鉛、鈣及其復(fù)合處理對(duì)玉米種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

楊麗娟++顧地周++欒志慧

摘要：在室內(nèi)用培養(yǎng)皿進(jìn)行玉米種子發(fā)芽試驗(yàn)，采用不同濃度的硝酸鉛溶液（10、25、50、100、200 mg/L）、硝酸鈣溶液（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）處理，并用5個(gè)濃度的硝酸鈣溶液（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）對(duì)100 mg/L硝酸鉛進(jìn)行解毒，以清水對(duì)照；再用上述發(fā)芽的種子以盆栽形式進(jìn)行種植，研究其生長(zhǎng)情況。結(jié)果表明：低濃度的Ca2+對(duì)玉米種子的發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，但高濃度的鈣卻會(huì)抑制種子發(fā)芽和生長(zhǎng)；Pb2+對(duì)玉米發(fā)育的各項(xiàng)研究指標(biāo)均具有抑制作用，且隨著鉛濃度的增大，效果越明顯；鈣鉛復(fù)合物試驗(yàn)中，低濃度的鈣可以解除鉛對(duì)玉米的毒害，但隨著鈣濃度的增加，反而會(huì)使鉛中毒程度加重。

關(guān)鍵詞：玉米；鈣鉛復(fù)合物；發(fā)芽；生長(zhǎng)發(fā)育

中圖分類號(hào)： S513.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0127-03

玉米是我國(guó)各地普遍栽培的糧食作物之一，在全世界熱帶和溫帶地區(qū)廣泛種植，為重要谷物之一。目前許多地區(qū)都存在嚴(yán)重的重金屬污染，其中鉛（Pb）、鎘（Cd）污染尤其普遍。重金屬污染不但會(huì)使植物生長(zhǎng)遲緩、植株矮小、根系生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，而且會(huì)使人體的生長(zhǎng)發(fā)育受到很大危害[1-2]。苗明升等研究表明，各種濃度的鉛對(duì)玉米種子發(fā)芽均起抑制作用[3-4]。鈣（Ca）是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的元素，很多試驗(yàn)均表明，鈣在植物抗逆境過程中起重要作用[5-6]。在外源鈣抗逆境的作用機(jī)制中，抗重金屬毒害是其中一個(gè)重要作用[7]。本試驗(yàn)以玉米為對(duì)象，研究鉛、鈣對(duì)玉米的影響及鈣對(duì)鉛中毒的解毒效應(yīng)，為進(jìn)行早期農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)，以及植物對(duì)重金屬的抗性與對(duì)土壤質(zhì)量的改良提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試玉米種子為通單248；供試試劑為硝酸鉛（批號(hào)：20130110）、硝酸鈣（批號(hào)：20130818）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1種子發(fā)芽試驗(yàn)于2015年在通化師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院盆栽進(jìn)行。首先以1 ∶1 000的高錳酸鉀浸泡10 min進(jìn)行消毒，清洗后每50粒種子為1組，分別放置在墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng)；用不同濃度試劑進(jìn)行處理，分別為硝酸鈣（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）、硝酸鉛（10、25、50 、100、200 mg/L），鈣鉛復(fù)合物（100.00 mg/L硝酸鉛+0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L硝酸鈣），以上濃度分別做3組重復(fù)；同時(shí)設(shè)清水處理作對(duì)照。每天觀察并記錄種子發(fā)芽數(shù)。

1.2.2幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定每組選取30粒發(fā)芽種子，盆栽后定期對(duì)植株進(jìn)行噴霧、觀察。當(dāng)玉米幼苗長(zhǎng)出第3張葉時(shí)，先測(cè)量玉米幼苗地上部分苗高，葉的長(zhǎng)、寬、厚、面積，以及地下部分根的長(zhǎng)度、數(shù)量，再稱量葉、根的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

種子發(fā)芽是采用了2，3，5-氯化三苯基四氮唑（TTC）法測(cè)量，數(shù)據(jù)是用Excel和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各種處理與多重比較使平均值之間有明顯的差異來進(jìn)行檢驗(yàn)與分析，本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)都是取3次試驗(yàn)的平均值。

2結(jié)果與分析

2.1鉛、鈣及其復(fù)合物對(duì)玉米種子發(fā)芽的影響

由表1可知，在一定鈣濃度條件下，發(fā)芽率隨發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)而增大。在測(cè)試濃度范圍內(nèi)，隨鈣濃度的增加，種子發(fā)芽率呈先遞增后降低的趨勢(shì)。1.00 g/L硝酸鈣濃度下，培養(yǎng)6 d時(shí)玉米發(fā)芽率為98%，達(dá)到最大值，高于對(duì)照組。因此，一定濃度的鈣對(duì)玉米種子發(fā)芽具有促進(jìn)作用，濃度過高反而具有抑制作用。由表2可知，10～200 mg/L硝酸鉛濃度范圍內(nèi)，玉米發(fā)芽率遞減，鉛的濃度越高，對(duì)玉米種子發(fā)芽抑制越強(qiáng)。這一結(jié)論與鄭愛珍等研究的玉米發(fā)育早期對(duì)鉛脅迫的結(jié)果基本一致[8]。本試驗(yàn)以100 mg/L硝酸鉛進(jìn)行染毒處理，然后用5種濃度（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L ）的硝酸鈣溶液進(jìn)行解毒，結(jié)果（表3）表明，鈣濃度為1.00 g/L條件下，培養(yǎng) 6 d 時(shí)對(duì)鉛染毒的玉米種子解毒效果最好，玉米發(fā)芽率達(dá)85%。較高濃度的硝酸鈣（2.00～4.00 g/L）反而會(huì)加重鉛中毒程度，而低濃度鈣處理鉛中毒種子后玉米發(fā)芽率有所提高。因此，一定濃度的鈣對(duì)鉛中毒的種子有解毒作用，過高濃度的鈣會(huì)進(jìn)一步加重玉米種子的鉛中毒。這些與梁海英等研究Ca2+對(duì)鹽脅迫下鳳仙花種子發(fā)芽的影響結(jié)果[9]基本相符。

2.2鉛、鈣及其復(fù)合物對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2.1鈣對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響由表4可知，硝酸鈣濃度為0.10～1.00 g/L時(shí)，玉米幼苗高度、葉長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，且在1.00 g/L 時(shí)苗高達(dá)峰值；當(dāng)濃度增加到2.00～4.00 g/L 時(shí)，幼苗高度逐漸變短，與對(duì)照組相比差異顯著；0.10 g/L 硝酸鈣溶液處理后的玉米葉寬要比對(duì)照組寬， 但差異不顯著。當(dāng)硝酸鈣濃度達(dá)4.00 g/L時(shí)，玉米葉寬明顯窄于對(duì)照組，差異極顯著。由此可見，高濃度鈣不利于玉米葉的寬向生長(zhǎng)。硝酸鈣濃度在0.10～0.25 g/L時(shí)，玉米的葉面積較大，且高于對(duì)照組；隨著鈣濃度增加到1.00～4.00 g/L時(shí)，玉米葉面積明顯小于對(duì)照組，差異極顯著?？梢?，025 g/L是促進(jìn)玉米葉面積生長(zhǎng)的最適鈣濃度。當(dāng)硝酸鈣濃度為0.10～1.00 g/L 時(shí)，葉厚度逐漸增加；當(dāng)硝酸鈣濃度達(dá)到2.00～400 g/L時(shí)，與對(duì)照組相比葉厚呈現(xiàn)顯著差異，因此一定的鈣濃度能促進(jìn)葉變厚。在硝酸鈣濃度為0.25 g/L時(shí)，玉米葉的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量最高，且高于對(duì)照組；當(dāng)濃度增加到1.00 g/L時(shí)，葉鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均開始減??；當(dāng)濃度為2.00 g/L時(shí)，與對(duì)照組比葉鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均差異顯著；硝酸鈣濃度達(dá) 4.00 g/L 時(shí)，葉的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量與對(duì)照組相比差異極顯著，因此一定濃度的鈣對(duì)玉米葉質(zhì)量有促進(jìn)作用，過高濃度將抑制玉米生長(zhǎng)。在硝酸鈣濃度為0.10～100 g/L時(shí)，隨著鈣濃度增加，玉米根鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、根數(shù)、根長(zhǎng)都呈增加趨勢(shì)，與對(duì)照組相比，差異不顯著；當(dāng)硝酸鈣濃度為2.00 g/L時(shí)，玉米根鮮質(zhì)量、干質(zhì)量降低，在濃度為 4.00 g/L 時(shí)與對(duì)照相比差異顯著。

2.2.2鉛對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響由表5可知，不同濃度硝酸鉛溶液對(duì)玉米幼苗高度、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉厚、葉鮮質(zhì)量、葉干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、根數(shù)及根長(zhǎng)等各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)出抑制作用，且隨著硝酸鉛濃度增加，抑制作用逐漸增強(qiáng)，與鎘、鉛等對(duì)青菜葉片生理特性的脅迫作用原理[10]一致。硝酸鉛的濃度為100～200 mg/L時(shí)，玉米苗高度與對(duì)照組相比差異極顯著；硝酸鉛濃度為50～200 mg/L時(shí)，玉米幼苗葉長(zhǎng)與對(duì)照組相比差異極顯著；硝酸鉛濃度為100～200 mg/L時(shí)，對(duì)葉寬的抑制作用顯著；在測(cè)試濃度范圍內(nèi)，鉛對(duì)葉面積的影響與對(duì)照組相比差異不顯著；當(dāng)硝酸鉛濃度超過25 mg/L時(shí)，對(duì)葉厚的抑制作用顯著；鉛對(duì)玉米葉鮮質(zhì)量及干質(zhì)量的影響在硝酸鉛濃度為200 mg/L時(shí)與對(duì)照組相比差異極顯著，硝酸鉛濃度為100 mg/L 時(shí)差異顯著；當(dāng)硝酸鉛濃度為50～100 mg/L 時(shí)，根的鮮質(zhì)量及干質(zhì)量與對(duì)照組相比差異顯著，濃度為200 mg/L時(shí)與對(duì)照組比差異極顯著；當(dāng)硝酸鉛濃度為100 mg/L時(shí)，對(duì)根數(shù)的影響與對(duì)照組相比差異顯著，濃度增加到200 mg/L時(shí)，鉛對(duì)根數(shù)的抑制作用與對(duì)照組相比差異極顯著；硝酸鉛濃度在25～50 mg/L 時(shí)，對(duì)玉米根長(zhǎng)的影響與對(duì)照組相比差異顯著，濃度在100～200 mg/L時(shí)，鉛對(duì)根長(zhǎng)的影響與對(duì)照組相比差異極顯著。以上結(jié)論與劉法彬等在鉛污染對(duì)黃瓜種子發(fā)芽及葉片生理指標(biāo)影響中的結(jié)論[11]基本一致。

2.2.3鉛、鈣復(fù)合處理對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響所有測(cè)試都表5不同濃度鉛處理對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

是在濃度為100 mg/L硝酸鉛染毒下進(jìn)行不同濃度鈣處理，并以水作對(duì)照?？傮w比較，對(duì)照組幼苗生長(zhǎng)發(fā)育情況最好，在 100 mg/L 硝酸鉛+4.00 g/L硝酸鈣的條件下，與對(duì)照組相比，幼苗高度、葉長(zhǎng)、葉寬、葉鮮質(zhì)量和葉干質(zhì)量差異極顯著，葉面積差異顯著。硝酸鈣濃度為0.10～2.00 g/L時(shí)對(duì)鉛中毒的玉米幼苗高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積均有解毒作用，均明顯比鉛中毒時(shí)的高；當(dāng)硝酸鈣濃度為4.00 g/L時(shí)不具有解毒作用，反而使玉米中毒更嚴(yán)重，此時(shí)幼苗高、葉長(zhǎng)、葉寬與不加硝酸鈣處理相比均有減小趨勢(shì)。因此，一定濃度鈣對(duì)植物鉛中毒具有解毒作用。當(dāng)硝酸鈣濃度為0.10～2.00 g/L時(shí)，對(duì)鉛中毒玉米葉厚有解毒作用，當(dāng)濃度為2.00 g/L時(shí)解毒效果最好；當(dāng)硝酸鈣濃度升高到 4.00 g/L 時(shí)對(duì)鉛中毒玉米葉厚無解毒效果，反而加重中毒現(xiàn)象。0.10～2.00 g/L硝酸鈣對(duì)鉛中毒玉米葉鮮質(zhì)量及葉干質(zhì)量有解毒作用，當(dāng)濃度為2.00 g/L時(shí)對(duì)中毒玉米葉鮮質(zhì)量及葉干質(zhì)量解毒效果與不加硝酸鈣處理相比差異極顯著；當(dāng)硝酸鈣濃度為4.00 g/L時(shí)對(duì)鉛中毒玉米無解毒效果，且極顯著加重玉米的中毒程度。0.10～1.00 g/L時(shí)，鈣對(duì)中毒的玉米根鮮質(zhì)量及根干質(zhì)量均有解毒作用，2.00～400 g/L硝酸鈣對(duì)中毒的玉米根鮮質(zhì)量及根干質(zhì)量多數(shù)無解毒作用。當(dāng)硝酸鈣濃度為0.01～2.00 g/L 時(shí)，鉛中毒玉米根數(shù)呈增加趨勢(shì)；當(dāng)濃度為 4.00 g/L 時(shí)反而減少，差異均不顯著。當(dāng)硝酸鈣濃度為0.10～2.00 g/L 時(shí)，鉛中毒玉米根的長(zhǎng)度呈增加趨勢(shì)；濃度為4.00 g/L時(shí)玉米根長(zhǎng)反而比鉛中毒時(shí)短。說明一定濃度的鈣處理對(duì)鉛中毒具有解毒效果，但濃度達(dá)到一定值時(shí)反而會(huì)加重毒害，這與馮文新等關(guān)于鈣處理對(duì)鹽脅迫下大豆種子發(fā)芽及其生理生化指標(biāo)影響結(jié)果基本[12]一致。

3結(jié)論與討論

近年來，重金屬對(duì)我國(guó)植物以及土壤的污染越來越嚴(yán)重，存在的范圍也較廣，重金屬對(duì)植物種子的發(fā)芽以及對(duì)植物生表6不同濃度鉛、鈣復(fù)合對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響長(zhǎng)發(fā)育和生理特性的影響也越來越受人們的關(guān)注，重金屬污染成為當(dāng)下最難解決的問題之一。雖然重金屬元素不是植物生長(zhǎng)所大量需要的，但是這些重金屬會(huì)隨著植物吸收營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)進(jìn)入植物體內(nèi)，最終被人體吸收，從而影響人類的身體健康[13]。因此，研究重金屬污染對(duì)植物的影響是非常必要的。本試驗(yàn)研究鈣、鉛及復(fù)合物對(duì)玉米種子發(fā)芽及生長(zhǎng)發(fā)育的影響，分析不同濃度試劑對(duì)玉米種子發(fā)芽及其幼苗各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的影響顯著性，確定了在測(cè)試濃度范圍內(nèi)鈣對(duì)鉛解毒的最適濃度，對(duì)后續(xù)玉米地農(nóng)耕、土壤凈化，以及早期預(yù)測(cè)玉米的毒害等都具有重要意義。

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