銅脅迫對(duì)亞麻萌發(fā)的影響

向魏，彭定祥，劉立軍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

亞麻(Linum usitatissimumL.)屬于亞麻科(Linaceae)亞麻屬(Linum)，為一年生草本植物，被人類栽培和利用有8000多年的歷史[1]。亞麻作為纖維作物和油料作物具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)其也是一種修復(fù)重金屬污染土壤的良好作物。隨著我國現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，銅已經(jīng)成為我國土壤，尤其是銅礦開采區(qū)重金屬污染的主要元素之一。全國土壤污染狀況調(diào)查中，銅的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到2.1%，礦區(qū)土壤含銅量普遍高出正常值，有的地區(qū)甚至高達(dá)7325 mg/kg，因此，對(duì)銅污染土壤的修復(fù)刻不容緩[2-6]。Angelova等[7]研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于大麻和棉花對(duì)重金屬的吸附能力，亞麻的吸附能力更強(qiáng)。王玉富等[8]研究表明，亞麻對(duì)重金屬脅迫具有較強(qiáng)的耐受性。通過對(duì)23個(gè)亞麻品種進(jìn)行種子發(fā)芽的重金屬毒性試驗(yàn)，Soudek等[9]發(fā)現(xiàn)重金屬對(duì)亞麻的毒性順序?yàn)?As3+＞As5+＞Cu2+＞Cd2+＞Co2+＞Cr6+＞Ni2+＞Pb2+＞Cr3+＞Zn2+，盡管沒有一個(gè)亞麻品種對(duì)所有的重金屬表現(xiàn)出耐受性或是抗性，但是不同亞麻品種對(duì)不同重金屬的耐受性各有不同。低濃度的Cu2+對(duì)種子萌發(fā)會(huì)表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用，而高濃度的Cu2+會(huì)顯著降低大豆、黑麥草和海州香薷等植物種子的發(fā)芽率[10-14]。Cu2+脅迫會(huì)抑制植物幼苗的生長，使其芽長、根長和幼苗鮮重均降低，抑制作用隨著Cu2+濃度的升高而加強(qiáng)，且根對(duì)Cu2+的敏感性高于芽[15-16]。

目前，國外主要培育的亞麻品種為低亞麻酸含量品種和環(huán)保型品種，低亞麻酸品種可用于亞麻食品的開發(fā)，環(huán)保型品種可從土壤中大量吸收鎘和鉛等重金屬，在凈化土壤方面發(fā)揮作用[17]。目前還沒有銅脅迫對(duì)亞麻影響的相關(guān)研究，本試驗(yàn)為亞麻修復(fù)利用銅污染土壤提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

亞麻種子萌發(fā)期耐銅性研究選用9個(gè)亞麻品種:云亞1號(hào)、云亞3號(hào)、派克斯、同升福、隴亞10號(hào)、伊亞3號(hào)、伊亞4號(hào)、伊亞5號(hào)、天鑫3號(hào)(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所、黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所、新疆伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等單位友情饋贈(zèng)。)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)選擇50粒成熟飽滿且大小適中、均勻一致的種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。

銅脅迫環(huán)境采用CuSO4·5H2O(分析純)模擬。 設(shè)置0、50、100、150、200 mg/L 5個(gè)銅濃度。 將選好的9個(gè)亞麻品種的種子用75%乙醇消毒2 min，用蒸餾水沖洗干凈后置于放有兩張發(fā)芽紙的發(fā)芽盒中，加入銅溶液10 mL，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)芽7 d。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

以萌發(fā)的幼芽達(dá)到種子長度的1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每24 h調(diào)查一次發(fā)芽情況，連續(xù)調(diào)查7次。第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，隨機(jī)取10株測(cè)量根長(主根)、芽長、鮮重。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法如下:

(1)鮮重:將10株亞麻幼苗表面水分吸干，用天平稱取重量，求出單株鮮重平均值。

(2)根長(主根):測(cè)量10株根長(第一個(gè)側(cè)根以下)，求其平均值。

(3)芽長:測(cè)量10株芽長(子葉節(jié)以上)，求其平均值。

(4)發(fā)芽勢(shì)(%)＝(第3天發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%

(5)發(fā)芽率(%)＝(第7天發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

(6)發(fā)芽指數(shù)GI＝∑Gt/Dt

其中:GI—發(fā)芽指數(shù)；Gt—指定時(shí)間(d)的發(fā)芽種子數(shù)；Dt—相應(yīng)的發(fā)芽試驗(yàn)時(shí)間(d)。

(7)活力指數(shù)＝發(fā)芽指數(shù)×幼苗鮮重(g/10株)

(8)根長(芽長)抑制指數(shù)＝(對(duì)照-處理)/對(duì)照

對(duì)9個(gè)亞麻品種進(jìn)行耐銅性評(píng)價(jià)。首先將各項(xiàng)指標(biāo)值換算成相對(duì)值(相對(duì)值＝處理值/對(duì)照值)，然后按下面公式計(jì)算隸屬函數(shù)值。如果各指標(biāo)相對(duì)值與亞麻耐性呈正相關(guān)，就代入(1)式進(jìn)行計(jì)算，反之則代入(2)式進(jìn)行計(jì)算。將各品種亞麻各指標(biāo)的耐性隸屬函數(shù)值累加起來，求其平均值[18-20]。隸屬函數(shù)值計(jì)算公式如下:

式中:Xij表示i品種j個(gè)相對(duì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xj為第j個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xjmax和Xjmin分別表示所有品種第j個(gè)相對(duì)指標(biāo)的最大值和最小值。

再根據(jù)平均隸屬函數(shù)X值的大小對(duì)9個(gè)品種進(jìn)行耐性鑒定，即X≥0.70為1級(jí)高耐型；0.50≤X＜0.70為2級(jí)中耐型；0.30≤X＜0.50為3級(jí)低耐型；X＜0.30為4級(jí)敏感型[21]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 20.0進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅脅迫對(duì)不同亞麻品種種子萌發(fā)的影響

2.1.1 銅脅迫對(duì)亞麻發(fā)芽勢(shì)的影響

不同濃度銅溶液處理下亞麻發(fā)芽勢(shì)如表1所示。9個(gè)亞麻品種的發(fā)芽勢(shì)均隨著銅濃度的升高而降低。隴亞10號(hào)發(fā)芽勢(shì)在銅溶液濃度為50 mg/L時(shí)較0 mg/L稍有上升，但并未達(dá)到顯著水平。當(dāng)銅溶液濃度為50 mg/L時(shí)，云亞1號(hào)、云亞3號(hào)、同升福、伊亞3號(hào)、伊亞4號(hào)、伊亞5號(hào)的發(fā)芽勢(shì)顯著低于0 mg/L時(shí)的發(fā)芽勢(shì)。當(dāng)銅溶液濃度為100 mg/L時(shí)，9個(gè)亞麻品種的發(fā)芽勢(shì)均顯著低于0 mg/L時(shí)的發(fā)芽勢(shì)。在銅溶液濃度達(dá)到200 mg/L時(shí)，隴亞10號(hào)的發(fā)芽勢(shì)最高，為20.67%，云亞3號(hào)和派克斯的發(fā)芽勢(shì)最低，為0.67%。

表1 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻發(fā)芽勢(shì)的影響Table 1 Effects of different Cu2+concentration on the germination potential of flax seeds %

2.1.2 銅脅迫對(duì)亞麻發(fā)芽率的影響

不同亞麻品種在不同銅溶液濃度處理下的發(fā)芽率如表2所示。9個(gè)亞麻品種的發(fā)芽率均隨著銅溶液濃度的升高而逐漸降低。派克斯與隴亞10號(hào)的發(fā)芽率在50 mg/L較0 mg/L有所上升，但并未達(dá)到顯著水平。當(dāng)銅濃度為50 mg/L時(shí)，云亞1號(hào)、伊亞5號(hào)的發(fā)芽率顯著低于銅濃度為0 mg/L時(shí)的發(fā)芽率。當(dāng)銅濃度為100 mg/L時(shí)，9個(gè)亞麻品種的發(fā)芽率均顯著低于銅濃度為0 mg/L時(shí)的發(fā)芽率。當(dāng)銅濃度為200 mg/L時(shí)，隴亞10號(hào)的發(fā)芽率最高，為41.33%，云亞1號(hào)的發(fā)芽率最低，為4.67%。

表2 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻發(fā)芽率的影響Table 2 Effects of different Cu2+concentration on the germination rate of flax seeds %

2.1.3 銅脅迫對(duì)亞麻發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是種子的活力指標(biāo)。發(fā)芽指數(shù)高，種子活力就高。9個(gè)亞麻品種的發(fā)芽指數(shù)(表3)均隨著銅濃度的升高而降低。當(dāng)銅濃度為50 mg/L時(shí)，云亞1號(hào)、云亞3號(hào)、派克斯、隴亞10號(hào)、伊亞3號(hào)、伊亞4號(hào)、伊亞5號(hào)、天鑫3號(hào)的發(fā)芽指數(shù)顯著低于銅濃度為0 mg/L時(shí)的發(fā)芽指數(shù)；當(dāng)銅濃度為100 mg/L時(shí)，9個(gè)亞麻品種的發(fā)芽指數(shù)均顯著低于銅濃度為0 mg/L時(shí)的發(fā)芽指數(shù)；當(dāng)銅濃度為200 mg/L時(shí)，隴亞10號(hào)的發(fā)芽指數(shù)最高，為16.88，云亞1號(hào)的發(fā)芽指數(shù)最低，為2.08。

表3 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻發(fā)芽指數(shù)的影響Table 3 Effects of different Cu2+concentration on the germination index of flax seeds

2.1.4 銅脅迫對(duì)亞麻種子活力指數(shù)的影響

不同品種的亞麻種子活力指數(shù)(表4)隨著銅脅迫濃度的升高而降低。當(dāng)銅濃度為50 mg/L時(shí)，9個(gè)亞麻品種的種子活力指數(shù)均顯著低于銅濃度為0 mg/L的。當(dāng)銅濃度為200 mg/L時(shí)，隴亞10號(hào)的種子活力指數(shù)最高，為3.84，云亞1號(hào)和同升福的種子活力指數(shù)最低，為0.39。

表4 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻種子活力指數(shù)的影響Table 4 Effects of different Cu2+concentration on the vigor index of flax seeds

2.2 銅脅迫對(duì)亞麻芽苗生長的影響

2.2.1 銅脅迫對(duì)亞麻根長(主根)的影響

不同濃度銅溶液對(duì)亞麻根長(主根)影響見表5。銅溶液對(duì)亞麻主根生長有明顯的抑制作用。在銅濃度為50 mg/L的處理下，9個(gè)亞麻品種的根長均顯著低于0 mg/L處理，銅對(duì)云亞3號(hào)的根抑制作用最明顯，在50 mg/L時(shí)無主根產(chǎn)生。伊亞4號(hào)主根對(duì)銅脅迫表現(xiàn)出較好的抗性，在200 mg/L銅濃度處理下仍有少量主根產(chǎn)生。

表5 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻根長(主根)的影響Table 5 Effects of different Cu2+concentration on the root length of flax germination cm

2.2.2 銅脅迫對(duì)亞麻芽長的影響

不同濃度銅溶液對(duì)亞麻芽長影響見表6。不同亞麻品種的芽對(duì)銅的敏感性有所不同。低濃度銅處理促進(jìn)了部分亞麻品種芽的生長，派克斯、伊亞5號(hào)和天鑫3號(hào)芽長在銅溶液濃度50 mg/L處理下顯著高于0 mg/L處理。其他品種芽長隨銅溶液濃度的升高而逐漸降低。

表6 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻芽長的影響Table 6 Effects of different Cu2+concentration on the shoot length of flax germination cm

2.2.3 不同濃度銅對(duì)亞麻品種根長(主根)、芽長抑制指數(shù)的影響

不同濃度銅對(duì)亞麻根長(主根)抑制指數(shù)的影響如表7所示。銅對(duì)亞麻根長(主根)抑制指數(shù)與銅濃度呈正相關(guān)，隨著銅濃度的升高，根長抑制指數(shù)也隨之升高。在銅溶液濃度為50 mg/L時(shí)，不同亞麻品種根長抑制指數(shù)均達(dá)0.96以上，受到嚴(yán)重抑制。云亞3號(hào)根對(duì)銅最敏感，伊亞4號(hào)根對(duì)銅最不敏感。

民辦高?？上蛘暾?qǐng)財(cái)政支持，或者向當(dāng)?shù)卣暾?qǐng)制定資助政策，通過政府幫助解決民辦高校的財(cái)政壓力，促進(jìn)民辦高校的發(fā)展。例如：向政府申請(qǐng)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”推廣專項(xiàng)基金，專門用于采購和維護(hù)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”必備硬件設(shè)施。同時(shí)，民辦高?？梢越柚陨硎袌?chǎng)運(yùn)作靈活機(jī)制，尋求獲得市場(chǎng)資金的投入與支持，通過股份分擔(dān)制與企業(yè)合作、與國外聯(lián)合辦學(xué)等各種形式引進(jìn)資金，吸引國際優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源來增強(qiáng)民辦高校的資金與實(shí)力；也可以建立社會(huì)捐贈(zèng)制度，大力宣傳鼓勵(lì)捐贈(zèng)教育事業(yè)的優(yōu)惠政策。

表7 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻根長(主根)抑制指數(shù)的影響Table 7 Effects of different Cu2+concentration on the inhibition index of root length of flax

不同濃度銅對(duì)亞麻芽長抑制指數(shù)的影響如表8所示。亞麻芽長抑制指數(shù)與銅濃度呈正相關(guān)，隨著銅溶液濃度的升高，對(duì)亞麻芽長抑制效果也越發(fā)明顯。在銅溶液濃度為50 mg/L時(shí)，云亞3號(hào)、派克斯、伊亞5號(hào)和天鑫3號(hào)的芽長抑制指數(shù)分別為-0.41、-0.17、-0.12和-0.05，而后隨銅濃度的升高芽長抑制指數(shù)逐漸變?yōu)檎龜?shù)，芽長受到抑制，說明低濃度的銅可以促進(jìn)部分亞麻品種芽長的生長。

表8 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻芽長抑制指數(shù)的影響Table 8 Effects of different Cu2+concentration on the inhibition index of shoot length of flax

2.2.4 銅脅迫對(duì)亞麻芽苗鮮重的影響

不同濃度銅對(duì)亞麻苗鮮重的影響如表9所示。亞麻苗鮮重與銅濃度呈負(fù)相關(guān)，隨著銅濃度的升高而降低。當(dāng)銅溶液濃度≥50 mg/L時(shí)，亞麻苗鮮重顯著低于對(duì)照，且隨著銅濃度的升高不斷下降。

表9 不同Cu2+濃度溶液對(duì)亞麻苗鮮重的影響Table 9 Effects of different Cu2+concentration on the fresh weight of flax germination g/10株

2.3 不同亞麻品種耐銅性評(píng)價(jià)

選擇對(duì)亞麻生長具有顯著抑制作用的銅濃度(50 mg/L)，以相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)根長、相對(duì)芽長作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用隸屬函數(shù)法對(duì)各品種耐銅性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表10所示。派克斯和隴亞10號(hào)平均隸屬函數(shù)值最大，為0.76，伊亞5號(hào)為0.64，云亞3號(hào)、同升福和天鑫3號(hào)為0.55，伊亞3號(hào)為0.53，伊亞4號(hào)為0.46，云亞1號(hào)為0.07。根據(jù)平均隸屬函數(shù)值的大小，得到9個(gè)品種耐銅性強(qiáng)弱:派克斯＞隴亞10號(hào)＞伊亞5號(hào)＞云亞3號(hào)＞同升福＞天鑫3號(hào)＞伊亞3號(hào)＞伊亞4號(hào)＞云亞1號(hào)。

表10 銅(50 mg/L)脅迫下亞麻各相對(duì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值Table 10 The subordinative values of relative values germination indexes under Cu2+(50 mg/L)

根據(jù)平均隸屬函數(shù)值將9個(gè)亞麻品種耐銅性分為4個(gè)等級(jí):X≥0.70的派克斯和隴亞10號(hào)為高耐型；0.50≤X＜0.70的伊亞5號(hào)、云亞3號(hào)、同升福、天鑫3號(hào)、伊亞3號(hào)為中耐型；0.30≤X＜0.50的伊亞4號(hào)為低耐型；X＜0.30的云亞1號(hào)為敏感型。

3 討論

發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率是反映植物種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要指標(biāo)。發(fā)芽勢(shì)強(qiáng)、發(fā)芽率高，表示種子出苗又快又整齊，幼苗健壯；如果發(fā)芽勢(shì)弱、發(fā)芽率高，則表示種子發(fā)芽弱苗較多、出苗不整齊。

亞麻的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、根長和苗鮮重等均隨著銅濃度的升高而下降，與銅濃度呈負(fù)相關(guān)。在50 mg/L的銅濃度處理下，部分亞麻品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率有增加的趨勢(shì)。銅對(duì)亞麻根的抑制作用強(qiáng)于對(duì)芽的抑制作用，亞麻根在50 mg/L銅處理下均表現(xiàn)出顯著抑制作用，而芽長在50 mg/L銅處理下部分亞麻品種表現(xiàn)出促進(jìn)作用，直至150 mg/L銅處理才均表現(xiàn)出顯著抑制作用。已有研究[15，22-27]表明，當(dāng)銅濃度到達(dá)某個(gè)臨界值時(shí)，會(huì)顯著抑制小麥、水稻、黃瓜、豆類和玉米等作物種子的萌發(fā)，顯著降低幼苗的根長以及生物量，在臨界值之下的銅濃度對(duì)種子的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用，但是對(duì)幼苗后續(xù)的生長不利。與本試驗(yàn)的結(jié)果表現(xiàn)一致。

用隸屬函數(shù)值計(jì)算，將9個(gè)亞麻品種的萌發(fā)期耐銅性進(jìn)行分級(jí)。高耐型:派克斯、隴亞10號(hào)；中耐型:伊亞5號(hào)、云亞3號(hào)、同升福、天鑫3號(hào)、伊亞3號(hào)；低耐型:伊亞4號(hào)；敏感型:云亞1號(hào)。派克斯與隴亞10號(hào)可以作為亞麻修復(fù)銅污染土壤的理想品種。