老芒麦野生种质材料芽期耐铅性评价

李慧芳，袁庆华，赵桂琴

(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070； 2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193)

随着我国经济的发展以及工业化水平的提高，各种来源的重金属逐渐造成环境污染，其中，重金属铅对环境的污染尤为严重[1]。它随汽车废气及城市污水排出而污染空气和土壤[2]，铅在土壤中沉积，积累到一定程度就会影响植物的生长发育和品质[3-5]。

铅对多种植物生长有害，对不同植物的危害程度也不同[6]。老芒麦(Elumussibiricus)作为一种常见禾本科牧草，对土壤状况要求不严，根系入土深，抗寒性很强，是经济价值很高的牧草。选择具有代表性的6份不同的老芒麦种质作为试验材料，探讨重金属铅对其种子萌发的影响，为筛选出耐受重金属铅污染的老芒麦品种提供试验依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试的6份老芒麦种子均由中国农业科学院北京畜牧兽医研究所提供，材料及来源见表1。

表1 试验材料及来源

1.2 试验方法

试验共设6个处理，每处理3次重复。将供试种子用0.1%的升汞进行消毒，蒸馏水冲洗数次，分别用0、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mol/L 6个不同浓度的Pb(NO3)2溶液浸种12 h，然后挑选大小均匀、籽粒饱满的试验种子排列于铺有海绵和滤纸的培养皿，每个培养皿放置40粒种子。每日加入相对应浓度的Pb2+溶液(对照种子用蒸馏水培养)，保持滤纸湿润。

1.3 指标测定及方法

智能光照培养箱25 ℃培养。发芽期间每隔24 h记录1次种子萌发数，以胚根突破种皮长度达到种子1/2时认定为发芽种子，培养第4 d时统计发芽势，第7 d统计发芽率，并计算发芽指数、耐性指数及活力指数[7-9]。

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)

式中：Dt为发芽日数；Gt为与Dt相对应时间的发芽种子。

1.3 数据处理

采用SPSS 17.0和EXCEL 2007对试验数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同铅浓度对老芒麦种子发芽率影响

种子的发芽率是植物受重金属胁迫的一个基本指标[7-10]。随着Pb2+浓度的升高，除1号材料外，其余供试材料的发芽率呈先上升后下降的趋势。说明低浓度的Pb2+对供试的禾本科牧草种子的萌发有刺激作用，能在一定程度上刺激种子的萌发，提高发芽率。1号和4号材料Pb2+处理下的种子发芽率均显著低于对照，说明Pb2+对老芒麦种子的萌发有抑制作用。在Pb2+浓度为10 mol/L时，2号和5号材料发芽率较高，1号和4号材料的发芽率几乎为零(表2)。

表2 不同铅浓度下的发芽率的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.5)，下同

2.2 不同铅浓度对老芒麦种子发芽势的影响

不同Pb2+浓度对6份老芒麦种子的发芽势都会产生一定的抑制作用，随着Pb2+浓度的升高，抑制作用明显增强，但是，不同品种的老芒麦种子萌发对Pb2+胁迫的敏感性存在显著差异(表3)。当Pb2+浓度为0.5 mol/L时，2号，3号和5号材料的种子发芽势高于对照，但差异不显著(P>0.05)。当Pb2+浓度为10 mol/L时，各材料的发芽势均最小，5号材料与其他相比最大为0.26，1号、3号为零。

2.3 不同铅浓度对老芒麦种子发芽指数的影响

发芽指数反映了发芽的快慢。随着Pb2+浓度的增加，6份老芒麦种子的发芽指数的变化表现出2种趋势，除了1号材料表现出直接下降的趋势，其他材料均呈先上升后下降的趋势。但材料间的发芽指数差异不显著。当Pb2+浓度为10 mol/L时，各材料为73%～99%。降幅最大的材料为3号(表4)。

2.4 不同铅浓度对老芒麦种子活力指数的影响

活力指数可以衡量种子在逆境条件下的生产潜力[11]。随着Pb2+浓度的增加，供试材料种子的活力指数除5号和6号外均明显下降。6号材料在Pb2+浓度为1 mol/L时高于对照，并且达到峰值。当Pb2+浓度为10 mol/L时，各材料下降为74%～100%，5号材料较其他材料表现好(表5)。

表3 不同铅浓下的对发芽势

表4 不同铅浓度下的发芽指数

表5 不同铅浓度下的活力指数

3 讨论与结论

研究结果表明,Pb2+胁迫对6种老芒麦种子具有毒害作用,且不同材料种子忍受Pb2+胁迫的能力不同。发芽率和发芽势的结果表明,不同Pb2+浓度的重金属对植物生长产生不同的影响，低浓度时可提高种子的发芽，促进幼苗生长，随着重金属浓度的增加，植物的生长受到了抑制。这与前人有关Pb2+对植物种子萌发影响的研究结果一致[12，13]。这是因为Pb2+通过抑制种子萌发过程中蛋白酶和淀粉酶活性、呼吸强度，降低储存物质分解速度，使种子萌发所需物质和能量供应受阻，从而影响种子萌发[14]。

随着铅浓度的增加，部分材料的发芽指数和活力指数均呈下降趋势，另一部分呈先上升后下降的趋势。说明不同的老芒麦品种对Pb2+胁迫的敏感度不同。研究表明[15-17],植物在重金属铅污染条件下,植物体会产生过量的对细胞膜结构和功能起破坏作用的活性氧自由基。这些过剩的活性氧使细胞膜结构过氧化作用加强,内源抗氧化能力减弱,膜通透性增大。

通过对6份老芒麦的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的分析比较，得出5号材料河北沽源县的老芒麦品种对Pb有较强的耐受性，2号材料河北省雾灵山的老芒麦品种表现出了对Pb耐性较弱。其他材料介于两者之间。因此,5号材料河北省沽源县的老芒麦品种可以作为Pb污染地区的备选品种。但要对重金属污染区域进行环境的生物修复时,不仅需要植物自身具有较高的抗胁迫能力,还应能比较好地富集重金属污染物,以彻底清除重金属对环境的危害。

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