汞胁迫对4个草品种幼苗生长及汞富集量的影响

杜建雄, 任尉香, 肖 玉

(1.贵州财经大学 公共管理学院, 贵州 贵阳 550025； 2.贵州师范大学 外国语学院， 贵州 贵阳 550025； 3.贵州师范学院 生物科学学院, 贵州 贵阳 550018)

0 引言

【研究意义】汞是一种重金属，其离子态具有很强的毒性，我国对汞矿的大规模开采始于20世纪50年代以后，然而汞矿的大规模开采对周边生态环境及人体健康造成很大的影响[1]，而草业对汞矿污染的治理起到正向作用。【前人研究进展】目前，国内外对汞污染土壤的修复采用化学修复、物理修复等方法，但这些修复方法成本较高，具有一定的局限性[2-4]。近年来利用汞富集能力强的绿色植物进行土壤修复已成趋势[5-7]。草坪草和牧草均具有发达的根系固着在土壤表层，且能形成浓密的植被覆盖地表，水土保持能力较好[8]。【研究切入点】已有研究表明，一些草坪草和牧草能抵抗重金属胁迫，具有很强耐重金属胁迫，且对重金属有很强富集性，可通过反复修剪草达到去除重金属的目的[9]。【拟解决的关键问题】基于此，采用沙培盆栽试验模拟不同汞胁迫浓度处理，探究紫羊茅的派尼(Festucarubra‘Pernille’)、传奇(Festucarubra‘Legend’)，多花黑麦草的盛宴(Loliummultiflorum‘Feast’)，紫花苜蓿的金皇后(Medicagosativa‘Golden empress’)4个草品种在不同汞胁迫浓度下的根长变化、鲜重变化及对汞的富集特性，综合各测定指标变化筛选耐汞胁迫能力及汞富集能力强的草品种，为汞污染土壤植物修复提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为紫羊茅的派尼(Festucarubra‘Pernille’)、传奇(Festucarubra‘Legend’)，多花黑麦草的盛宴(Loliummultiflorum‘Feast’)，种子由甘肃农业大学教育部草业生态系统重点实验室提供；紫花苜蓿的金皇后(Medicagosativa‘Golden empress’)种子于2016年8月购自百绿集团，种子净度均大于98%。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 按照廖翌扬[10]的方法采用HgCl2营养液进行胁迫处理。分别将所有网底育苗盆放置于含0 mg/L(对照)、30 mg/L、60 mg/L、90 mg/L、120 mg/L HgCl2的Hoagland营养液水槽中，每处理重复5次。以对应浓度含汞 Hoagland的营养液每5 d添加1次，以保证胁迫浓度与营养液处于所需水平，胁迫处理30 d测定各参试品种幼苗的相关指标。选用1 mm2过筛河沙，清洗干净，再用HCl浸泡4 h后，利用去离子水浸洗3遍，121℃湿热灭菌2 h，最后烘干。采用26.2 cm×18.1 cm×7.8 cm网底育苗盆，盆中沙面高7 cm，每盆均匀放置100粒种子，然后覆盖0.5 cm沙子。

1.2.2 指标测定

1) 单株根长。每个处理随机选取单株幼苗，用最小刻度为1.00 mm直尺测定其根长，取其平均值。

2) 单株鲜重。每个处理随机选取单株幼苗，用自来水冲洗干净，再用滤纸吸干幼苗表面水分，电子天平称鲜重，取其平均值。

3) Hg含量测定。每个处理随机选取单株幼苗，用自来水冲洗干净，再用蒸馏水淋洗，分成地上部分和地下部分。用HM-TYD型高精度全项目土壤肥料养分检测仪分别测定地上部分和地下部分Hg含量，取其平均值。

1.3 数据处理

采用Excel 2003处理数据，用SPSS 16.0进行单因素方差分析，利用Duncan法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度汞胁迫4个草品种幼苗的根长

由图1可见，当汞胁迫浓度达30 mg/L水平时，除金皇后外3个品种的根长均呈下降趋势，盛宴、传奇、派尼的根长较对照分别下降27.08%、16.06%、2.61%，其中盛宴和传奇的幼苗根长较对照显著下降(P<0.05)，而金皇后幼苗的根长却较对照升高3.70%；当Hg胁迫浓度达60 mg/L水平时，4个品种幼苗的根长较对照显著下降(P<0.05)，盛宴、传奇、派尼和金皇后幼苗的根长较对照分别下降37.97%、33.58%、19.40%和7.22%；当汞胁迫浓度增至90 mg/L时，4个品种幼苗的根长较对照持续显著下降(P<0.05)，盛宴、传奇、派尼和金皇后幼苗的根长较对照分别下降47.21%、43.79%、24.63%和2.78%；当汞胁迫浓度增加到最大水平120 mg/L时，参试4个品种幼苗根长较对照急剧显著下降(P<0.05)，4个品种幼苗的根长较对照下降幅度与中低胁迫处理不同，其中派尼的根长降幅变化最大，为56.79%，其次为传奇(53.28%)、盛宴(46.02%)，金皇后降幅明显升至42.59%，表明高浓度汞胁迫严重抑制了4个品种幼苗的根生长。4个品种中，盛宴的根长仅在90 mg/L和120 mg/L处理间差异不显著，金皇后在0 mg/L和30 mg/L处理间、60 mg/L和90 mg/L处理间不显著，传奇的5个处理间均差异显著，派尼在0 mg/L和30 mg/L处理间差异不显著，其他处理间差异均显著(P<0.05)。

图1 不同浓度汞胁迫下4个品种幼苗的根长

2.2 不同浓度汞胁迫4个草品种幼苗的鲜重

由图2可见，随着汞胁迫浓度的增加参试4个草品种幼苗的鲜重持续显著下降。传奇的幼苗鲜重在5个汞胁迫处理间均差异显著(P<0.05)，盛宴的幼苗鲜重仅在90 mg/L和120 mg/L处理间差异不显著，其他处理间差异显著(P<0.05)，金皇后的幼苗鲜重在30 mg/L和60 mg/L处理间差异不显著，派尼的幼苗鲜重在30 mg/L、60 mg/L、90 mg/L 3个处理差异均不显著，其他处理间差异显著。当汞胁迫浓度为30 mg/L时，盛宴、派尼、传奇和金皇后的幼苗鲜重较对照分别下降56.31%、44.61%、37.99%和8.74%；汞胁迫浓度为60 mg/L时，盛宴、传奇、派尼和金黄后的幼苗鲜重较对照分别下降67.99%、60.77%、49.91%和20.88%；90 mg/L胁迫浓度下盛宴、传奇、派尼和金皇后的幼苗鲜重较对照分别下降72.50%、67.03%、56.33%和32.79%；当汞胁迫浓度达最大120 mg/L时，盛宴、传奇、金皇后和派尼的幼苗鲜重较对照分别下降74.96%、73.67%、71.58%和66.63%。表明，高浓度汞胁迫严重抑制4个品种幼苗的正常生长，金皇后和派尼的抑制程度相对较轻。

图2 不同浓度汞胁迫下4个品种幼苗的鲜重

2.3 不同浓度汞胁迫下4个草品种的汞富集特性

由表1可见，随着汞胁迫浓度的增加，参试4个草品种的地上部分和地下部分汞富集量均呈下降趋势，汞胁迫浓度越大汞富集量下降幅度越大。不同汞胁迫浓度下，参试4个草品种地上和地下汞富集量变化各异，当汞胁迫浓度达30 mg/L时，参试4个草品种地上部分的汞富集量均高于地下部分，当汞胁迫浓度≥60 mg/L时，参试4个草品种地下部分的汞富集量却高于地上部分的汞富集量。当汞胁迫浓度达120 mg/L时，参试4个草品种的汞富集能力为盛宴(0.069 mg) >金皇后(0.063 mg) >传奇(0.022 mg)>派尼(0.006 mg)。

表1 不同浓度汞胁迫下4个草品种地上和地下部分的汞富集量

3 讨论

根是植物最重要器官之一，具有吸收水分、养分、分泌物质等功能，能有效地保障植物地上部分与地下部分的物质交换与信息交流[11]。汞不属于植物必需的营养元素，植物的根最先遭遇土壤汞胁迫。因此，根的生长状况能反映植物对其环境的适应程度，根长度是评价根生长状况的重要参考指标[12-13]。研究中参试4个草品种幼苗的根长随汞胁迫浓度的增加持续显著降低，在中低浓度的Hg胁迫处理下，参试4个草品种幼苗的根长较对照(0 mg/L)下降幅度为2.78%～47.21%，而当胁迫浓度最大(120 mg/L)时，4个草品种幼苗的根长较对照下降42.59%～56.79%。表明，中低浓度汞胁迫对参试4个草品种根系生长产生一定的抑制作用，表现为根长降幅较小，当胁迫浓度达120 mg/L时，4个草品种的根长降幅显著增大，表明高浓度汞胁迫已经严重抑制根系的正常生长，甚至破坏根系结构，导致其功能不能有效发挥，这与前人对小麦幼苗[14]和罗汉松幼苗[15]的研究结果一致，即胁迫浓度越高，幼苗根长下降幅度越大。从4个草品种幼苗根长的变化看，金皇后和盛宴的耐汞能力较传奇和派尼强。

生物量能较好地反映植物对环境的适应性，植物鲜重能敏感反映植物对逆境的耐受程度[16-17]。研究表明铬胁迫抑制绿豆幼苗鲜重的积累[18]。研究中参试4个草品种的鲜重随着汞胁迫浓度的增加持续降低，在中低浓度汞胁迫下(30～60 mg/L)，4个草品种的鲜重较对照降幅为20.88%～67.99%，当Hg胁迫浓度持续增强时，鲜重降幅显著增大，当Hg胁迫浓度达120 mg/L时，4个草品种的鲜重降幅高达66.63%～74.96%，表明中低浓度汞胁迫虽对4个草品种幼苗产生一定程度伤害，还基本能维持正常生理代谢功能，但随着胁迫浓度的持续增大，根系首先受到严重伤害，导致向地上输送水分、养分受到极大限制，严重影响整个植物生理代谢的正常进行。这与镉胁迫对绿豆幼苗的试验结果一致[19]，即胁迫浓度与植物鲜重的积累量呈高度负相关。

4个草品种在低汞胁迫下的Hg富集量高于中、高胁迫，而且地上部分的汞富集量高于地下部分，中、高浓度胁迫下地上和地下的汞富集量相反，表明低胁迫浓度并未对幼苗产生实质性伤害，当胁迫浓度增加后对幼苗开始产生明显毒害作用，导致根富集的汞不能正常转移到地上部分，这与4种牧草对汞富集的研究结果一致[20]。参试4个草品种中盛宴和金皇后的汞富集能力强于传奇和派尼。

4 结论

综合4个草品种幼苗的根长、鲜重、汞富集量的变化推测，金皇后在耐汞能力及汞富集能力方面表现最佳，盛宴次之，传奇和派尼最弱，可以推荐紫花苜蓿金皇后作为今后汞污染土壤植物修复的植物材料。