光照和浸种对5种具有修复重金属污染土壤潜力的植物种子萌发的影响

邢维芹，刘 辉，曾 冰，张 杰，舒永开，胡欣杰

（河南工业大学化学化工与环境学院，郑州450001）

全国土壤污染状况调查表明，重金属是我国土壤中的主要污染物类型［1］。污染土壤中的重金属可以通过食物链、呼吸等途径进入人体，危害人体健康。因此，对重金属污染土壤进行治理具有重要意义。植物提取修复是重金属污染土壤修复的重要手段之一。然而，用于修复重金属污染土壤的植物对环境条件有一定的适应性，修复植物异地种植易出现不适应现象［2］。因此，利用当地植物资源对污染土壤进行修复显得尤为必要。本研究组对河南济源铅冶炼企业附近野生植物进行调查时发现，野塘蒿（Conyza bonariensis（L.）Cronq）、鬼针草（Bidens bipinnata.）、醴肠（Eclipta prostrata（L.）L.）、苘麻（Abutilon theophrastiMedicus）和龙葵（Solanum nigrumL.）对污染土壤中的镉具有较强的吸收能力。其他研究者也有类似发现［34］。

将野生植物用于田间种植时，较高的发芽率是首先需要保证的特性之一。种子休眠是野生植物的重要习性之一，为了适应田间大面积种植杂草的需要，又必须打破这些植物种子的休眠。用硝酸钾溶液浸种是常用的打破种子休眠的方法。杨文杰等发现，当用浓度为0.1%的硝酸钾浸种黄秋葵24 h时，发芽率为100%，对照为72.7%［5］。不同浓度硝酸钾对苦瓜种子萌发的研究表明，20 mg／L的硝酸钾效果最好［6］。硝酸钾打破水芹休眠的最佳浓度为0.1%～0.2%［7］。光照是影响种子萌发的主要因素之一［8］，多项研究表明，光照对某些植物种子萌发具有促进作用。黄顶菊黑暗条件下发芽率仅为7%，而在光照条件下可达97.5%［9］。假苍耳在黑暗条件下发芽率为7%，光照条件下可达60%；紫茎泽兰在黑暗条件下发芽率为25%，在光照条件下可达60%［10］。

本研究的目的是探讨浸种和光照对发现于河南济源某铅冶炼企业附近重金属污染土壤上生长的具有重金属积累特性的野生植物的影响，为田间种植以上植物打下基础。

1 材料与方法

1.1 植物种子

野塘蒿（Conyza bonariensis（L.）Cronq）、鬼针草（Bidens bipinnata）、醴 肠 （Eclipta prostrata（L.）L.）、苘 麻 （Abutilon theophrastiMedicus）和 龙 葵（Solanum nigrumL.）种子于2015年9月16日采自河南济源某铅冶炼厂周边。采集时选择发育完全、籽粒饱满的种子，采集回的野塘蒿、鬼针草和醴肠种子在阳光下晾晒，龙葵果实用清水洗涤，之后将果实挤压破碎，多次洗涤，将种子和果肉分离，分离后将种子在自然条件下晒干；采集回的苘麻将种子从果实内分离，用清水洗涤，自然条件下晒干。所有种子晾干后放于4℃条件下保存备用。

1.2 种子萌发特性研究

2016年3月2日将种子从冰箱中取出，每种植物种子随机取出1 300粒，平均分成2份，分别放入加有400 m L去离子水和20 mg／L硝酸钾的烧杯中，室温下浸泡24 h，之后取出，沥干水分，将种子逐粒放于垫有1层滤纸的玻璃培养皿内，每皿放入100粒，盖上皿盖。光照处理的植物种子直接放于室温条件下的光照培养箱内（光照／黑暗＝14 h／10 h），光照强度为1.5×104lx，无光照处理的培养皿放于不透光的纸盒内，其他与光照培养条件相同。每处理重复3次。每24 h补充水分并调查1次当天发芽数。当连续3 d无种子发芽时培养终止。

1.3 种子物理性状观察

将每种种子各15粒放于显微镜（VHX600，日本Keyence）下观察拍照并测量每粒种子的长度。

1.4 数据处理

计算种子发芽率（发芽种子粒数与试验种子总数的百分比）、发芽势（萌发达到高峰时种子的萌发数与试验种子数的百分比）、发芽指数（以第1天的发芽数除以1，加上第2天的发芽数除以2，一直加到最后1天的发芽数除以最后1天的发芽天数，和即为发芽指数）、平均发芽时间（从第1天培养开始计，第1天的发芽数乘以1，第2天的发芽数乘以2，一直到最后1天发芽数乘以最后1天的培养天数，其和除以总的发芽数，所得值即为种子平均发芽时间）。

试验数据均采用Microsoft Office Excel 2013进行处理，显著性分析用SPSS 20.0 LSD多重比较法。

2 结果与讨论

2.1 光照和浸种对醴肠种子萌发的影响

由表1可见，不同处理措施对醴肠种子萌发有明显影响，尤其是光照的影响最为显著。2种浸种方式下均是有光照处理的发芽率、发芽势、发芽指数和平均发芽时间显著高于无光照（p＜0.05）。硝酸钾处理下，有光照处理的发芽率、发芽势、发芽指数和平均发芽时间分别是无光照 的14.8 倍、17.2 倍、10.6倍和1.11倍；去离子水处理下，前者分别是后者的48.4倍、54.1倍、31.9倍和1.25倍。有光照条件下硝酸钾处理的发芽率、发芽势和发芽指数比去离子水处理要高，分别高5.59%、6.31%和2.67%。以上结果说明，对于醴肠种子，可以采用20 mg／L硝酸钾溶液在光照条件下浸种促其萌发。

对醴肠种子萌发特性的研究较少。已有研究发现，光照是醴肠种子萌发的必要条件［1112］；田间试验也证明了这一点［13］，这与本研究一致。本研究发现，用硝酸钾溶液浸种对醴肠种子萌发有一定的促进作用。本研究得到的醴肠种子发芽率与陈文等［14］的结果相近。

2.2 光照和浸种对龙葵种子萌发的影响

由表2可知，不同处理措施对龙葵种子的萌发有一定影响，但处理措施对发芽率和发芽势的影响均未达到0.05的显著水平。2种浸种措施下，光照条件下的发芽率均低于无光照，硝酸钾和去离子水处理下，光照条件下的发芽率分别比无光照低6.5%和10.2%。另外，在光照和无光照条件下，硝酸钾浸种后的发芽率分别比去离子水浸种的发芽率低1.31%和4.77%。

多项研究发现，光照对龙葵种子的萌发有促进作用，且光照条件下的发芽率远高于无光照条件［1516］。硝酸钾溶液浸种对龙葵种子萌发有促进作用［17］，但当所用硝酸钾浓度差异较小时，不同浓度处理的发芽率之间差异不明显［16］；当溶液浓度差异较大时，不同浓度之间的作用差异明显［17］。本研究中，硝酸钾和光照条件下，龙葵种子发芽率略有降低，但这些差异均未达到0.05的显著水平，与以上研究结果有一定差异。

2.3 光照和浸种对苘麻种子萌发的影响

由表3可知，不同处理措施对苘麻种子的萌发有明显影响。2种浸种措施在光照条件下的发芽率均高于无光照，硝酸钾和去离子水处理下，光照条件下的发芽率分别比无光照高20.4%和21.5%。光照和无光照条件下，硝酸钾浸种处理的发芽率分别比对应去离子水浸种低13.6%和12.6%。可见，对于苘麻种子，可用去离子水浸种后在光照条件下培养促其萌发。

表1 不同处理对醴肠种子萌发的影响

表2 不同处理对龙葵种子萌发的影响

对苘麻种子的发芽条件的研究较少。本研究中，苘麻种子的萌发受到光照的促进，但不同处理的差异未达到0.05的显著水平。王金淑研究表明，光照能明显促进苘麻的萌发，不同处理中，苘麻发芽率的最大值为61.45%［18］，略高于本研究中的结果。邓天福等发现，苘麻在温室条件下的发芽率达到89%［19］；张秀玲研究发现，NaCl和Na2CO3对苘麻的萌发有一定的抑制作用［20］，这与本研究中20 mg／L硝酸钾浸种后其萌发受到一定的抑制相一致。这说明，盐溶液浸种对苘麻萌发的抑制作用是普遍存在的。

2.4 光照和浸种对野塘蒿种子萌发的影响

由表4可见，不同处理措施对野塘蒿种子萌发有明显影响。去离子水和硝酸钾浸种条件下的发芽率和发芽势均是无光照处理高于光照处理，而去离子水浸种的发芽率高于硝酸钾浸种。硝酸钾处理下，无光照处理发芽率和发芽势分别比有光照处理高17.6%和39.1%；去离子水处理下，无光照处理比有光照处理高8.87% 和44.1%。另 外，无光照条件下，硝酸钾浸种比去离子水浸种发芽率和发芽势分别低13.8%和44%，有光照条件下，前者比后者分别低22.9%和39%。去离子水和硝酸钾浸种下的发芽指数和平均发芽时间均是无光照处理低于有光照处理，硝酸钾处理下，无光照处理发芽指数和平均发芽时间分别比有光照处理低38.4%和16.0%；去离子水处理下，前者的发芽指数和平均发芽时间分别比后者低48.3%和5.95%。

野塘蒿是世界范围内广泛分布的杂草，但对野塘蒿的萌发特性研究较少。本研究表明，黑暗条件和去离子水浸种更加能促进野塘蒿萌发，但不同处理间差异较小（表4）。郝建华等研究表明，野塘蒿在光照和黑暗12 h，温度25℃条件下的发芽率约为60%，另外，随着种子埋深的增加，野塘蒿的发芽率逐渐减小，表明光照可能是野塘蒿萌发的必要条件［21］，这一点与本研究结果不同。

2.5 光照和浸种对鬼针草种子萌发的影响

由表5可见，不同处理措施对鬼针草种子萌发有一定的影响。同一光照条件下去离子水浸种的发芽率、发芽势和发芽指数均高于硝酸钾浸种，光照条件下前者以上3个参数比后者分别高103%、98.2%和77.5%，部分差异达到0.05的显著水平；无光照条件下前者以上3个参数比后者分别高44.6%、46.6%和34%。去离子水浸种时光照条件下的发芽率、发芽势、发芽指数和平均发芽时间均高于无光照条件，分别高出25.1%、29.3%、30.4%和7.00%。同种浸种条件下光照对发芽率的影响未达到0.05的显著水平。以上结果说明，鬼针草可以采用去离子水浸种促其发芽。

本研究表明，去离子水浸种对鬼针草萌发的促进作用好于硝酸钾，而光照对其影响不大（表5）。对于硝酸钾对鬼针草萌发的影响，尚未见报道。刘明超［22］和严文斌［23］的研究均表明，光照对鬼针草的萌发有利。多数研究中，鬼针草的发芽率均达到80%以上［23］，远高于本研究结果，其中原因还需进一步研究。

表3 不同处理对苘麻种子萌发的影响

表4 不同处理对野塘蒿种子萌发的影响

表5 不同处理对鬼针草种子萌发的影响

2.6 种子形态

根据观察，醴肠种子胚芽端为四面体结构，胚根端呈圆形，种子侧面由4个平面构成。龙葵种子呈球形，种子表面呈蜂窝状凹坑。苘麻种子呈心形，表面黑色，附有白色绒毛。野塘蒿种子为细长瘦果，附有较长绒毛。鬼针草由果针和果体两部分构成，果体为深褐色长条形瘦果，果针为黄褐色刺，刺上部有倒刺。

从图1可见，鬼针草种子的长度远大于其它4种植物，且长度变异较大。

图1 5种植物种子的长度

3 结 论

本研究利用采集于河南省济源市某铅冶炼企业附近的野塘蒿、鬼针草、醴肠、苘麻和龙葵种子，探讨了光照、水或20 mg／L硝酸钾浸种对这5种具有修复重金属污染土壤潜力的植物种子萌发的影响。结果表明，醴肠种子的萌发受处理措施的影响最大，醴肠种子的萌发受到光照的强烈促进，且硝酸钾浸种后的发芽率略高于去离子水浸种。对于鬼针草和苘麻，去离子水浸种的发芽率高于硝酸钾浸种，且以去离子水在光照条件下浸种发芽率最高。浸种和光照处理未对龙葵的发芽率产生显著影响（p＞0.05）。去离子水浸种后野塘蒿发芽率高于硝酸钾浸种，且以黑暗条件下浸种的发芽率略高。本研究中，不同植物种子的最高发芽率的排序为醴肠＞龙葵＞苘麻＞野塘蒿＞鬼针草。

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