重金属胁迫对不同花生种子萌发及生理的影响

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(吕梁学院生命科学系， 山西 离石 033000)

花生有着和坚果一样的功效，能提供丰富的营养物质。其中水溶性维生素溶解对人体非常有益。花生不但是美味食品，也是一种优质植物蛋白，并且是我国油脂供给的主要资源。

目前我国存在严重的土壤重金属污染情况，重金属对土壤的污染具有不可逆转性，铅、汞、镉、铬和砷已成为全国5种重点重金属污染物[1-2]。

以四粒红、晋花三号、鲁花一号等3种花生种子为材料，探究汞、铅、铬胁迫对四粒红、晋花三号、鲁花一号花生种子萌发及生理的影响，为进一步研究重金属对花生种子的毒害机理和预防花生种子的早期伤害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

花生种子：四粒红(吉林)、晋花三号(山西)、鲁花一号(山东)。

1.2 实验试剂

高锰酸钾、硝酸铅、氯化汞、氯化铬、石英砂、碳酸钙粉、95%乙醇等均为分析纯。

1.3 试验仪器

恒温光照培养箱、电热鼓风干燥箱。

1.4 实验方法

1.4.1 溶液的配置及种子的处理

氯化汞溶液配制0，1，5，10，25，125 mg/L等6个浓度；硝酸铅溶液配制0，10，50，100，200，300 mg/L等6个浓度；氯化铬溶液配制0，5，10，30，50，100 mg/L等6个浓度。

分别取各品种花生种子，用3 ‰高锰酸钾浸泡消毒45 min，50 ℃的热水浸泡2 h，然后分别用不同浓度汞、铅、铬溶液浸润种子24 h，每处理3次重复，每重复25 粒种子[2]。

1.4.2 发芽过程

按培养皿大小铺放2层滤纸，放入不同浓度汞、铅、铬溶液处理过的各品种种子，置于27 ℃的恒温光照培养箱中培养[3]，每天查看并记录萌发情况。以胚根突破种皮，露出白根3 mm为发芽标准[4]。

发芽势(%)=(前4天内正常发芽的种子数/供试种子总数)×100%；发芽率(%)=(全部发芽的种子数/供试种子总数)×100%。

图1 重金属胁迫下四粒红的发芽势、发芽率、出苗率和根长

图2 重金属胁迫下晋花三号的发芽势、发芽率、出苗率和根长

1.4.3 出苗率的测定

当四粒红、晋花三号、鲁花一号花生种子发芽4 d后 ，从培养皿中移栽到泡沫箱中，将泡沫箱放在有阳光且通风的地方，并对泡沫箱中每个区域进行标记。根据土的湿润情况适当浇水。以第1片真叶露出地面并展开时为出苗标准[4]。

出苗率(%)=(前10天正常出苗的种子数/供试种子总数)×100%。

1.4.4 根长的测量

发芽过程完成后，在泡沫箱的各个区域随机取10株，洗掉根部的泥土，测量根长，进行3次重复，求平均值[5]。

1.4.5 叶绿素含量的测定——分光光度计法

发芽过程完成后，在泡沫箱的相应位置随机摘取幼嫩的叶片测定叶绿素含量，每组进行3次重复。叶绿素含量用分光光度计法进行测定[6-8]。

2 结果与分析

2.1 汞、铅、铬胁迫对四粒红花生种子萌发的影响

从图1 a可知，汞溶液浓度在0～5 mg/L时，四粒红的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；之后就开始降低，根长变细变短；四粒红的这4个指标都在5 mg/L时达到最大。说明汞胁迫下四粒红的这4个指标具有相关性。

从图1 b可知，铅溶液浓度在0～10 mg/L之间时，四粒红的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；铅溶液浓度大于10 mg/L之后就开始降低，根长变细变短；四粒红的这4个指标在10 mg/L时都到最大。说明铅胁迫下四粒红的这4个指标具有相关性。

从图1 c可知，铬溶液浓度在0～10 mg/L之间时，四粒红的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；铬溶液浓度在10～100 mg/L之间时，各项指标呈下降趋势，根长变细变短；四粒红的这4个指标在铬溶液浓度为10 mg/L时都达到最大。说明铬胁迫下四粒红的这4个指标具有相关性。

2.2 汞、铅、铬胁迫对晋花三号花生种子萌发的影响

从图2 a可知，汞溶液浓度在0～1 mg/L之间时，晋花三号的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；汞溶液浓度大于1 mg/L之后发芽势、发芽率、出苗率开始降低，根长变细变短；晋花三号的这4个指标在1 mg/L时都达到最大。说明汞胁迫下晋花三号的这4个指标具有相关性。

图3 重金属胁迫下鲁花一号的发芽势、发芽率、出苗率和根长

图4 重金属胁迫下四粒红、晋花三号、鲁花一号的叶绿素含量

从图2 b可知，铅溶液浓度在0～10 mg/L之间时，晋花三号的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；铅溶液浓度大于10 mg/L之后，发芽势、发芽率、出苗率开始降低，根长变细变短；晋花三号的这4个指标在10 mg/L时都达到最大。说明铅胁迫下晋花三号的这4个指标具有相关性。

从图2 c可知，铬溶液浓度在0～5 mg/L之间时，晋花三号的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；铬溶液浓度大于5 mg/L之后, 发芽势、发芽率、出苗率开始降低，根长变细变短；晋花三号的这4个指标在5 mg/L时都达到最大。说明铬胁迫下晋花三号的这4个指标具有相关性。

2.3 汞、铅、铬胁迫对鲁花一号花生种子萌发的影响

从图3 a可看出，汞溶液浓度在0～1 mg/L之间时，鲁花一号的发芽势、发芽率有所升高；汞溶液浓度大于1 mg/L之后, 发芽势、发芽率开始降低；鲁花一号的这2个指标在1 mg/L达到最大。说明汞胁迫下鲁花一号的这2个指标具有相关性。

汞溶液浓度在0～5 mg/L之间时，鲁花一号的出苗率有所升高，根长变长较粗；汞溶液浓度大于5 mg/L之后，出苗率开始降低，根长变短变细；鲁花一号的这2个指标在5 mg/L达到最大。说明汞胁迫下鲁花一号的这2个指标具有相关性。

从图3 b可知，铅溶液浓度在0～10 mg/L之间时，鲁花一号的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；铅溶液浓度大于10 mg/L之后，发芽势、发芽率、出苗率开始降低，根长变细变短；鲁花一号的这4个指标在10 mg/L都达到最大。说明铅胁迫下鲁花一号的这4个指标具有相关性。

从图3 c可知，铬溶液浓度在0～30 mg/L之间时，鲁花一号的发芽势、发芽率、出苗率有所升高，根长变长较粗；铬溶液浓度大于30 mg/L之后，发芽势、发芽率、出苗率开始降低，根长变细变短；鲁花一号的这4个指标在30 mg/L都达到最大。说明铬胁迫下鲁花一号的这4个指标具有相关性。

2.4 汞、铅、铬胁迫对不同花生种子叶绿素含量的影响

从图4 a可知，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量分别在汞浓度为5，1，5 mg/L时最高。四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量分别在汞浓度为0～5 mg/L、0～1 mg/L、0～5 mg/L时呈上升趋势，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量分别在汞浓度为5～125 mg/L、1～125 mg/L、5～125 mg/L时呈下降趋势。

从图4 b可知，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量都在铅浓度为10 mg/L时最高。铅浓度在0～10 mg/L之间时，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量呈上升趋势，铅浓度在10～300 mg/L之间时，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量呈下降趋势。

从图4 c可知，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量分别在铬浓度为10，5，30 mg/L时最高。四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量分别在铬浓度为0～10 mg/L、0～5 mg/L、0～30 mg/L时呈上升趋势，四粒红、晋花三号、鲁花一号叶绿素总量在铬浓度为10～100 mg/L、5～100 mg/L、30～100 mg/L时呈下降趋势。

3 讨 论

本试验中，在不同浓度的汞、铅、铬溶液胁迫下四粒红、晋花三号、鲁花一号的萌发呈现出促进或抑制的作用。在较低浓度时，3种种子的萌发及生理比对照组要高。可能是因为低浓度时，汞、铅、铬离子对酶有刺激，促进酶分解种子发芽所需的物质和能量，使发芽势和发芽率增大；而在高浓度时，汞、铅、铬离子对酶有抑制，分解受阻，抑制四粒红、晋花三号、鲁花一号萌发[9]。汞浓度为125 mg/L时晋花三号的根没有出苗，这一现象可能是因为晋花三号相对于四粒红、鲁花一号对汞的抵抗能力弱，再加上汞的毒性较大[10-12]而导致的。而对于叶绿素含量的测定，可能是因为重金属离子与相关酶作用，促进叶绿素合成或分解，保护或破坏叶绿体结构，使叶绿素含量增加或降低[13]。在汞胁迫下，四粒红、晋花3号和鲁花一号的叶绿素含量在5，1，5 mg/L时达到最大；在铅胁迫下，3种品种的叶绿素含量均在10 mg/L时最大；在铬胁迫下，四粒红、晋花3号和鲁花一号的叶绿素含量在10，5，30 mg/L时达到最大。

4 结 论

通过本试验确定了汞、铅、铬胁迫对四粒红、晋花三号、鲁花一号萌发及生理的影响。结果表明，1～5 mg/L汞胁迫对四粒红的萌发及生理有一定的促进作用，四粒红的发芽势、发芽率、根长、叶绿素含量在5 mg/L时达到最大；汞浓度为0～1 mg/L对晋花三号的发芽率、发芽势、出苗率、叶绿素含量有一定的促进作用，在1 mg/L时达到最大值。汞浓度为0～1 mg/L时，鲁花一号的发芽率、发芽势呈上升趋势，在1 mg/L时最大，汞浓度为0～5 mg/L时，鲁花一号的出苗率、根长、叶绿素含量呈上升趋势，在5 mg/L时最大。铅胁迫下四粒红的5个指标在0～10 mg/L浓度范围内呈上升趋势，浓度为10 mg/L时达到最大值；晋花三号的萌发和生理在10 mg/L时最佳；鲁花一号的发芽势、发芽率、根长、出苗率和叶绿素含量在10 mg/L时最佳。铬胁迫下四粒红的萌发及生理在5～10 mg/L浓度范围内与对照组相比较好；铬胁迫下晋花三号的萌发及生理在5 mg/L时最佳，铬胁迫下鲁花一号的萌发及生理在5～30 mg/L之间有一定的促进作用。因此得出，四粒红、晋花三号、鲁花一号在低浓度的汞、铅、铬溶液胁迫下有较好的萌发。