Cd和Pb及其复合胁迫对小麦种子萌发及幼苗根系生长的影响

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　　摘要    采用发芽盒滤纸发芽法，分别设置不同浓度Cd2+（0、15、30、60、120 mg/L）、Pb2+（0、100、200、500、1 000 mg/L）及Cd2+与Pb2+的复合溶液处理2个小麦品种，测定小麦种子发芽率、发芽势及幼苗根系生长等指标，以研究不同浓度Cd2+、Pb2+及其复合胁迫对小麦种子萌发及幼苗根系生长的影响。结果表明，与空白对照相比，不同浓度的Cd2+、Pb2+及其复合胁迫对小麦种子发芽及幼苗根系生长均有抑制作用，并且随着浓度的增大抑制作用增强;单一低浓度的Cd2+、Pb2+处理与空白对照之间多数无显著性差异;Cd2+和Pb2+复合胁迫的强度要高于单一Cd2+和Pb2+的处理;淮麦33对不同浓度Cd2+和Pb2+及其复合胁迫的耐性高于烟农19。
　　关键词    小麦;Cd;Pb;种子萌发;根系生长
　　中图分类号    S512.1        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）09-0021-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　近年来，由于污水灌溉、污泥农用及含有重金属的农药、化肥、杀虫剂等不合理使用，造成我国农田土壤重金属污染日益加重，土壤重金属长期积累不仅破坏土壤生态环境，阻碍动植物生长，而且通过食物链危及人体健康[1]。我国土壤重金属污染以镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）等污染为主[2]。小麦是世界上最主要的粮食作物之一，具有重要的经济价值。研究表明，Cd、Pb胁迫导致小麦幼苗出现生长迟缓、褪绿等中毒症状，最终产量大幅降低[3-5]。在胁迫条件下，种子萌发与幼苗生长的特征可以在一定程度上反映植物对胁迫的耐性[6]。据此，本研究选择淮安主栽小麦品种为材料，探讨了重金屬Cd、Pb单一及其复合胁迫对小麦种子萌发和幼苗根系的影响，以期为小麦生产提供参考。
　　1    材料与方法
　　1.1    试验概况
　　供试小麦品种为烟农19和淮麦33。试验设在江苏省植物生产与加工实践教育中心实验室进行。
　　1.2    试验设计
　　选择大小一致、颗粒饱满的小麦种子，用20%双氧水消毒10 min后，用蒸馏水冲洗干净，将种子（腹沟朝下）均匀排列在铺有双层发芽纸的发芽盒（长、宽、高分别为19、13、12 cm）中，每盒100粒，然后进行Cd2+、Pb2+不同浓度处理（表1），共16个处理，每个处理设置3次重复，放入光照培养箱，昼、夜温度分别为22、18 ℃。
　　1.3    测定项目与方法
　　每天分别加入定量处理溶液，种子萌发以胚根达到种子长度的1/2为标准作为发芽标志，在第3天数出发芽的种子，计算发芽势。在第7天数出发芽的种子，计算发芽率;并随机抽取30粒已发芽的种子，用直尺量出胚芽长，采用WinPHIZO根系分析仪测定根系的总长度、平均直径、根系平均表面积、根系总体积、根系数量等。用吸水纸将种子表面水分吸干，称出种子的鲜重。计算公式如下：
　　发芽势（%）=第3天正常发芽的种子数/供试种子数×100;
　　发芽率（%）=第7天正常发芽的种子数/供试种子数×100。
　　1.4    数据统计分析
　　采用DPS统计软件进行数据统计与分析。
　　2    结果与分析
　　2.1    不同处理对小麦种子萌发的影响
　　由表2可知，与CK相比，单一的Cd2+、Pb2+胁迫下，小麦种子的发芽势和发芽率均有所下降，且均随Cd2+、Pb2+浓度的增大下降幅度增加，处理A4、B4烟农19的发芽势分别为18.89%和12.22%、发芽率分别为26.67%和40.00%。2个小麦品种对Cd2+、Pb2+胁迫的响应有所差别，烟农19在Cd2+浓度为0～30 mg/L、Pb2+浓度为0～200 mg/L单一胁迫下发芽率无显著性差异，淮麦33的表现相反。Cd2+和Pb2+的复合胁迫对2个品种的发芽势和发芽率均有显著性的影响，尤其是对发芽率。从Cd2+、Pb2+单一及其复合胁迫对发芽势和发芽率的综合影响来看，淮麦33对低浓度Cd2+、Pb2+及其复合胁迫的响应高于烟农19，而在高浓度Cd2+、Pb2+及其复合胁迫下的耐性要强于烟农19，处理A1B4烟农19和淮麦33的发芽率分别为30.00%、43.33%，处理A4B2烟农19和淮麦33的发芽率分别为16.67%、22.22%，均比较低。
　　Cd2+、Pb2+及其复合胁迫对小麦胚芽长和鲜重也有显著性的影响，主要表现为随Cd2+、Pb2+及其复合胁迫浓度的增加，小麦胚芽缩短，鲜重下降，但低浓度Cd2+（0～15 mg/L）、Pb2+（0～200 mg/L）及其复合胁迫各处理小麦种子鲜重无显著差异。在本试验中，Cd2+对小麦种子萌发的抑制程度要大于Pb2+ 处理。 　　2.2    不同处理对小麦幼苗根系生长的影响
　　由表3可知，不同浓度Cd2+、Pb2+及其复合胁迫对小麦幼苗的总根长、根系表面积和根尖数的影响表现为随Cd2+、Pb2+ 浓度的增大而增大，低浓度Cd2+（处理A1）、Pb2+（处理B1）处理与CK无显著差异;但处理A1B4、A4B2与CK差异显著，烟农19的总根长分别为5.60、4.90 cm，根系表面积分别为1.94、1.55 cm2。不同浓度Cd2+、Pb2+及其复合胁迫下，小麦根系直径增粗，并随浓度的增大而增粗，处理A3烟农19和淮麦33根系平均直径分别为1.256 5、1.063 7 mm，分别较CK增粗48.7%和 33.8%，高浓度的Cd2+、Pb2+及其复合胁迫使根系生长严重受阻，表型观察根系为畸形生长。不同浓度Cd2+、Pb2+及其复合胁迫对烟农19和淮麦33幼苗根系的影响基本是一致的，但淮麦33对Cd2+、Pb2+及其复合胁迫的耐性要高于烟农19，低浓度下Cd2+、Pb2+对淮麦33总根长和根系体积有促进作用，但与空白对照无显著性差异。本试验中，Cd2+ 对小麥幼苗根系的影响要大于Pb2+处理，复合胁迫对小麦幼苗根系的影响要大于单一胁迫。
　　3    结论与讨论
　　种子的萌发不仅是植物生命周期的开始，也是植物对外界一切反应的开始，更是对外界环境的敏感期，能够作为检验水体、土壤等环境污染的重要依据[7]，重金属胁迫会使种子的发芽势、发芽率、主根长、上胚轴长度、株高以及植株生物量等受到不同程度的影响[8]。已有的研究表明，重金属对植物种子萌发具有“低促高抑”的影响，即低浓度重金属在一定程度上可以提高种子胚的生理活性，促进种子萌发;高浓度重金属则对种子胚芽等产生毒害作用，并抑制种子的代谢过程，从而抑制种子萌发[9-10]。本研究中，低浓度Cd2+（15 mg/L）和Pb2+（100 mg/L）降低了小麦种子的发芽势和发芽率，多数与空白对照之间无显著差异，与他人研究结果不一致的主要原因可能是重金属浓度的设置有差异以及不同基因型的小麦品种对重金属的耐性不同。本试验中，随Cd2+、Pb2+及其复合胁迫浓度的增大，2个小麦品种的发芽势、发芽率和总根长、根系表面积及根尖数等均表现出下降的趋势，并随浓度的增大而加剧，而根系的平均直径则表现为相反，表明一定浓度Cd2+、Pb2+ 及其复合胁迫对种子萌发产生抑制作用;不同浓度Cd2+ 对小麦种子萌发及根系生长的抑制程度要高于不同Pb2+ 浓度处理;Cd2+ 和Pb2+ 复合胁迫的强度要高于单一Cd2+和Pb2+ 的处理;淮麦33对不同浓度Cd2+和Pb2+ 及其复合胁迫的耐性要高于烟农19。
　　4    参考文献
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　　[2] 周建军，周桔，冯仁国.我国土壤重金属污染现状及治理战略[J].中国科学院院刊，2014，29（3）：315-320.
　　[3] 周睿，魏建宏，罗琳，等.赤泥添加对石灰性土壤中Pb、Cd形态分布及小麦根系的影响[J].环境工程学报，2017，11（4）：2560-2567.
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　　[5] 胡铁柱，孙海燕，杨靖.铅对不同铅积累类型小麦幼苗生理生化特性和根系生长的影响[J].河南农业科学，2018，47（11）：13-17.
　　[6] 马成仓，洪法水.汞对小麦种子萌发和幼苗生长作用机制初探[J].植物生态学报，1998，22（4）：373-378.
　　[7] 吴顺，罗光字，杨琴姣.重金属铅对白菜种子萌发和幼苗生长的影响[J].种子，2008，27（8）：57-59.
　　[8] 魏学玲.重金属铅胁迫对小麦种子萌发及幼苗生理生化特性的影响[D].兰州：西北师范大学，2010.
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