重金属对莴苣种子萌发和幼苗生长的影响

2015-03-19刘健晖蒋伍玖周东升曹丽敏任永霞

湖北农业科学 2015年1期

刘健晖　蒋伍玖　周东升　曹丽敏　任永霞

摘要：以莴苣（Lactuca sativa L.）种子为材料，采用水培方法研究了重金属Cu、Cr、Pb对莴苣种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明，低浓度（10 mg/L）的Cu能促进莴苣种子萌发和幼苗生长，在高浓度时对莴苣生长有抑制作用。Cr对莴苣种子萌发和幼苗生长表现出的抑制作用最为明显，且随其浓度的升高，抑制作用急剧上升。Pb对莴苣种子萌发有延迟作用，对幼苗生长抑制作用明显。经3种不同重金属处理后的莴苣种子，幼苗根长、芽长随着重金属浓度的增加而降低（10 mg/L Cu处理除外），3种重金属对其毒害作用从大到小的顺序为Cr、Pb、Cu。

关键字：莴苣（Lactuca sativa L.）；重金属；种子萌发；幼苗生长

中图分类号：S636.2；Q945 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）01-0090-04

近年来，重金属污染问题日益加剧，铜、铬、铅作为主要的重金属污染成分已被国内外广泛关注[1-4]。铜是植物生长发育必需的营养元素之一，但过量的铜会抑制植物光合作用，且引发叶色失绿，从而抑制植株生长[5-7]。铬有强氧化性，是环境污染中的“五毒”元素之一，其在土壤中存在三价和六价2种，六价铬比三价铬毒性高100倍，且易被人体吸收且在体内蓄积[8，9]。铅是常见的有毒元素，它阻碍植物生长发育，主要表现在叶片表面的黄化、枯萎和植株的矮小，从而降低作物产量和质量[10]。

莴苣（Lactuca sativa L.）为菊科一年生或二年生草本植物，其营养价值高，含丰富的钙、磷、铁，亦含维生素A原、VB1、VB2、VC、尼克酸、糖类及微量元素和食物纤维等。莴苣在中国栽培面积大，是深受大家喜欢的蔬菜。莴苣有增加产乳量、利尿治水肿、增进骨骼发育、白牙齿明眼目等作用[11]。试验以莴苣种子为材料，研究Cu、Cr、Pb三种重金属对莴苣种子萌发和幼苗生长的影响，以期为研究重金属对莴苣的毒害和治理重金属污染提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试莴苣种子为“意大利皇冠生菜”，购自衡阳蔬菜种子公司。

1.2 方法

挑选均匀一致、色泽明亮的饱满种子用体积分数70%的乙醇消毒3 min，去离子水洗干净，最后用滤纸吸干水分。分别置于内铺2层滤纸、含有不同浓度重金属溶液、直径9 cm的培养皿中，每皿50粒种子，于25 ℃恒温培养箱内培养。每天喷去离子水，使培养皿内保持湿润，保证种子的正常发育。其中Cu以CuSO4、Cr以KCr2O3、Pb以Pb（NO3）2的形式提供，浓度梯度设置为0、10、50、100、150、200 mg/L，每处理3次重复。每天观察和记录种子发芽情况。7 d后计算总发芽率、发芽势和发芽指数。总发芽率（GP）=7 d已发芽的种子数/种子总数×100%；发芽势（GE）=发芽初期4 d已发芽种子数的和/种子总数×100%；发芽指数（GI）=∑Gt/Dt，Dt为发芽时间（d），Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数。活力指数（VI）=发芽指数（GI）×芽长（cm）。14 d时测定萌发幼苗的根长、芽长和胚芽重。

数据采用SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 重金属Cu、Cr、Pb对莴苣种子萌发的影响

2.1.1 Cu对莴苣种子萌发的影响由表1可知，与对照相比，Cu处理浓度<100 mg/L时，对莴苣种子发芽率、发芽势没有显著影响，且在浓度为10 mg/L时表现出轻微的促进作用，发芽率升至86.3%。当Cu处理浓度≥150 mg/L时，对莴苣种子萌发产生一定的抑制作用，且随着Cu浓度的升高，抑制作用更明显。Cu处理浓度在150、200 mg/L时其发芽率分别降至73.0%、59.3%，与对照相比差异显著（P<0.05）。发芽势、发芽指数和活力指数也呈现与发芽率相同的趋势，即Cu处理浓度为10 mg/L时表现为促进作用，而高浓度时则呈现抑制作用。这是由于莴苣种子在萌发过程中，主要依赖于种子内部的营养物质，对外源的其他物质的利用率较低；另外，由于种皮的保护作用，只有少量的Cu2+进入种子，而Cu又是植物种子萌发必需的微量元素之一[12]，因此，在试验设置的低浓度下对植物种子的萌发不具有毒害作用。

2.1.2 Cr对莴苣种子萌发的影响由表1可知，与对照相比，当Cr处理浓度为10 mg/L时，就表现出对莴苣种子萌发的抑制作用，其发芽率、发芽势下降幅度分别为12.4、11.7个百分点，与对照差异显著。随着Cr处理浓度的增加，莴苣种子的发芽率、发芽势均呈明显的下降趋势，与对照相比抑制作用显著。在Cr处理浓度≥150 mg/L时，与对照相比，其发芽率、发芽势降幅将近60个百分点。发芽指数和活力指数也是随Cr浓度的升高而显著降低，且活力指数下降最明显。在Cr处理浓度为200 mg/L时，其活力指数仅为3.4，为对照的3.5%。因此，随着Cr处理浓度的增加，Cr对莴苣种子萌发的抑制作用更加明显。

2.1.3 Pb对莴苣种子萌发的影响由表1可以看出，与对照相比，Pb对莴苣种子发芽率的影响总体呈现出浓度≤50 mg/L时促进，浓度≥100 mg/L时出现抑制的现象。在10、50 mg/L的Pb处理浓度时，其发芽率均为86.3%，与对照相比上升1.6个百分点，但差异不显著。随着Pb处理浓度的升高，对莴苣种子的萌发开始呈现出抑制作用。当Pb处理浓度上升至150、200 mg/L时，发芽率分别下降至67.7%、65.7%，降幅明显，抑制作用显著。随着Pb处理浓度的增加，发芽指数和活力指数逐渐降低。Pb处理浓度为200 mg/L时，发芽势、发芽指数和活力指数分别降至40.3%、18.4和17.3，且均与对照差异显著。

与不同浓度Cu处理相比，相对于发芽率，不同浓度Pb处理莴苣种子的发芽势变化较大，说明Pb对莴苣种子萌发具有较强的延迟作用。3种重金属中，Cr对莴苣种子萌发的抑制作用最明显。endprint

2.2 重金属Cu、Cr、Pb对莴苣幼苗生长的影响

2.2.1 重金属Cu、Cr、Pb对莴苣幼苗根长和芽长的影响表2为不同浓度Cu、Cr、Pb对莴苣根长、芽长的影响。从表2可以看出，除了Cu在10 mg/L的浓度时有不明显的促进作用外，其他不同浓度的Cu、Cr、Pb对莴苣幼苗的生长均有抑制作用，且与对照差异显著。Cu在50、100、150、200 mg/L处理浓度时，其根长分别为对照的79.4%、51.0%、48.1%、31.4%，芽长分别为对照的91.3%、87.7%、80.1%、63.4%。Cr在不同处理浓度时，其根长分别为对照的83.3%、70.6%、33.3%、22.5%、14.7%，芽长分别为对照的91.4%、89.7%、70.4%、25.5%、16.9%。Pb在不同处理浓度时，其根长分别为对照的84.3%、70.6%、41.2%、34.3%、22.5%，芽长分别为对照的85.6%、76.1%、66.3%、65.0%、38.7%。从以上结果可知，根受到重金属的抑制程度高于芽。从表2中根毛的形态和发生描述可以看出，在高浓度的重金属处理下，莴苣幼苗根部受毒害状况比较严重。

从图1可以看出，莴苣幼苗根长变化明显，根的生长受到严重的抑制。在高浓度重金属处理下，有些幼苗几乎无法辨认根部。芽也有抑制现象，如子叶张开程度受到抑制，幼叶上出现黑黄的斑点等。幼苗生长过程中，吸收水分和溶液中重金属的主要是根，故毒害作用首先发生在根部。因此，在高浓度重金属处理下，其幼苗几乎只能看到子叶，根十分短小。从以上分析结果可以看出，重金属对莴苣幼苗根的抑制作用比对芽的抑制更加显著。其受毒害现象表现为根毛脱落，根尖萎缩发黑，且有些根呈现腐烂状态。

2.2.2 重金属Cu、Cr、Pb对莴苣幼苗鲜重的影响

14 d后，对经过不同浓度Cu、Cr、Pb处理的已萌发的莴苣幼苗称重，结果见图2。由图2可知，Cu处理浓度为10 mg/L时，鲜重与对照无显著差异。在Cu浓度≥50 mg/L的条件下，鲜重降幅显著。Cr、Pb胁迫下，在低浓度其鲜重与对照相比就差异显著，随着重金属浓度的升高鲜重逐渐降低。Cr、Pb处理在相同浓度下，对幼苗鲜重的影响无显著差异，但与同浓度的Cu处理以及对照比较，其幼苗鲜重降幅大，存在明显差异。说明Cr、Pb对莴苣幼苗的生长有严重的抑制作用，且两者相对于Cu胁迫作用更加明显。

3 小结与讨论

从试验结果可以看出，Cu在低浓度下促进莴苣种子萌发，高浓度的情况下则抑制；Cr对莴苣种子萌发抑制作用最为明显，且随其浓度的升高，抑制作用急剧上升；Pb对莴苣种子萌发有延迟作用。Cu、Gr、Pb对幼苗生长均呈现抑制作用（10 mg/L Cu处理除外），且浓度越高抑制作用越明显。总体分析，3种重金属对莴苣的毒害作用从大到小为Cr、Pb、Cu；就重金属胁迫下莴苣各部分受毒害程度而言，根部大于芽。

菀丽霞等[13]的研究表明，低浓度的Cu处理能促进油菜种子萌发、幼苗生长，而浓度≥100 mg/L时对油菜生长有抑制作用，结果与本试验结果基本一致。王翰等[14]的试验结果得出，Cu处理浓度变化并不影响萝卜种子萌发率，但对幼苗根长、根毛的生长都产生了一定的抑制作用；与试验中Cu对幼苗生长的影响结果相同，但其对种子发芽率的影响与试验结果不同，选材的不同应该是导致这种差异的原因。王丹等[15]的研究得出Cr对小白菜种子萌发的影响；耿广东等[16]研究得出Cr对竹叶菜种子萌发及幼苗生长都有抑制作用；康维钧等[17]研究得出Cr胁迫对萝卜生长具有毒害作用。与该试验研究的Cr对莴苣种子抑制作用都具有相同趋势。张睿等[18]研究得出低浓度Pb胁迫可提高苦荞种子的发芽率，随着Pb浓度的增加，其发芽率、发芽势逐渐降低，其结论与试验结果基本一致。

由以上可以得出，高浓度的Cu、Gr、Pb不仅对莴苣种子萌发及其幼苗生长有抑制作用，而且对其他的经济作物也具有极大的影响。因此，为提高经济作物的产量和质量，以及考虑到人体的健康，不仅需要严格控制各种重金属污染物的排放，还需要对于不同的重金属，依据其不同浓度对植物的毒害效果，制定不同的污染检测指标。

参考文献：

[1] CASTILHOS D D，COSTA C N， PASSIANOTO C C，et al. Hexavalent chromium effects on soybeans growth，nitrogen fixation and nutrients absorption[J]. Ciencia Rural，2001，31（6）： 969-972.

[2] LI W Q，KHAN M A，YAMAGUCHI S，et al. Effects of heavy metals on seed germination and early seedling growth of Arabidopsis thaliana[J]. Plant Growth Regulation，2005，46（1）：45-50.

[3] GU J G，ZHOU Q X，WANG X.Reused path of heavy metal pollution in soils and its research advance[J]. Journal of Basic Science and Engineering，2003，11（2）：143-151.

[4] 宋玉芳，许华夏，任丽萍，等.重金属对西红柿种子发芽与根伸长的抑制效应[J].中国环境科学，2001，21（5）：390-394.

[5] 杨继.植物生物学[M].北京：高等教育出版社， 2007.

[6] CAO Z H， HU Z Y.Copper contamination in paddy soils irrigated with wastewater[J]. Chemosphere，2000，41（1）：3-6.

[7] CHATTERJEE J，CHATTERJEE C.Phytotoxicity of cobalt， chromium and copper in cauliflower[J]. Environmental Pollution，2000， 109（1）：69-74.

[8] 张义贤.三价铬和六价铬对大麦毒害效应的比较[J].中国环境科学，1997，17（6）：565-568.

[9] 王三根，王西瑶.植物生理学[M].成都：成都科技大学出版社， 1997.

[10] 徐芬芬，袁盼，邹阿凤.重金属铅胁迫对小白菜种子萌发的影响[J].湖南农业科学，2011（9）：68-69，74.

[11] 王明明.千金菜-莴苣[N].营养保健报，2003-06-02.

[12] 潘瑞炽，王小菁，李娘辉.植物生理学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[13] 菀丽霞，孙毅.Cu、Zn、Mn对油菜种子萌发及幼苗生长的影响[J].晋中学院学报，2010，27（3）：55-59.

[14] 王翰，杨小录，何九军，等.重金属铜Cu（Ⅱ）对萝卜种子萌发及幼苗叶绿素合成的影响[J].天水师范学院学报，2010，30（5）：36-38.

[15] 王丹，魏威，王松山，等.铜、铬单一及复合污染对小白菜种子萌发及根长的生态毒性[J].西北农林科技大学学报，2010， 38（12）：63-68.