重金属镉对甘蓝型油菜种子萌发及幼苗生长的影响

郑本川，李浩杰，张锦芳，柴 靓，蒲晓斌，蒋 俊，崔 成，蒋梁材

(四川省农业科学院作物研究所，四川 成都 610066)

重金属镉对甘蓝型油菜种子萌发及幼苗生长的影响

郑本川，李浩杰，张锦芳，柴 靓，蒲晓斌，蒋 俊，崔 成*，蒋梁材*

(四川省农业科学院作物研究所，四川 成都 610066)

本试验以25个(不同遗传背景)甘蓝型油菜品系为材料，研究4个镉胁迫处理浓度(0、1、5和10 mg/L)对甘蓝型油菜种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明，不同材料对镉胁迫反应不同，镉胁迫浓度为5 mg/L时抑制作用明显。对种子萌发影响表现为随着镉胁迫浓度的加大，相对发芽势和相对成苗率呈现先增后降趋势，对幼苗生长的影响表现为根长>苗长>苗鲜重>苗含水量。

甘蓝型油菜；镉；重金属

由于工业“三废”的不合理排放，农业生产上化肥和农药的不合理施用等，导致土自然生态环境受到不同程度的重金属污染，其中受到广泛关注的是重金属镉污染[1-2]。土壤中的镉很难被清除干净。目前相对有效的手段是通过植物的富集作用减少土壤污染量。不同植物对重金属镉的抗性存在差异，对镉的吸收部位和吸收量因抗性机制的差异而不同[3-5]。镉是四川省农业土壤污染的特征污染物[6]，甘蓝型油菜在四川常年种植面积大，且具有生物量大的特点，是吸收累积镉能力较强的一类作物，具有用来修复镉污染土壤的潜力[7-9]。另一方面，为保证食用油安全，在镉污染区种植油菜需要低富集品种。因此选育低富集、耐镉性强的甘蓝型油菜品种保障食用油和动物饲料安全，以及选育高富集镉品种净化土壤均具有重要意义。本研究通过分析不同浓度的镉胁迫对不同甘蓝型油菜品系种子萌发以及幼苗生长的影响，可为选育低富集、耐镉性强或高富集甘蓝型油菜品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2015年6月在四川省农业科学院作物研究所油菜生理生化实验室进行。供试甘蓝型油菜品系25个(表1)，由四川省农业科学院作物研究所油菜研究中心提供。

1.2 试验方法

甘蓝型油菜种子用0.5 %的次氯酸钠消毒10 min，无菌水漂洗3～5次。均匀排列于铺有单层纱布的发芽盘上，随机排列，每个品系20粒，3次重复。先将分析纯CdCl2·2.5 H2O用去离子水配成1000 mg/L的母液，然后稀释成含Cd2+浓度为1.0、5.0、10.0 mg/L的溶液，用去离子水作为对照(CK)，等体积加到育苗盘中。将育苗盘放置于人工气候箱中，温度保持在25 ℃左右，光照周期为16 h/8 h。发芽盘每天添加相应浓度的Cd2+溶液及去离子水，保持发芽盘的底部与溶液接触。

按照农作物种子检验规程——发芽试验(GB/T 3543.4-1995), 3 d 统计发芽势, 7 d 统计正常芽苗的发芽率、苗长、主根长、苗鲜重、苗干重等指标[10]。

相对发芽势=处理样品发芽数/对照发芽数×100 %；相对成苗率=处理样品正常芽苗数/对照正常芽苗数×100 %；相对根长=处理样品根长/对照样品根长×100 %；相对苗长=处理样品苗长/对照样品苗长×100 %；相对苗鲜重=样品苗鲜重/对照样品苗鲜重×100 %；相对苗含水量=处理样品含水量/对照样品含水量×100 %。

1.3 数据处理及分析

试验数据通过Excel2010和Spss19.0统计分析软件处理。

表1 不同浓度Cd2+胁迫处理对甘蓝型油菜种子相对发芽势的影响

注：显著性检验(P<0.05)，下同。

2 结果与分析

2.1 不同浓度Cd2+胁迫处理对不同甘蓝型油菜种子相对发芽势和正常成苗率的影响

由表1可知，随着镉胁迫处理浓度的增加，除品系C873-1、C927-1、C1372-1和C1386-1外，不同甘蓝型油菜品系的相对发芽势均呈现出先增长后降低的趋势，在镉胁迫浓度为5 mg/L时最高。在镉胁迫浓度≤5 mg/L时，相对发芽势的均值>100 %，镉胁迫浓度>5 mg/L时，相对发芽势<100 %，且各品系间差异不显著。

由表2可知，随着镉胁迫处理浓度的增加，除品系C641-1、C701-2、C873-1、C1325-2、C1372-1、C1386-1、C1686-1、C1726-1和C1773-4外，不同甘蓝型油菜品系的正常芽苗率均呈现先增后降的趋势，在浓度为5 mg/L时最高。在镉胁迫浓度≤5 mg/L时，正常芽苗率的均值>90 %，镉胁迫浓度>5 mg/L时，正常芽苗率<90 %。镉胁迫浓度在5 mg/L时，各品系间的差异达极显著水平，F值为2.492**。

2.2 不同浓度Cd2+胁迫处理对不同甘蓝型油菜幼苗生长的影响

2.2.1 镉胁迫对相对根长的影响 由表3可知，在镉处理浓度为1 mg/L时，相对根长变幅为60.3 %～128.0 %，均值88.8 %。其中品系C1172-1、C1186-2、C1218-2、C13115-6和品系C105-1相对根长>100 %。品系C1186-2最大为128.0 %，品系C1686-1最小为60.3 %；在镉处理浓度为5 mg/L时，变幅在12.0 %～57.4 %，均值27.3 %。其中>45.0 %的品系有5个，品系C371-1最大为57.4 %，品系C13115-6最小为12.0 %；在镉处理浓度为10 mg/L时，变幅在5.8 %～25.3 %，均值12.9 %。品系C583-2最大为25.3 %，品系C13115-6最小为5.8 %。由此可以看出，随着镉胁迫处理浓度的加大，浓度为5 mg/L时根长已受到明显抑制。

表2 不同浓度Cd2+胁迫处理对甘蓝型油菜种子正常成苗率的影响

表3 不同浓度Cd2+胁迫处理对甘蓝型油菜幼苗根长的影响

2.2.2 对相对苗长的影响 由表4可知，在镉处理浓度为1 mg/L时，相对苗长变幅为70.0 %～123.6 %，均值103.5 %。其中有19个品系>100 %，品系C927-1最大为123.6 %，品系C583-2最小为70.0 %；在镉处理浓度为5 mg/L时，变幅在67.3 %～116.3 %，均值94.5 %。其中>100 %的品系有10个，品系C1325-2最大为116.3 %，品系C583-2最小为67.3 %；在镉处理浓度为10 mg/L时，变幅在43.9 %～106.6 %，均值76.7 %。其中品系C1325-2最大为106.6 %，品系C1773-4最小为43.9 %。2.2.3 对相对苗鲜重的影响 由表5可知，在镉处理浓度为1 mg/L时，相对苗鲜重变幅为91.0 %～142.5 %，均值106.1 %。其中有6个品系<100 %，品系C1218-2最大为142.5 %，品系C1726-1最小为91.0 %；在镉处理浓度为5 mg/L时，变幅在74.4 %～112.1 %，均值89.6 %。其中>100 %的品系有3个，品系C1218-2最大为112.1 %，品系C1686-1最小为74.4 %；在镉处理浓度为10 mg/L时，变幅在32.5 %～97.8 %，均值72.8 %。其中品系C641-1最大为97.8 %，品系C1773-4最小为32.5 %。

表4 不同浓度Cd2+胁迫处理对甘蓝型油菜幼苗苗长的影响

2.2.4 对相对苗含水量的影响 由表6可知，在镉处理浓度为1 mg/L时，相对苗含水量变幅为90.6 %～142.1 %，均值106.0 %。其中有18个品系>100 %，品系C1218-2最大为142.1 %，品系C1726-1最小为91.0 %；在镉处理浓度为5 mg/L时，变幅在68.9 %～111.6 %，均值88.6 %。其中>100 %的品系有4个，品系C1218-2最大为111.6 %，品系C1686-1最小为68.9 %；在镉处理浓度为10 mg/L时，变幅在48.9 %～95.9 %，均值71.7 %。其中品系C641-1最大为95.9 %，品系C1218-2最小为48.9 %。

3 讨 论

甘蓝型油菜种子萌发及幼苗生长阶段是植株抗逆生长的关键时期，以现有的优良甘蓝型油菜品系进行耐镉性胁迫试验，筛选出的耐镉性品系可用于甘蓝型油菜耐镉品种的选育。相关研究表明，低浓度重金属胁迫一般对种子萌发有促进作用，随着浓度的升高，引起种子萌发的能力降低，高浓度的重金属胁迫会抑制种子萌发等[11-13]。

本研究中，随着镉胁迫浓度的增加，相对发芽势和相对成苗率呈现出先增长后降低的趋势，在5 mg/L时最高，且不同品系间的相对成苗率差异达极显著水平，并且在浓度≤5 mg/L时，品系的相对发芽势均值>100 %；随着胁迫浓度的加大，相对根长、相对苗长、相对苗鲜重和相对苗含水量均呈现降低的趋势，且不同品系间差异极显著，其中相对根长差异较为明显，说明随着镉胁迫浓度的加大，对甘蓝型油菜的根长、苗长、苗鲜重和苗含水量均产生抑制现象，且受抑制程度大小表现为根长>苗长>苗鲜重>苗含水量，说明根是镉胁迫最为敏感的部位。当镉胁迫浓度为1 mg/L时，相对苗长、相对苗鲜重和相对苗含水量均值>100 %，说明第浓度的镉对不同品系甘蓝型油菜幼苗具的生长具有有一定的促进作用，镉胁迫浓度为5和10 mg/L时表现为抑制作用。对于这种低浓度的促进作用，很有可能是因为种子受到重金属胁迫下，其抗逆机制启动，使种子快速萌发来抵御重金属镉对其的伤害。此外研究结果还表明，在不同浓度镉胁迫下，不同甘蓝型油菜品系间的相对根长、相对苗长、相对苗鲜重和相对苗含水量差异达极显著水平，而相对发芽势和相对成苗率，除5 mg/L浓度下的相对成苗率达极显著水平外，品系间差异都不明显，说明幼苗生长比种子萌发对重金属胁迫更为敏感，这也与前人在其他作物上的研究较为一致[14-15]。

表5 不同浓度Cd2+胁迫处理对甘蓝型油菜幼苗苗鲜重的影响

本研究对25个甘蓝型油菜品系在不同浓度镉胁迫下的种子萌发和幼苗的生长特征进行了初步研究，结果表明，随着胁迫浓度的加大，相对发芽势和相对成苗率呈现先增加后降低趋势，在浓度为5 mg/L时最高；对幼苗生长抑制表现为根长>苗长>苗鲜重>苗含水量，且低浓度(≤1 mg/L)具有一定的促进作用；此外镉胁迫下对幼苗生长的影响较种子萌发的影响敏感。本研究结果可为甘蓝型油菜低富集、耐镉性品种选育提供理论参考。随着研究的不断深入，有必要从生理角度深入研究幼苗对重金属镉的耐抗机制，以及植物体对重金属镉的吸附富集机制，有助于进行耐镉品种以及高富集甘蓝型油菜品种的选育，有利于镉污染土壤的净化以及食品安全。本研究可为甘蓝型油菜低富集、耐镉性品种和对镉高富集品种选育提供理论参考。

表6 不同浓度Cd2+胁迫处理对不同甘蓝型油菜幼苗苗含水量的影响

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(责任编辑 李山云)

Effects of Heavy Metal Cadmiumon on Seeds Germination and Seedling Growth ofBrassicanapusL.

ZHENG Ben-chuan, LI Hao-jie, ZHANG Jin-fang, CHAI Liang, PU Xiao-bin, JIANG Jun, CUI Cheng*, JIANG Liang-cai*

(Crop Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066, China)

Taken 25BrassicanapusL.(different genetic background) lines as tested materials, the effects of 4 cadmium concentrations (0, 1, 5 and 10 mg/L) on their seeds germination and seedling growth were studied in this paper. The results showed that different stress responses appeared in different materials, and the inhibitory effect was obvious in the cadmium concentration of 5 mg/L. The relative germination potential and relative seedling rate with the increase of cadmium concentrations were increased first and then decreased , and the suppress of seedling growth indicated the trend:The root length>the shoot length>the seeding weight>the seeding water content.

BrassicanapusL.; Cadmium; Heavy metal

1001-4829(2016)10-2312-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.011

2015-11-20

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-13)；油菜杂种优势利用技术与强优势杂交种创制(2016YFD0101300)；农业部长江上游油料作物科学观测试验站(09203020)；四川省育种攻关(2016YZGG-4)；四川省财政创新能力提升工程(2016zypz-013)；四川省油菜创新团队，四川省科技计划(2014NZ0042)

郑本川(1987-)，男，四川名山人，硕士，从事油菜遗传育种工作，E-mail：zhengbenchuan1987@163.com，*为通讯作者。

S634.3

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