重金属Pb对几种常见植物种子发芽活力的影响研究

卢楠

摘   要：为了研究不同浓度重金属Pb对冰草、败酱草、蒲公英、苜蓿4种常见野生植物种子萌发的影响，采用培养皿滤纸法，并参照《牧草种子检验规程》GB/T 2930.4—2001准备进行试验，在重金属Pb浓度分别为0 mg/L、2 000 mg/L和5 000 mg/L的条件下，对4种植物种子的发芽势、发芽率和胚芽、根系长进行检测。结果表明，经含有一定质量浓度Pb溶液的胁迫作用，4种植物种子发芽势和发芽率均有不同程度的下降，其中，蒲公英和苜蓿种子的耐受性较差，在重金属Pb溶液浓度为2 000 mg/L和5 000 mg/L时，种子胚芽和胚根长均低于有效测量值。

关键词：重金属Pb;植物;种子;发芽活力;影响

Pb污染主要来源于金属冶炼、化工、汽车燃料和化肥杀虫剂等[1]，其中将含Pb的四乙基铅作为汽油防爆剂后，环境中98%的Pb均来源于汽油[2]。随着工业化和城镇化的进一步发展，土壤中重金属Pb含量累积现状堪忧。作为植物的非必需元素，一定浓度的Pb通过影响植物的呼吸和光合作用等生理代谢进而对植物的生长发育表现出不同程度的抑制作用[3]。从常见植物中筛选重金属耐受性较好的具有累积作用的植物，并利用累积植物吸收吸附进行土壤重金属修复治理，仍是目前研究的热点，而植物种子的萌发对各种环境因子的变化极其敏感[4，5]，研究重金属对常见植物种子萌发的影响，对于重金属污染应用植物修复技术具有一定的指导作用。豆科、菊科和禾本科植物多分布具有重金属中、低累积作用的植物[6，7]，根据对污染区常见植物群落分布的调查结果，草本植物中以禾本科、菊科和豆科物种居多，其中冰草、败酱草、蒲公英、苜蓿分布盖度较大，成为本次研究的主要植物。本文旨在通过几种在污染区常见植物种子的发芽试验，探明不同植物对重金属Pb含量的耐受阈值。

1   材料与方法

1.1   供试材料

选用冰草、败酱草、蒲公英、苜蓿这4种植物作为发芽试验的研究对象，种子采集于重金属Pb污染区生长的“土著植物”;培养皿，直径90 mm;Pb（CHCOO）2·3H2O，分析纯，产自上海国药;人工气候室;电子天平，精度0.000 1 g，赛得利斯。

1.2   试验方法

试验按照《牧草种子检验规程》GB/T 2930.4—2001标准进行操作。以覆双层滤纸的培养皿为发芽床，每皿均匀放入100粒经筛选及0.1% KMnO4溶液浸泡过的种子。将配好的浓度分别为0 mg/L、2 000 mg/L 和5 000 mg/L Pb（CHCOO）2溶液置于培养皿中，至滤纸饱和，3种处理分别记为F1、F2、F3，每个处理设置3组平行试验。采用人工气候室变温模式培养，白天（光照时段）l0 h，温度30 ℃，光照为1 000 lx;夜晚（黑暗时段）14 h，温度20 ℃;使用电子天平称量并及时补充因蒸发散失的水分，维持发芽床中浓度不变。各组试验最长不超过14 d。

1.3   测定项目及依据

发芽期间每日统计发芽数，逐日观察记录发芽种子（以胚芽长度達到种子1/2为种子发芽的判断标准），参照国际种子检验规程（ISTA， 1996）进行幼苗评定;自各重复随机取5株幼苗（对少于5株的处理，取所有幼苗），测定初生根长和胚芽长（包括胚轴与顶芽）。

发芽势（%）=（4 d内供试种子的发芽数/供试种子的发芽总数）×100%

发芽率（%）=（发芽终止期时全部正常发芽的种子数/供试种子数）×100%。

2   结果与讨论

2.1   不同浓度Pb污染对种子发芽势和发芽率的影响

不同浓度Pb污染对种子发芽率的影响见图1。

从图1中可以看出，在不存在Pb污染的条件下，4种植物的发芽率均不低于60%，其中，冰草和苜蓿的发芽率达80%以上。供试种子的发芽势不低于44%，其中，冰草的发芽势高达90%，即供试冰草种子在4 d内的发芽数已经高达90颗。

当试验条件在达到或高于F2浓度时，冰草、败酱草、蒲公英、苜蓿4种植物种子的发芽势为0，即供试植物种子在发芽试验开展的前4 d内均未有发芽迹象。在F2试验条件下，与F1试验条件数据相比较，除蒲公英的发芽率保持62%不变外，其余3种供试植物种子的发芽率均有不同程度的减少，冰草发芽率降幅为5%，但发芽率仍高于90%。而败酱草和苜蓿的发芽率降幅为12%～22%，表明Pb的胁迫对4种种子的发芽率影响较大，环境中一定浓度的重金属Pb会延长种子的发芽时间，并对发芽率产生不同程度的影响。

在F3试验条件下，与F1相比，4种植物发芽率的降低幅度均高于40%，败酱草的发芽率降幅达50%以上，苜蓿在F3条件下发芽率降为0。与F2条件下相应植物种子发芽率相比，4种供试种子的发芽率降幅高于30%，苜蓿种子发芽率降幅达68%。表明随着环境条件中Pb污染程度的加剧，绝大多数植物种子受到毒害，使种子发芽时间延长，导致种子发芽率急剧下降，造成不出苗或死苗的现象。

2.2   不同浓度Pb污染对种子胚芽萌发和根系发育的影响

开展Pb胁迫下对冰草、败酱草、蒲公英、苜蓿4种植物种子发芽活力的影响试验，在F1、F2、F3条件下对4种植物种子的胚芽长和根系的平均长度进行了检测和统计，结果见表1。

由表1可知，不同处理条件下，Pb溶液浓度对不同植物胚芽和根系均产生了较大影响，蒲公英的胚芽和根系长度在F2时即已无法测量，说明这种植物种子对Pb的耐受性较差。F2条件下，冰草、败酱草和苜蓿的胚芽长度分别减少了50.7%、45.9%和24.1%。当环境中Pb浓度增加到F3时，4种植物的根系均无法有效测量，与F2相比，冰草和败酱草的胚芽长分别减少了48.3%和50.0%;与F1相比，冰草和败酱草胚芽长度分别减少了74.5%和73.0%，表明在F2条件下，4种植物发芽后胚芽长即已受到较严重的影响。此外，通过与F1、F2相比较，随着Pb浓度的增大，冰草、败酱草和苜蓿的根系长度减小幅度均高于68%，表明在这4种种子发芽过程中重金属Pb对根系的影响大于胚芽。

3   结论与建议

通过开展不同浓度Pb污染对4种污染区“土著植物”种子的发芽活力影响试验，得出以下几点结论：较高浓度的Pb胁迫（浓度高于2 000 mg/L）对4种种子的发芽势影响较大，随着Pb污染程度的加剧，绝大多数植物种子受到毒害，使种子发芽时间延长，导致种子发芽率急剧下降，造成不出苗的现象。通过检测4种供试种子发芽过程中种子萌发的胚芽和根系长，表明重金属Pb对根系的影响大于胚芽。

参考文献：

[ 1 ] Hernberg S. Lead poisoning in a historical perspective[J]. AmericanJournal of Industrial Medicine，2010，38（3）：244-254.

[ 2 ] 孟金萍，孙淑华，王艳蓉，等.铅的生物学毒性效应[J].中国比较医学杂志，2007，17（1）：58-61.

[ 3 ] Kosobrukhov A，Knyazeva I，Mudrik V. Plantago major plantsresponses to increase content of lead in soil： Growth and photo-synthesis[J]. Plant Growth Regulation，2004，42（2）：145-151.

[ 4 ] 楊景宁.水分和盐分胁迫对四种荒漠植物种子萌发的影响[D].兰州：兰州大学，2007.

[ 5 ] 罗巧玉，杨生兰，才让措，等.不同质量浓度的Pb对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应[J].青海草业，2018，27（2）：2-5.

[ 6 ] Arthur E，Crews H，Morgan C.Optimizing plant genetic strategiesfor minimizing environmental contamination in the food chain[J].International Journal of Phytoremediation，2000，2（1）：1-21.

[ 7 ] 侯晓龙，刘爱琴，蔡丽平，等. Pb胁迫对富集植物金丝草种子萌发和幼苗生长的影响[J].西南林业大学学报，2013，33（5）：54-58.

（收稿日期：2019-05-22）