镉胁迫对两种豆科牧草种子萌发和幼苗生长的影响

杜雪玲，梁 艳，余如刚，宋运贤

（淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000）

镉胁迫对两种豆科牧草种子萌发和幼苗生长的影响

杜雪玲，梁 艳，余如刚，宋运贤

（淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000）

利用水培法研究不同浓度的氯化镉（0.4 μmol/L、0.8 μmol/L、1.2 μmol/L、1.6 μmol/L、2.0 μmol/L、4.0 μmol/L、6.0 μmol/L、8.0 μmol/L、10 μmol/L）处理对白三叶和苜蓿种子发芽率、幼苗根长、茎长和鲜重、平均干重的影响.结果表明：白三叶和苜蓿种子的发芽率、平均根长、平均茎长、平均鲜重、平均干重，经不同浓度氯化镉溶液处理后都表现出低浓度的刺激效应和高浓度的抑制效应.当氯化镉浓度为2.0 μmol/L时能促进白三叶生长，超过2.0 μmol/L表现为抑制作用；当氯化镉浓度为1.2 μmol/L时促进苜蓿生长，大于1.2 μmol/L表现出抑制效应.

氯化镉；白三叶；苜蓿；种子萌发；幼苗生长

白三叶（Trifolium repensL）为豆科三叶草属多年生草本植物［1］.原产于欧洲，广泛分布于温带及亚热带高海拔地区，是目前世界上分布最广泛的豆科牧草之一.我国云南、贵州、四川、湖南、湖北、新疆等地都有野生分布，长江以南各省均有大面积种植.白三叶草茎叶柔嫩、营养丰富、适口性好、耐践踏，是温带地区多年生混播草地不可缺少的优质牧草.此外，白三叶草有很强的抗逆性和适应性，耐瘠薄，还可作为水土保持和城市及庭院绿化植物，生态价值较高.亦可作绿肥，改良土坡，培肥地力.我国虽有丰富的白三叶草资源，但由于相关的研究报道很少，严重地制约了对白三叶草的合理利用和开发.

苜蓿（Medicago sativa），苜蓿草，蝶形花亚科，苜蓿属（Medicago）中的紫苜蓿、南苜蓿等的统称.多年生的草本植物，一般只有三片叶子，所以又叫三叶草，是世界上最重要的豆科牧草之一.因其高营养价值和高产等特性明显优于其他草类，在全世界广为种植，其中我国种植面积达133万hm2，居世界第6位［2-3］.作为世界上重要的牧草作物，不断培育优质、高产、多抗的苜蓿新品种是国内外苜蓿研究人员的主要工作.

镉（2+）具有迁移性强、易在生物中富集等特性，是生物毒性最强的重金属元素之一.镉污染日趋严重，严重影响农业生产及人类的健康，已引起世界各国的广泛关注.镉达到一定浓度，会影响植物的种子萌发、生长，导致植物膜脂过氧化，产生氧化胁迫等.植物在进化过程中产生一系列保护机制耐受镉胁迫［4-5］.

近年来，虽然国内外已有一些有关重金属对植物的毒害以及某些重金属在某些蔬菜内积累的报告［6-8］，但多数研究侧重于重金属对不同种类植物的影响，而对同一种类的不同品种影响的对比研究则很少有人报告.本研究选取“三废”中广泛存在的重金属Cd作为重金属污染源进行研究，旨在通过观察不同浓度氯化镉对种子萌发和幼苗生长的影响来寻求两种牧草适应镉生长的临界浓度，以及高浓度镉对二者发芽及幼苗生长的影响，同时为重金属土地的修复奠定基础.

1 材料与方法

1.1 试验材料

白三叶种子、苜蓿种子由安徽省农业科学院提供.

1.2 启动水培法培养

水培法是指种植植物无需土壤，植物生长所吸收的不是土壤，而是土壤中含有的矿物质.水培法种植即是通过水直接向植物提供其生长所需要的矿物质.理想的水培法种植技术是循环使用每一滴水，没有残液，施用有机肥料.

1.2.1 白三叶和苜蓿种子的杀菌消毒

挑选饱满的无损伤的白三叶和苜蓿种子分别放入不同的小烧杯中，用自来水冲洗数次，用蒸馏水浸泡10 min，将水分吸干，用0.1%升汞溶液浸泡10 min.再用蒸馏水冲洗数次吸干水分备用.对白三叶和苜蓿种子的消毒杀菌，对试验成功有着一定的影响.最初几天内培养皿内可能会有霉菌，霉菌在一定程度上会影响种子的发芽和生长.所以要对种子的灭菌消毒彻底，但也不要使种子被杀死，失去活性［9-10］.

1.2.2 不同浓度的镉胁迫对种子萌发的影响试验

种子萌发是指种子从吸胀作用开始的一系列有序的生理过程和形态发生过程.种子的萌发需要适宜的温度、一定的水分、充足的空气［11-13］.

将已经消毒的白三叶和苜蓿种子分别有规律地放在含有不同浓度氯化镉（0.4 μmol/L、0.8 μmol/L、1.2 μmol/L、1.6 μmol/L、2.0 μmol/L、4.0 μmol/L、6.0 μmol/L、8.0 μmol/L、10 μmol/L）的带滤纸的培养皿（120 mm）中，每个培养皿中放20粒种子，每个处理3个重复，盖子盖好后放到（25±1）℃、光照周期14 h/ 10 h（光照/黑暗），光强3 000 lx的恒温培养箱中培养，3 d后开始统计白三叶和苜蓿种子发芽率.待子叶展开后拿掉盖子，每天浇灌1/2 Hoagland营养液（pH 5.5～6.0，水势约-0.02 MPa）继续培养，培养20 d后统计白三叶和苜蓿幼苗的生长情况（根长、茎长、芽长、鲜重、干重）.发芽率（%）=发芽6 d累积的发芽数/供试种子数×100.

1.3 统计分析

试验数据采用Excel2003和SPSS16.0软件进行统计分析，并用Duncan’s的方法进行多重比较.

2 结果与分析

2.1 不同浓度镉胁迫对白三叶和苜蓿种子发芽率的影响

由图1可以看出，随着氯化镉浓度的不断升高白三叶和苜蓿种子的发芽率都是先升高再降低的.对于苜蓿，随着氯化镉浓度增加苜蓿的发芽率升高，当氯化镉浓度上升到1.2 μmol/L的时候，苜蓿种子的发芽率最高达到90%；之后随着氯化镉浓度的增加发芽率渐渐变低.对于白三叶，随着氯化镉浓度增大白三叶种子的发芽率也增加，当氯化镉浓度达到2.0 μmol/L时，种子发芽率最大达到40.2%，当氯化镉浓度高于2.0 μmol/L时，随着镉浓度的增加白三叶种子的发芽率下降.

图1 不同浓度镉胁迫对白三叶和苜蓿发芽率的影响Fig.1 Effects of different cadmium stresses on germination of white clover and alfalfa

2.2 不同浓度镉胁迫对白三叶根长、茎长的影响

由图2可以看出，随着氯化镉浓度的不断升高白三叶的根长和茎长也随之有规律的变化.对于根长，随着氯化镉浓度的增加平均根长不断增加，当氯化镉浓度到2.0 μmol/L时，平均根长达到最大为9.9 mm；当氯化镉浓度高于2.0 μmol/L时，随着氯化镉浓度的增加平均根长渐渐降低.对于茎长，其变化趋势与根长相同，在氯化镉浓度小于2.0 μmol/L时，随着氯化镉浓度不断升高，当氯化镉浓度上升到2.0 μmol/L时，平均茎长达到了最高为11.9 mm，之后随着氯化镉浓度的增加，平均茎长渐渐降低.

图2 不同浓度镉胁迫对白三叶茎长和根长的影响Fig.2 Effects of different cadmium stresses on stem length and root length of white clover

2.3 不同浓度镉胁迫对苜蓿根长、茎长的影响

图3 不同浓度镉胁迫对苜蓿茎长和根长的影响Fig.3 Effects of different cadmium stresses on stem length and root length of alfalfa

由图3可以看出，随着氯化镉浓度的不断升高，白三叶的根长和茎长的变化趋势表现为先升高后降低.对于根长，随着氯化镉浓度的增加平均根长也不断增加，当氯化镉浓度到1.2 μmol/L，平均根长达到了最大32.2 mm；当氯化镉浓度高于1.2 μmol/L时，随着氯化镉浓度的增加平均根长逐渐降低.同样，茎长也随着氯化镉浓度增加不断升高，当氯化镉浓度上升到1.2 μmol/L左右时平均茎长达到了36.4 mm，达到最大后随着氯化镉浓度的增加平均茎长渐渐降低.

2.4 不同浓度镉胁迫对白三叶和苜蓿鲜重的影响

由图4可以看出，随着氯化镉浓度的不断升高白三叶和苜蓿的平均鲜重也随之有规律的变化.对于苜蓿，随着氯化镉浓度的增加平均鲜重表现为先增高后下降，当氯化镉浓度到1.2 μmol/L平均鲜重达到了最大33 mg，当氯化镉浓度高于1.2 μmol/L随着氯化镉浓度的增加苜蓿的平均鲜重也在渐渐降低.另外，白三叶鲜重，随着氯化镉浓度增加白三叶平均鲜重也不断升高，当氯化镉浓度上升到2.0 μmol/L左右时，平均鲜重达到了8.9 mg，达到最大后随着氯化镉浓度的增加平均鲜重逐渐降低.

图4 不同浓度镉胁迫对白三叶和苜蓿鲜重的影响Fig.4 Effects of different cadmium stresses on average weight of white clover and alfalfa

2.5 不同浓度镉胁迫对白三叶和苜蓿干重的影响

图5 不同浓度镉胁迫对白三叶和苜蓿干重的影响Fig.5 Effects of different cadmium stresses on average dry weight of white clover and alfalfa

由图5可以看出，白三叶和苜蓿干重的变化规律与鲜重表现一致，随着氯化镉浓度的不断升高，白三叶和苜蓿的平均干重先升高后降低.对于苜蓿，随着氯化镉浓度的增加平均干重逐渐增加，当氯化镉浓度到1.2 μmol/L时，平均干重达到最大为2.64 mg；随后，随着氯化镉浓度的增加，苜蓿的平均干重渐渐降低.对于白三叶干重，随着氯化镉浓度增加白三叶平均干重也不断升高，当氯化镉浓度上升到2.0 μmol/L左右时平均干重达到0.76 mg，达到最大后随着氯化镉浓度的增加平均干重逐渐降低.

3 讨论

通过对盐芥［4］、白三叶和马蹄金［6］、辣椒［10］、绿豆［11］等植物种子胁迫的研究表明，它们的萌发能力和幼苗的生长状况可以作为检测土壤重金属等环境污染的重要指标之一.慈恩等［14］报道，低浓度的（0.5～10.0 mg/kg）Cd胁迫对紫花苜蓿种子发芽率的影响不显著，但对发芽势的影响较明显；高浓度（30 mg/kg）Cd胁迫后发芽势和发芽率均明显降低.在本研究中，低浓度的 Cd2＋能促进种子的萌发，高浓度时表现为抑制作用.低浓度促进原因可能是由于植物应激反应造成的［15］，高浓度抑制是因为 Cd2＋胁迫影响了种子萌发中贮藏物质的水解及能量的供应而导致种子萌发受阻［16］.Patra等［17］把这种现象解释为低浓度重金属胁迫对植物有积极的刺激作用，只是这种刺激作用受浓度限制.另外，王锦文等［18］在对水稻的研究中也得出高浓度的镉对水稻种子发芽率、根长等有抑制作用，与本研究所得结论相同，只是耐镉的浓度不同，原因可能是不同植物耐镉的程度及敏感性不同.

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Effects of Cadmium Stresses on Germination and Seedling Growth of White Clover and Alfalfa

DU Xue-ling，LIANG Yan，YU Ru-gang，SONG Yun-xian
（School of Life Science，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Effects of different concentrations of cadmium chloride（0.4 μmol/L，0.8 μmol/L，1.2 μmol/L，1.6 μmol/L，2.0 μmol/L，4.0 μmol/L，6.0 μmol/L，8.0 μmol/L，10 μmol/L）on white clover and alfalfa seed germination and seedling growth using hydroponics processing were studied.The results showed that white clover and alfalfa seed germination rate，and their average root length，stem length，average weight，average dry weight，after beingdelt with the different concentrations of cadmium chloride solution all showed a low concentration of stimulation effect and a high concentration of inhibition effect.When the concentration of cadmium chloride was 2.0 μmol/L，the growth of white clover was at its best.And growth of the white clover showed inhibition effect when the concentration was above 2.0 μmol/L.The most suitable concentration of cadmium chloride to alfalfa growth was 1.2 μmol/L，when the concentration of cadmium chloride was more than 1.2 μmol/L，the growth of alfalfa showed inhibitory effect.

cadmium chloride；white clover；alfalfa；seeding germination；seedling growth

X 173

：A

：2095-0691（2014）01-0038-05

2013-09-22

安徽省高校自然科学研究项目（KJ2012B162）

杜雪玲（1976- ），女，河南扶沟人，硕士，副教授，从事植物细胞工程研究.