Pb2+脅迫對2種車前種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

趙淑玲，何九軍，王一峰，張蕊紅，蹇小勇，王永斌，孫 杰

（1.隴南師范高等專科學(xué)校，甘肅成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心，甘肅成縣 742500；3.成縣城關(guān)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，甘肅成縣 742500）

隨人類生活節(jié)奏以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)生三廢（廢氣、廢水、廢渣）通過各種途徑進(jìn)入土壤，造成土壤重金屬污染。鉛污染是主要的污染源之一，含鉛污染物的來源較多，在污染土壤中含量可達(dá)5 000 mg/kg，含鉛污染物難以降解且易在土壤中積累，造成土壤重金屬鉛污染，被鉛污染的土壤質(zhì)量下降，種植的農(nóng)作物吸收重金屬后生長受阻，品質(zhì)和產(chǎn)量下降。車前，又名車輪草等，一至多年生草本，可食藥用，生長速度快，生物量積累快，楊櫻等人[4]研究表明，車前對銅、鉛有一定的富集作用，車前是重金屬污染地原生態(tài)重要植物資源之一[5]。平車前（Plantago depressaWilld.）和車前（Plantago asiaticaL.）是甘肅隴南常見雜草，該試驗(yàn)利用不同濃度Pb2+分別對平車前、車前的種子、幼苗進(jìn)行脅迫，探討Pb2+對平車前、車前種子的萌發(fā)、幼苗生長情況的影響，研究重金屬鉛對平車前、車前種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，探討平車前和車前對Pb2+的耐受性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1試驗(yàn)地概況。2020年7—9月，在隴南境內(nèi)采集種子，平車前采自隴南成縣梁山（33°45′28"N，105°44′10″E），車前采自隴南成縣小川草壩村（33°41′38″N，105°35′38″E），采集種子后在種子室內(nèi)陰干。

1.1.2試驗(yàn)儀器。人工培養(yǎng)箱（型號RQH-250，金壇市醫(yī)療儀器廠）；硝酸鉛（天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所，試劑均為AR級）等。

1.1.3品種選擇。平車前和車前是甘肅隴南常見雜草。

1.2 方法

1.2.1試驗(yàn)方法。利用0.4%的KMnO4溶液分別浸泡平車前和車前種子30 min，用蒸餾水沖洗，點(diǎn)播在鋪有雙層濾紙培養(yǎng)皿（d=9 cm），50粒/皿，處理組分別用：50、100、150、200 mg/L的硝酸鉛溶液（以Pb2+溶液濃度計）澆灌，硝酸鉛溶液澆灌至種子1/3處，每個Pb2+濃度處理做3個平行，每天根據(jù)培養(yǎng)皿中情況補(bǔ)充相應(yīng)濃度的Pb2+溶液，以蒸餾水處理為對照（CK，0 mg/L）。將培養(yǎng)皿放置在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度設(shè)置為（25±1）℃，每天觀察并記錄，在第10天進(jìn)行各項指標(biāo)測定。

1.2.2指標(biāo)測定及方法。

（1）車前種子萌發(fā)情況計算。第2天開始統(tǒng)計平車前和車前種子發(fā)芽數(shù)等，以平車前和車前種子胚根達(dá)種子長度1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)芽率（%）=發(fā)芽種子總數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù)×100；發(fā)芽指數(shù)（Gi）=∑（Gt/Dt）；Gt為第t天發(fā)芽的種子數(shù)，Dt為對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)[6]；發(fā)芽勢（Gv）=發(fā)芽峰值日累計發(fā)芽種子數(shù)/供試驗(yàn)種子總粒數(shù)×100%。

（2）生物量情況測定。試驗(yàn)期間觀察種子萌發(fā)及幼苗的生長狀況，做好統(tǒng)計記錄，在第10天，隨機(jī)從培養(yǎng)皿中取10株車前幼苗分別測定胚根以及株高、鮮重和干重等。

1.2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法。數(shù)據(jù)用IBM SPSS Statistics 23軟件，單因素ANOVA檢驗(yàn)鄧肯（0.05水平）分析統(tǒng)計，二因素分析用一般線性模型中單因素法分析統(tǒng)計，用Origin 2018做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬Pb2+脅迫對平車前和車前萌發(fā)率的影響

從圖1可以看出，平車前和車前在不同Pb2+脅迫下，其萌發(fā)率有一定的影響，平車前萌發(fā)率隨Pb2+濃度先升高后下降，在Pb2+濃度50 mg/L時有最高萌發(fā)率，是CK的

圖1 Pb2+脅迫對平車前、車前種子萌發(fā)率的影響

1.01倍，隨后下降，在Pb2+濃度200 mg/L時，平車前萌發(fā)率最低，是CK的0.84倍。車前處理組的萌發(fā)率隨Pb2+濃度下降，但車前各處理組萌發(fā)率均在80%以上，表明該試驗(yàn)范圍內(nèi)的鉛脅迫對車前種子萌發(fā)影響較小。Pb2+濃度在200 mg/L時，對平車前、車前的萌發(fā)率有抑制作用，與CK相比有差異顯著（P＜0.01）。平車前和車前發(fā)芽率在相同梯度重金屬處理下，其萌發(fā)率無差異（P＞0.05）。

2.2 重金屬Pb2+脅迫對平車前和車前發(fā)芽指數(shù)的影響

從圖2可以看出，發(fā)芽指數(shù)在一定程度上可以衡量種子的發(fā)芽能力和活力[7]。平車前和車前種子的發(fā)芽指數(shù)在Pb2+濃度50 mg/L時，均高于CK組，其發(fā)芽指數(shù)分別是7.367和14.539，而CK組的發(fā)芽指數(shù)為6.936和14.136，表明較低濃度Pb2+對平車前、車前種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，當(dāng)Pb2+濃度大于50 mg/L時，平車前和車前種子發(fā)芽指數(shù)隨脅迫濃度的增加而降低。平車前和車前發(fā)芽指數(shù)在相同梯度重金屬處理下，其發(fā)芽指數(shù)有顯著差異（P＜0.01）。

圖2 Pb2+脅迫對平車前、車前種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.3 重金屬Pb2+脅迫對平車前和車前發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢體現(xiàn)種子的發(fā)芽速度和整齊度。由圖3可以看出，平車前和車前的發(fā)芽勢隨處理濃度梯度的增加，整體呈下降趨勢。平車前在Pb2+濃度100 mg/L、車前在Pb2+濃度50 mg/L時發(fā)芽勢具有最高值，發(fā)芽勢表現(xiàn)與萌發(fā)率一致，推測低濃度的Pb2+對平車前和車前種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。平車前發(fā)芽勢處理組與CK相比無差異（P＞0.05），車前發(fā)芽勢處理組在Pb2+濃度100～200 mg/L時與CK相比差異顯著（P＜0.01）。

圖3 Pb2+脅迫對平車前、車前種子發(fā)芽勢的影響

2.4 重金屬Pb2+脅迫對平車前和車前幼苗胚根長度、株高及生物量影響

試驗(yàn)第2天，車前種子胚根突破種皮開始萌發(fā)，第3天車前種子萌發(fā)粒數(shù)最多，第3天各處理組主根基本無差別，主根白色有光澤，根尖有多數(shù)細(xì)根毛，隨Pb2+處理濃度和時間的增加，各處理組主根逐漸出現(xiàn)較大差別，根毛逐漸減少至無，主根生長緩慢，根尖顏色呈黑褐色。從圖4可以看出，平車前和車前幼苗生長情況基本一致，隨Pb2+濃度脅迫增加，幼苗的主根長度、苗高、鮮重等呈下降趨勢，幼根根尖在Pb2+濃度50～200 mg/L，根毛明顯減少，胚根急劇縮短，根尖呈現(xiàn)黑褐色。

圖4 Pb2+脅迫對平車前、車前幼苗生長影響

從表1可以看出，不同Pb2+脅迫對平車前、車前幼苗生長均有一定的影響。和CK相比，平車前、車前處理組的苗高隨Pb2+脅迫濃度的增加呈下降趨勢，對幼苗主根、株高生長影響較大，差異極顯著（P＜0.01），Pb2+脅迫濃度在50～150 mg/L時，平車前、車前株高與CK相比，有差異（P＜0.05），Pb2+脅迫濃度在200 mg/L時，平車前、車前株高與CK相比，有顯著差異（P＜0.01）。平車前、車前2個品種主根長度各處理組與CK相比，無差異（P＞0.05），株高在Pb2+脅迫濃度50～150 mg/L時與CK相比無差異（P＞0.05），在Pb2+脅迫濃度200 mg/L時與CK相比有差異（P＜0.05）。

表1 不同Pb2+脅迫對平車前、車前幼苗生長的影響（x±s）

平車前、車前鮮重和干重隨Pb2+脅迫濃度增加受影響較大，鮮重、干重整體呈下降趨勢，其中，平車前處理組Pb2+脅迫濃度150～200 mg/L時，鮮重與CK相比差異極顯著（P＜0.01），車前各處理組與CK相比差異極顯著（P＜0.01），平車前、車前干重在Pb2+脅迫濃度處理范圍內(nèi)基本無差異（P＞0.05）。

3 討論

試驗(yàn)中，利用不同濃度的Pb2+（0～200 mg/L）處理平車前和車前，隨Pb2+脅迫濃度的增加，平車前和車前種子的萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢先升高后降低，萌發(fā)率，發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢在Pb2+濃度50 mg/L時達(dá)到最高，推測低濃度Pb2+刺激下，對植物種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。隨Pb2+濃度的逐漸增加，對平車前和車前的幼苗生長有抑制作用（P＜0.05），其中對胚根的生長抑制比對芽的生長抑制更強(qiáng)，芽的生長高于胚根的生長，Pb2+濃度＞50 mg/L時，平車前和車前幼苗的根急劇縮短，根尖幾乎無根毛，根尖發(fā)黑褐色，與劉曉洲[8]、陳進(jìn)樹[9]等人的研究結(jié)果相同。由于Pb2+主要通過根部吸收再進(jìn)入植物體內(nèi)，根部生長受到影響較大，在Pb2+的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，植物細(xì)胞細(xì)胞膜的選擇性等使得Pb2+進(jìn)入植物體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)受到限制，對植物的芽長等影響相對較小。試驗(yàn)中，隨Pb2+脅迫濃度的增加，平車前和車前的鮮重、干重均下降，平車前幼苗鮮重重金屬處理組與CK相比，差異顯著（P＜0.01），平車前和車前幼苗干重?zé)o差異（P＞0.05），王瀚[10]研究認(rèn)為，金屬離子能降低細(xì)胞水勢，細(xì)胞內(nèi)水分外流，造成細(xì)胞滲透壓的改變，水分代謝發(fā)生較大變化，同時重金屬Pb2+對植物的光合作用有抑制作用，影響光合作用的產(chǎn)物及大分子化合物的合成[11]，導(dǎo)致平車前和車前生理代謝受阻，生物量持續(xù)下降。

從該試驗(yàn)可以看出，在外界重金屬鉛脅迫下，對平車前和車前的生長有一定的影響，在較低Pb2+脅迫濃度（＜50 mg/L）下，萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)等有一定的促進(jìn)作用。說明在Pb2+脅迫范圍內(nèi)（0～200 mg/L），平車前和車前對鉛脅迫有一定的耐受性，能在輕度鉛污染土壤上作為鉛污染土壤修復(fù)植物進(jìn)行栽植。