模擬大氣鎘沉降量對空心菜種子發(fā)芽的影響

杜錦夢，易秀，崔鍵，王巍，常雅軍，劉曉靜，姚東瑞

（1.長安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，西安710054；2.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所（南京中山植物園），南京210014；3.江蘇省水生植物資源與水環(huán)境修復(fù)工程研究中心，南京210014；4.長安大學(xué)旱區(qū)水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710054）

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)田是我國最重要的資源，近年來農(nóng)田重金屬污染及相關(guān)食品安全問題受到廣泛關(guān)注[1?3]。據(jù)報(bào)道，我國農(nóng)田土壤重金屬污染每年造成的損失達(dá)200多億元[4]，部分區(qū)域稻米和蔬菜鎘嚴(yán)重超標(biāo)[5?8]，這與我國土壤鎘點(diǎn)位超標(biāo)率居土壤無機(jī)污染之首有關(guān)。農(nóng)田鎘污染的來源很多，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，大氣鎘沉降已成為農(nóng)田鎘累積的重要來源[9?10]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國鎘沉降輸入0.24～19.5 mg·m?2，占農(nóng)田鎘輸入的34%～90%[11?16]。此外，鎘具有強(qiáng)毒性和高遷移性，對人體的危害較大[5，9，17?18]。因此，探索大氣鎘沉降及其農(nóng)田生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、食品安全風(fēng)險(xiǎn)和相關(guān)機(jī)理，對大氣與土壤環(huán)境交叉學(xué)科的理解和農(nóng)田鎘污染防控都具有重要意義。

種子的芽對外界環(huán)境的變化極其敏感，其發(fā)芽情況會直接影響植物后期的生長狀況[19]。種子發(fā)芽的源動力來自其吸脹作用，在水分進(jìn)入種子內(nèi)部的同時，鎘也會隨之進(jìn)入，參與其生理代謝過程[20?21]。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度鎘會降低生菜、桑樹、小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[19，22?23]，而低濃度鎘則作用相反[19，24]。即使相同鎘濃度，不同的蔬菜品種甚至同一蔬菜的不同基因型對鎘的累積或響應(yīng)也不盡相同[6?7，25?27]。這為鎘污染土壤的低鎘蔬菜品種篩選或超富集植物的發(fā)展提供一個新途徑。因此，開展大氣鎘沉降對種子發(fā)芽的相關(guān)研究，有利于進(jìn)一步認(rèn)識大氣鎘沉降的生態(tài)效應(yīng)，同時，為大氣鎘沉降找到一種植物預(yù)警方式。

空心菜（Ipomoea aquatica Forsk.），學(xué)名蕹菜，是一年生的旋花科植物，可水陸兩生，因其營養(yǎng)豐富、適應(yīng)性強(qiáng)、采收期長、口感好而備受人們的喜愛，而該蔬菜對重金屬具有較高的累積能力[28?30]，其食用的安全性一直備受關(guān)注[21，31?33]。此外，空心菜的品種眾多，不同品種對鎘的響應(yīng)是不同的[23?24，34]。然而有關(guān)大氣鎘沉降對不同品種空心菜尤其是對種子發(fā)芽影響的認(rèn)識仍存在一定的局限性。因此，本研究根據(jù)近年來大氣鎘沉降量范圍，設(shè)置低、中、高3個鎘沉降量梯度，選擇不同空心菜品種進(jìn)行種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，根據(jù)種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)篩選出對鎘耐受性最強(qiáng)和最弱的品種，并根據(jù)7 d的發(fā)芽情況進(jìn)行發(fā)芽動力學(xué)分析[35?36]，以期為空心菜的安全生產(chǎn)及后期實(shí)驗(yàn)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試劑CdCl2·2.5H2O，用于配制模擬大氣鎘沉降通量溶液，來自源葉生物有限公司。

空心菜種子購自南京市金盛達(dá)種子有限公司，共6個品種，分別為白骨大葉、白骨柳葉、柳葉、雙機(jī)竹葉、特選泰國和正宗三叉。各品種的特性見表1。

表1 不同品種空心菜的特點(diǎn)Table 1 Characteristics of different varieties of water spinach

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期的研究結(jié)果，每年我國大氣鎘沉降的通量為0.24～19.5 mg·m?2[14，37]。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置本研究模擬大氣鎘沉降通量為0、3.0、9.0、18.0 mg·m?2的4份種子發(fā)芽的培養(yǎng)液，標(biāo)記為D0、D3、D9、D18，每個處理3次重復(fù)。在超凈工作臺，將處理后的種子，每30粒放入一個鋪有兩層脫脂棉且滅菌后的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）中，再加入以上4份鎘培養(yǎng)液，移至已滅菌后的光照培養(yǎng)箱中恒溫（25±1℃）培養(yǎng)。此后，每隔24 h在超凈工作臺以去離子水補(bǔ)給培養(yǎng)皿中溶液蒸發(fā)和種子發(fā)芽所需水分，并記錄發(fā)芽種子（胚根超過種子自身長度的一半）的個數(shù)、根長和形態(tài)，處理霉?fàn)€種子（95%酒精消毒后放回原處繼續(xù)觀察，將嚴(yán)重霉?fàn)€的種子挑出，以避免感染其他種子，并將其統(tǒng)計(jì)為未發(fā)芽種子）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 種子預(yù)處理

從每個品種空心菜中，選擇顆粒飽滿、大小一致種子，用密封袋分裝好。試驗(yàn)開始前，用0.2%CuSO4溶液分別在小燒杯中消毒15 min，為防交叉感染，每個品種在對應(yīng)的小燒杯中單獨(dú)消毒。然后，將其在超凈工作臺上用無菌水反復(fù)沖洗數(shù)次，再用吸水紙將水吸干，放到密封袋中，待用。

1.3.2 大氣鎘沉降量配制

由于大氣鎘沉降量比較小，為保證稱量的準(zhǔn)確性，故將本實(shí)驗(yàn)?zāi)M大氣鎘沉降量所用的鎘試劑一次稱量后，溶于水溶液進(jìn)行配制。以D3為例配制培養(yǎng)液：沉降通量為D3的共有18個培養(yǎng)皿，以18個培養(yǎng)皿的面積計(jì)算出18個培養(yǎng)皿需要的CdCl2·2.5H2O的質(zhì)量，加入36 mL去離子水，混勻后，每個培養(yǎng)皿加2 mL培養(yǎng)液。

1.3.3 測定指標(biāo)及方法

（1）發(fā)芽勢是評判測試種子的發(fā)芽速度和整齊度的重要指標(biāo)，是在種子發(fā)芽過程中，日發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰時發(fā)芽的種子數(shù)占供試種子數(shù)的百分率，其計(jì)算公式為：

發(fā)芽勢=日發(fā)芽數(shù)峰值時發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%

（2）發(fā)芽率是評判種子質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，它是指發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)束時測試種子的發(fā)芽數(shù)占測試種子總數(shù)的百分比，能近似地反映出苗率?？招牟朔N子發(fā)芽時間一般為7 d[29，38?39]，故發(fā)芽率的計(jì)算公式為：

發(fā)芽率=試驗(yàn)完成時（7 d）全部發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%

（3）根由種子的胚根發(fā)育而來，根長和鮮質(zhì)量可以反映種子對外界環(huán)境的響應(yīng)能力。其測定方法為：種子置床后第9 d，用直尺測定每株幼苗根的平均長度（mm）；用電子天平（精度0.001 g）測定幼苗的鮮質(zhì)量，每個處理隨機(jī)選取10株幼苗測定，以其總質(zhì)量除以種子數(shù)，得到每個處理的平均鮮質(zhì)量。

（4）發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是體現(xiàn)種子對環(huán)境抗逆能力差異的重要指標(biāo)，前者是發(fā)芽率指標(biāo)的細(xì)化和深化，后者是種子發(fā)芽速率和生長量的綜合反映，二者放大了種子活力的特征，使好壞種子的差異加大。本文使用根長和鮮質(zhì)量兩個指標(biāo)進(jìn)行活力指數(shù)的計(jì)算，分別記為根長活力指數(shù)和鮮質(zhì)量活力指數(shù)。具體計(jì)算公式為：

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）（Gt為t時間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)）

活力指數(shù)=種苗生長量（平均根長或平均鮮質(zhì)量）×發(fā)芽指數(shù)

（5）發(fā)芽動力學(xué)曲線，可以直觀地表現(xiàn)出種子發(fā)芽過程中發(fā)芽速度的快慢和發(fā)芽時間，以及大氣鎘沉降量對其發(fā)芽速度的影響。通過發(fā)芽時長與對應(yīng)日發(fā)芽數(shù)量繪制而出的變化曲線。

（6）相關(guān)性分析，可以衡量兩個變量因素的相關(guān)密切程度。本文中用于衡量各個發(fā)芽指標(biāo)與大氣鎘沉降量之間的相關(guān)性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、LSD多重比較和相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2018軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬大氣鎘沉降量對空心菜種子發(fā)芽勢及發(fā)芽率的影響

圖1為模擬大氣鎘沉降量處理下6個品種空心菜種子的日發(fā)芽數(shù)。由圖可知，無鎘沉降處理下，供試空心菜種子的日發(fā)芽數(shù)峰值出現(xiàn)在第2～4 d，其中品種柳葉的最早，為第2 d；白骨大葉和雙機(jī)竹葉的最遲，為第4 d。大氣鎘沉降處理下，供試空心菜種子的日發(fā)芽峰值類似，僅白骨大葉和雙機(jī)竹葉兩個品種在D3和D18處理的日發(fā)芽峰值提早1 d?？梢?，柳葉空心菜種子具有發(fā)芽快速的優(yōu)勢，而白骨大葉和雙機(jī)竹葉空心菜種子的發(fā)芽峰值受大氣鎘沉降量的影響較大。

基于空心菜種子7 d的發(fā)芽情況，分別估算了不同大氣鎘沉降量下6個品種的發(fā)芽勢和發(fā)芽率（圖2A、圖2B）。從圖2A可見，白骨柳葉品種的發(fā)芽勢為78.89%～84.44%，顯著高于其他品種（P＜0.05），且隨大氣鎘沉降量的增加，其發(fā)芽勢雖有波動，但差異不顯著（P＞0.05），說明白骨柳葉種子的發(fā)芽速度較快，整齊度較高。特選泰國品種的發(fā)芽勢次之，且受鎘沉降量的影響較小。柳葉和正宗三叉的發(fā)芽勢相當(dāng)，但受大氣鎘沉降量升高的影響，柳葉的發(fā)芽勢遞增，且D9和D18處理的發(fā)芽勢顯著高于D0處理；正宗三叉的發(fā)芽勢隨大氣鎘沉降量升高而波動，D3處理顯著高于D9處理。雙機(jī)竹葉和白骨大葉的發(fā)芽勢受大氣鎘沉降量的影響相似，都隨鎘沉降量增加而波動下降，D3和D18處理的發(fā)芽勢顯著低于D0處理?？梢?，大氣鎘沉降量對空心菜種子發(fā)芽勢的影響與種子本身特性關(guān)系較大。

從圖2B可見，品種柳葉、特選泰國和白骨柳葉的種子發(fā)芽率最高（87.78%～95.56%），且三者無明顯差異（P＞0.05），而白骨大葉的最低，僅為48.89%，顯著低于其他5個處理，說明前者種子質(zhì)量較好，后者則較差。隨著大氣鎘沉降量的增加，白骨柳葉和雙機(jī)竹葉的種子發(fā)芽率呈先增后降的趨勢，且D3處理的發(fā)芽率顯著高于D18處理的；而其他4種的發(fā)芽率雖有波動，但無明顯差異?？梢?，白骨柳葉和雙機(jī)竹葉的種子發(fā)芽率對大氣鎘沉降量相對敏感。

2.2 模擬大氣鎘沉降量對空心菜種子根長和鮮質(zhì)量的影響

第9 d，大氣鎘沉降量模擬下6個品種空心菜種子的平均根長如圖2C所示。D0處理下，白骨柳葉和特選泰國的根長最長，分別為17.93 cm和17.01 cm，顯著高于其他4個品種；白骨大葉的最短，為8.14 cm，顯著低于其他5個品種的（P＜0.05）。隨著大氣鎘沉降量的增加，除柳葉外，其他5個空心菜品種的根長均受到不同的抑制，尤以白骨大葉、白骨柳葉和特選泰國的最為明顯，都與D0處理間差異顯著（圖2C，P＜0.05）。值得一提的是，大氣鎘沉降量刺激了柳葉空心菜根的生長；在D18處理時，柳葉和特選泰國的根長顯著高于白骨大葉的?？梢姡?個品種空心菜種子發(fā)芽的根長對大氣鎘沉降量都比較敏感。

由圖2D可知，D0處理下，正宗三叉種子發(fā)芽鮮質(zhì)量為0.27 g，顯著高于其他5個品種，且這5個品種鮮質(zhì)量間無顯著差異（P＞0.05）。隨著鎘沉降量的增加，白骨大葉和白骨柳葉的鮮質(zhì)量受到一定的抑制，特選泰國則先增加后降低，柳葉、雙機(jī)竹葉和正宗三叉受到不同程度的刺激而增重。方差分析發(fā)現(xiàn)，同一品種下，白骨大葉D9處理的鮮質(zhì)量顯著低于D0處理，白骨柳葉D18處理顯著低于其他3個處理，柳葉D18處理顯著高于D0處理，特選泰國D18處理顯著低于D9處理，雙機(jī)竹葉和正宗三叉各處理間無顯著差異；不同品種下，D0和D3處理各品種的鮮質(zhì)量無明顯差異，而D9處理下白骨大葉和白骨柳葉的鮮質(zhì)量顯著低于其他4個品種，D18處理下白骨柳葉的鮮質(zhì)量最低且顯著低于其他品種（特選泰國品種除外）?？梢姡髿怄k沉降量對雙機(jī)竹葉和正宗三叉種子發(fā)芽的鮮質(zhì)量影響較小，而對白骨柳葉和柳葉則相對較大。

2.3 模擬大氣鎘沉降量對空心菜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

模擬大氣鎘沉降量對6個品種空心菜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響見圖3。從圖3A可知，柳葉空心菜的發(fā)芽指數(shù)最大（10.89～12.11），白骨大葉空心菜的發(fā)芽指數(shù)最小（3.31～4.30），可見柳葉空心菜種子發(fā)芽能力較強(qiáng)而白骨大葉的較弱。隨著鎘沉降量的增加，白骨柳葉和正宗三叉種子的發(fā)芽指數(shù)變化差異不顯著（P＞0.05）；柳葉、雙機(jī)竹葉和白骨柳葉的發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先增后降的趨勢，且雙機(jī)竹葉D3處理和柳葉D9處理均顯著高于D0處理（P＜0.05），而白骨大葉的變化趨勢卻與此相反；正宗三叉種子的發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)增?降?增的趨勢，而特選泰國種子的則與此相反?？梢?，白骨大葉、柳葉和雙機(jī)竹葉種子的發(fā)芽指數(shù)受鎘沉降量的影響較大，對環(huán)境的抗逆能力較弱。

由圖3B可知，6個品種空心菜種子發(fā)芽的根長活力指數(shù)的大小順序大致為柳葉＞特選泰國＞白骨柳葉＞正宗三叉＞雙機(jī)竹葉＞白骨大葉，可見柳葉空心菜種子的生長速度較快，白骨大葉則相反。D0處理下，白骨柳葉種子的根長活力指數(shù)最大（168.10），而白骨大葉的最小（28.89），且各品種間差異顯著（P＜0.05）。隨著鎘沉降量的增加，白骨柳葉和特選泰國的根長活力指數(shù)顯著下降，雙機(jī)竹葉的波動下降，而柳葉的則顯著上升，白骨大葉的先顯著下降后顯著上升，正宗三叉的在D3時達(dá)到最大且與其他3個處理差異顯著?？梢?，白骨柳葉、特選泰國和柳葉的根長活力指數(shù)受鎘沉降量的影響較大，白骨柳葉和正宗三叉受低鎘沉降量的影響較大，而雙機(jī)竹葉受影響則相對較小。

從圖3C可知，柳葉的種子發(fā)芽鮮質(zhì)量活力指數(shù)最高（2.07～2.75），白骨大葉的最低（0.59～0.89）。隨著鎘沉降量的增加，白骨柳葉、特選泰國和正宗三叉種子鮮質(zhì)量活力指數(shù)的變化差異不顯著，柳葉顯著增加，雙機(jī)竹葉在D3時最大，且與D0處理間差異顯著（P＜0.05）?？梢姡髿怄k沉降量對柳葉和雙機(jī)竹葉種子發(fā)芽的鮮質(zhì)量活力指數(shù)影響較大，且低水平鎘沉降量對雙機(jī)竹葉的影響顯著，而對其他品種的影響不顯著，說明柳葉和雙機(jī)竹葉種子對大氣鎘沉降量變化的抗逆能力較弱。

2.4 不同品種空心菜種子的發(fā)芽動力學(xué)研究

模擬大氣鎘沉降量處理下不同品種空心菜種子的發(fā)芽動力學(xué)趨勢大致符合“S”曲線，第1～3 d處于指數(shù)期，第3～4 d處于線性期，第4～7 d處于穩(wěn)定期，見圖4。D0處理下，白骨大葉和雙機(jī)竹葉比其他品種晚1 d進(jìn)入線性期，說這兩個品種的種子發(fā)芽較晚；白骨柳葉、特選泰國和正宗三叉比其余品種早1 d進(jìn)入穩(wěn)定期，說明這3個品種的種子發(fā)芽時間較短。鎘沉降量處理下，白骨大葉在第2～3 d的發(fā)芽動力學(xué)曲線的斜率大于D0處理，此現(xiàn)象也發(fā)生在柳葉、雙機(jī)竹葉及D18處理正宗三叉的第2～4 d，說明鎘沉降量促進(jìn)了這4種空心菜的發(fā)芽速度；D3處理延遲白骨大葉和白骨柳葉的發(fā)芽時間至第5 d（圖4A、圖4B），延遲雙機(jī)竹葉和泰國的至第7 d（圖4D、圖4E）；D18處理提早柳葉和雙機(jī)竹葉的發(fā)芽時間至第5 d（圖4C、圖4D）；D9基本與D0相似，說明低水平鎘沉降量（D3）可延遲白骨大葉、白骨柳葉、雙機(jī)竹葉和泰國空心菜種子的發(fā)芽時間，高水平鎘沉降量（D18）可提早2 d柳葉和雙機(jī)竹葉的發(fā)芽時間。

2.5 模擬大氣鎘沉降量與空心菜種子發(fā)芽指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析

模擬大氣鎘沉降量與空心菜種子發(fā)芽指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果見表2。由表2可知，大氣鎘沉降量與空心菜種子發(fā)芽指標(biāo)的相關(guān)性受品種的影響較大。鎘沉降量分別與白骨柳葉種子發(fā)芽的平均鮮質(zhì)量、根長活力指數(shù)和鮮質(zhì)量活力指標(biāo)間呈顯著負(fù)相關(guān)，與正宗三叉的平均根長呈顯著負(fù)相關(guān)，而與柳葉的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、平均根長和根長活力指數(shù)呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與其他品種的種子發(fā)芽指標(biāo)間無顯著相關(guān)（P＞0.05）。可見，大氣鎘沉降量主要是通過影響根的生長而作用于種子的發(fā)芽，分別抑制和促進(jìn)了白骨柳葉和柳葉種子的發(fā)芽，而對其他4個品種的影響較小。

3 討論

種子的萌發(fā)是植物生命的起點(diǎn)，種子發(fā)芽的情況直接決定植物后期生長的狀況，而研究脅迫條件下種子發(fā)芽，可在一定程度上為植物環(huán)境的適應(yīng)性提供理論依據(jù)[38，40]。本研究通過模擬大氣鎘沉降量進(jìn)行6種空心菜種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：柳葉的發(fā)芽情況最好，日發(fā)芽數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及兩種活力指數(shù)均最高，說明其不僅發(fā)芽快、均勻，而且種子的活力也較好，但其受大氣鎘沉降量的影響較大；其次是泰國和白骨柳葉空心菜，除了白骨柳葉的發(fā)芽勢顯著高于其余5個品種外，二者的各項(xiàng)指標(biāo)均相差較小，這與朱麗霞[38]和李富榮等[39]的研究結(jié)果相似；白骨大葉的發(fā)芽情況最差，其各項(xiàng)指標(biāo)均最低，這可能是因?yàn)榘坠谴笕~種子活力較弱；雙機(jī)竹葉空心菜雖然對鎘沉降量比較敏感，但其發(fā)芽情況較差；正宗三叉空心菜種子則對鎘沉降量敏感性最弱，這可能與不同品種空心菜的特性有關(guān)。

隨著大氣鎘沉降量的增加，白骨大葉的發(fā)芽勢、白骨柳葉的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和鮮質(zhì)量活力指數(shù)、柳葉的發(fā)芽率、雙機(jī)竹葉的鮮質(zhì)量、特選泰國的發(fā)芽勢和發(fā)芽率及正宗三叉的發(fā)芽率、鮮質(zhì)量、發(fā)芽指數(shù)和鮮質(zhì)量活力指數(shù)沒有顯著差異，這可能是因?yàn)樯鲜隹招牟朔N子在發(fā)芽前期主要依靠自養(yǎng)，外界重金屬離子大部分被阻止在種皮層，不能進(jìn)入種子內(nèi)部，從而對其影響較小[41]。柳葉的發(fā)芽勢及兩種活力指數(shù)均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，且其平均根長和鮮質(zhì)量及發(fā)芽指數(shù)均高于D0處理，這可能是因?yàn)殒k的濃度較低，低鎘對柳葉空心菜起到了促進(jìn)作用。特選泰國的平均根長及根長活力指數(shù)呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢，說明重金屬鎘會抑制根的生長，這與先前的研究相似[42?46]，可能是因?yàn)殒k離子抑制種子內(nèi)儲藏的淀粉和蛋白質(zhì)分解，從而影響種子發(fā)芽所需的物質(zhì)和能量，致使種子發(fā)芽受阻[47]。但特選泰國的平均鮮質(zhì)量和鮮質(zhì)量活力指數(shù)卻出現(xiàn)先增加后減少的趨勢，這與李富榮等[39]的研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)榉N子吸水發(fā)芽時，胚根最先突破種皮，使其重金屬的積累量較大，受脅迫時間較長，所以對根長的抑制作用較為明顯，而鮮質(zhì)量受到的影響較小，表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制的作用；本研究設(shè)置的鎘沉降量與李富榮等[39]的不同，所以研究結(jié)果有所不同。白骨柳葉的發(fā)芽率、平均鮮質(zhì)量、發(fā)芽指數(shù)及鮮質(zhì)量活力指數(shù)呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，這與朱麗霞等[38]和祝社民[48]的研究相似，可能是因?yàn)榈蜐舛鹊逆k會促進(jìn)空心菜的發(fā)芽，而高濃度的鎘抑制空心菜的發(fā)芽；其根長和根長活力指數(shù)顯著低于D0處理，與泰國空心菜相似，可能是因?yàn)檫@兩個品種的根長均受到沉降鎘的抑制作用，而根長活力指數(shù)與根長相關(guān)，所以也降低。雙機(jī)竹葉在D3和D18處理下的發(fā)芽勢及3個鎘沉降量下的根長均顯著低于D0，但D3處理下的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和鮮質(zhì)量活力指數(shù)卻顯著高于對照，這說明與其他指標(biāo)相比，根長對外界環(huán)境的改變比較敏感，且“低促高抑”在此也有體現(xiàn)，這與特選泰國空心菜的結(jié)果相似。

表2 大氣鎘沉降量與不同品種空心菜種子發(fā)芽指標(biāo)的相關(guān)性Table 2 Correlations of atmospheric Cd deposition flux and various parameters of water spinach seed germination

種子發(fā)芽是種子從吸脹作用開始的一系列有序的生理過程和形態(tài)發(fā)生過程[42]，這是一個動態(tài)的變化過程，因此，進(jìn)行發(fā)芽動態(tài)分析是非常有意義的。從6個品種的發(fā)芽動力學(xué)曲線來看，空心菜在第2～4 d時是發(fā)芽快速期，且大部分品種是在D9和D18處理時發(fā)芽速度較快，這可能是因?yàn)殒k會促進(jìn)植物體內(nèi)淀粉酶、過氧化氫酶等酶活性的表達(dá)，促進(jìn)可溶性蛋白質(zhì)的合成，可溶性蛋白質(zhì)可增加細(xì)胞內(nèi)含物滲透勢，還能與重金屬形成復(fù)合物，降低重金屬的毒害效應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)種子的發(fā)芽[25，49?50]。低劑量的鎘沉降會延遲空心菜種子的發(fā)芽時間，高劑量的鎘沉降可提早2 d柳葉和雙機(jī)竹葉的發(fā)芽時間，這可能是因?yàn)榈玩k沉降量會促進(jìn)種子體內(nèi)各種功能酶的合成，使其發(fā)芽時間延長，高鎘沉降量則正相反[50]。鎘對空心菜的毒害機(jī)理主要是破壞線粒體和葉綠體，導(dǎo)致呼吸、光合作用減弱，葉片發(fā)黃，生物量下降[51]。為研究鎘沉降量對空心菜的毒害作用，本研究統(tǒng)計(jì)了6 d的爛根率，結(jié)果如表3所示。由表可知，鎘沉降量對白骨柳葉和特選泰國空心菜的影響較大，而對柳葉和正宗三叉的爛根率沒有顯著影響（P＞0.05），這可能是因?yàn)榍罢邔︽k沉降量的變化較敏感，重金屬鎘進(jìn)入植物根系后，會抑制根系透根電位和根系H+分泌及質(zhì)子泵，根系的質(zhì)子泵為細(xì)胞膜上的ATP酶所催化，是陰陽離子透過質(zhì)膜的次級運(yùn)轉(zhuǎn)的動力來源，因而鎘通過影響根系對陰陽離子的吸收平衡來影響根系代謝，從而導(dǎo)致爛根[52]。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，鎘沉降量與白骨大葉和雙機(jī)竹葉種子的爛根率呈負(fù)顯著相關(guān)（P＜0.05，表2），可能是因?yàn)槎邔Νh(huán)境的抗逆能力較強(qiáng)。綜上所述，說明鎘沉降量對白骨柳葉和泰國種子發(fā)芽的影響時間較長，影響作用較強(qiáng)。這可能是因?yàn)橹亟饘賹χ参锏亩竞π?yīng)隨植物本身特性的不同而變化，且隨脅迫時間的延長，受到毒害作用的程度也有所不同[53]。

表3 不同空心菜種子的爛根率Table 3 Root rotten rate of different water spinach seeds

本研究的時間較短，沒有涉及到種子發(fā)芽后幼苗的生長與生理。因此，在后期的研究中，有必要在本研究的基礎(chǔ)上，再針對這些空心菜品種進(jìn)行更深入的研究，以探討大氣鎘沉降在空心菜體內(nèi)的轉(zhuǎn)移和累積機(jī)制，從而挑選出既滿足環(huán)境友好，又產(chǎn)量高、品質(zhì)好的空心菜品種。

4 結(jié)論與展望

通過大氣鎘沉降的3個通量梯度的恒溫恒濕模擬，發(fā)現(xiàn)南京市場6個品種主流空心菜種子的發(fā)芽響應(yīng)有一定的差異。

（1）大氣鎘沉降量通過影響種子根發(fā)育而影響其種子發(fā)芽情況，尤以白骨柳葉和柳葉受影響明顯。大氣鎘沉降量與白骨柳葉種子的平均鮮質(zhì)量、根長活力指數(shù)和鮮質(zhì)量活力指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與柳葉的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、平均根長和根長活力指數(shù)呈顯著正相關(guān)，而與其他4個品種的發(fā)芽指標(biāo)無明顯相關(guān)性（正宗三叉的平均根長除外）。

（2）大氣鎘沉降量與白骨大葉和雙機(jī)竹葉種子發(fā)芽的爛根率呈顯著負(fù)相關(guān)，說明大氣鎘沉降量的增加可緩解這兩個品種的爛根率。

（3）發(fā)芽動力學(xué)分析表明低劑量的鎘沉降量會延遲除柳葉和正宗三叉種子外其余品種的發(fā)芽時間，而高劑量的則提早柳葉和雙機(jī)竹葉2 d的發(fā)芽時間。