废电池浸出液对水稻种子萌发及幼苗渗透调节物质含量的影响

赵 红，李文华

（上饶师范学院生命科学学院，江西上饶334001）

废电池浸出液对水稻种子萌发及幼苗渗透调节物质含量的影响

赵 红，李文华

（上饶师范学院生命科学学院，江西上饶334001）

为了探讨废电池浸出液对水稻种子萌发的毒害作用，采用水培法，研究了不同体积分数（0、10%、20%、30%、40%、50%）的废电池浸出液对水稻种子发芽、种胚生长及种子萌发过程中渗透调节物质含量的影响。结果表明，随着废电池浸出液体积分数的增加，总体上，水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长、胚芽长、胚根鲜质量、胚芽鲜质量、单株鲜质量均呈下降趋势，且废电池浸出液对水稻种子的发芽势、发芽指数、活力指数的影响大于对发芽率的影响，对胚根生长的抑制作用大于胚芽。在水稻种子萌发过程中，可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖含量随着废电池浸出液体积分数的增加呈先升后降的趋势，其中，可溶性蛋白含量以10%废电池浸出液处理最大，较对照显著提高9.32%，而其他处理均显著低于对照；脯氨酸、可溶性糖含量均在40%废电池浸出液处理下达到最大，分别较对照显著提高95.04%、80.09%，且其他处理也显著高于对照。综上，废电池浸出液对水稻种子的萌发及胚的生长有显著抑制作用，而水稻种子在一定体积分数废电池浸出液胁迫下，可通过增加细胞内渗透调节物质含量来增强细胞的持水力，使细胞免受伤害或减轻伤害。

废电池浸出液；水稻；种子萌发；渗透调节物质

随着科技的不断进步，电器产品越来越多地进入人们的生活，也使各种电池的使用量迅速增加［1］。我国是世界上最大的电池生产国和消费国，电池产量于20世纪80年代初超越美国成为世界第一［2］。电池的大量使用，也产生了大量的废电池。使用后的废电池人们一般不会及时回收，而是将其作为生活垃圾，随意丢弃。废电池中含有多种重金属，其中可对环境造成污染的主要有Hg、Cd、Pb等。Hg、Cd、Pb被视为威胁人类健康的三大危险重金属。Hg、Cd易在动植物体内富集，具有极强的生物毒性，影响动植物的生长；Pb对人的肾脏、心血管等器官会产生不良影响［3］。另外，废电池中还有Zn和Ni等重金属，Zn和Ni虽然在一定范围内是有益物质，但当它们超过极限时，也会对动植物造成危害［4］。目前，已有学者研究了废电池液对鲫鱼［5］、小鼠［6］、脊尾白虾［7］等动物生存的影响，也有学者研究了废电池液对大豆［1］、青萍［8］、香根草［9］等植物生长的抑制作用，但尚未见关于多种重金属混为一体的废电池液对水稻生长的影响研究。为此，采用废电池浸出液处理水稻种子，初步探讨其对水稻种子萌发及幼苗渗透调节物质含量的影响，旨在为明确废电池对农作物栽培产生的危害提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试水稻品种为赣B09，由上饶市农业科学研究所提供；废电池为双鹿牌5号废旧干电池。

1.2 试验设计

选取2节双鹿牌5号废旧干电池，剥除金属外壳，将其中内容物（除碳棒外）倒入1 000 mL大烧杯中，加600 m L蒸馏水，避光浸泡6 d，每天用玻璃棒搅拌1次，6 d后用滤纸过滤，然后定容至1 000 m L，作为母液。再用蒸馏水稀释成体积分数分别为10%、20%、30%、40%、50%的处理液，以蒸馏水为对照（CK），共6个处理。于2015年5月下旬，挑选健康饱满、大小一致的水稻种子，用0.5%的次氯酸钠消毒5 min，然后用蒸馏水反复冲洗，浸种24 h，最后置于直径9 cm的内垫2层滤纸的培养皿中，每个培养皿中加入15 m L处理液，每天更换处理液，共培养7 d。每个处理设3个重复，每个重复50粒种子。

1.3 测定项目及方法

从处理的第2天开始，每天记录种子发芽情况。以芽长等于谷长的一半、根长等于谷长为发芽标准，计算种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数［1］。试验结束时，每皿选取10株长势一致的水稻幼苗，分别测定胚根长、胚芽长、胚根鲜质量、胚芽鲜质量及单株鲜质量；最后取幼苗胚芽进行生理指标的测定，其中，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法［10］，脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法［10］，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法［10］。

1.4 数据处理

应用SPSS 19.0软件对试验数据进行单因素方差分析，并用最小显著差异法（LSD法）进行多重比较，用Excel 2003软件绘图，图表中所有数据均用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 废电池浸出液对水稻种子发芽的影响

由表1可知，废电池浸出液对水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均有一定的抑制作用，并随着废电池浸出液体积分数的升高，抑制作用逐渐增大。与对照相比，当废电池浸出液体积分数为10%时，水稻种子的发芽势、发芽指数、活力指数分别显著降低了31.42%、12.51%、27.95%，但发芽率仅降低了7.89%，废电池浸出液对发芽率的抑制作用不显著；当废电池浸出液体积分数为30%时，水稻种子的发芽率才显著下降14.91%。说明废电池浸出液对水稻种子发芽势、发芽指数和活力指数的影响大于对发芽率的影响。

2.2 废电池浸出液对水稻种子胚生长的影响

由表2可以看出，废电池浸出液处理阻碍了水稻种胚正常生长，主要表现在胚根长、胚芽长、胚根鲜质量、胚芽鲜质量、单株鲜质量总体上均随着废电池浸出液体积分数的提高而降低。与对照相比，当体积分数为10%时，废电池浸出液对胚根长、胚芽长、胚根鲜质量、单株鲜质量的抑制作用显著，其分别为对照的50.65%、89.23%、71.18%、82.28%，但对胚芽鲜质量的影响不显著；当体积分数为50%时，废电池浸出液对胚芽鲜质量的抑制作用仍不显著，其为对照的88.13%，但胚根长、胚芽长、胚根鲜质量、单株鲜质量分别为对照的14.47%、81.10%、13. 98%、70.39%。

2.3 废电池浸出液对水稻幼苗渗透调节物质含量的影响

2.3.1 可溶性蛋白含量 由图1可知，随着废电池浸出液体积分数的增加，水稻种子可溶性蛋白含量表现出先上升后下降的趋势。在10%废电池浸出液胁迫下，可溶性蛋白含量显著高于对照，较对照提高9.32%，达到峰值；当废电池浸出液体积分数≥20%时，可溶性蛋白含量显著低于对照，较对照分别下降了6.82%、15.09%、21.92%、28.74%。说明在废电池浸出液胁迫下，水稻种子可溶性蛋白含量呈现出低促高抑现象。

2.3.2 脯氨酸含量 脯氨酸是植物体内最重要的渗透调节物质之一。由图2可知，与对照相比，各体积分数废电池浸出液处理的脯氨酸含量均显著增加，且随着废电池浸出液体积分数的增加，脯氨酸含量升高，在体积分数为40%时达到最大值，较对照显著提高95.04%；之后随着废电池浸出液体积分数继续升高，脯氨酸含量稍有降低。说明在废电池浸出液胁迫下，水稻种子萌发需要更多的脯氨酸来调节渗透势，保护细胞免受伤害。

2.3.3 可溶性糖含量 由图3可知，随着废电池浸出液体积分数的增加，水稻种子可溶性糖含量呈先升高后下降的趋势，且均显著高于对照。在废电池浸出液胁迫下，水稻种子可溶性糖含量与对照相比分别增加了21.52%、47.57%、67.77%、80.09%、61. 24%，50%废电池浸出液处理的可溶性糖含量显著低于40%废电池浸出液处理。说明水稻种子萌发对废电池浸出液胁迫的忍耐性和积极适应是有一定限度的，存在一定的阈值。

3 结论与讨论

姚锦秋等［11］研究发现，不同浓度废电池浸出液对小麦种子发芽和生长有明显的抑制作用。本研究结果表明，随着废电池浸出液体积分数的逐渐增大，水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈下降趋势，其中对发芽势、发芽指数和活力指数的影响大于对发芽率的影响，说明废电池浸出液显著抑制了种子的萌发速度及胚的生长，影响了胚生长的整齐度。本研究结果还表明，随着废电池浸出液体积分数的增加，水稻种胚生长的各项指标总体均逐渐下降，当废电池浸出液体积分数为50%时，各项指标降幅程度依次为胚根鲜质量（86.02%）＞胚根长（85.53%）＞单株鲜质量（29.61%）＞胚芽长（18. 90%）＞胚芽鲜质量（11.87%），说明水稻种子萌发过程中，废电池浸出液影响了水稻种子胚乳中贮藏的碳水化合物、脂肪、蛋白质等大分子化合物的分解、转化及合成等代谢过程，进而抑制了水稻种胚的正常生长发育；同时也表明，胚根生长和胚芽生长对废电池浸出液胁迫的敏感程度不同，废电池浸出液对胚根生长的抑制作用明显大于胚芽。这与姚锦秋等［11］在小麦种子发芽上的研究结果相一致。

植物可利用自身脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的变化来调节细胞渗透势，进而增强植物的抗逆性［12］。重金属胁迫下，植物细胞内的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等渗透调节物质含量会发生变化，但不同植物、不同处理部位或者不同处理方式都可能会使植物细胞内渗透调物质含量的变化存在差异。李清飞等［13］研究发现，麻疯树叶中的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量随Cd质量分数的增大呈增加趋势。金美芳等［12］研究结果表明，随着Cd质量浓度的增加，油菜根系的可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势，但脯氨酸含量却逐渐增大。古红梅等［14］研究认为，随着Pb质量浓度的增加，玉米幼苗内可溶性糖的含量明显减少，但脯氨酸及可溶性蛋白含量增加。本研究结果表明，随着废电池浸出液体积分数的增加，水稻幼苗胚芽中的可溶性蛋白、脯氨酸及可溶性糖含量呈先升后降趋势，可溶性蛋白含量在10%废电池浸出液处理下达到峰值，较对照提高9.32%，之后均明显下降，并显著低于对照；脯氨酸及可溶性糖含量在不同体积分数废电池浸出液处理下均显著高于对照，在废电池浸出液体积分数为40%时，均达到最大值。这与杨斌等［15］和魏金凤等［16］研究的植物细胞内可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量变化结果相一致。

重金属胁迫会使植物含水量降低、水势下降。为了避免细胞失水，植物可通过自身的调节作用，主动增加细胞内溶质，降低渗透势及水势，提高吸水和保水能力，以维持细胞正常生理活动［17］。本研究中，在废电池浸出液胁迫下，水稻种子可能主要通过可溶性糖和脯氨酸的大量累积，避免细胞内水势增大以及细胞生理性缺水，增强细胞的持水力，从而维持原生质胶体及细胞膜的稳定性，使细胞免受伤害或减轻伤害。

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Effects ofWaste Battery Lixivium on Seed Germination and Contents of Osmotic Adjustment Substances of Rice

ZHAO Hong，LIWenhua
（College of Life Science，Shangrao Normal University，Shangrao 334001，China）

Toxic effects of waste battery lixivium on rice seed germination were studied using water culture method.In this study，the effects of waste battery lixivium with different volume fraction（0，10%，20%，30%，40%，50%）on germination，embryo growth and the contents of osmotic adjustment substances were researched.The results showed that，as the volume fraction of waste battery lixivium increased，the germination rate，germination potential，germination index，vigor index，radicle length，p lumule length，radicle fresh weight，p lumule fresh weight and individual p lant fresh weight showed overall declining trends.Waste battery lixivium had greater effect on germ ination energy，germ ination index，vigor index than that on the germination rate，and exhibited more inhibition effects on radical growth than that on plumule growth.The results also showed that the contents of soluble protein，proline and soluble sugar increased first and then decreased with the increase of volume fraction of waste battery lixivium during the germination of rice seed.Among them，the content of soluble protein was the maximum when the volume fraction of waste battery lixivium was 10%，which significantly increased by 9.32%，however those of othertreatments were significantly decreased compared with the control.The contents of proline and soluble sugar reached their maximums when the volume fraction of waste battery lixivium was 40%，which significantly increased by 95.04%，80.09%，respectively，and those of other treatments also were significantly higher compared with the control.The above analysis indicated that waste battery lixivium showed significant inhibition effects on germination and embryo growth of rice seed.The study also suggested that under a certain volume fraction of waste battery lixivium stress，the rice seeds could enhance the water holding capacity of cells by increasing the intracellular organic osmotic adjustment substances to protect cells from injury or reduce the damage.

waste battery lixivium；rice；seed germ ination；osmotic adjustment substance

S511；Q945.78

A

1004-3268（2017）01-0026-05

2016-08-26

江西省教育厅科技项目（GJJ151055）

赵 红（1966-），女，江西上饶人，高级实验师，硕士，主要从事植物生理学方面的教学和研究。E-mail：1024zhaohong@163.com