重金属铅锌镉对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响

马 沙， 高 熹， 陈春梅， 吴国星 ， 汪金蓉， 叶 敏， 肖 春， 李正跃

(云南农业大学植物保护学院，云南昆明 650201)

马 沙，高 熹，陈春梅，等. 重金属铅锌镉对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响[J]. 杂草科学，2012，30(4)：16-20.

重金属铅锌镉对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响

马 沙， 高 熹， 陈春梅， 吴国星 ， 汪金蓉， 叶 敏， 肖 春， 李正跃

(云南农业大学植物保护学院，云南昆明 650201)

试验以紫茎泽兰(EupatoriumcoelestinumL.)种子为材料，研究了重金属铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)单一及复合胁迫对种子萌发及幼苗根长的影响。结果表明，当Pb浓度在100～4 000 μmol/L时，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数和发芽势都随着Pb浓度的增加而降低，但是当Pb浓度为100～200 μmol/L时，其发芽率、发芽指数及发芽势都比对照高，其中在100 μmol/L处理下其发芽率、发芽指数及发芽势都是最高的，分别为94.67%、42.25和89.67%；在Zn浓度为100～4 000 μmol/L范围内，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数和发芽势随着Zn浓度的增加而降低；在Cd浓度为20～1 000 μmol/L范围内，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数和发芽势都随着Cd浓度的增加而降低；在低浓度Pb(100 μmol/L)+Zn(100 μmol/L)复合胁迫下，其发芽率是最高的，为94.67%，之后随着复合浓度的增加，其发芽率、发芽指数和发芽势呈下降趋势；紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数和发芽势随着复合重金属Pb+Cd、Zn+Cd、Pb+Zn+Cd浓度的增加而降低。无论是在单一还是复合重金属处理下，紫茎泽兰的幼苗根长与对照相比明显受到抑制。

重金属； 紫茎泽兰； 种子； 萌发

紫茎泽兰(EupatoriumcoelestinumL.)，系菊科泽兰属多年生丛生型半灌木或草本植物，又名破坏草、解放草，原产于墨西哥，在19世纪作为观赏植物被引入到世界的若干地方，现在已分布在亚洲(印度、尼泊尔、中国、菲律宾、泰国和文莱)、大洋洲(夏威夷、塔希提岛、新西兰、澳大利亚和巴布亚新几内亚)、非洲(尼日利亚、津巴布韦和南非)和欧洲(法国、希腊、葡萄牙和西班牙)的很多亚热带地区，是一种入侵性杂草[1-2]，20世纪40年代紫茎泽兰从我国西南边境不断侵入，占据农田、草地、山坡、林地、路边及宅旁。紫茎泽兰一旦传入新的生境并定居下来，很快排挤当地植物而形成大片单优群落[3-6]，导致当地物种灭绝[7]、耕地退化、经济作物严重减产和牧场退化[3，8]，给入侵地的农业、生态、经济造成巨大的损失。目前对紫茎泽兰的防除有人工防除、物理防除、化学防除和生物防除等方法，但都收效甚微。在防除紫茎泽兰的同时充分利用它也不失为一种不错的选择。据报道，紫茎泽兰对Pb、Zn和Cd具有一定的吸收转运能力，因此，紫茎泽兰具备作为矿区生态修复与重建先锋植物的潜力[9-11]。种子萌发及幼苗的生长是植物生命进程的起点，是植物对外部环境反应的开始，该时期既是植物对外界反应的敏感期，同时也是植物最早接受重金属胁迫的阶段。为此，本试验以紫茎泽兰种子为实验材料，通过研究不同浓度Pb、Zn和Cd单一及复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响，了解紫茎泽兰种子的生态适应性和抗逆性，以期对紫茎泽兰的利用和矿区的生态修复与重建提供基础的数据与理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫茎泽兰种子采自云南省昆明市郊区。试验材料硝酸铅为天津市化学试剂三厂生产，七水合硫酸锌为西陇化工股份有限公司生产，氯化铬为天津市光复精细化工研究所生产，RXZ智能型人工气候箱为浙江省宁波江南仪器厂生产，游标卡尺为杭州工具量具厂生产，脱脂棉为河南焦作市联盟卫生材料有限责任公司生产，滤纸为杭州特种纸业有限公司生产。

1.2 试验方法

选取饱满的紫茎泽兰种子用蒸馏水冲洗3～5遍，再用蒸馏水浸泡24 h，选取饱满的种子均匀置于下层铺有棉花上层铺有滤纸直径为9 cm的培养皿中，每个培养皿放置100粒种子，依次加入40 mL(表1)各重金属溶液，同时以加入蒸馏水的一皿作为空白对照，3个重复。然后把培养皿放入温度为25 ℃、相对湿度为(80±5)%、光-暗周期为12 h-12 h的人工气候箱中培养。当紫茎泽兰种子吸水膨胀开始萌发后，每天记录其萌发数及生长情况，发芽15 d后测量其根长。并按下列各式计算发芽势、发芽率和发芽指数等指标。

(1)

(2)

(3)

公式(3)中，Gt为与D相对应的每天发芽种子数，Dt为发芽日数。

重金属Pb、Zn、Cd分别采用分析纯Pb(NO3)2、ZnSO4·7H2O和CdCl2.2 1/2配制，其浓度见表1。

表1 试验中配制的不同浓度重金属溶液Table 1 The different concentrations of heavy metals solution in the test

2 结果与分析

2.1 单一重金属对紫茎泽兰萌发的影响

2.1.1 不同浓度Pb对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响 从表2可知，当Pb浓度在500～4 000 μmol/L范围内时，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长都随着浓度的增加而降低。与对照相比，100 μmol/L 和200 μmol/L Pb促使紫茎泽兰种子萌发，种子发芽率、发芽指数及发芽势都增高(P<0.05)，但幼苗根长已受到极显著抑制；当Pb浓度大于或等于500 μmol/L时显著降低了其种子发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长(P<0.05)。

表2 不同浓度Pb对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 2 Effects of different concentration of Pb on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

注：表中数据为平均值±标准误。同列数据后不同字母表示P<0.05水平差异显著(Duncan 氏新复极差法)。-代表只发芽不长根。下同。

2.1.2 不同浓度Zn对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响 从表3可知，在Zn浓度为100～4 000 μmol/L范围内，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长都显著低于对照(P<0.05)，且随着Zn浓度的增加，其发芽率、发芽指数、发芽势及根长呈下降趋势。这说明Zn胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长具有明显的抑制作用。

2.1.3 不同浓度Cd对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响 从表4可知，在Cd浓度为20～1 000 μmol/L范围内，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、

表3 不同浓度Zn对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 3 Effects of different concentration of Zn on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

发芽势及幼苗根长与对照相比都存在显著差异(P<0.05)，且随着Cd浓度的增加，其发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长呈下降趋势。当浓度达到 400 μmol/L 时，发芽率、发芽指数和发芽势分别仅为4.67%、1.32和4.67%，且只发芽不长根。说明Cd胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长具有明显的抑制作用。

表4 不同浓度Cd对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 4 Effects of different concentration of Cd on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

2.2 复合重金属处理对紫茎泽兰种子萌发的影响

2.2.1 Pb+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响 从表5可知，在不同浓度的Pb+Cd复合胁迫下，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长与对照相比都存在显著差异(P<0.05)，随着Pb+Cd浓度的增加，其发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长呈下降趋势，表现为抑制作用。

表5 Pb+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 5 Effects of Pb and Cd combined stress on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

2.2.2 Pb+Zn复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的的影响 从表6可知，在不同浓度的Pb+Zn复合胁迫下，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长与对照相比都存在显著差异(P<0.05)，其中，在Pb(100 μmol/L)+Zn(100 μmol/L)复合处理下，其发芽率是最高的，为94.67%，比对照高出3百分点，说明低浓度的Pb、Zn复合胁迫促进种子的萌发，之后随着复合浓度的增加，其发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长呈下降趋势，表现为抑制作用。

表6 Pb+Zn复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 6 Effects of Pb and Zn combined stress on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

2.2.3 Zn+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的的影响 从表7可知，在不同浓度的Zn+Cd复合胁迫下，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长都显著小于对照(P<0.05)，随着复合浓度的增加，其发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长呈下降趋势，表现为抑制作用，说明高浓度Zn+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子的萌发及根的生长有明显的抑制作用。

表7 Zn+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 7 Effects of Zn and Cd combined stress on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

2.2.3 Pb+Zn+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的的影响 由表8可知，在不同浓度的Pb+Zn+Cd复合胁迫下，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长与对照相比存在显著差异(P<0.05)，在低浓度Pb(100 μmol/L)+Zn(100 μmol/L)+Cd(20 μmol/L)条件下，其发芽率为91%。之后随着浓度的增加，其发芽率、发芽指数、发芽势及幼苗根长呈下降趋势，表现为抑制作用，说明高浓度Pb+Zn+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子的萌发及幼苗根的生长有明显的抑制作用。

表8 Pb+Zn+Cd复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长的影响Table 8 Effects of Pb、Zn and Cd combined stress on seed germination and seedling root length of Eupatorium adenophorum

3 结论与讨论

在Pb浓度为500～4 000 μmol/L范围内，紫茎泽兰种子的发芽率、发芽指数和发芽势都随着Pb浓度的增加而降低，而低浓度Pb促进了紫茎泽兰种子的萌发，虽然这与Pb对油菜种子[12]、大豆种子[13]的影响结果相类似，这可能是因为本试验选用的Pb(NO3)2含有NO3-，NO3-有一定的营养作用，并且超过了低浓度Pb带来的负面影响，所以低浓度Pb总体表现促进了种子的萌发；浓度为100～4 000 μmol/L范围的Zn对紫茎泽兰的萌发及幼苗根的生长有明显的抑制作用，且浓度越高抑制作用越强，这与刘茵[14]的试验结果相类似；浓度为20～1 000 μmol/L的Cd 抑制了紫茎泽兰种子的萌发，且浓度越高抑制作用越强，这与唐为萍的研究结果相类似[15]。

研究还表明，重金属Pb+Cd复合胁迫抑制紫茎泽兰种子萌发；低浓度重金属Pb(100 μmol/L)+Zn(100 μmol/L)复合胁迫促进种子的萌发，之后较高的浓度表现为抑制作用；重金属Zn+Cd复合胁迫抑制种子的萌发，这与刘茵[14]的实验结果相类似；重金属Pb+Zn+Cd复合胁迫也抑制紫茎泽兰种子的萌发。这三种重金属的复合胁迫对紫茎泽兰种子萌发的影响与单一重金属胁迫有所不同，这可能与不同重金属之间的相互作用有关[16]。

重金属胁迫明显降低了紫茎泽兰种子的发芽率、发芽势及发芽指数，并影响紫茎泽兰幼苗的根长。高浓度重金属胁迫下紫茎泽兰种子也有一定的发芽率，说明紫茎泽兰种子对Pb、Zn、Cd有一定的耐受性，可以在Pb、Zn、Cd污染的土壤上种植。高浓度Pb、Zn、Cd对紫茎泽兰幼苗根长的影响最为明显，这可能是因为高浓度的重金属对根尖细胞有毒害作用，影响根尖细胞的分裂和抑制细胞的伸长生长，导致根生长受阻。已有研究表明，重金属对植物的伤害首先表现在幼苗的根部，尤其是根毛区最为明显[17]，分析根受损严重的原因可归因于种子萌发时胚根快速吸水伸长并最先突破种皮，使胚根直接接触重金属，其生长和发育全过程受溶液浓度条件的控制，从而表现为根对重金属的反应更直接、敏感，受毒害最为严重[18-19]。由于根是植物吸收的主要器官，所以一旦根的生长受到影响，势必会对幼苗造成危害，严重的还会导致死亡[17]。这也是本研究中紫茎泽兰种子在高浓度重金属胁迫下即使发芽幼苗也不会正常发育生长的原因。

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EffectsofLead,ZincandCadmiumStressesonSeedGerminationandSeedlingRootGrowthofEupatoriumadenophorum

MA Sha， GAO Xi, CHEN Chun-mei，WU Guo-xing, WANG Jin-rong, YE Min, XIAO Chun, LI Zheng-yue

(College of Plant Protection,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201，China)

UsingEupatoriumadenophorumas material，effects of single or combinative stress of Pb,Zn and Cd on seed germination and seedling root growth ofE.adenophorumwere investigated. The result showed that germination rate,germination index and germination energy ofE.adenophorumseeds decreased as the Pb treated concentration increasing with the extent of 100～4 000 μmol/L.Germination rate,germination index and germination energy were higher than that of control when Pb concentration was within the extent of 100 ～ 200 μmol/L,and the highest germination rate,germination index and germination energy was 94.67%，42.25 and 89.67% respectively at 100 μmol/L of Pb treated.Germination rate,germination index and germination energy ofE.adenophorumseeds decreased as the Zn concentration increasing,within the extent of 100～4 000 μmol/L. The germination rate,germination index and germination energy ofE.adenophorumdecreased as the Cd concentration increasing,within the extent of 20～1 000 μmol/L. Under lower combinative stresses with Pb(100 μmol/L)+ Zn (100 μmol/L),the germination rate ofE.adenophorumseeds was highest and reached to 94.67%,but germination rate,germination index and germination energy showed downward trend as Pb+Zn

combined treatment concentration increased. Germination rate,germination index and germination energy ofE.adenophorumseeds decreased as Pb+Cd,Zn+Cd,Pb+Zn+Cd concentration increasing . Despite of single or combinative treatment with heavy metals,the seedling root length ofE.adenophorumwas inhibited significantly than that of control.

heavy metal;Eupatoriumadenophorum; seed;germination

Q948.113

A

1003-935X(2012)04-0016-05

2012-10-03

国家自然科学基金(编号：30960221)；云南省森林灾害预警与控制重点实验室开放基金(编号：ZK10A305)。

马 沙(1986—)，女，硕士研究生，研究方向为昆虫生态。E-mail: ynztmasha@126.com。

吴国兴。Email: wugx1@163.com。