镉胁迫对甜高粱种子萌发及幼苗生长的影响

黄娟 周瑜 李泽碧 吴毓 张亚勤

摘 要 为探讨镉对甜高粱种子萌发的影响，以辽甜1号为研究对象，研究不同浓度镉胁迫下的甜高粱种子萌发和幼苗生长特性。结果表明，甜高粱种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均随镉胁迫浓度增加表现出先增加后减少的趋势，都在T2处理时表现为最大;镉会抑制甜高粱幼苗的根和芽生长，镉胁迫浓度增加，抑制作用显著增强，且对根长的抑制作用明显大于芽长;甜高粱种子根、芽的耐性指数均随镉胁迫浓度增加而显著降低，且根耐性指数均低于芽耐性指数。

关键词 甜高粱;镉胁迫;浓度;种子萌发;幼苗生长

中图分类号：X503.231 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.25.006

近年来，由于工业“三废”排放、污水灌溉、农药肥料不合理施用等原因，我国大面积农田土壤遭受重金属污染，农产品重金属超标问题突出，对食品安全和人体健康造成严重威胁，其中镉（Cd）已成为最有害的重金属污染物之一。Cd在土壤中分布广泛，而且容易被植物吸收并积累，进入食物链后将严重威胁人类身体健康[1-2]。此外，Cd还会对农作物产生毒害作用，如抑制光合作用和蒸腾作用，干扰植物代谢过程，加速衰老，影响农作物产量和品质[3-4]。Cd具有毒性高、移动性强、不易降解等特点[5]，随着“镉大米”事件的曝光，土壤Cd污染问题备受关注。

甜高粱能够吸收土壤中残留的重金属，并将土壤修复与生物能源生产有机结合，可有效避免能源和粮食作物间的矛盾冲突[6]，使重金属从粮食链转入能源链，同时兼顾了生态效益和经济效益，是在重金属污染土壤中种植的首选植物[7]。种子萌发不仅是植物生活周期的起点，也是感知外界环境变化的最初生命阶段，是评价植物对镉的耐性的关键阶段[8]。因此，研究甜高粱种子萌发阶段受镉胁迫的影响显得尤为重要。本试验研究不同Cd浓度对甜高粱种子萌发及幼苗生长的影响，探究Cd对甜高粱种子萌发的作用，以期为下一步研究提供基础数据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

供试甜高粱为杂交品种辽甜1号，由辽宁省农科院创新中心提供。

1.2  试验设计

试验根据Cd溶液浓度设10个处理，用蒸馏水CdCl2·2.5H2O分别配制成 1（T1）、20（T2）、50（T3）、100（T4）、500（T5）、1 000（T6）、2 000（T7）、3 000（T8）、4 000（T9）、5 000（T10） ?mol·L-1 的10种溶液浓度，以蒸馏水为对照（CK）。

选择籽粒健康饱满、大小均匀的甜高粱种子，经自来水反复冲洗后，用10%次氯酸钠消毒10 min，再用去离子水冲洗数次后，均匀摆放在铺有2层滤纸的直径为12 cm的培养皿中，每皿40粒种子，用配制的不同浓度的Cd培养液浸润种子。每个处理3次重复，置于25 ℃恒温培养箱内光照培养14 h，暗培养10 h。培养期间每天称重，加相应浓度Cd溶液至原重，保持一定的湿度和浓度。

1.3  测定指标

以芽长达到种子长度的一半为萌发标准[9]，每天记载发芽种子数，连续记录 7 d。于第4天计算发芽势，第7天计算发芽率，并用刻度尺测量幼苗根长和芽长，计算发芽指数、活力指数。

各指标计算公式如下：

发芽势=前4 d正常发芽的种子数/供试种子数×100%;

发芽率=前7 d正常发芽的种子数/供试种子数×100%;

发芽指数=∑Gt/Dt，其中Gt为t时间内的发芽数，Dt为相应的发芽天数;

活力指数=发芽指数×芽长;

耐性指数=金属溶液培养后根（苗）长度/对照溶液培养后根（苗）长度×100%。

1.4  数据处理

采用Excel软件整理试验数据，用SPSS 20.0软件进行统计分析，差异显著性检验采用Duncans法。

2  结果与分析

2.1  Cd胁迫对甜高粱发芽势和发芽率的影响

Cd胁迫对甜高粱发芽势和发芽率均有显著影响（P<0.05）（见表1）。随着Cd胁迫浓度的增加，发芽势和发芽率表现为先升高后降低的趋势，其中T2处理的发芽势和发芽率均为最大，其次是CK、T1、T2、T3处理，这几者之间无显著差异;其余处理随Cd浓度增加表现出显著下降趋势，除T6、T7处理间无显著差异外，其余处理差异显著（P<0.05）;T10处理的发芽势和发芽率最低，与对照相比，分别下降了70.64%和67.86%。

2.2  Cd 胁迫对甜高粱发芽指数和活力指数的影响

随着Cd胁迫浓度的增加，甜高粱发芽指数和活力指数表现出一致的变化规律，即先增加后降低，T2處理的发芽指数和活力指数均为最大，但其与CK、T1处理之间无显著差异;其余处理随Cd浓度增加表现出显著的下降趋势（P<0.05）;T10处理的发芽指数和活力指数最低，与对照相比，分别下降了64.95%和91.78%，表明活力指数比发芽指数下降得更明显。

2.3  Cd 胁迫对甜高粱幼苗根长和芽长的影响

由表1可以看出，Cd胁迫抑制甜高粱幼苗根和芽生长，随着Cd胁迫浓度增加，抑制作用增强。CK、T1、T2处理的根长和芽长差异不显著，其余处理间达显著差异（P<0.05）。与对照相比，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10处理的根长分别下降2.87%、4.01%、7.07%、11.27%、27.98%、46.90%、78.41%、93.98%、95.99%、97.80%，芽长分别下降1.64%、3.44%、6.06%、8.51%、22.09%、40.26%、51.06%、61.37%、72.18%、76.60%，表明Cd胁迫对甜高粱幼苗根的抑制作用强于芽。

2.4  Cd胁迫对甜高粱根、芽耐性指数的影响

由图1可知，随着Cd浓度的增加，甜高粱种子根、芽的耐性指数均显著降低，且根耐性指数均低于芽耐性指数。其中，T8、T9、T10处理的根耐性指数分别为6.05%、4.03%、2.23%，而芽耐性指数分别为38.74%、27.82%、23.46%，说明在高浓度Cd胁迫时，甜高粱种子根耐性指数比芽耐性指数降低得更明显，表明Cd胁迫对根的毒害作用比芽更显著。

3  小结与讨论

Cd对植物种子萌发具有“低促高抑”的影响，即低浓度的Cd能提高胚的活性，促进种子萌发，而高浓度的Cd对胚、芽产生毒害，从而抑制种子萌发[10]。本试验中，低浓度的Cd胁迫可以促进甜高粱种子的萌发，且在T2浓度时，促进作用最大，而高浓度的Cd显著抑制甜高粱种子的萌发。随着Cd胁迫浓度的增加，甜高粱种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均表现为先升高后降低趋势，这与周青等[11]、张珂等[12]、何俊瑜等[13]的研究结果一致。

本研究结果表明，Cd胁迫对甜高粱幼苗根长和芽长有显著影响，随Cd胁迫浓度的增加，根长和芽长受到显著抑制作用，且对根长的抑制作用明显大于芽长。这与前人在水稻[14]、玉米[12]、桑树[16]等植物上的试验结果基本一致。本研究结果还表明，甜高粱种子根、芽的耐性指数均随Cd浓度升高呈显著降低，且根耐性指数均低于芽耐性指数;高浓度时，根耐性指数比芽耐性指数降低得更明显，表明Cd对根的毒害作用比芽更显著，这可能是因为种子萌发时，根最先突破种皮吸水，使根部Cd积累量比芽大，受Cd胁迫时间长，故受的毒害也更深;同时，根系在Cd胁迫下产生逆境乙烯，并向地上部输导，而逆境乙烯对细胞有很强的伤害作用，且这种伤害也首先发生在根部，从而表现为根对Cd胁迫更为敏感[17]。

参考文献：

[1]  Wagner G J. Accumulation of cadmium in crop plants and its consequences to human health[J]. Adv.Agron，1993，51（1）：173-205.

[2]  张金彪，黄维南.镉胁迫对草莓光合的影响[J].应用生态学报，2007，18（7）：1673-1676.

[3]  Clemens S， Palmgren M G， Kr?mer U. Along way ahead：
Understanding and engineering plant mental accumulation[J].Trends in plant science，2002，7（7）：309-315.

[4]  刘大林，曹喜春，张华，等.铅、镉胁迫对饲用高粱生长及铅、镉吸收和累积的影响[J].草地学报，2014，22（4）：776-782.

[5]  王维.水稻镉吸收的区域模型及其调控研究[D].南京：南京林业大学，2012.

[6]  徐涛英.商陆内生菌促进甜高粱生长和重金属土壤修复的研究[D].长沙：湖南大学，2011.

[7]  贾伟涛，吕素莲，冯娟娟，等.利用能源植物治理土壤重金属污染[J].中国生物工程杂志，2015，35（1）：88-95.

[8]  赵磊.“镉大米”事件背后的思考[J].科技致富向导， 2013（16）：1.

[9]  毕辛华，戴心维.种子学[M].北京：中国农业出版社，1988.

[10] 贾莲，刘周莉，陈玮，等.镉对金银花的毒物刺激效应[J].应用生态学报，2013，24（4）：935-940

[11] 周青，黄晓华，张一.镉对种子萌发的影响[J].农业环境保护，2000（3）：156-158.

[12] 张珂，厉萌萌，刘德权，等.镉胁迫对小麦、玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J].种子，2019，38（5）：90-94.

[13] 何俊瑜，任艷芳，任明见，等.镉对小麦种子萌发幼苗生长及抗氧化酶活性的影响[J].华北农学报，2009，24（5）：135-139

[14] 孙亚莉，刘红梅，徐庆国.镉胁迫对不同水稻品种种子萌发特性的影响[J].中国水稻科学，2017，31（4）：425-431

[15] 杜乔娣，黄占斌，沈忱，等.环境材料对铅、镉、砷胁迫下玉米种子萌发的影响[J].农业环境科学学报，2012，31（5）：874-879.

[16] 陈露，王晓红，张芳，等.镉胁迫对10个桑树品种种子萌发的影响[J].南方农业学报，2019（2）：257-263.

[17] 季玉鸣，李振国，余叔文.Cd引起小麦苗逆境乙烯的产生及其和Cd的吸收分布[J].植物生理学报，1989，15（2）：159-166.

（责任编辑：易  婧）

猜你喜欢幼苗生长种子萌发浓度海水胁迫对中华补血草种子萌发和幼苗生长的影响山东农业科学(2017年12期)2018-01-09葫芦藓水浸液对甜椒种子萌发的促生作用安徽农学通报(2017年14期)2017-08-08天然胶清基液肥的配备与应用研究江苏农业科学(2017年8期)2017-06-30铅处理对菜用大黄种子萌发和幼苗生长的影响江苏农业科学(2016年4期)2016-06-14物质的量浓度计算策略中学生数理化·高三版(2016年9期)2016-05-14难溶电解质溶解平衡的图像题集锦中学化学(2014年11期)2015-01-20壳寡糖对小麦种子萌发和幼苗生长的影响湖北农业科学(2012年16期)2012-09-12化学问答中学生数理化·高一版(2009年6期)2009-08-31