镉胁迫对盐肤木种子萌发特性的影响研究

林杨斌 王 超 顾 菊 温联好

（1 西南林业大学园林园艺学院，云南昆明 650224；2 广东产品质量监督检验研究院，佛山 528300）

我国部分地区土壤污染较重，耕地土壤点位污染超标率达19.4%，重度污染点位比例达1.1%，镉（Cd）是主要重金属污染物之一[1-5]，耕地土壤中Cd的点位超标率为7.0%[1-3]。各种重金属污染发生概率排序为：Cd＞Ni＞Hg＞As＞Pb＞Cr＞Cu＞Zn。Cd 含量超标率达到25.20%，远超过Pb、Hg、Cr、As 等重金属[3-7]。Cd 不是植物生长的必需元素，Cd 超标会降低植物体内酶的活性及光合强度，使代谢紊乱，改变细胞膜透性、阻碍根系生长、抑制水分和养分吸收，影响作物的产量和品质[8-12]。更重要的是，Cd通过蓄积在农产品中借助食物链进入人体，严重危害人类健康。由于Cd 对植物、动物和人类的危害最大，且重金属污染发生概率最高[10-15]，土壤Cd 污染已成为人类安全的重大隐患，也成为了研究者关注的重点和热点问题之一[16-20]。

盐肤木（Rhus chinensisMill）又名五倍子树，为漆树科盐肤木属落叶灌木或小乔木，是中国主要经济树种之一，可供制药和工业染料的原料，其皮部、种子可榨油，在园林景观中可作为优良的观花、观叶、观果树种，具有重要的观赏价值，可用于园林绿化[21-23]。盐肤木具有生长快、根蘖力强以及逆境适应能力强等优势，是废弃地恢复的先锋植物，具有重要的生态意义[24-26]。已有研究表明盐肤木是一种有效的重金属吸附和富集的植物，对铅、铬、铜、汞具有吸收和富集作用，能够有效进行土壤修复[21-27]。然而，截至目前鲜有盐肤木对重金属Cd 胁迫的生长和富集的影响研究，鉴于此，有必要开展Cd 对盐肤木生长和富集的影响研究。本文以盐肤木种子萌发特性为研究对象，研究了在重金属镉（Cd）不同浓度（50～400mg/L）的胁迫下，种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数的变化规律，以期为盐肤木种子在Cd 污染的耐受能力研究提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1试验材料选用商品化的盐肤木种子，种子经晾晒后存放于干燥、阴凉处。

1.2试验试剂过氧化氢（H2O2，30%，分析纯）、浓硫酸（H2SO4，98%，分析纯）、高锰酸钾（固体，KMnO4，99%，分析纯）、氯化镉（固体，CdCl2·2.5H2O，99%，分析纯），采购于佛山西陇化工有限公司。去离子水（H2O），实验室自制。

1.3试验仪器千分天平、烧杯、容量瓶、直尺等。

1.4试验方法

1.4.1配制溶液（1）配制质量分数为0.5%的KMnO4溶液。准确称量5.55g 的KMnO4固体，置于500mL 烧杯中，用200mL 去离子水将KMnO4固体溶解，得到均一紫红色溶液。将溶液转移至1000mL容量瓶中，用去离子水洗涤烧杯中残余的KMnO4溶液。之后，定容至1000mL。

（2）配制质量分数为浓度梯度的Cd 溶液（质量分数以Cd 计）。准确称量一定质量的CdCl2·2.5H2O 固体（称量质量见表1），置于500mL 烧杯中，用200mL 去离子水将CdCl2·2.5H2O 固体溶解，得到均一溶液。将溶液转移至1000mL 容量瓶中，用去离子水洗涤烧杯中残余的溶液。之后，定容至1000mL。分别配制浓度为50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L、400mg/L 的Cd 溶液。

表1 浓度梯度Cd 溶液的配制

1.4.2胁迫试验由于盐肤木种子硬实率高达90.2%，其种皮对于种子吸水有明显的机械阻碍作用。采用酸蚀处理盐肤木种子，从而提高种子萌发率。选取适量籽粒饱满、均匀的盐肤木种子，用去离子水浮选以去掉瘪粒，用30%过氧化氢浸泡15min消毒，防止微生物等因素对种子萌发产生影响，再用去离子水反复冲洗3 次。将盐肤木种子在98%浓硫酸中浸泡90min，使用0.5%的KMnO4溶液浸泡30min，接着用去离子水清洗数次，直至不残留酸性氧化物溶液。之后，将处理后的种子放入去离子水中浸种12h 充分吸胀，便于直接研究镉对种子萌发的影响。铺放2 层滤纸于无菌培养皿，将种子均匀地洒在培养皿上，并保持种子的间距适当，在培养皿中分别加入8mL 不同浓度的培养液，空白对照组中添加等体积去离子水，保持25 ℃下恒温培养。每天定时记录种子萌发情况，种子萌发以种子露出白芽为标准，连续10d 内没有新种子萌发时结束。根据试验结果测量和记录种子发芽数量、幼芽长度。其中，每个浓度的试验采用种子数均为100 个，浓度为0mg/L 指空白试验。

1.5数据处理各指标计算如公式（1）～（4）所示，采用Excel 软件进行数据处理；采用Origin 软件进行作图。

第8 天为种子发芽数量高峰期，第10 天种子发芽结束，幼芽长度指第10 天种子发芽的幼芽长度。

2 结果与分析

2.1不同浓度Cd胁迫下盐肤木种子的发芽率变化从图1 和表2 可以看出，在Cd 浓度50～400mg/L的胁迫下，盐肤木种子发芽率在1%～78%之间。发芽率随着Cd 浓度增加不断下降，直到Cd 浓度为300mg/L 时，发芽率下降速率有所放缓。此外，对比空白试验来看（发芽率为87%），Cd 胁迫下种子发芽率整体呈现明显的下降趋势。结果表明，Cd 对盐肤木种子萌发具有明显的抑制作用，且Cd 浓度越大，抑制作用越明显。

图1 Cd 胁迫下盐肤木种子的发芽率变化趋势

表2 Cd 胁迫下盐肤木种子的发芽率变化数据

2.2不同浓度Cd胁迫下盐肤木种子的发芽势变化从图2 和表3 可以看出，种子发芽势变化趋势与发芽率相似，随着Cd 浓度不断增大，均表现为持续下降，发芽势数值在0～51%之间。然而，空白试验的发芽势高达75%。当Cd 浓度达到50mg/L 时，发芽势降低至空白试验的2/3 左右（51%）。结果表明，发芽势受Cd浓度影响较大。与发芽率不同的是，当Cd 浓度小于100mg/L 时，发芽势降低明显，大于等于100mg/L 时，发芽势降低程度放缓。

图2 Cd 胁迫下盐肤木种子的发芽势变化趋势

表3 Cd 胁迫下盐肤木种子的发芽势变化数据

2.3不同浓度Cd胁迫下盐肤木种子的发芽指数变化从图3 和表4 可以看出，当Cd 浓度为0mg/L 时，发芽指为14。但是，随着Cd 浓度不断增加，种子发芽指数持续下降，并于Cd浓度为350mg/L时下降为0，表明Cd 对盐肤木种子胁迫作用明显，发芽指数受Cd 浓度影响明显。

图3 Cd 胁迫下盐肤木种子的发芽指数变化趋势

表4 Cd 胁迫下盐肤木种子的发芽指数变化数据

2.4不同浓度Cd胁迫下幼芽长度和活力指数的变化从图4、图5 和表5 可以看出，随着Cd 浓度增加，相比空白试验种子幼芽长度为3.3cm，Cd 胁迫下种子幼芽长度有一定程度下降，从3.1cm 下降至2.6cm；对应的活力指数从34.1%下降至0，相对空白试验活力指数46.2%，Cd 胁迫下的活力指数下降明显。

图4 Cd 胁迫下盐肤木种子的幼芽长度变化趋势

图5 Cd 胁迫下盐肤木种子的活力指数变化趋势

表5 Cd 胁迫下盐肤木种子的幼芽长度和活力指数变化数据

3 讨论与结论

随着Cd 浓度的不断增大，种子发芽率和发芽势随之下降，这可能是Cd 抑制了种子内细胞生命活动，导致种子萌发所需的营养物质不足，从而导致种子萌发所需的能量减少，进而抑制了种子萌发[10-12]。研究表明，当植物受到Cd 胁迫，种子受到不利条件时，体内会产生大量活性氧自由基，使得细胞膜脂过氧化对植物产生毒害。当Cd 浓度增大时，会使种子产生活性氧的能力超过清除能力，使生物膜及酶系统受到的伤害增加、内环境紊乱，抗氧化酶最适环境遭到破坏，最终降低种子体内的抗氧化酶活性，从而抑制种子萌发，表现为发芽率和发芽势降低[10-15]。因此，推测盐肤木种子幼芽长度、活力指数随Cd 浓度的变化情况，与Cd 胁迫破坏种子的抗氧化酶系统，引起种子体内产生活性氧，导致种子萌发受到抑制有关。在没有外部有效作用的情况下，种子难以自发提高光合色素含量、增强光合作用，从而提高种子的抗逆性。当Cd 浓度达到较高水平时，土壤环境无法维持种子萌发[10-15]。

种子的萌发指标是评价种子萌发能力的重要参数，直接与幼苗的生长和生物量相关[1-5]。萌发期是植物生长发育过程中受外界非生物因素影响最敏感的时期之一，幼苗期对Cd 胁迫产生的毒害反应尤为显著[10-12]。研究发现，随着Cd 浓度增加，对植物根长的抑制程度加大[10-15]。本研究中，Cd 对发芽率的抑制作用明显，这可能与种子幼芽更容易富集重金属元素有关，种子将重金属元素固定在根系中，也是一种自我保护机制，最大可能地减少重金属元素向茎、叶中运输，减少重金属对植物的损害[6-9]。本试验研究表明，与空白对照组比较，盐肤木种子萌发受到Cd 胁迫不同程度的影响，Cd 浓度越高，胁迫作用越明显。推测高浓度Cd 可能对胚、芽等产生毒害，从而抑制种子萌发以及后期生长发育。

综上所述，本文通过Cd 胁迫对盐肤木种子萌发特性的影响研究，可以得到如下结论：盐肤木对Cd 胁迫具有一定的耐受力，在Cd 浓度范围为50～400mg/L 的胁迫下，盐肤木种子的萌发特性指标（包括发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数）随着Cd 浓度不断增加均呈下降趋势。本研究可为盐肤木种子在Cd 污染的耐受能力研究提供一定理论参考。