硒對(duì)鎘脅迫下豌豆萌發(fā)特性的影響

張志梅，王菲，趙莉

（1.河南省鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，鄭州， 450002；2.河南科技大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院）

重金屬鎘影響植物生長(zhǎng)是通過(guò)阻礙植物的光合作用、呼吸作用和營(yíng)養(yǎng)代謝等實(shí)現(xiàn)的，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致植物死亡[1]。有學(xué)者認(rèn)為，鎘抑制植物的生長(zhǎng)是因?yàn)槠溆绊懼参矬w內(nèi)的活性氧自由基代謝[2，3]，而植物體內(nèi)抗氧化酶活性的變化是由于鎘脅迫使植物體內(nèi)積累大量自由基，從而引起過(guò)氧化損傷[4]。鎘脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)丙二烯氧化物合成酶過(guò)多形成，致使植物抗氧化系統(tǒng)難以負(fù)荷，從而產(chǎn)生氧化損傷，這有利于丙二烯氧化物合成酶進(jìn)一步結(jié)合蛋白質(zhì)的氨基酸殘基，尤其是Tyr、Phe、Trp、Met和Cys，從而形成羰基衍生物[5]。研究表明，鎘脅迫物質(zhì)主要是氯化鎘，濃度多集中在0.5～2.0 mg/L[6～13]。緩解鎘對(duì)植物的毒害作用已引起人們的廣泛關(guān)注，對(duì)于解決鎘中毒的措施已有所研究，鎘毒緩解劑包括硅、鋅、鐵、鈣、磷、抗壞血酸等自由基清除劑和竹炭等[6～13]。豌豆是世界上第二大食用豆類作物，全球生產(chǎn)干豌豆的國(guó)家約有65個(gè)，其中生產(chǎn)青豌豆的國(guó)家有50個(gè)。在我國(guó)，黃豌豆是一種廣泛種植的豆類作物，主要產(chǎn)區(qū)是黃河、長(zhǎng)江流域范圍的10余個(gè)省[14，15]，2020年FAO調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)豌豆種植面積為104.00萬(wàn)hm2，約占全世界豌豆種植面積的1/6，全世界豌豆總產(chǎn)量1 014.49萬(wàn)t，我國(guó)140.00萬(wàn)t，占比13.8%，中國(guó)在世界豌豆生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。通過(guò)研究2個(gè)極端濃度鎘脅迫下加入不同濃度的硒對(duì)豌豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)，及幼苗葉綠素、脯氨酸和丙二醛含量等的影響，了解哪種濃度的硒對(duì)鎘脅迫造成的毒害緩解效果最好并可減少植物對(duì)鎘的吸收，為深入研究外源硒緩解豌豆鎘毒害機(jī)理提供理論依據(jù)，使人們盡量避免食用被鎘毒害的豌豆，降低鎘危害身體健康的可能性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試豌豆品種為河南省生產(chǎn)豌豆芽苗菜普遍采用的品種中豌7號(hào)，種子由甘肅省酒泉科農(nóng)種子有限公司生產(chǎn)，購(gòu)自洛陽(yáng)關(guān)林種子市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年10月進(jìn)行。挑選顆粒飽滿無(wú)褶皺、大小均一的豌豆種子，用蒸餾水清洗2次后，用濾紙吸干表面的水，室溫（19±3）℃下分別用0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg/L亞硒酸鈉溶液和0.5、2.0 mg/L氯化鎘溶液組合（共12個(gè)）浸種6 h，使其充分吸水膨脹，再用蒸餾水清洗浸泡過(guò)的種子3次，用濾紙吸干表面水分，移至鋪有2層濾紙的直徑100 mm的培養(yǎng)皿中，在室內(nèi)加水繼續(xù)培養(yǎng)。每處理100粒種子，重復(fù)3次。每天早晚各噴水1次。從第2天開(kāi)始統(tǒng)計(jì)種子的萌發(fā)數(shù)量（以胚根長(zhǎng)度為種子的1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)）。光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，白天/夜間溫度為25℃/20℃，光周期12 h，光強(qiáng)600 μmol·m-2·s-1。待幼苗長(zhǎng)至10 cm左右時(shí)，開(kāi)始施加處理液，每隔2 d施1次，每次每皿處理液量為5 mL。培養(yǎng)20 d后測(cè)量株高、莖粗以及取幼苗葉片測(cè)定葉綠素、脯氨酸、丙二醛含量。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽率（%）=前7 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100，發(fā)芽勢(shì)（%）=前4 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100。株高：從莖基部到苗的最頂端的長(zhǎng)度，用直尺測(cè)量。莖粗：莖基部上2 cm處的粗度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量。葉綠素含量的測(cè)定參考李合生等[16]的方法，采用乙醇提取法進(jìn)行。脯氨酸含量的測(cè)定參考鄒琦[17]的磺基水楊酸提取法進(jìn)行。丙二醛含量的測(cè)定參考陳毓荃[18]的三氯乙酸（TCA）和硫代巴比妥酸（TBA）法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

由表1知，鎘濃度為0.5 mg/L時(shí)，硒濃度≤4.0 mg/L下豌豆種子的發(fā)芽勢(shì)比不加硒的都大，其中以硒濃度為2.0 mg/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最大，硒濃度為2.0 mg/L與3.0 mg/L的發(fā)芽勢(shì)無(wú)顯著差異，硒濃度為1.0、3.0、4.0 mg/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)之間差異不顯著，硒濃度為1.0 mg/L的發(fā)芽勢(shì)與不加硒的無(wú)顯著差異，這說(shuō)明硒能緩解鎘對(duì)豌豆的毒害作用。當(dāng)硒濃度提高至5.0 mg/L后，豌豆種子的發(fā)芽勢(shì)小于不加硒的，降低1.28個(gè)百分點(diǎn)，且二者差異顯著，這可能是因?yàn)槲鴿舛?.0 mg/L對(duì)豌豆產(chǎn)生了脅迫。鎘濃度為2.0 mg/L時(shí)，硒濃度≤2.0 mg/L下發(fā)芽勢(shì)均升高，其中以硒濃度為1.0 mg/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最大，這說(shuō)明硒能有效緩解鎘毒，硒濃度為3.0和4.0 mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)比不加硒的分別低1.26和3.18個(gè)百分點(diǎn)，這可能是硒對(duì)豌豆種子產(chǎn)生輕微脅迫所致。當(dāng)硒濃度為5.0 mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)比不加硒增加1.15個(gè)百分點(diǎn)，這可能是硒和鎘發(fā)生了拮抗作用，抑制了對(duì)方的毒害。

表1 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆種子萌發(fā)及豌豆幼苗生長(zhǎng)的影響

在鎘濃度為0.5 mg/L時(shí)，硒濃度≤3.0 mg/L下豌豆種子的發(fā)芽率均比不加硒的大，其中硒濃度為1.0 mg/L時(shí)的發(fā)芽率最大，1.0 mg/L與2.0 mg/L下的發(fā)芽率差異不顯著，但二者均與3.0 mg/L的差異顯著，說(shuō)明硒能緩解鎘對(duì)豌豆的毒害。當(dāng)硒濃度為4.0、5.0 mg/L時(shí)，豌豆種子的發(fā)芽率均小于不加硒的，這可能是因?yàn)?.0和5.0 mg/L硒處理對(duì)豌豆產(chǎn)生了脅迫。在鎘濃度為2.0 mg/L時(shí)，硒濃度為1.0 mg/L和2.0 mg/L時(shí)，豌豆種子發(fā)芽率均與不加硒的差異顯著，但前二者間差異不顯著，說(shuō)明硒能有效緩解鎘對(duì)豌豆的毒害；硒濃度為3.0和4.0 mg/L時(shí)，發(fā)芽率比不加硒的分別低0.82和3.70個(gè)百分點(diǎn)，與不加硒的差異分別為不顯著和顯著，這可能是硒對(duì)豌豆種子產(chǎn)生輕微脅迫所致；當(dāng)硒濃度為5.0 mg/L時(shí)，發(fā)芽率比不加硒增加1.57個(gè)百分點(diǎn)，這可能是硒和鎘產(chǎn)生了拮抗作用，抑制了對(duì)方的毒害。

2.2 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1可知，在鎘濃度為0.5 mg/L時(shí)，加入硒后的豌豆幼苗株高和莖粗均大于不加硒的，其中株高在硒濃度為1.0 mg/L時(shí)最大，比不加硒的增加3.58 cm，莖粗在硒濃度為2.0 mg/L時(shí)最大，比不加硒的增加0.19 cm，這說(shuō)明在鎘濃度為0.5 mg/L時(shí)，硒對(duì)鎘脅迫有明顯的緩解作用，其中1.0和2.0 mg/L的硒溶液緩解效果顯著。在鎘濃度為2.0 mg/L時(shí)，加入硒后豌豆幼苗株高均小于未加硒的，其中株高在硒濃度5.0 mg/L時(shí)降低程度最大，相比不加硒的下降7.0 cm；硒濃度≤2.0 mg/L下的豌豆幼苗莖粗均大于未加硒的，但差異不顯著，硒濃度為3.0、4.0和5.0 mg/L時(shí)莖粗分別比不加硒的下降0.10、0.30和0.61 cm，這可能是3.0、4.0和5.0 mg/L硒處理和鎘同時(shí)對(duì)豌豆產(chǎn)生脅迫所致，且相比莖粗，株高對(duì)硒更為敏感。

2.3 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆幼苗葉綠素含量的影響

由表2可知，在鎘濃度為0.5 mg/L時(shí)，加入硒的豌豆幼苗葉綠素a含量均大于不加硒的，硒濃度為1.0 mg/L時(shí)豌豆幼苗葉綠素a含量最大，硒濃度為1.0、2.0 mg/L下幼苗葉綠素a含量無(wú)顯著差異，硒濃度為2.0、3.0、4.0 mg/L下的葉綠素a含量無(wú)顯著差異，硒濃度為1.0、2.0、3.0、4.0 mg/L下幼苗葉綠素a含量與5.0 mg/L的差異顯著。這表明硒能緩解鎘對(duì)葉綠素a的破壞作用。鎘濃度為0.5 mg/L時(shí)，加入硒的豌豆幼苗的葉綠素b含量均顯著小于不加硒的，說(shuō)明金屬硒對(duì)葉綠素b有破壞作用，而在鎘濃度為2.0 mg/L，硒濃度小于4 mg/L時(shí)，葉綠素b含量反而升高，說(shuō)明硒與鎘產(chǎn)生拮抗作用，減弱了對(duì)葉綠素b的破壞，當(dāng)硒濃度大于等于4 mg/L時(shí)，葉綠素b含量小于不加硒的。這說(shuō)明高濃度硒與鎘產(chǎn)生的協(xié)同作用破壞了葉綠素b的產(chǎn)生。

表2 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆幼苗葉綠素含量的影響

當(dāng)鎘濃度為2.0 mg/L，硒濃度為2.0 mg/L時(shí)，豌豆幼苗葉綠素含量最大，與不加硒的鎘脅迫相比，葉綠素含量增加了0.193 3 mg/g，兩者差異顯著，表明2.0 mg/L的硒溶液對(duì)2.0 mg/L鎘脅迫的緩解作用最佳，可保護(hù)葉綠素不被破壞。當(dāng)硒濃度為4.0、5.0 mg/L時(shí)，豌豆葉綠素含量比不加硒的低，分別降低了0.180 0和0.246 7 mg/g，與不加硒的相比，差異均顯著，這可能是高濃度的硒與鎘產(chǎn)生協(xié)同作用，加劇了鎘對(duì)豌豆幼苗的脅迫，促使葉綠素含量下降。由此可知，硒濃度為2.0 mg/L時(shí)，對(duì)鎘脅迫的緩解作用明顯。

2.4 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆幼苗脯氨酸和丙二醛含量的影響

由表3知，2種鎘脅迫下，硒濃度≤4.0 mg/L時(shí)，豌豆幼苗的脯氨酸含量均大于不加硒的，且以硒濃度為3.0 mg/L時(shí)最大，硒濃度為1.0、2.0、3.0 mg/L下的脯氨酸含量差異不顯著，說(shuō)明硒對(duì)鎘的毒害有顯著的緩解作用；硒濃度為5.0 mg/L時(shí)，脯氨酸含量比不加硒的分別下降0.004 7和0.003 5 mg/g，這可能是鎘與高濃度的硒產(chǎn)生協(xié)同作用，從而加劇了鎘對(duì)豌豆幼苗的脅迫作用，促使脯氨酸含量減少。隨著硒濃度的升高，丙二醛含量先降低再升高，當(dāng)硒濃度為4.0 mg/L時(shí)，丙二醛含量較不加硒的顯著降低，分別降低0.346 7和1.205 3 mg/g。硒濃度為5.0 mg/L的丙二醛含量較4.0 mg/L的有所升高，但仍低于不加硒的，這可能是5 mg/L的溶液硒對(duì)豌豆幼苗產(chǎn)生輕微脅迫所致。

表3 鎘脅迫下硒對(duì)豌豆幼苗脯氨酸和丙二醛含量的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

在2種鎘脅迫下，硒濃度≤2.0 mg/L時(shí)，豌豆種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率升高，葉綠素含量升高；硒濃度≤4.0 mg/L時(shí)，脯氨酸含量升高；硒處理時(shí)，丙二醛含量均下降，但硒濃度為5.0 mg/L時(shí)，豌豆幼苗的丙二醛含量較4.0 mg/L略有上升。說(shuō)明低濃度硒能緩解鎘對(duì)豌豆萌發(fā)生長(zhǎng)的影響，高濃度硒對(duì)豌豆的萌發(fā)生長(zhǎng)起一定的抑制作用。

3.2 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，硒處理能降低鎘脅迫下豌豆幼苗中丙二醛含量、提高脯氨酸含量、促進(jìn)葉綠素的合成，對(duì)豌豆的生長(zhǎng)具有較好促進(jìn)作用，這與張海英等[21]研究結(jié)果相似。低濃度的硒能增強(qiáng)植物抗性，緩解一定濃度的鎘毒污染；高濃度的硒則協(xié)同鎘一起脅迫豌豆，產(chǎn)生毒害效應(yīng)，這與王立新等[22]研究結(jié)果相似。綜上所述，一定濃度的硒能緩解鎘脅迫對(duì)豌豆造成的毒害。硒濃度為2.0 mg/L既能有效降低豌豆中丙二醛的含量，又能促進(jìn)豌豆的萌發(fā)與生長(zhǎng)，是本研究緩解鎘毒效果最好的。