重金屬鎘脅迫對2種草坪草種子萌發(fā)的影響

重金屬污染已成為環(huán)境污染主要問題，其中鎘是生物毒性最強(qiáng)的重金屬元素。鎘的毒性較強(qiáng)且危害持久，其危害總量及存在形式有著直接的關(guān)系[1]。草坪植物作為重要的園林地被植物，目前在園林綠化中應(yīng)用廣泛，草本植物對土壤水土保持能力具有促進(jìn)作用。目前，草坪植物也面臨重金屬超標(biāo)的嚴(yán)重問題，因此研究草坪植物對重金屬脅迫的耐受能力具有重要的意義。本文以高羊茅和紫羊茅作為試驗(yàn)材料，采用水培法，研究不用濃度重金屬鎘脅迫下草坪草種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明：不同濃度鎘脅迫對高羊茅和紫羊茅種子萌發(fā)的影響較大，隨著鎘濃度的逐漸升高2種草坪草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均有明顯的下降趨勢，當(dāng)鎘濃度達(dá)到450 mg/L時，2種草坪草種子均出現(xiàn)無根苗的情況，鎘脅迫低濃度時對2種草坪草種子萌發(fā)影響差異不大，鎘濃度達(dá)到100 mg/L后對紫羊茅種子萌發(fā)的抑制作用要明顯大于高羊茅。本研究結(jié)果可為受土壤重金屬鎘污染地區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供一定的參考依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

本文選取的植物材料為高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）和紫羊茅（Festuca rubra L.）。

1.2試驗(yàn)方法

鎘濃度設(shè)置為5、10、50、100、200、300、450和600 mg/L共8個濃度梯度。

選取大小均勻、無病蟲害且形狀飽滿的種子，采用水培法進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)，將配制好不同濃度的培養(yǎng)液置于培養(yǎng)皿中，至濾紙飽和為止。將隨機(jī)選取的種子放入培養(yǎng)皿內(nèi)，每個培養(yǎng)皿均勻放入種子100粒，每個處理設(shè)3組重復(fù)，同時以蒸餾水培養(yǎng)作對照組。培養(yǎng)溫度為20℃。種子萌發(fā)后，每天定時記錄發(fā)芽情況，10 d后發(fā)芽完成。培養(yǎng)完成后將萌發(fā)種子取出，用濾紙將其表面水分吸干，再用游標(biāo)卡尺測定種子胚根長度。發(fā)芽率/%=供試種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)發(fā)芽勢/%=發(fā)芽實(shí)驗(yàn)初期規(guī)定日期內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)

發(fā)芽指數(shù)（GI）=ΣGt/Dt（Gt為在t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽試驗(yàn)天數(shù)）

活力指數(shù)（VI）=GI*S（GI為發(fā)芽指數(shù)，S為一定時期內(nèi)根的長度）

1.3統(tǒng)計(jì)工具

利用Microsoft Office Excel 2003和SAS 8.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2結(jié)果與分析

2.1重金屬鎘脅迫對2種草坪草發(fā)芽的影響

通過表1可以看出，隨著鎘處理濃度的不斷升高，2種草坪草種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，當(dāng)濃度達(dá)到10 mg/L時，2種草坪草種子的發(fā)芽率較對照組出現(xiàn)顯著性差異（P<0.05），隨著鎘濃度不斷增加，在最高濃度（600 mg/L）時與對照組間達(dá)到差異最顯著（P<0.05），對種子的萌發(fā)抑制效果最明顯。高羊茅和紫羊茅的發(fā)芽勢在鎘濃度5～200 mg/L之間變化不大，發(fā)芽相對整齊一致，當(dāng)鎘濃度達(dá)到300 mg/L時發(fā)芽勢下降，當(dāng)鎘濃度達(dá)600 mg/L時紫羊茅的發(fā)芽勢極低，發(fā)芽整齊度顯著降低，同時發(fā)芽勢在鎘濃度為600 mg/L時與對照組差異最顯著（P<0.05）。

鎘濃度在5、10和50 mg/L時，2種草坪草的發(fā)芽率和發(fā)芽勢基本一致，而隨著鎘濃度的不斷提高，高羊茅和紫羊茅種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢出現(xiàn)差異，當(dāng)濃度達(dá)到100 mg/L后，高羊茅種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均高于紫羊茅種子，可以看出，低濃度鎘對高羊茅和紫羊茅發(fā)芽率的影響差異不大，高濃度鎘（大于100 mg/L）鎘脅迫對紫羊茅種子萌發(fā)的抑制作用要強(qiáng)于高羊茅。

2.2重金屬鎘脅迫對2種草坪草發(fā)芽指數(shù)的影響

通過表2可以看出，高羊茅和紫羊茅在重金屬鎘脅迫下，除紫羊茅5 mg/L處理外，其余所有處理均與對照組呈現(xiàn)出顯著性差異（P< 0.05）且低于對照組，隨著鎘濃度的升高，2種草坪草發(fā)芽指數(shù)降低趨勢都較為明顯，2種草坪草都在最高濃度（600 mg/L）時與對照差異最顯著（P<0.05）。當(dāng)鎘濃度為5～50 mg/L，高羊茅和紫羊茅的發(fā)芽指數(shù)差異較小，當(dāng)鎘濃度達(dá)到100 mg/L后，高羊茅的種子發(fā)芽指數(shù)均明顯高于紫羊茅，可見隨著鎘濃度的升高，鎘脅迫對于紫羊茅種子的發(fā)芽指數(shù)的抑制性更為明顯。

2.3重金屬鎘脅迫對2種草坪草活力指數(shù)的影響

通過表3可以看出，隨著鎘處理濃度的不斷升高，2種草坪草種子的活力指數(shù)下降趨勢明顯，高羊茅各處理都與對照組有顯著性差異（P<0.05），紫羊茅5、10 mg/L時與對照無顯著性差異，可見鎘濃度在5和10 mg/L時，并沒有影響到紫羊茅胚根的生長。當(dāng)濃度達(dá)到50mg/L后與對照組有顯著性差異（P<0.05），2種草坪草都是在鎘濃度達(dá)到300 mg/L時與對照組的差異性最為顯著（P<0.05），此濃度嚴(yán)重抑制2種草坪草胚根的生長，并且當(dāng)濃度達(dá)到450 mg/L時，2種草坪草均出現(xiàn)無根情況。

3討論與結(jié)論

種子在重金屬脅迫環(huán)境下萌發(fā)狀況決定了種子的生長發(fā)育對重金屬富集的能力。研究結(jié)果表明，在重金屬脅迫下，與鎘、鋅相比，銅對草坪草根系生長的抑制作用更為明顯，毒性最強(qiáng)，在低濃度下便出現(xiàn)“無根苗”的情況；草地早熟禾對Cu脅迫抗性較差，當(dāng)Cu的處理濃度達(dá)到400 mg/L時，草地已不發(fā)芽；白三葉隨著銅處理濃度的不斷上升發(fā)芽指標(biāo)不斷下降。當(dāng)Pb和Cd的處理濃度達(dá)300 mg/L時，匍匐剪股穎的種子發(fā)芽率極低，發(fā)芽的質(zhì)量也較差。在低濃度的鎘處理下多年生黑麥草、高羊茅和白三葉3種草坪草發(fā)芽指標(biāo)較高，并且對胚根或胚芽生長有推動作用，而在高濃度情況下發(fā)芽指標(biāo)較差，明顯低于對照組。黑麥草、早熟禾和高羊茅均表現(xiàn)出對鋅較高的耐受力[2-5]。

隨著社會的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日漸突出。其中，土壤重金屬污染問題尤為嚴(yán)峻[6-7]。由于重金屬很難被生物降解，在土壤中不斷積累導(dǎo)致整個食物鏈?zhǔn)艿轿廴?，最后通過多種途徑進(jìn)入人體，危害人類健康，因此治理土壤重金屬問題已迫在眉睫[8-9]。利用植物修復(fù)受重金屬污染的土壤雖耗時較長，但費(fèi)用低，無二次污染，能夠徹底清除土壤中污染物，因此，研究不同草坪草對重金屬脅迫的耐受程度具有重要意義[10]。

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[1長春市南湖公園李爽2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄉(xiāng)村振興科技研究所付鴻博（通訊作者）]