃度的Zn2+、Cu2+對白三葉種子的萌發(fā)有不同程度的影響（表1）。當Zn2+濃度為3060mg/L時，種子的發(fā)芽率分別為81.4%和82.3%，稍低于對照（CK）的86.7%;而當濃度高達125、250mg/L時，種子的萌發(fā)率僅分別為72.3%和70.2%，顯著低于對照（P<0.05），說明較高濃度的Zn2對種子的萌發(fā)起到了一定的抑制作用。Cu2+對白三葉種子萌發(fā)的影響稍有不同。當Cu2濃度為30mg/L時，種子發(fā)芽率為82.2%，與對照差別不大;當Cu2+濃度達到60mg/L及以上時，種子發(fā)芽率則顯著低于對照（P<0.05），表現(xiàn)出了明顯的抑制作用。Zn2和Cu2+脅迫對發(fā)芽勢的影響效果與發(fā)芽率基本相似。

2.2對白三葉種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

不同濃度Zn2+、Cu2脅迫對白三葉種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響如表1所示。從表中可以看出，種子發(fā)芽指數(shù)受重金屬離子脅迫的影響較小，而Zn2+、Cu2+脅迫對種子活力指數(shù)的影響較大，均顯著低于對照（P<0.05）。說明這2種重金屬離子對于種子的萌發(fā)影響不大，而對于幼苗的生長則具有較大影響，顯著抑制了植株的伸長生長。

2.3對白三葉幼苗胚芽、胚根生長的影響

不同濃度Zn2+、Cu2+脅迫對白三葉幼苗胚芽胚根生長的影響如表1所示。從表中可以看出，Zn2+脅迫對白三葉幼苗胚根的生長有顯著的抑制作用（P<0.05）。處理A1、A2的平均胚根長分別為15.6、13.2mm，遠低于對照（30.7mm）;處理A3、A4的幼苗平均胚根長僅為5.8、5.2mm，可見隨著Zn2+濃度增大，根的生長顯著受到抑制。Zn2+脅迫對幼苗胚芽的生長亦具有抑制作用，處理A1、A2、A3、A4的幼苗平均胚芽長依次為10.4、8.7、7.1、6.4mm，均低于對照（11.7mm）;當濃度達到125mg/L及以上時，胚芽生長顯著受到抑制。

Cu2+脅迫對白三葉胚根胚芽生長具有更明顯的抑制作用，處理B，、B2、B3、B4的平均胚根長分別為6.8、2.7、1.40mm，平均胚芽長分別為5.6、3.5、1.1、0.2mm，均顯著低于對照;尤其當濃度達到250mg/L時，幼苗停止生長，且大多已失水黃化或枯死。

2.4對白三葉幼苗生物量及根冠比的影響

不同濃度Zn2+、Cu2+脅迫處理后12d后，測定50株幼苗的鮮重與千重，統(tǒng)計分析不同濃度對白三葉幼苗生物量及根冠比的影響，結(jié)果如表2所示。由表可知，與對照相比，不同濃度的Zn2脅迫對白三葉幼苗的鮮重、干重均具有顯著的抑制作用（P<0.05），其中處理A4影響最大。Zn2+脅迫對根冠比的影響稍有不同，處理AA2與對照相差不大;而處理A3、A4的根冠比僅為0.11、0.09，顯著低于對照（0.25）。說明隨著Zn2+濃度的增加，對幼苗根系的抑制作用更加顯著.Cu2+脅迫對白三葉幼苗生長的抑制作用更加明顯，尤其當濃度達到250mg/L時，幼苗根系不再生長，導致大多數(shù)植株枯死，無法進行生物量及根冠比的統(tǒng)計與計算。本試驗中，各處理根冠比均小于1，隨著離子濃度的增大，根冠比越來越小，表明重金屬離子濃度越高，對地下部根的抑制作用越大，而對地上部芽的抑制作用明顯小于根。

3結(jié)論與討論

種子發(fā)芽和幼苗生長受重金屬的影響較大，因而可以作為檢測土壤重金屬污染的重要指標四。本研究結(jié)果表明，不同濃度的Zn2+、Cu7脅迫對白三葉種子萌發(fā)及幼苗生長均具有一定程度的影響，隨著濃度的增加，種子萌發(fā)及幼苗生長受到的抑制作，用增強。當Zn2*濃度為30、60mg/L時，對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)等指標影響不大;而當Zn2*濃度達到125mg/L及以上時，則對白三葉的種子發(fā)芽和幼苗生長起到了顯著的抑制作用。白三葉種子萌發(fā)與幼苗生長對Cu2+更加敏感，Cu2脅迫抑制作用更加顯著。在試驗5d之后，60mg/L及以上濃度Cu2+處理的幼苗根系不再伸長，地上部分均出現(xiàn)不同程度的黃化;試驗7d后，高濃度Cu2+處理的幼苗已大多枯死。這是因為Cu2*抑制了幼苗根系的生長，從而影響整個植株的生長。因此，本研究認為，白三葉對Zn2+的耐受力大于Cu2+，不適宜在Zn2+濃度為125mg/L及以上的土壤中種植;而Cu2+污染的限制濃度為60mg/L，且250mg/L可認為是白三葉幼苗的致死劑量。

用不同濃度的Zn2+、Cu2+處理白三葉種子時，均不同程度地抑制了種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，這與張春榮等31、張虹等叫低濃度促進、高濃度抑制的研究結(jié)果不一致，可能是由于不同植物對重金屬污染的敏感性存在差異。另外，這2種重金屬脅迫對種子的發(fā)芽指數(shù)無顯著影響，而對種子的活力指數(shù)影響非常顯著，不同濃度處理間差異較大。Zn2+、Cu2*處理對胚根、胚芽的生長和生物量的增加均具有顯著的抑制作用，對幼苗胚根的毒害作用明顯強于對胚芽的毒害作用。這可能是因為根在種子萌發(fā)時最先突破種皮吸水，根系中重金屬累積量較大，且受脅迫時間也比胚芽長5），因而更易遭到毒害，停止生長。根系停止對水分及礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收，進而導致地上部分失綠黃化枯死。

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