銅、鎘、鉛對(duì)高羊茅種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

劉騏華，王慧慧，劉 璐，王 婧，柴 琦

(1.蘭州大學(xué)草業(yè)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，甘肅 蘭州 730020； 2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，環(huán)境污染問(wèn)題成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，土壤重金屬污染成為社會(huì)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一[1]。土壤是人類生存和發(fā)展所必需的生產(chǎn)資料，是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于重金屬可遷移性差，不能降解，進(jìn)而會(huì)在生態(tài)系統(tǒng)中不斷累積并通過(guò)食物鏈影響人體健康，因此，重金屬對(duì)土壤的污染狀況正引起國(guó)內(nèi)外的廣泛重視[2]。土壤重金屬污染是指土壤中的重金屬元素含量明顯高于其自然背景值，并造成生態(tài)破壞和壞境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象[3]。土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)[4]，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的很多重金屬富集植物中，普遍存在受生長(zhǎng)氣候壞境影響大，生長(zhǎng)速度緩慢，不容易大規(guī)模種植的問(wèn)題。

植物修復(fù)是土壤重金屬污染的重要治理方法之一,具有經(jīng)濟(jì)、高效、不造成二次污染等明顯優(yōu)點(diǎn)[5]。多立安等[6]報(bào)道在生態(tài)系統(tǒng)中草坪草在降低環(huán)境污染與生態(tài)保護(hù)方面發(fā)揮著極其重要的作用。楊婧等[7]研究表明草坪草具有適應(yīng)能力強(qiáng)，抗逆強(qiáng)，繁殖能力強(qiáng)，分布范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。選用草坪草來(lái)治理重金屬污染，是一種可操作性較強(qiáng)的辦法。

高羊茅是常見(jiàn)的草坪草，是一種應(yīng)用廣泛且性狀優(yōu)良的草坪植物[8]。試驗(yàn)以高羊茅為材料，通過(guò)研究重金屬Pb、Cu、Cd對(duì)其種子萌發(fā)以及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期利用草坪草治理重金屬污染提出理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試草種選用高羊茅火鳳凰2號(hào)(Phoenix Ⅱ)，由北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心提供。供試離子，CuSO4·5H2O;3CdSO4·8H2O和Pb(NO3)2，均為分析純?cè)噭?，由天津市光?fù)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依照國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程，挑選籽粒飽滿大小均勻的種子。將高羊茅種子浸泡于0.1% HgCl2溶液消毒10 min[9]，用蒸餾水沖洗干凈并晾干。取直徑9 cm的培養(yǎng)皿，設(shè)置雙層濾紙為發(fā)芽床，每個(gè)培養(yǎng)皿放置50粒種子，將配制好的金屬溶液加入培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入5 mL，每個(gè)處理重復(fù)4次。25℃恒溫，12 h光照，12 h暗培養(yǎng)，置于相對(duì)濕度70%的氣候箱內(nèi)萌發(fā)，種子萌發(fā)培養(yǎng)時(shí)期共14 d。每日觀察并記錄發(fā)芽種子數(shù)，芽長(zhǎng)每2 d測(cè)1次，用恒重法每天補(bǔ)充水分，使各處理液濃度保持不變。

3種重金屬離子以溶液的形式加入培養(yǎng)皿中，重金屬離子濃度依據(jù)土壤壞境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2008)3級(jí)土壤壞境標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行配制[10]。設(shè)置低濃度、中濃度、較高濃度、高濃度4個(gè)濃度梯度，分別為Cu2+(200、300、400、500 mg/L);Cd2+(1、50、100、150 mg/L);Pb2+(500、1 000、1 500、2 000 mg/L)，及對(duì)照處理。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 萌發(fā)指標(biāo)測(cè)定 每天觀察并記錄種子發(fā)芽數(shù)；5 d后統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽勢(shì)，14 d后統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率，每個(gè)處理隨機(jī)挑取具有代表性的10粒發(fā)芽種子用直尺測(cè)定其苗長(zhǎng)，用分析天平測(cè)量幼苗鮮重并計(jì)算[11]。

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

相對(duì)發(fā)芽率=處理種子發(fā)芽率/對(duì)照種子發(fā)芽率×100%

發(fā)芽勢(shì)(GP)=規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)=規(guī)定天數(shù)內(nèi)處理發(fā)芽種子數(shù)/規(guī)定天數(shù)內(nèi)對(duì)照發(fā)芽種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt；

式中：規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)為發(fā)芽第5 d發(fā)芽種子數(shù)。

活力指數(shù)(VI)=S×∑Gt/Dt

式中：Gt為不同時(shí)間發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)，S為幼苗的鮮重。

1.3.2 根系指標(biāo)測(cè)定 每個(gè)培養(yǎng)皿選取具有代表性的幼苗10株，用直尺測(cè)定其苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)，用分析天平測(cè)量幼苗鮮重后，分離植株根系，用0.075 mg/mL的甲基藍(lán)將根系浸泡染色10 min，然后再用Delta-TSCAN根系分析系統(tǒng)[12](HP.C7717)掃描根系，測(cè)定根系總長(zhǎng)、平均直徑、總表面積和根頭數(shù)，計(jì)算根冠比。并用Delta-TSCAN分析系統(tǒng)直接對(duì)葉片進(jìn)行掃描，測(cè)定葉表面積。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel整理數(shù)據(jù)，并制作圖表，用IBM SPAA Statistics 23.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響 隨著Cu2+濃度的增加，高羊茅的相對(duì)發(fā)芽率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(表1)。Cu2+≥400 mg/L時(shí)，和對(duì)照具有顯著性差異(P<0.05)。Cd2+、Pb2+脅迫下高羊茅的相對(duì)發(fā)芽率均表現(xiàn)出隨著脅迫濃度的增加先升高后降低，其中，Pb2+≥1 500 mg/L時(shí)高羊茅相對(duì)發(fā)芽率與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)，而不同濃度鎘脅迫對(duì)高羊茅種子萌發(fā)抑制作用不明顯。Cu2+，Cd2+和Pb2+脅迫下高羊茅種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)顯著降低，其中低濃度銅、鎘脅迫與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)，且不同濃度鎘脅迫下高羊茅的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)變幅不大；Pb2+≥1 000 mg/L時(shí)，高羊茅相對(duì)發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)。Cu2+，Cd2+和Pb2+脅迫下的高羊茅發(fā)芽指數(shù)均有所降低，其中，中度脅迫下銅、鉛的發(fā)芽指數(shù)顯著低于對(duì)照(P<0.05)，而不同濃度鎘脅迫對(duì)高羊茅發(fā)芽指數(shù)抑制作用不明顯(P>0.05)且變幅不大(見(jiàn)表1)。隨著Cu2+濃度的增加高羊茅活力指數(shù)表現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)，且在Cu2+≥400 mg/L時(shí)高羊茅活力指數(shù)與對(duì)照有顯著性差異(P<0.05)；Cd2+50 mg/L、150 mg/L濃度下高羊茅活力指數(shù)均高于對(duì)照，但與對(duì)照無(wú)明顯差異；隨著Pb2+濃度的增加高羊茅活力指數(shù)先升高后降低，且低濃度下增幅作用明顯，與對(duì)照有顯著差異(P<0.05)，說(shuō)明低濃度Pb2+脅迫有利于高羊茅活力指數(shù)的提高，而Pb2+≥1 500 mg/L時(shí)比對(duì)照顯著降低(P<0.05)。

2.1.2 不同濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅的生長(zhǎng) 隨著Cu2+、Pb2+濃度的增大，高羊茅的根冠比不斷變小，Cd2+處理下，高羊茅的根冠比隨著離子濃度的增加先升高再下降(表2)。其中，低濃度銅、鉛處理下高羊茅的根冠比顯著降低，均與對(duì)照形成顯著差異(P<0.05)，說(shuō)明銅、鉛脅迫下對(duì)高羊茅不同部位的抑制程度為地下部分>地上部分；而低濃度鎘處理下高羊茅的根冠比會(huì)小幅升高，說(shuō)明低濃度鎘處理對(duì)高羊茅根的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，當(dāng)Cd2+≥50 mg/L時(shí)，高羊茅根冠比開(kāi)始降低而且和對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)。高羊茅幼苗的葉表面積隨著Cd2+、Pb2+濃度升高表現(xiàn)出現(xiàn)增加再下降的趨勢(shì)。其中，低濃度鎘處理下高羊茅葉表面積大幅增加，與對(duì)照比形成顯著差異(P<0.05)，而Cd2+≥100 mg/L時(shí)，高羊茅葉表面積的增幅并不明顯；低濃度鉛處理下高羊茅葉表面積增加，與對(duì)照在顯著性差異(P<0.05)，當(dāng)Pb2+≥1 500 mg/L時(shí)，葉表面積大幅降低，與對(duì)照比顯著差異(P<0.05)。低濃度和高濃度銅處理下高羊茅葉表面積發(fā)生驟減且與對(duì)照形成顯著性差異(P<0.05)，而在中間濃度處理下，葉表面積與對(duì)照相比變化不顯著。Cu2+，Cd2+和Pb2+脅迫下高羊茅種子根長(zhǎng)/葉長(zhǎng)的值顯著降低(P<0.05)。其中低濃度銅、鉛處理即與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)，當(dāng)Pb2+≥1 500 mg/L時(shí)，根長(zhǎng)/葉長(zhǎng)的值為0，說(shuō)明此時(shí)高羊茅根的生長(zhǎng)受到了完全抑制，根長(zhǎng)為0，出現(xiàn)了“無(wú)根苗”；當(dāng)Cd2+≥50 mg/L時(shí)，根長(zhǎng)/葉長(zhǎng)的值大幅減小，與對(duì)照形成顯著性差異(P<0.05)，但不同濃度鎘處理下根長(zhǎng)/葉長(zhǎng)的值變幅不大。

表1 不同濃度脅迫下高羊茅種子的各發(fā)芽各指標(biāo)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

表2 不同濃度脅迫下高羊茅幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)

2.1.3 不同濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅根系的生長(zhǎng) 隨著Cu2+、Pb2+處理濃度的增加，高羊茅的根表面積降幅明顯，從低濃度處理開(kāi)始，高羊茅的葉表面積就大幅下降且與對(duì)照形成顯著差異(P<0.05)，當(dāng)Pb2+≥1 500 mg/L時(shí)，根表面積驟降為0，此時(shí)出現(xiàn)“無(wú)根苗”。低濃度鎘處理下高羊茅的根表面積有小幅增加，低濃度鎘處理對(duì)高羊茅根系的生長(zhǎng)具有微弱的促進(jìn)作用，但當(dāng)Cd2+≥50 mg/L時(shí)，高羊茅的葉表面積大幅下降，和對(duì)照形成顯著差異(P<0.05)。從表3可以看出隨著鎘處理濃度的增大，高羊茅的平均根徑不斷增加，Cd2+≥50 mg/L開(kāi)始，高羊茅的平均根徑增幅明顯，與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。銅、鉛處理下高羊茅的平均根徑表現(xiàn)出隨處理濃度的增大先增加再降低的趨勢(shì)，低濃度銅、鉛處理對(duì)高羊茅根系生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，高濃度處理下對(duì)根系生長(zhǎng)具有抑制作用。其中，低濃度Cu2+處理下高羊茅的平均根徑增幅不大，與對(duì)照無(wú)顯著差異(P>0.05)，當(dāng)Cu2+≥400 mg/L時(shí)，高羊茅的平均根徑大幅減小，與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)；低濃度Pd2+處理下高羊茅的平均根徑大幅增加，與對(duì)照形成顯著差異(P<0.05)，當(dāng)Pd2+≥1 500 mg/L，平均根徑驟減為0，與對(duì)照呈顯著差異(P<0.05)。Cu2+，Cd2+和Pb2+處理下高羊茅的根系總長(zhǎng)度顯著降低。低濃度Cu2+，Pb2+處理下即與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)，且組間降幅大，中濃度的鎘處理時(shí)，高羊茅的根系總長(zhǎng)度開(kāi)始大幅減小，與對(duì)照呈顯著差異(P<0.05)。Cu2+、Pb2+處理下高羊茅的根頭數(shù)均隨著處理濃度的增大而不斷減少，其中銅處理下組間差異大且低濃度時(shí)根頭數(shù)量大幅減少，與對(duì)照呈顯著差異(P<0.05)；當(dāng)Pd2+≥1 000 mg/L時(shí)，高羊茅根頭數(shù)量明顯減少，Pd2+≥1 500 mg/L時(shí)，出現(xiàn)“無(wú)根苗”。低濃度鎘處理下高羊茅根頭數(shù)量明顯增多且與對(duì)照形成顯著性差異(P<0.05)，當(dāng)Cd2+≥50 mg/L時(shí)，根頭數(shù)量大幅下降，與對(duì)照有顯著性差異(P<0.05)。

表3 不同濃度脅迫下高羊茅種子的根系指標(biāo)

2.2 不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.2.1 低濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅生長(zhǎng)的影響 高羊茅的葉長(zhǎng)、根長(zhǎng)在不同脅迫與對(duì)照間均存在顯著差異(P<0.05)。在低濃度鉛脅迫下比對(duì)照增加了6.85%，而低濃度銅、鎘脅迫下比對(duì)照降低了28.49%、10%，低濃度鉛脅迫可促進(jìn)火鳳凰2號(hào)葉片的伸長(zhǎng)，低濃度銅、鎘脅迫可抑制火鳳凰2號(hào)葉片的伸長(zhǎng)。而低濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)根長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了88.30%，35.70%和69.14%，說(shuō)明低濃度銅、鎘、鉛脅迫均可抑制火鳳凰2號(hào)根系的伸長(zhǎng)。且低濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅根長(zhǎng)的抑制作用大于葉長(zhǎng)。低濃度鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)地上鮮重分別比對(duì)照增加了0.43%、20.92%，而低濃度銅脅迫下的地上鮮重比對(duì)照降低了7.25%，其中，鉛脅迫下和對(duì)照具有顯著性差異(P<0.05)；低濃度鎘脅迫下的火鳳凰2號(hào)地下鮮重比對(duì)照增加了9.89%，而低濃度銅、鉛脅迫下的地下鮮重比對(duì)照降低了70.14%、18.56%，其中銅脅迫下和對(duì)照形成顯著性差異(P<0.05)?？梢?jiàn)低濃度鎘脅迫下火鳳凰2號(hào)的鮮重略有增加，且地下鮮重增長(zhǎng)幅度大于地上部分；低濃度銅脅迫可降低火鳳凰2號(hào)的鮮重，且地下鮮重降低幅度大于地上部分；低濃度鉛脅迫可促進(jìn)火鳳凰2號(hào)地上鮮重的增加，也可抑制地下鮮重的增加。低濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上和地下鮮重的影響銅>鉛>鎘(圖1)。

圖1 不同重金屬低濃度脅迫下高羊茅的根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上、地下鮮重Fig.1 Effect of different heavy metal stress on root length,leaf length,aboveground fresh weight and underground fresh weight of Tall Fescue at low concentration注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；圖中增加標(biāo)準(zhǔn)誤及差異顯著性分析，下圖同

2.2.2 中濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅生長(zhǎng)指標(biāo)的影響 中濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)葉長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了31.85%，12.33%和1.87%，其中銅、鎘脅迫下與對(duì)照存在顯著性差異且銅脅迫下抑制作用尤為顯著。中濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)根長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了97.38%，59.11%和87.79%，中濃度銅、鎘、鉛脅迫對(duì)火鳳凰2號(hào)根系的伸長(zhǎng)均形成了很大的抑制作用，與對(duì)照具有顯著差異(P<0.05)。而且中濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅根長(zhǎng)的抑制作用大于葉長(zhǎng)。中濃度銅、鎘脅迫下的地上鮮重比對(duì)照降低了5.28%、0.75%，而中濃度鉛脅迫下的地上鮮重比對(duì)照增加了12.85%，可見(jiàn)中濃度銅、鎘脅迫造成高羊茅的地上鮮重略有下降，而中濃度鉛脅迫對(duì)高羊茅地上部分的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，但均與對(duì)照無(wú)顯著差異(P>0.05)。中濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)地下鮮重分別比對(duì)照降低了97.11%，8.58%和35.64%且銅脅迫下與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)，說(shuō)明中濃度銅、鎘、鉛脅迫對(duì)火鳳凰2號(hào)地下根系的生長(zhǎng)均形成抑制作用，且對(duì)地下根系的抑制作用大于對(duì)地上部分的抑制作用。

綜合分析中濃度下銅、鎘、鉛對(duì)高羊茅的作用為銅>鉛>鎘(圖2)。

圖2 不同重金屬中濃度脅迫下高羊茅的根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上、地下鮮重Fig.2 Effects of Different Heavy Metal Stresses on Root Length,Leaf Length,Aboveground Fresh Weight and Underground Fresh Weight of Tall Fescue

2.2.3 較高濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅生長(zhǎng)指標(biāo)的影響 較高濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)葉長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了23.55%，21.84%和23.67%，均與對(duì)照具有顯著差異(P<0.05)，較高濃度銅、鎘、鉛脅迫均可抑制火鳳凰2號(hào)葉片的伸長(zhǎng)且抑制幅度相同。較高濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)根長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了99.52%,67.00%和100.00%，均與對(duì)照形成顯著性差異(P<0.05)，較高濃度鉛脅迫下高羊茅的根系生長(zhǎng)受到完全抑制。且較高濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅根系的抑制作用更強(qiáng)。比較高的濃度銅、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)地上重量分別比對(duì)照降低了8.39%、16.22%，而較高濃度鎘脅迫下地上重量比對(duì)照提高了0.43%，較高濃度銅、鉛脅迫下高羊茅的地上部分生長(zhǎng)均受到抑制，而較高濃度鎘脅迫促進(jìn)了高羊茅地上部分的生長(zhǎng)。較高濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)地下重量分別比對(duì)照降低了100.00%，24.17%和100.00%，均與對(duì)照具有顯著差異，說(shuō)明較高濃度銅、鎘、鉛脅迫下高羊茅地下生長(zhǎng)均受到顯著抑制。且較高濃度脅迫下對(duì)地下根系生長(zhǎng)量影響更大。試驗(yàn)表明較高濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上鮮重和地下鮮重的影響為鉛>銅>鎘(圖3)。

圖3 不同重金屬較高濃度脅迫下高羊茅的根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上、地下鮮重Fig.3 Effects of Different Heavy Metal Stresses on Root Length,Leaf Length,Aboveground Fresh Weight and Underground Fresh Weight of Tall Fescue at Higher Concentrations

2.2.4 高濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅生長(zhǎng)指標(biāo)的影響 高濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)葉長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了26.61%，13.99%和40.23%，均與對(duì)照形成顯著差異(P<0.05)，說(shuō)明較高濃度銅、鎘、鉛脅迫均可抑制火鳳凰2號(hào)葉片的伸長(zhǎng)且鉛脅迫下最為顯著；高濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)根長(zhǎng)分別比對(duì)照降低了99.42%，66.02%和100.00%，高濃度銅、鎘、鉛脅迫均可明顯抑制火鳳凰2號(hào)根系的伸長(zhǎng)且鉛脅迫下會(huì)出現(xiàn)“無(wú)根苗”；而且高濃度銅、鎘、鉛脅迫下對(duì)根系的抑制程度更大。當(dāng)高濃度銅、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)地上重量分別比對(duì)照降低了14.36%、33.15%，均與對(duì)照具有顯著差異，而高濃度鎘脅迫下地上重量比對(duì)照提高了6.00%，說(shuō)明高濃度銅、鉛脅迫下高羊茅的地上部分生長(zhǎng)均受到抑制且鉛脅迫下抑制更為顯著，而高濃度鎘脅迫促進(jìn)了高羊茅地上部生長(zhǎng)。較高濃度銅、鎘、鉛脅迫下的火鳳凰2號(hào)地下重量分別比對(duì)照降低了100.00%，37.83%和100.00%，均與對(duì)照形成顯著性差異(P<0.05)，地下根系生長(zhǎng)受到明顯抑制。且高濃度銅、鎘、鉛脅迫下對(duì)根系生長(zhǎng)的抑制更甚。試驗(yàn)可知高濃度下不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上鮮重和地下鮮重的影響為鉛>銅>鎘(圖4)。

圖4 不同重金屬高濃度脅迫下高羊茅的根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上、地下鮮重Fig.4 Effects of Different Heavy Metal Stresses on Root Length,Leaf Length,Aboveground Fresh Weight and Underground Fresh Weight of Tall Fescue under High Concentration

3 討論

3.1 重金屬離子對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響

土壤被重金屬污染后植物生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到一定的影響，植物種子在重金屬污染條件下能否正常發(fā)芽是植物能否生長(zhǎng)的先決條件，而發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)是評(píng)價(jià)種子發(fā)芽的常用指標(biāo)[13]。用不同濃度銅、鎘、鉛脅迫處理高羊茅種子，結(jié)果表現(xiàn)為隨著脅迫濃度的增加，高羊茅種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明高濃度重金屬離子對(duì)于高羊茅種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用，與張震等[14]有關(guān)重金屬脅迫對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響的研究結(jié)果相似。但是種子在Cd2+≥1 mg/L和Pb2+≥500 mg/L時(shí)，發(fā)芽率和種子活力均有小幅提升，表明在低濃度鎘鉛脅迫下，對(duì)種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，這與陳順鈺等[15]對(duì)種子萌發(fā)的研究結(jié)果相似。結(jié)果表明，低濃度、中濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的抑制作用為銅>鉛>鎘；較高濃度、高濃度重金屬脅迫對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的抑制作用為鉛>銅>鎘。高羊茅種子對(duì)Cd2+的抗性最強(qiáng)，這與吳麗芳等[16]有關(guān)鉛和鎘脅迫對(duì)種子草坪草萌發(fā)影響的研究結(jié)果相似。

3.2 重金屬離子對(duì)高羊茅幼苗生長(zhǎng)的影響

結(jié)果表明，銅脅迫下高羊茅的地上生長(zhǎng)量、地下生長(zhǎng)量始終小于對(duì)照水平，隨著脅迫濃度的增加，抑制不斷加重。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是隨著重金屬濃度的增大，植物體內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生進(jìn)一步增多，嚴(yán)重干擾抗氧化酶等保護(hù)酶的活性，打破了細(xì)胞氧化還原平衡，造成代謝紊亂，從而表現(xiàn)為植物生長(zhǎng)受到抑制[17-18]。低濃度鎘脅迫促進(jìn)了高羊茅葉的伸長(zhǎng)，增加了高羊茅的地上生長(zhǎng)量，這與楊俊俏[19]有關(guān)鎘對(duì)高羊茅幼苗生長(zhǎng)的研究結(jié)果相似。隨著脅迫濃度的增加，鎘開(kāi)始對(duì)葉的伸長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，但葉表面積仍然大于對(duì)照組，因此，鎘對(duì)高羊茅的地上生長(zhǎng)量始終產(chǎn)生積極影響。低濃度鉛脅迫對(duì)葉的伸長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，但隨著脅迫濃度的增加，葉的伸長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制且高羊茅地上生長(zhǎng)量不斷減少，這與陳麗娜等[20]關(guān)于鉛脅迫對(duì)不同葉菜生長(zhǎng)的研究結(jié)果相似。銅、鎘、鉛脅迫下高羊茅的根系長(zhǎng)度隨著脅迫加重不斷減小，結(jié)合根冠比、根長(zhǎng)/葉長(zhǎng)的變化，發(fā)現(xiàn)銅、鎘、鉛脅迫對(duì)高羊茅根系的抑制大于對(duì)葉的抑制。通過(guò)研究不同重金屬脅迫對(duì)高羊茅根長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、地上鮮重和地下鮮重的影響，發(fā)現(xiàn)低濃度、中濃度脅迫下對(duì)高羊茅的生長(zhǎng)抑制為銅>鉛>鎘；而較高濃度、高濃度下為鉛>銅>鎘。

3.3 重金屬離子對(duì)高羊茅根系生長(zhǎng)的影響

根系的生長(zhǎng)是植物重金屬脅迫的重要特征。銅脅迫下，高羊茅的根表面積、根系長(zhǎng)度、根頭數(shù)量隨著脅迫濃度增加不斷減小，說(shuō)明隨著重金屬離子濃度的增加，對(duì)高羊茅根系的生長(zhǎng)抑制越來(lái)越大，這與王瀚等[21]有關(guān)重金屬對(duì)高羊茅生長(zhǎng)的研究結(jié)果相似；而平均根徑表現(xiàn)出低濃度脅迫變大，當(dāng)Cu2+≥400 mg/L時(shí)，根徑生長(zhǎng)受到抑制。低濃度鎘脅迫下高羊茅的根表面積、根系長(zhǎng)度、根頭數(shù)量均受到促進(jìn)作用，當(dāng)脅迫濃度增高時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)下降，說(shuō)明高濃度鎘脅迫對(duì)高羊茅形成生長(zhǎng)抑制。不同濃度鎘脅迫對(duì)高羊茅平均根徑的生長(zhǎng)始終保持促進(jìn)作用。鉛脅迫下，高羊茅的根表面積、根系長(zhǎng)度、根頭數(shù)量隨著脅迫濃度增加不斷減小，而平均根徑表現(xiàn)出低濃度脅迫變大，當(dāng)Pb2+≥1 500 mg/L時(shí)，根系生長(zhǎng)受到完全抑制，出現(xiàn)“無(wú)根苗”，這與孫金金等[22]關(guān)于重金屬脅迫對(duì)禾草種子萌發(fā)影響的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度、中濃度銅、鎘、鉛脅迫對(duì)高羊茅根系生長(zhǎng)的抑制作用銅>鉛>鎘；較高濃度、高濃度銅、鎘、鉛脅迫對(duì)高羊茅根系生長(zhǎng)的抑制作用為鉛>銅>鎘。

4 結(jié)論

高羊茅種子在不同的重金屬脅迫下，受影響程度不同。在Pb2+，Cd2+和Cu2+3種重金屬離子處理下，綜合種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和根系生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)在低濃度、中濃度脅迫下，對(duì)高羊茅種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的抑制作用為銅>鉛>鎘；較高濃度、高濃度的銅、鎘、鉛脅迫下為鉛>銅>鎘。因此，試驗(yàn)得出結(jié)論，高羊茅對(duì)鎘的耐受性最好，低濃度下對(duì)銅的耐受性最差，高濃度時(shí)對(duì)鉛的耐受性更差。同種脅迫不同濃度下，高羊茅的生長(zhǎng)指標(biāo)大致表現(xiàn)為，銅脅迫下隨著脅迫濃度的增加，各項(xiàng)指標(biāo)均下降且生長(zhǎng)受到抑制；鎘、鉛脅迫下，低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，隨著脅迫濃度增大，高羊茅生長(zhǎng)受到抑制。當(dāng)Cd2+≥1 500 mg/L時(shí)，高羊茅根系生長(zhǎng)受到完全抑制，會(huì)出現(xiàn)“無(wú)根苗”。