重金属铅胁迫对不同品种玉米种子萌发与幼苗生长的影响

刘俊华

摘 要：以普通玉米郑单958（ZHD958）、糯玉米中诺二号（ZHN2）为试验材料，比较分析了铅（Pb2+）胁迫对不同品种玉米种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明：低浓度的Pb2+胁迫对2个玉米品种种子萌发或幼苗生长有一定的促进作用，而中高浓度铅溶液处理对2个品种幼苗有较强的抑制作用，抑制效应在2个玉米品种间有差别；随着Pb2+浓度的提高，Pb2+胁迫对玉米种子萌发的抑制作用增强，玉米种子的根长、芽长及根苗鲜重、干重明显降低；高浓度Pb2+对玉米种子根生长的抑制作用大于对芽长的抑制。

关键词：铅污染；种子萌发；幼苗生长；玉米

中图分类号 X503.23 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）21-14-03

近年来，随着采矿、冶金等工业的发展，导致较为严重的大气、土壤等污染问题的出现。重金属污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，并可经水、植物等介质传递，最终对人类健康构成严重威胁[1-3]。铅是环境中最为普遍和危害性较强的重金属之一，过量的铅不仅可引起植物体吸收营养元素的不平衡，造成营养胁迫，从而阻碍植物的生长发育，降低产量和质量，而且可通过食物链的富集作用对人体神经、消化、免疫和生殖系统造成损害[2-4]。尽管重金属铅对植物有毒害作用，但仍有大量植物存活于铅污染的土壤中，说明某些植物在长期的进化过程中本身会发生一系列生理生化的变化，从而形成特定的耐性机制，以适应不断变化的环境[5-6]。

种子萌发及早期幼苗生长发育是作物对外部环境反应的开始，此时重金属对植株的影响主要是通过生理生化过程来实现[4-7]。玉米作为我国重要的农作物之一，其种植品种处于不断地优化更新中。本研究以不同品种玉米种子为研究对象，测定了不同浓度铅溶液处理条件下其种子萌发和幼苗生长状况，并就其对重金属铅胁迫的抗性水平进行了比较分析。

1 材料与方法

1.1 试验材料 本试验用普通玉米“郑单958”（ZHD958）及糯玉米“中糯二号”（ZHN2）种子，均购自滨州市滨城区种子公司专营店。所用Pb试剂为Pb（NO3）2（分析纯）。

1.2 试验方法

1.2.1 铅溶液配制 铅溶液质量浓度以Pb2+计，用分析纯硝酸铅配制不同浓度铅溶液。首先称取Pb（NO3）2配制Pb2+质量浓度为2 000mg/L的母液，然后对半稀释得到浓度分别为1 000mg/L、500mg/L、250mg/L、125mg/L及62.5mg/L的Pb2+溶液。

1.2.2 发芽实验 精选籽粒饱满、大小均匀的普通玉米种子和糯玉米种子各420粒，用0.4%的高锰酸钾溶液对种子消毒6min，以自来水冲洗数次后再用去离子水冲洗，最后用吸水纸将种子表面水分吸干，备用。实验用培养皿用75%乙醇进行表面擦拭消毒，晾干后每皿铺双层滤纸作为种子发芽床。对培养皿进行标记，分别加入用Pb（NO3）2配置的不同浓度的Pb溶液5mL。每皿放玉米种子20粒，每个浓度设3个重复，同时用蒸馏水培养作为对照（同为3重复）。定期向各处理培养皿加入对应浓度的等量溶液，以保持水分条件与Pb2+质量浓度稳定。室温条件下自然光照周期培养。

1.3 指标测定 当种子开始萌动后，每日观察发芽与出苗情况，并依公式（1）、（2）分别计算发芽势、发芽率：

发芽势（%）=（第3天正常发芽的种子数/供试种子数）×100…（1）

发芽率（%）=（第7天正常发芽的种子数/供试种子数）×100…（2）

至第7天时，结束实验，记测根数，用数显游标卡尺测定幼苗芽长、根长、侧根长；并用电子天平（精度为0.001g）分别称量玉米幼苗的芽鲜重和根鲜重，之后将芽及根部自然风干（72h），分别称量其干重。

1.4 数据统计与分析 在Windows 7操作系统下，以Excel 2007整理实验数据并作初步分析；应用Spss18.0统计软件进行相关统计分析，以LSD多重比较及Duncans检验进行组间差异性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度铅胁迫对种子发芽率与发芽势的影响 由表1可以看出，ck中普通玉米种子的发芽势、发芽率均高于糯玉米；随着铅胁迫水平的增强，普通玉米种子发芽势呈单调递减趋势，且与对照组间差异显著（P<0.05），在2 000mg/L时，其发芽势仅为对照组的34.78%；与普通玉米不同，当低浓度铅溶液（62.5mg/L、125mg/L）对糯玉米种子发芽势具有一定促进作用，而随着铅溶液浓度的增加，其发芽势逐渐降低，在铅液浓度为2 000mg/L时，其发芽势虽显著低于对照组。

2.2 不同浓度铅处理对玉米幼苗生长的影响

2.2.1 不同浓度铅处理对玉米芽长的影响 由图1可以看出，低浓度铅胁迫条件对普通玉米幼苗的生长表现出一定的促进作用，且当铅液浓度达到250mg/L时，其芽长仍与对照组相当；当铅液浓度达500mg/L及以上时，普通玉米的芽长开始减小，至最高处理浓度时达到最低，仅有对照组芽长的30%左右。由图2可以看出，与普通玉米芽长变化不同，糯玉米幼苗的芽长与铅溶液浓度之间表现出明显负相关关系，即幼苗芽长度随铅胁迫水平的增强逐渐降低，同在2 000mg/L处理浓度达到最低，且极显著低于对照（P<0.01）。综合图1、图2结果来看，对照组及低浓度铅胁迫下，糯玉米芽长显著高于普通玉米，铅胁迫条件对糯玉米幼苗芽长表现为简单的抑制作用，而对普通玉米芽生长则表现出低促高抑的浓度效应。

2.2.2 不同浓度铅处理对玉米幼苗根长的影响 已有研究表明，铅胁迫处理通常会对植物根系产生不利影响。由图3可知，铅胁迫对2个品种玉米幼苗根长均表现出较强的抑制作用，但抑制程度存在差异；从幼苗根长以及胁迫条件下根长变化趋势来看，糯玉米对铅胁迫的敏感抗性均低于普通玉米。endprint

2.2.3 不同浓度铅处理对幼苗生物量的影响 生物量是反映植物生长发育状况的重要指标之一。由图4、图5可知，2个玉米品种幼苗生物量对铅胁迫条件表现出明显不同的响应规律。在较低水平铅胁迫下，普通玉米幼苗芽鲜重、根鲜重、芽干重以及幼苗总重均高于ck；当铅液浓度达到250mg/L时，根鲜重、根干重及幼苗总重显著降低，说明此浓度条件已对普通玉米根的生长产生强烈抑制作用。而后，抑制作用随浓度的增高而增强，至2 000mg/L时，各项指标均达到最低。相较于根鲜重，芽干重受铅胁迫的抑制作用较弱，在铅浓度为250mg/L时的芽鲜重基本与ck持平，随着铅液浓度的继续升高所受抑制作用更强。不同于普通玉米幼苗生物量变化趋势，各处理糯玉米幼苗生物量及各部分干、鲜重量变化规律不一致：铅胁迫对根鲜重、根干重具有单一的抑制作用，对芽鲜重表现出低浓度促进、高浓度抑制的效应，而芽干重在各浓度处理下变化较不明显。

3 结论与讨论

3.1 铅胁迫对种子萌发的影响 本次研究结果表明，2个玉米品种萌发阶段对重金属铅胁迫的抗性反应有差别。其中，铅胁迫对普通玉米的发芽势及糯玉米发芽率影响较为显著；在高浓度铅溶液处理下，普通玉米仍有较高的发芽率（>85%），而糯玉米仅为56.7%。

3.2 铅胁迫对幼苗生长的影响 本研究中，铅胁迫对2个品种玉米幼苗芽长、根长及生物量特征的影响不一致。低浓度铅胁迫促进普通玉米幼苗地上部分生长，对糯玉米则表现为抑制作用；各浓度铅胁迫均抑制2个品种玉米幼苗根的生长，但对糯玉米的影响更为明显。普通玉米幼苗芽鲜重、根鲜重、芽干重以及幼苗总重对低强度铅胁迫表现出积极响应，各指标水平均高于对照组，而糯玉米除芽鲜重在低铅胁迫处理下增大外，根鲜重、根干重均随铅胁迫水平的增强而降低，而芽干重在此过程中变化较不显著。

参考文献

[1]黄化刚，李廷轩，杨肖娥.植物对铅胁迫的耐性及其解毒机制研究进展[J].应用生态学报，2009，20（3）：696-704.

[2]周驰，张秦铭，李和义，等.重金属企业周边土壤污染状况调查样品采集方法探讨[J].安徽农学通报， 2013，19（22）：79，90.

[3]杜连彩.植物耐铅生态型及对铅胁迫的耐性机理[J].生物学教学，2007，32（2）：2-3.

[4]孙华.镉、铅胁迫对野生地被植物甘野菊种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2008.

[5]房江育.植物抗铅机理进展[J].黄山学院学报，2008，10（3）：55-58.

[6]段德超，于明革，施积炎.植物对铅的吸收、转运、累积和解毒机制研究进展[J].应用生态学报，2014，25（1）：287-296.

[7]康吉利，曾志军，刘玉佩.铅胁迫对小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J].广西农业科学，2009，40（2）： 144-146. （责编：张宏民）endprint

2.2.3 不同浓度铅处理对幼苗生物量的影响 生物量是反映植物生长发育状况的重要指标之一。由图4、图5可知，2个玉米品种幼苗生物量对铅胁迫条件表现出明显不同的响应规律。在较低水平铅胁迫下，普通玉米幼苗芽鲜重、根鲜重、芽干重以及幼苗总重均高于ck；当铅液浓度达到250mg/L时，根鲜重、根干重及幼苗总重显著降低，说明此浓度条件已对普通玉米根的生长产生强烈抑制作用。而后，抑制作用随浓度的增高而增强，至2 000mg/L时，各项指标均达到最低。相较于根鲜重，芽干重受铅胁迫的抑制作用较弱，在铅浓度为250mg/L时的芽鲜重基本与ck持平，随着铅液浓度的继续升高所受抑制作用更强。不同于普通玉米幼苗生物量变化趋势，各处理糯玉米幼苗生物量及各部分干、鲜重量变化规律不一致：铅胁迫对根鲜重、根干重具有单一的抑制作用，对芽鲜重表现出低浓度促进、高浓度抑制的效应，而芽干重在各浓度处理下变化较不明显。

3 结论与讨论

3.1 铅胁迫对种子萌发的影响 本次研究结果表明，2个玉米品种萌发阶段对重金属铅胁迫的抗性反应有差别。其中，铅胁迫对普通玉米的发芽势及糯玉米发芽率影响较为显著；在高浓度铅溶液处理下，普通玉米仍有较高的发芽率（>85%），而糯玉米仅为56.7%。

3.2 铅胁迫对幼苗生长的影响 本研究中，铅胁迫对2个品种玉米幼苗芽长、根长及生物量特征的影响不一致。低浓度铅胁迫促进普通玉米幼苗地上部分生长，对糯玉米则表现为抑制作用；各浓度铅胁迫均抑制2个品种玉米幼苗根的生长，但对糯玉米的影响更为明显。普通玉米幼苗芽鲜重、根鲜重、芽干重以及幼苗总重对低强度铅胁迫表现出积极响应，各指标水平均高于对照组，而糯玉米除芽鲜重在低铅胁迫处理下增大外，根鲜重、根干重均随铅胁迫水平的增强而降低，而芽干重在此过程中变化较不显著。

参考文献

[1]黄化刚，李廷轩，杨肖娥.植物对铅胁迫的耐性及其解毒机制研究进展[J].应用生态学报，2009，20（3）：696-704.

[2]周驰，张秦铭，李和义，等.重金属企业周边土壤污染状况调查样品采集方法探讨[J].安徽农学通报， 2013，19（22）：79，90.

[3]杜连彩.植物耐铅生态型及对铅胁迫的耐性机理[J].生物学教学，2007，32（2）：2-3.

[4]孙华.镉、铅胁迫对野生地被植物甘野菊种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2008.

[5]房江育.植物抗铅机理进展[J].黄山学院学报，2008，10（3）：55-58.

[6]段德超，于明革，施积炎.植物对铅的吸收、转运、累积和解毒机制研究进展[J].应用生态学报，2014，25（1）：287-296.

[7]康吉利，曾志军，刘玉佩.铅胁迫对小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J].广西农业科学，2009，40（2）： 144-146. （责编：张宏民）endprint

2.2.3 不同浓度铅处理对幼苗生物量的影响 生物量是反映植物生长发育状况的重要指标之一。由图4、图5可知，2个玉米品种幼苗生物量对铅胁迫条件表现出明显不同的响应规律。在较低水平铅胁迫下，普通玉米幼苗芽鲜重、根鲜重、芽干重以及幼苗总重均高于ck；当铅液浓度达到250mg/L时，根鲜重、根干重及幼苗总重显著降低，说明此浓度条件已对普通玉米根的生长产生强烈抑制作用。而后，抑制作用随浓度的增高而增强，至2 000mg/L时，各项指标均达到最低。相较于根鲜重，芽干重受铅胁迫的抑制作用较弱，在铅浓度为250mg/L时的芽鲜重基本与ck持平，随着铅液浓度的继续升高所受抑制作用更强。不同于普通玉米幼苗生物量变化趋势，各处理糯玉米幼苗生物量及各部分干、鲜重量变化规律不一致：铅胁迫对根鲜重、根干重具有单一的抑制作用，对芽鲜重表现出低浓度促进、高浓度抑制的效应，而芽干重在各浓度处理下变化较不明显。

3 结论与讨论

3.1 铅胁迫对种子萌发的影响 本次研究结果表明，2个玉米品种萌发阶段对重金属铅胁迫的抗性反应有差别。其中，铅胁迫对普通玉米的发芽势及糯玉米发芽率影响较为显著；在高浓度铅溶液处理下，普通玉米仍有较高的发芽率（>85%），而糯玉米仅为56.7%。

3.2 铅胁迫对幼苗生长的影响 本研究中，铅胁迫对2个品种玉米幼苗芽长、根长及生物量特征的影响不一致。低浓度铅胁迫促进普通玉米幼苗地上部分生长，对糯玉米则表现为抑制作用；各浓度铅胁迫均抑制2个品种玉米幼苗根的生长，但对糯玉米的影响更为明显。普通玉米幼苗芽鲜重、根鲜重、芽干重以及幼苗总重对低强度铅胁迫表现出积极响应，各指标水平均高于对照组，而糯玉米除芽鲜重在低铅胁迫处理下增大外，根鲜重、根干重均随铅胁迫水平的增强而降低，而芽干重在此过程中变化较不显著。

参考文献

[1]黄化刚，李廷轩，杨肖娥.植物对铅胁迫的耐性及其解毒机制研究进展[J].应用生态学报，2009，20（3）：696-704.

[2]周驰，张秦铭，李和义，等.重金属企业周边土壤污染状况调查样品采集方法探讨[J].安徽农学通报， 2013，19（22）：79，90.

[3]杜连彩.植物耐铅生态型及对铅胁迫的耐性机理[J].生物学教学，2007，32（2）：2-3.

[4]孙华.镉、铅胁迫对野生地被植物甘野菊种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2008.

[5]房江育.植物抗铅机理进展[J].黄山学院学报，2008，10（3）：55-58.

[6]段德超，于明革，施积炎.植物对铅的吸收、转运、累积和解毒机制研究进展[J].应用生态学报，2014，25（1）：287-296.

[7]康吉利，曾志军，刘玉佩.铅胁迫对小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J].广西农业科学，2009，40（2）： 144-146. （责编：张宏民）endprint