硅肥对镉、盐胁迫小麦种子萌发的影响实验研究

◎湖南省娄底市第三中学 贺逸嘉 曾浩宇

一、问题的由来

一次，老师带我们到湖南人文科技学院陈跃进教授的试验基地大棚参观，我们看到有些盆栽水稻比其他水稻长得健壮，陈教授告诉我们这是由于给水稻施加了新钢渣硅肥，这种硅肥是利用涟源钢铁厂生产的废渣制成的。

娄底市涟源钢铁厂和冷水江钢铁厂每年都会产生大量的钢渣。湖南人文科技学院与俄罗斯科学院合作，在湖南省海外名师、俄罗斯硅肥专家马基琴科夫教授和伊莲拉博士的指导下，由陈教授主持开展了新钢渣硅肥制作的研究，取得了阶段性成果。

陈教授还告诉我们，这方面还有大量科学研究的工作等待完成。能和教授一起做研究是我梦寐以求的事，我向陈教授报名参加新钢渣硅肥项目的研究，陈教授爽快地答应了我的请求，曾浩宇则提议我们合作完成。

硅肥对被镉和盐胁迫的种子的萌芽有什么影响？我们买来水稻、小麦、玉米等喜硅植物的种子做实验，通过预实验发现，水稻种子萌发缓慢，玉米胚乳、花生、大豆子叶由于本身所含的营养物质丰富，硅肥对它们的萌发影响不是很明显，所以我们选择小麦作为实验材料。

图1 陈跃进教授指导曾浩宇做实验

二、提出假设

我们的科学假设是：高浓度的盐溶液和高浓度的重金属（如镉离子）溶液阻碍小麦发芽和根、芽生长，而硅肥能促进小麦发芽和根、芽生长。

三、实验过程

1.实验材料及处理

镇麦8号小麦种子（适合在湖南、湖北种植），浸种前先烘干种子（32 ℃恒温烘干12 h）。

2.实验试剂及处理

氯化钠（NaCl）、氯化镉（CdCl2）、液体硅肥（融地美）、新钢渣硅肥（自制，原料为涟源钢铁厂的水渣，球磨后用氢氧化钠和硫酸活化）、无污染的纯净水。

盐浓度：0.125‰Na+离子溶液（低浓度，相当于海水盐浓度），0.25‰Na+离子溶液（高浓度，相当于内陆旱土盐浓度）。

镉浓度：用低浓度（0.004‰Cd2+，相当于轻度污染水体）和高浓度（0.008‰Cd2+，相当于重度污染水体）两种。

新钢渣硅肥浓度（自制）：每升水加25 g新钢渣硅肥。

液体硅肥（融地美）浓度：液体硅肥原液1 mL加水1000 mL。

3.实验器材

电热恒温培养箱、烧杯、培养皿（直径10 cm）、电子分析天平、移液枪、玻璃棒、容量瓶、喷雾塔、称量纸、量筒、20 cm尺子、吸水纸、移液管（1 mL和5 mL）、刻度吸管（2 mL和10 mL）、透明胶带、剪刀、小勺子、试管刷、无纺布、硬纸、细绳。

4.对照处理

对19组小麦种子进行不同的对照处理，分别是：空白、盐1（0.125‰Na+）、盐2 （0.25‰Na+）、镉1（0.004‰Cd2+）、镉2（0.008‰Cd2+）、液体硅肥、新钢渣硅肥7个；盐1配镉1、镉2、液体硅肥、新钢渣硅肥4个；盐2配镉1、镉2、液体硅肥、新钢渣硅肥4个；镉1配液体硅肥、新钢渣硅肥2个；镉2配液体硅肥、新钢渣硅肥2个。重复3次，共57个培养皿。

5.实验方法

将小麦种子放在温度恒定（25 ℃）的环境中发芽，每天观察并换水两次，记录出芽率、根和芽的生长情况。通过对比小麦种子萌发时特征最明显的芽，特征次明显的根的生长情况以及整体的发芽率，初步探究和判断硅肥对小麦种子萌发的促进或抑制作用。

6.实验步骤

（1）挑选57个完好无损的平板培养皿，洗净后用无纺布擦干，在培养皿盖上分别贴上标签。

（2）将吸水纸剪成略大于培养皿底部的圆，分别在57个培养皿的底部放两张裁剪好的吸水纸。

（3）选取57份每份25颗饱满的小麦种子放入烧杯中，用纯净水浸泡10 min。在3个空白对照组中加入30 mL纯净水，在其他18个对照组中加入10 mL纯净水。

图2 用电子分析天平称取氯化镉等试剂

图3 在恒温箱内生长的小麦种子

（4）配制0.125‰Na+溶液200 mL，0.25‰Na+溶液200 mL，0.004‰Cd2+溶液200 mL，0.008‰Cd2+溶液200 mL。称取5份每份0.5 g的钢渣硅肥，配制200 mL溶液。用移液枪吸取200 mL按1∶1000配制的液体硅肥溶液。将上述溶液加入与之对应的培养皿中。

（5）将浸泡好的57份小麦种子分别加入57个培养皿中，每个培养皿中加入25颗种子，将种子均匀分散。

（6）半掩上培养皿的盖子，将所有实验组移至25 ℃的恒温培养箱中，记录实验时间，24 h后观察种子是否萌发，并记录实验数据，待种子萌发后每隔一天测量一次种子的发芽数量、根长、芽长，并做记录。

从实验中我们发现，Cd2+、Na+双重胁迫会严重抑制小麦种子根、芽的生长，并使根、芽呈现焦黑状态。为了寻找原因，我们在生物老师的指导下做了根、芽的切片装片，在显微镜下观察发现，受到Cd2+、Na+胁迫的小麦种子的根部死亡，芽叶部分也枯死，叶绿素缺失。

四、结果与结论

在恒温培养箱中（25 ℃）通过为期7天的培养，测得小麦种子的发芽率、根长（主根长）、芽长的实验结果见附件。

通过实验我们发现，Cd2+、Na+胁迫对小麦种子的根、芽生长能起到明显的抑制作用，随着溶液浓度增加，抑制作用更加明显；Na+胁迫比Cd2+胁迫对根、芽的抑制作用更明显；在Cd2+、Na+双重胁迫下，小麦种子的根、芽生长受到的抑制作用最明显，甚至出现严重萎缩的情况。

无论是液体硅肥还是固体硅肥都能缓解Cd2+、Na+胁迫对小麦种子萌发的抑制作用，促进小麦种子的萌发以及根、芽的生长；液体硅肥缓解Na+胁迫小麦种子芽的生长的抑制作用的能力强于钢渣硅肥；钢渣硅肥缓解Cd2+胁迫小麦种子芽的生长的抑制作用的能力强于液体硅肥；钢渣硅肥和液体硅肥缓解Cd2+、Na+胁迫小麦种子根的生长的抑制作用的能力差异不明显。

硅肥对小麦种子萌发率的影响不明显。Cd2+在一定程度上会抑制小麦种子的发芽，加入硅肥对Cd2+胁迫小麦种子萌发的缓解作用不明显。Na+在一定程度上会抑制小麦种子的发芽，加入两种不同的硅肥都能缓解Na+对小麦种子萌发的抑制作用，液体硅肥和钢渣硅肥缓解Na+对小麦种子萌发的抑制作用的能力没有明显差异。

附件：

表1 平板培养小麦种子的平均发芽率、平均根长、平均芽长

专家点评

本实验设计科学，实验过程严谨，实验数据记载完整，分析合理，有较高的应用和推广价值。在实验过程中，学生增强了环保意识，加深了对家乡的热爱。建议在数据统计时，用SPSS分析相关数据，使实验结果更加科学。