重金属Pb、Cr对小麦种子萌发和幼苗生物量的影响

谢 影 鲁先文 卜利波

摘要:对重金属Pb、Cr对小麦种子萌发以及幼苗生物量的影响进行了研究。结果表明,不同浓度的重金属Pb、Cr对小麦种子萌发及其它测量指标的影响不同。低浓度时对小麦萌发及生长影响不大,甚至有一定的刺激作用,而高浓度时则有显著的抑制作用,且随浓度增大抑制进一步增强。两种重金属相比,Cr对小麦的生态毒性要强于Pb。

关键词:重金属;发芽率;生物量

中图分类号:S512.1文献标识码: A 文章编号:1006-6500(2009)01-0022-03

Effects of Heavy Metals Pb and Cr on Seed Germination and Biomass of Wheat

XIE Ying,LU Xian-wen,BU Li-bo

(Department of Life Science,Huainan Normal University,Huainan, Anhui 232001,China)

Abstract:The effects of heavy metals Pb, Cr on wheat seed germination and biomass were discussed. The results showed that different concentrations of heavy metal had different effects on seed germination and other indices measured. Lower concentration of heavy metal showed little effect on wheat seed germination and growth, or some promoting functions. While higher concentration of heavy metals contamination inhibited the growth of wheat obviously, and the inhibition increased with the concentration raising. In a word, the toxicity of heavy metal Cr on wheat was stronger than Pb.

Key words: heavy metal;germination rate;biomass

土壤中重金属污染问题作为影响我国农业发展和生态环境质量的重要因素已引起了人们广泛关注。由于直接运用化学方法对污染物质的生态环境效应进行评价有许多困难,并且存在污染物的生物可利用性问题,生物指示物引起了毒理学家和环境科学工作者的极大兴趣[1]。笔者通过测定重金属Pb、Cr对小麦种子萌发及幼苗生物量的影响来评价Pb、Cr两种重金属的毒性,为重金属污染地区的污染治理及土壤改良提供一定的参考。

1 材料和方法

1.1 材 料

小麦品种为博爱7422,购于淮南种子公司。

1.2 方 法

1.2.1 种子的消毒与催芽 选取子粒饱满、大小均匀的小麦种子在0.1%的双氧水溶液中浸泡5 min。先用自来水冲洗数次,再用蒸馏水清洗,将已消毒的小麦种子用蒸馏水浸泡24 h催芽后,放入装有2/3体积石英砂的一次性塑料杯中,每杯10粒。

1.2.2 染毒处理 将重金属Pb、Cr按照离子(Pb2+、Cr6+)计算,配制成质量浓度为5,10,15,20,50,100 mg/L的6个剂量组,对小麦进行染毒处理,每处理5个重复,每2 d处理一次,每次每杯10 mL,对照组用去离子水培养,中间每处理加5 mL的完全培养液[2],放于自然光照下培养[3]。

1.2.3 萌发指标测定 染毒培养7 d后测定种子发芽率,11 d后每处理取10株幼苗测定根长和苗长。根长的测定从胚轴与根之间的过度点开始测量。

发芽率=第7天发芽种子数目/播种种子数目×100%

1.2.4 小麦生物量的测定 将小麦连根小心取出,自来水冲冼,滤纸吸干,然后用剪刀将根部与茎部分开,分别称量,得茎鲜质量和根鲜质量。再分别置于干燥箱中,105 ℃条件下烘1 h以杀死活体,再在84 ℃条件下烘20 h至恒质量,然后分别称量干质量。

2 结果与分析

2.1 Pb、Cr对小麦种子发芽率的影响

种子萌发所需的能量和物质完全来源于贮存物质的氧化分解,而这一分解过程需要大量的酶参与[4],Pb、Cr的存在抑制了酶的活性,降低了贮存物质的分解速度,使种子萌发所需的物质和能量供应受阻,发芽率降低。从表1和表2可以看出,小麦种子在萌发时,对Pb2+、Cr6+离子的反应分成两步,在极低的浓度下,Pb2+、Cr6+离子对发芽率的影响不显著,且有一定的刺激作用,随着浓度升高,发芽率迅速下降,直至完全被抑制。当Pb2+浓度达到15 mg/L、Cr6+浓度为10 mg/L时刺激作用分别达到最大,发芽率分别达到96%和98%,对照为92%。但随着Pb2+、Cr6+浓度的增大,对小麦萌发的伤害也随之增大,当浓度为100 mg/L小麦的发芽率仅有58%(Pb2+)和62%(Cr6+)。

2.2 重金属Pb、Cr对小麦根长、苗长的影响

由表1和表2可以看出,Cr6+对小麦幼苗根长的抑制作用比Pb2+明显,抑制作用随着重金属浓度的增大而增强,当浓度为100 mg/L时,对小麦的根长只有2.85 cm,抑制率达到69.1%(抑制率=(1-处理值/对照值)×100%[4]);而Pb2+浓度的变化对小麦幼苗根长的影响不大。

随着Cr6+浓度的增大,小麦幼苗所受的抑制作用也随之增大。其中当Cr6+浓度为100 mg/L时,苗长平均只有6.31 cm,抑制率达到59.8%。而Pb2+对小麦根长的影响则表现出低浓度刺激而高浓度抑制的作用。当Pb2+浓度为5 mg/L和10 mg/L时,处理组的根长都高于对照,而浓度大于15 mg/L时则表现出明显的抑制作用;从抑制率来讲,Cr对苗长的抑制作用要明显强于Pb。

2.3 重金属Pb、Cr对小麦幼苗生物量的影响

由表3、表4可以看出,随Cr6+浓度的增加,对小麦根鲜质量的抑制作用逐步增强。当Cr6+浓度为10 mg/L和15 mg/L时抑制率约为25%,而当浓度达到100 mg/L时,抑制率达到50%左右。重金属Pb2+对小麦幼根质量则表现出低浓度刺激高浓度抑制的现象,Pb2+浓度为5 mg/L和10 mg/L时处理组的小麦根长要略大于对照组,表现为轻微的刺激作用。Pb、Cr两种重金属相比,高浓度的Pb2+的抑制作用要强于Cr6+。

随Pb2+、Cr6+浓度增加小麦叶鲜质量出现不同程度的降低(表3、表4)。其原因可能是重金属Pb、Cr对小麦根部的毒害作用逐渐影响到小麦的呼吸作用,进而影响到小麦的水分代谢,使其吸取水分的能力减弱。水分的减少又会影响小麦细胞内的各种生化反应的进行,从而阻碍了生物大分子的合成[5]。

除15 mg/LCr6+处理组的生物量与对照组基本持平(对照为0.029 3 g,15 mg/LCr6+为0.029 2 g)以外,其它处理组的生物量均低于对照组。其中100 mg/L Cr6+的抑制作用最为明显,平均为0.006 6 g,只有对照组的22.5%。随着Pb2+浓度的增大,生物量逐渐减少,但变化不明显。Pb2+与Cr6+比较,在高浓度时的 Cr6+对小麦生物量的抑制作用要显著强于Pb2+。

3 讨 论

(1)试验表明,不同浓度的重金属Pb、Cr处理对小麦种子萌发的影响主要分为两个阶段,在低浓度时对小麦种子萌发有一定的刺激作用,主要表现为Pb2+浓度达到15 mg/L、Cr6+浓度为10 mg/L时处理组的种子发芽率在一定程度上高于对照组。而高浓度的Pb2+、Cr6+则显著抑制了小麦种子的萌发,并随着重金属浓度的提高,抑制作用进一步增强。

(2)Pb2+、Cr6+对小麦幼苗生长的影响也表现出与萌发类似的情况。比如根长、苗长、根鲜质量、叶鲜质量等,但根系对重金属污染的敏感性要明显比地上部分高,所受抑制作用也较强。随染毒时间的延长,逐渐影响到小麦地上部分,从而影响到小麦的生物量。而两种重金属相比,Cr对小麦的生态毒性要强于Pb。

总之,小麦种子在萌发过程和幼苗生长过程中,对Pb2+、Cr6+污染的耐受阈值为15 mg/L,超过15 mg/L就会对小麦种子萌发与生长产生不同程度的抑制作用,且生理指标的变化先于形态指标,这为低浓度污染物的监测提供了依据。

参考文献:

[1] Labra M, Fabio T Di, Grassi F, et al. AFLP analysis as biomarker of exposure to organic and inorganic genotoxic substances in plants [J].Chemosphere, 2003, 52: 1183-1188.

[2] 张志良.植物的元素缺乏症(溶液培养)[M]// 张志良,瞿伟菁.植物生理学实验指导(第3版).北京:高等教育出版社,2003.

[3] 周希琴,李裕红.Ca2+对铬胁迫下木麻黄种子萌发的生态效应[J].生态学杂志,2003,22(4):37-41.

[4] 齐雪梅,李培军,刘宛,等.Cu对大麦和玉米的毒性效应[J].农业环境科学学报,2006,25(2):286-290.

[5] 谭晓,戴媛,李欢庆,等.重金属镉对小麦幼苗生物大分子损伤的研究[J].安徽农业科学,2006,34(17):4227-4228,4246.