钼对绿豆种子萌发及其幼苗生长的影响

单华旭， 于 波， 张佳晰， 周曼曼， 房志浩， 党璐一， 臧淑艳

(沈阳化工大学 应用化学学院， 辽宁 沈阳 110142)

我国的钼矿资源十分丰富，贮备量位居世界前列.钼不仅具备极高的经济价值，而且在军事上具有重要的战略储备价值，具有广阔的发展前景[1].然而，经济利益促使大量的商家利用落后的技术对钼矿资源进行无节制的开采和加工，导致了钼矿资源的严重浪费.与此同时，残留的尾矿对当地的水资源造成了严重污染[2-4].在整个生物圈内，随着食物链的逐级提高，钼污染物对农作物的生长发育和人体健康也造成了严重影响.另一方面，钼元素缺乏对植物的生长发育以及人体健康成长同样具有危害，人体缺钼会产生贫血、龋齿、食管癌等疾病[5].虽然钼元素是动植物生长必需的重要微量元素之一，但钼摄入量过多也会对动植物生长发育产生严重的副作用.长期生存在高钼环境中，会导致雄性小白鼠的精子质量降低，雌性小白鼠的分娩率下降[6].刘鹏[7]研究指出：对于饲用植物来说，当植物中钼的含量超过10 μg/g时，将对动物产生毒害，造成动物生长受阻甚至是畸形.在农作物中，豆科植物是对钼的需求较多一类作物，钼胁迫对豆科植物的生理生化特性以及产量都产生显著地影响.而钼在植物体内的富集会直接影响到动物以及人类的健康.所以钼污染对农作物毒害效应研究迫在眉睫.

截止目前就有许多人研究过钼对农作物毒害效应的机理：W.S.FERGUSON等[8]在1943年就首次报道反刍动物因食用高钼草导致钼中毒.刘鹏[9]等报道钼污染会影响植物品质，使植物产生褪绿和黄化的现象.赵婷[10]的研究表明钼污染会抑制植物光合作用和蒸腾作用，导致植物膜脂过氧化严重.近几年，国内外的众多学者将研究方向主要集中在铅、汞、砷等重金属对植物以及人体的伤害等方面，关于钼对豆科植物以及人体危害的研究较少，仅有刘鹏[11]和翟登攀等[12]通过实验对大豆幼苗的抗逆性做了研究，但关于钼对种子的萌发和幼苗生长期的生理特征(根长、茎长等)的影响没有进行具体研究，缺乏钼对豆科植物毒害敏感性的系统性研究.

由于微量的钼不仅可以促进植物的生长发育，而且对人体的健康有重要意义，而绿豆是日常生活中常吃食物之一，所以本文选择绿豆为实验材料，在相同的实验条件下，通过水培实验方法研究暴露在钼环境下绿豆种子萌发期的毒害特征和幼苗生长期的表观症状，以便找出钼对绿豆胁迫的异同关系，为人体合理利用绿豆摄入微量元素钼提供理论依据.

1 材料和方法

1.1 材料

供试绿豆，沈阳市宁官种子站；试剂Na2MoO4，分析纯，沈阳力诚试剂厂；过氧化氢，沈阳市新化试剂厂.

1.2 实验方法

1.2.1 材料的预处理

分别配制质量浓度0.0、0.3、2.5、7.5、22.3、49.5、247.4 mg/L(以纯Mo计算)的钼溶液.选择发育良好且颗粒完整饱满的绿豆种子，在实验开始前先将选好的种子浸泡在体积分数为3 %的过氧化氢溶液中，对种子表面进行杀菌消毒30 min.处理结束后，取出种子用蒸馏水冲洗4次.在干燥的培养皿中放入2层大小适中的滤纸，每个培养皿中倒入15 mL处理液，同时以加入15 mL蒸馏水的培养皿为对照组.在每个培养皿中放入35粒清洗后的绿豆种子，每一个质量浓度的处理液进行3次平行实验， 将培养皿放入温度为25 ℃的恒温培养箱(HPX-9052 MBE型数显电热恒温培养箱)中暗处培养.

1.2.2 测定项目

实验开始后，每24 h补充一次蒸发掉的少量水分(保持质量平衡)，观察种子的变化，并记录每天发芽的种子数.发芽第9天，统计各个质量浓度的培养皿中种子的发芽数.并在每一质量浓度的培养皿中随机抽取15株幼苗测量其芽长、根长及苗高.将幼苗的根与茎剪开，称量各个部分的鲜质量.然后分别放入培养皿中，将培养皿置于100 ℃的恒温干燥箱(DZF-2060型真空干燥箱)中干燥，每隔12 h测量一次质量，当相邻两次质量基本恒定时，取出样品称量其干质量.并对测量的数据进行统计处理，计算种子的发芽率、活力指数、发芽指数、以及根冠比等.

幼苗生长各项指标的测定参见王婷婷等[13-14]的方法.

1.2.3 数据处理

采用WPS软件对实验数据进行统计分析(最终结果是3次重复实验的平均值).

显著性检验结果由Excel 2007软件中显著性方差检验法求得.

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度钼溶液对绿豆种子萌发及幼苗生长的影响

通过每日观察种子的发芽情况，在种子萌发到第3 d时，高质量浓度的处理液(≥22.3 mg/L)的培养皿中，绿豆种子的子叶发青，种子易腐烂，而低质量浓度的处理液中子叶与对照组相比没有明显变化.在种子发芽后期，与低质量浓度处理液和对照组相比高质量浓度处理液处理的绿豆种子更容易出现主根腐烂的情况.从表1可以看出：不同质量浓度的钼处理液对绿豆种子的各项生理指标均呈现先促进后抑制的趋势.当钼的质量浓度达到0.3 mg/L时，绿豆种子的发芽指数、活力指数、干质量均达到最大值，这与微量钼可以促进植株生长发育的结论相一致[7].但随着钼处理液质量浓度的增加绿豆植株的各项指标值均呈现下降趋势，抑制效果也越发明显.当钼的质量浓度≥7.5 mg/L时植株的生命指数均下降并低于对照组，钼处理液对植株的抑制作用明显，这可能是因为钼阻碍了植株体内Fe的代谢，导致种子的某些活性物质失活或转化，萌发过程无法正常进行，从而影响植株的生长发育.当钼的质量浓度达到49.5 mg/L以上时，绿豆种子在发芽初期出现了种皮暗红，子叶发青的现象.通过对各组数据进行显著性方差检验，结果表明：不同质量浓度处理的绿豆种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数及植株干质量均不存在显著性误差，且均满足P<0.05的条件.

由以上实验结果可知，在绿豆种子萌发过程中，主要依靠自身的营养物质，所以钼对绿豆种子萌发影响不大，但是在幼苗生长阶段钼对绿豆的生长呈现“低促高抑”的现象，高质量浓度的钼培养液会抑制绿豆种子的发芽，甚至中毒.K.WARINGTON[15]的研究也表明：当植物所处的环境中钼的含量过高，会使植物钼中毒，将产生褪绿和黄化现象，本实验结果对相关现象的描述，与上述研究结果相一致.

表1 不同质量浓度钼处理液对绿豆种子萌发及幼苗生长的影响Table 1 Effects of different concentration of Mo6+ on seed germination and seedling growth

2.2 不同质量浓度的钼溶液对绿豆苗高的影响

由图1可以看出：随着钼质量浓度的升高绿豆的苗高呈现先增高后降低的趋势.这表明低质量浓度钼可以促进绿豆植株的生长而高质量浓度的钼则抑制了植株的生长.当钼处理液质量浓度为0.3 mg/L时，绿豆苗高达最大值(高于对照组39.43 %)，表现为促进作用；随着处理液质量浓度的增大，苗高逐渐降低，表现为抑制作用.当质量浓度增大到247.4 mg/L时，抑制作用最为明显(低于对照组55.53 %)这可能是因为钼首先抑制了根系的活性，阻碍作物中水分输送，更进一步抑制地上部养分的供给，从而导致植株矮小，发育不良[16].通过对数据进行显著性方差检验，结果表明不同质量浓度处理的绿豆种子的苗高不存在显著性误差，且均满足P<0.05的条件.

图1 不同质量浓度钼处理液对苗高的影响Fig.1 Effects of different concentration of Mo6+ on the stem length

2.3 不同质量浓度的钼溶液对绿豆根长的影响

由图2可知：当Mo6+的质量浓度为0.3 mg/L时，绿豆植株的根长达到最大值(高于对照组26.05 %)，表现为促进作用.当Mo6+质量浓度大于等于7.5 mg/L时，根长明显低于对照组.其中，当钼处理液质量浓度为247.4 mg/L时，根长最短(低于对照组84.19 %)，这表明，高质量浓度钼抑制了植株根部的生长.此外，绿豆在Mo6+的质量浓度≥7.5 mg/L时还表现为侧根、须根增多，主根偏短且易腐烂，根部发褐、发黑，根长较对照组显著下降.这可能是因为过高质量浓度的钼会抑制植株根系的活性，从而使根部生长受到迫害，根部生长受抑是植物受钼毒害后普遍的症状[16].通过对数据进行显著性方差检验，结果表明不同质量浓度处理的绿豆种子的根长不存在显著性误差，且均满足P<0.05的条件.

图2 不同质量浓度钼处理液对根长的影响Fig.2 Effects of different concentration of Mo6+ on the root length

2.4 不同质量浓度的钼溶液对绿豆根冠比的影响

不同质量浓度钼溶液对绿豆根冠比的影响如图3所示.从图3可以看出：绿豆植株的根冠比随着Mo6+质量浓度的升高呈现先增大后降低的趋势.当钼处理液质量浓度为0.3 mg/L时，根冠比为0.266 8 %，明显大于对照组(0.195 8 %)这表明低质量浓度的钼处理液对绿豆地上部分的抑制作用大于促进作用.随着质量浓度的升高根冠比逐渐降低，当钼处理液的质量浓度为2.5～7.5 mg/L时，根冠比和对照组相近，说明钼对绿豆根部的抑制作用在增强，对地上部分的抑制作用减弱.当钼处理液质量浓度≥22.3 mg/L时，根冠比(0.103 3 %)明显低于对照组，说明钼对绿豆根部的抑制作用大于地上部分.结合图1和图2分析可知：低质量浓度的处理液可以促进绿豆根部的生长，对茎伸长有一定的抑制作用，但是对整体植株而言，生长表现为促进作用.高质量浓度的处理液(≥22.3 mg/L)对绿豆根部和茎伸长均表现在抑制作用，而且浓度越高抑制作用越明显.这可能是因为幼苗在生长阶段的营养物质主要来自于外界，当钼处理液的质量浓度过高种子吸收了钼溶液以后进入了细胞中，影响并且降低了RNA和DNA的活性，抑制了细胞的分裂过程从而影响了植株的伸长[17].通过对数据进行显著性方差检验，结果表明不同质量浓度处理的绿豆种子的根冠比不存在显著性误差，且均满足P<0.05的条件.

图3 不同质量浓度钼处理液对根冠比的影响Fig.3 Effects of different concentration of Mo6+ on root-shoot ratio

2.5 不同质量浓度的钼溶液对绿豆耐性指数的影响

植物与重金属作用时，根是最先接触到处理液的部位，所以通过植株根系的耐性指数来反应植株对某类重金属的耐性情况.由图4可以看出：植株根系的耐性指数随着处理液质量浓度的增大逐渐降低.当钼处理液质量浓度为0.3 mg/L时，耐性指数最大(1.23)，说明在该质量浓度下促进植株根系的生长.当处理液质量浓度大于0.3 mg/L时，植株根系的耐性指数逐渐降低，当钼处理液浓度为247.4 mg/L时，耐性指数最低(0.16)，接近对照的耐性指数(0.00)，说明当钼处理液浓度过大时抑制植株根系的生长.通过对数据进行显著性方差检验，结果表明不同质量浓度处理的绿豆种子的耐性指数不存在显著性误差，且均满足P<0.05的条件.

图4 不同质量浓度钼处理液对耐性指数的影响Fig.4 Effects of different concentration of Mo6+ on root tolerance index

3 结 论

(1) 实验通过用不同质量浓度的钼溶液进行水培绿豆种子，结果表明：当钼质量浓度为0.3 mg/L时，植株的各项生长指标、苗高、根长、耐性指数以及根冠比均优于对照组，表现为促进作用.这说明低质量浓度的钼可以促进绿豆种子的萌发以及植株幼苗的生长.

(2) 钼的质量浓度不断增大时，植株的各项生长指标、苗高、根长、耐性指数以及根冠比均呈现下降趋势，在高质量浓度钼的胁迫下，绿豆的萌发和幼苗的生长均受到抑制作用，且质量浓度越高抑制作用越强.高质量浓度的钼对芽、根生长的抑制作用较种子萌发指标更为显著.

实验仅在简单水培条件下，研究不同梯度钼溶液对绿豆的生长指标的影响，其吸收方式、作用机理等尚待进一步研究.

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