腐殖酸钠对镉胁迫下冬小麦种子萌发及根系生长的影响

孙枭琼 陈永亮 孙慎丽 陈玉倩 朱笛 周晓燕 高梦杰 韩庆典

摘要 [目的] 研究腐殖酸钠（HA-Na）对镉胁迫下冬小麦种子萌发及根系生长的影响。[方法]以鲁麦22号为试验材料，研究不同浓度Cd2+溶液处理对冬小麦种子萌发和根系生长的影响，以及不同浓度HA-Na溶液对Cd2+胁迫下冬小麦种子萌发和根系生长的影响。[结果] Cd2+胁迫使冬小麦种子萌发和根系生长均受到抑制，发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗根长及芽长均降低。低浓度的HA-Na提高了Cd2+胁迫下冬小麦种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗根长、芽长，部分缓解了Cd2+胁迫对冬小麦种子萌发和幼苗生长的抑制作用。其中以50 μmol/L HA-Na溶液处理的缓解效果最好，但随着HA-Na浓度的增大，其对Cd2+胁迫的缓解效应逐渐减弱，当HA-Na浓度达200 μmol/L时，会明显加剧Cd2+胁迫的毒害作用。[结论]该研究为被重金属污染的农田土壤治理和改良提供了理论依据。

关键词 冬小麦；腐殖酸钠；镉胁迫；萌发；生长

中图分类号 S145.4；S512.1+1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）13-0034-02

Effect of Sodium Humate on Winter Wheat Seed Germination and Root Growth under Cadmium Stress

SUN Xiao-qiong， CHEN Yong-liang， SUN Shen-li，ZHOU Xiao-yan* et al

（College of Life Science，Linyi University，Linyi，Shandong 276005）

Abstract [Objective] To study the effect of sodium humate（HA-Na） on winter wheat seed germination and root growth under cadmium stress. [Method] With Lumai 22 as material，we analyzed effects of different concentrations of Cd2+ solution on winter wheat seed germination and root growth，then explored effects of different concentrations of HA-Na solution on seed germination and root growth under cadmium stress. [Result] Winter wheat seed germination and root growth were inhibited by Cd2+ stress，germination index，vigor index，root length and bud length were decreased. Low concentrations of HA-Na improved winter wheat seed germination rate， germination index and vigor index，also improved root length，bud length under Cd2+ stress，and partial relieved seed germination and seedling growth under Cd2+ stress. The ameliorative effect of 50 μmol/L HA-Na was best among them. But with the increasing of concentration of HA-Na， the ameliorative effect of Cd2+ stress weakened gradually.It would significantly increase the toxic effects of cadmium stress while HA-Na concentration reached 200 μmol/L.[Conclusion] The study provides the theory basis for farmland soil management and improvement that has been polluted with heavy metals.

Key words Winter wheat；Sodium humate；Cadmium stress；Germination；Growth

礦产资源的大量开发和使用，导致土壤重金属污染越来越严重。研究表明，植物中的重金属累积到一定浓度，就会抑制其生长发育[1-3]。重金属镉（Cd）是重要的金属污染物之一，其化学行为和生态效应相对复杂，毒性很强，且容易被植物吸收。我国农田的镉污染面积已达1.4×104 hm2 [4]，且面积正迅速增加，亟需一些经济有效、切实可行的方法来解决。

冬小麦是世界上主要的粮食作物，也是山东半岛地区主要的种植作物。目前关于重金属对冬小麦生长发育的影响及危害机制已有部分报道[5-8]。腐殖酸是一种广泛存在于褐煤、风化煤和泥炭中的天然有机弱酸，国内外已对腐殖酸开展了一些研究[9-11]，研究表明其能促进植物新陈代谢，增强光合作用，提高植物抗旱、抗冻、抗病等能力，明显改善农产品品质和产量[1，12]，但是关于腐殖酸对冬小麦种子萌发和生长的影响少有报道。该研究以冬小麦为供试作物，探讨不同浓度的腐殖酸钠（HA-Na）对镉胁迫下冬小麦种子萌发及生长中各指标的影响，以期为被重金属污染的农田土壤治理和改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为鲁麦22号健康饱满的种子。

1.2 方法

首先将精选的种子用质量分数10 %的次氯酸钠溶液消毒15 min，再用去离子水冲洗干净，28 ℃电热恒温培养箱（DPH-9082型）催芽48 h后，均匀播于铺有双层滤纸的培养皿中，每个培养皿放入催芽后的冬小麦种子50粒。用不同浓度的Cd2+溶液（0、5、10、25、50、100、200、500 μmol/L）处理冬小麦种子，记为CK、C1～C7，每个培养皿加入处理液10 mL，每天定时定量加入去离子水补充水分，每处理3个重复。根据发芽率、根长、芽长，筛选出对冬小麦种子萌发和根系生长影响较为明显且不严重损害冬小麦生长的Cd2+浓度。

将筛选出的Cd2+浓度作为Cd2+胁迫浓度。用质量分数10 %的次氯酸钠溶液对冬小麦种子进行消毒，恒温催芽处理后，均匀播于铺有双层滤纸的培养皿中。用含有Cd2+胁迫溶液和不同浓度HA-Na溶液（0、10、30、50、100、200、500 μmol/L）处理冬小麦种子，各处理记为Cd+S0（CK）、Cd+S1、Cd+S2、Cd+S3、Cd+S4、Cd+S5和Cd+S6。将小麦种子置于（26 ± 2）℃的电热恒温培养箱中发芽，保持相对湿度85%～92%，培养7 d。每天定时定量加入去离子水补充水分，每处理3个重复。测定冬小麦幼苗的根长和芽长，并统计发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等指标。

1.3 指标测定和计算 根长：测量从冬小麦根基部至根系最顶端的长度。

芽长：测量从小麦茎基部至苗最顶端的长度。统计冬小麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

发芽率指在特定时间和生物环境内生长成正常幼苗的冬小麦种子数占供试种子总数的百分比，计算公式为：

发芽势指规定日期内的发芽率。发芽势能体现发芽速率的快慢，是表示种子优劣的指标，计算公式为：

式中，Gt为第n天发芽的种子数目；Dt为发芽试验的时间段，即第n天。

式中，S为种苗生长量（根长）；Gi为发芽指数。

1.4 数据处理

所有数据采用 Microsoft Excel 2007和SPSS 18.0统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度Cd2+对冬小麦种子萌发和根系生长的影响

从表1 可以看出，低浓度的Cd2+胁迫（5、10 μmol/L）对冬小麦种子发芽率和根长影响不明显。当Cd2+浓度为25、50、100、200和500 μmol/L时，发芽率较CK分别下降了606%、7.03%、25.54%、58.23%和86.69%；其根长较CK分别下降了20.00%、28.00%、64.00%、88.00%和96.00%，抑制效应比较显著。芽长在Cd2+胁迫时也受到比较明显的影响，主要表现为芽长变短，当Cd2+浓度为5、10、25、50、100、200和500 μmol/L时，其芽长较CK分别下降了0、21.15%、48.08%、53.85%、75.96%、87.50%和94.23%。试验表明，Cd2+对冬小麦发芽率、根长和芽长均表现一定的抑制作用，并且随着Cd2+浓度的增加抑制效应显著（P<0.05）。

对供试植株的观察发现，当Cd2+浓度为200、500 μmol/L时冬小麦受到的破坏严重，出现较多的死苗。Cd2+浓度在100 μmol/L时，冬小麦种子萌发和根系生长虽然受到明显抑制，但生长基本正常，故筛选出100 μmol/L作为Cd2+胁迫浓度，探讨不同浓度的HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦根长和芽长的影响。

2.2 不同浓度HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦根长和芽长的影响

由表2可知，不同浓度的HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦种子根和芽生长的抑制具有较明显的缓解作用，以HA-Na浓度为50 μmol/L的时缓解作用最大，与CK相比差异显著（P<0.05）。

2.3 不同浓度HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦种子发芽指数和活力指数的影响

由表3可知，当HA-Na浓度低于200 μmol/L时，不同浓度的HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦种子发芽指数和活力指数的抑制作用均起到一定的缓解作用。当HA-Na浓度为50 μmol/L时，对Cd2+抑制的缓解作用较强。当HA-Na浓度为500 μmol/L时，反而会降低冬小麦种子发芽指数和活力指数，尤其是活力指数下降较大。试验表明，较低浓度HA-Na促进冬小麦种子发芽，较高浓度HA-Na抑制冬小麦种子发芽。

2.4 不同浓度HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦种子发芽势和发芽率的影响解作用。隨着HA-Na浓度的增加，冬小麦种子发芽势和发芽率呈现先缓慢上升又缓慢下降的趋势。当HA-Na浓度为50 μmol/L时，冬小麦种子发芽势和发芽率相对较高；当HA-Na浓度达500 μmol/L时，HA-Na对冬小麦种子发芽势和发芽率表现为相对抑制现象，其原因可能是肥料浓度过高出现肥害。

3 结论

通过研究不同浓度Cd2+对冬小麦种子萌发及根系生长的影响可知，重金属Cd对冬小麦种子萌发和根系生长总体表现为抑制作用。当Cd2+浓度为100、200 和500 μmol/L时，对冬小麦种子萌发和根系生长都有明显抑制作用，但当Cd2+浓度为100 μmol/L时冬小麦生长基本正常且没有出现大量死苗，故筛选出100 μmol/L作为Cd2+胁迫浓度。不同浓度HA-Na对Cd2+胁迫下冬小麦种子萌发及根系生长呈现出一定的缓解作用，并且在低浓度时促进生长，高浓度时抑制生长，50 μmol/L为最适的HA-Na浓度。

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