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? 第 23 卷第 2 期 2007 年 4 月 德 州 学 院 学 报 Journal of Dezhou University Vol.23, No. 2 Apr. , 2007 ? 镉对绿豆和蚕豆种子萌发及幼苗生长的影响 商学芳, 张秀玲 (德州学院生物系, 山东德州? 253023) ? ? 摘? 要: 采用水培方法, 研究了不同浓度的 Cd2+处理液对绿豆及蚕豆种子萌发、 幼苗及根生长状况的影响. 结 果表明, 镉处理对绿豆和蚕豆种子萌发率具有一个低浓度下的刺激效应和高浓度下的抑制效应. 绿豆和蚕豆种子 的发芽势均随着 Cd2+处理浓度的提高而降低, 并且绿豆的降低速度要大于蚕豆. 低浓度的 Cd2+处理不影响发芽指 数, 高低浓度的 Cd2+处理抑制发芽指数. 低浓度时, 绿豆的活力指数比对照高, 蚕豆的活力指数比对照低, 随着处 理浓度的提高, 发芽指数和活力指数均下降. 在处理初期, 低浓度刺激幼苗的生长, 随着生长时间的延长, 低浓度的 刺激效应逐渐消失, 随浓度的提高, 抑制效应逐渐增强. 在处理初期, 镉对根长的影响就表现为抑制效应, 并且 Cd2+对幼苗根长的影响比苗长的影响显著得多. 关键词: 绿豆; 蚕豆; 种子萌发; 幼苗生长 中图分类号: Q945. 12? ? 文献标识码: A? ? 文章编号: 1004?9444( 2007)02 ?0016 ?03 收稿日期: 2006?10 ?13 作者简介: 商学芳(1963?) , 女, 山东青岛人, 山东农业大学在读博士, 副教授, 主要从事农业生态研究. ? ? 由于人类的各种活动, 如采矿、 冶炼以及污水灌 溉等, 大量的镉进入环境, 农作物遭受镉染后, 不但 严重影响农作物的产量和质量, 更重要的是进一步 通过食物链影响人体健康. 镉对生物有机体的毒性 很大, 蓄积性也很强, 当镉毒害达到一定程度, 就会 表现出生长缓慢、 植株矮小、 褪绿等中毒症状, 严重 影响产量与质量 1. 文中以绿豆和蚕豆为实验材料, 通过发芽实验和水培实验从种子萌发、 幼苗生长来 研究不同浓度 Cd 2+ 溶液处理对绿豆和蚕豆两种豆 科植物种子萌发及幼苗生长的影响, 并且比较了绿 豆和蚕豆对 Cd 2+ 溶液抗性. 1 ? 材料和方法 1 ?1? 种子发芽试验 实验材料为绿豆( 潍绿 4 号) 和蚕豆( 启豆六 号) , 购于德州市农业科学研究所. 精选大小一致且 饱满的绿豆与蚕豆种子, 用 0?4% 高锰酸钾表面消 毒 6 min, 先用自来水冲洗数次, 再用去离子水反复 冲洗, 用滤纸将水吸干. 处理溶液浓度( 以 Cd2+计) 分别为 0 mg/ L、 2 mg/ L 6 mg/ L、 10 mg/ L、 20mg/ L、 30 mg/ L、 50 mg/ L( 分别标记为处理 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) . 选取 50粒绿豆和蚕豆种子, 分别放入培养皿 和白磁盘中, 每个处理 3 个重复, 在保持溶液镉离子 质量浓度恒定条件下进行发芽实验. 在( 25? 1) 下 分别用不同浓度的镉离子溶液浸种 12 h, ( 25 ? 1) 催芽, 催芽期间每日用各自处理液冲洗种子, 以 保持处理液浓度基本不变和维持一定湿度 2. 1 ? 2? 种子萌发指标测定 发芽期间每隔 24 h 记录一次, 第 3 天统计发芽 势, 第 7 天统计种子发芽率, 计算发芽指数与活力指 数并开始测苗长与根长, 每 3 天测定一次 3. 发芽率 ( % ) = 供试种子的发芽数/ 供试种子数 ! 100%; 发 芽指数( GI) = Gt/ Dt, 公式中 Gt 为在 t 日的发 芽数, Dt 为发芽天数; 活力指数( VI) = GI ! S, 公式 中 GI 为发芽指数, S 为幼苗的生长势( 芽长度) ; 发 芽势( 100% ) = 3 天内供试种子的发芽数/ 供试种子 数 ! 100% 4 . 2 ? 结果与分析 2 ? 1? 镉处理对绿豆和蚕豆种子发芽率及发芽势的 影响 从表1 可以看出, 当 Cd2+浓度为 2 mg/ L 时, 对 绿豆种子的萌发表现为刺激作用, 当 Cd2+浓度为 2 mg/ L、 6 mg/ L 时, 对蚕豆种子的萌发表现为刺激作 用, 其萌发率都大于对照. 当 Cd2+浓度为6 mg/ L 时, 对蚕豆种子有刺激作用, 对绿豆种子基本没有影 响. Cd2+浓度为 10 mg/ L 时, 对绿豆和蚕豆种子均有抑制作用, 但差异不显 著. Cd 2+ 浓度达到 10 mg/ L 时, 对绿豆和蚕豆种子 萌发表现为显著的抑制作用. 并且 Cd 2+ 对绿豆发芽 率的抑制要大于对蚕豆发芽率的抑制. 当种子发芽 3 天时, 测定发芽势, 从测得的结 果可以看出, 绿豆和蚕豆种子的发芽势均随着 Cd2+ 处理浓度的提高而降低, 并且绿豆的降低速度要大 于蚕豆. 表 1? 不同浓度镉处理对绿豆和蚕豆种子发芽率和发芽势的影响 Cd2+处理 (?mol# L) 发芽率 ( % ) 绿豆蚕豆 发芽势( % ) 绿豆蚕豆 0 92 ? 2? 0 ? 61ab90? 0 ? 82ab92 ? 3? 0 ? 56ab65 ? 2? 0 ? 45 a 294 ? 4? 0?52a92 ? 1? 0 ? 65a85 ? 2? 0?63a52 ? 0? 0 ? 56b 691 ? 8? 0?45a92 ? 9? 0 ? 71b56 ? 3? 0 ? 76b43 ? 2? 0 ? 49a 1083 ? 2? 0 ? 66b88 ? 6? 0 ? 82a48 ? 9? 0?26a38 ? 1? 0 ? 58b 2072 ? 3? 0?48a80 ? 1? 0 ? 69c36 ? 2? 0 ? 18b30 ? 2? 0 ? 43b 3045 ? 6? 0?37c60 ? 5? 0 ? 46c21 ? 3? 0?12c28 ? 6? 0 ? 56c 5025 ? 6? 0?42c30 ? 1? 0 ? 55d16 ? 5? 0?15c15 ? 2? 0 ? 28c ? ? 注: 同一列中标有相同字母的为差异不显著, 标有不同字母的为差异显著, 下同. 2 ?2? 镉处理对绿豆和蚕豆种子发芽指数及活力指 数的影响 从表 2 可以看出, 当 Cd2+处理浓度为2 mg/ L 时, 绿豆和蚕豆的发芽指数不受 Cd2+处理的影响, 但绿豆的活力指数比对照高, 蚕豆的活力指数比对 照低. 随着 Cd 2+ 处理浓度的提高, 二者的发芽指数 与活力指数均下降, 二者相比, 绿豆的各被测指标下 降的幅度较大. 表 2? 不同浓度镉处理对绿豆和蚕豆种子发芽指数和活力指数的影响 Cd2+处理 (?mol# L) 发芽指数 绿豆蚕豆 活力指数 绿豆蚕豆 042 ? 2? 0 ? 61ab38 ? 6? 0 ? 56a236 ? 3a162 ? 1a 241 ? 8? 0?52a38 ? 1? 0 ? 47a245 ? 7a147 ? 7b 636 ? 8? 0?46a26 ? 9? 0 ? 62b176 ? 6b96 ? 8b 1034 ? 6? 0 ? 63b21 ? 6? 0 ? 52a107 ? 2a64 ? 8a 3023 ? 1? 0 ? 47b15 ? 5? 0 ? 47c46 ? 2b34 ? 1c 5012 ? 6? 0?38c10 ? 1? 0 ? 32c10?8c17 ? 3c 2 ?3? 镉处理对绿豆和蚕豆幼苗苗长的影响 图 3? 不同浓度镉处理对绿豆和蚕豆幼苗苗长的影响 从图 3 可以看出, 在种子萌发 7 天时, Cd 2+ 对 绿豆和蚕豆幼苗都有一个低浓度下的刺激效应. 当 Cd 2+ 浓度达到 6 mg/ L 时, 对绿豆幼苗和蚕豆幼苗 的生长都有抑制作用, 随着 Cd2+处理浓度的提高, 对绿豆和蚕豆幼苗的抑制效应也逐渐增强. 在种子 萌发 10 天时, 在 Cd2+处理浓度为 2 mg/ L 的条件 下, 对绿豆幼苗的生长基本没有影响, 当 Cd 2+ 处理 17? 第 2 期 ? ? ? ? ? 商学芳, 等: 镉对绿豆和蚕豆种子萌发及幼苗生长的影响 浓度大于 2 mg/ L 时, 随着处理浓度的提高, 抑制效 应逐渐加强. 对于蚕豆来说, 和对照相比, 随着 Cd2+ 处理浓度的提高, 抑制效应逐渐加强. 在种子萌发 13 天时, 和对照相比, 随着 Cd 2+ 处理浓度的提高, 绿豆和蚕豆的抑制效应都在逐渐加强, 并且对绿豆 的抑制效应高于对蚕豆的抑制. 因此, 随着幼苗生长 时间的延长, 低浓度的刺激效应也逐渐消失, 且随着 浓度的升高, 抑制效应逐渐增强. 2 ? 4? 镉处理对绿豆和蚕豆幼苗根长的影响 从图 4 可以看出, Cd2+对幼苗根长的影响比苗 长的影响显著得多, 从初期开始即表现为抑制效应. 7 天, 10 天, 13 天时各浓度 Cd 2+ 胁迫下幼苗根长与 对照相比都有极显著的差异. 随着 Cd 2 浓度的增 大, 抑制效应逐渐增强. 随着幼苗生长时间的延长, 抑制效应也明显增强, 当生长到种子萌发 13 天时, 其根已全部退化. 图 4? 不同浓度镉处理对绿豆和蚕豆幼苗苗长的影响 3 ? 结论 镉处理对绿豆和蚕豆种子萌发率具有一个低浓 度下的刺激效应和高浓度下的抑制效应 5. 绿豆和 蚕豆种子的发芽势均随着 Cd2+处理浓度的提高而 降低, 并且绿豆的降低速度要大于蚕豆 6 . 当 Cd 2+ 处理浓度较低时, 绿豆和蚕豆的发芽指数不受 Cd 2+ 处理的影响, 但绿豆的活力指数比对照高, 蚕豆的活 力指数比对照低 7. 随着 Cd2+处理浓度的提高, 二 者的发芽指数与活力指数均下降, 二者相比, 绿豆的 各被测指标下降的幅度较大 8 . 随着幼苗生长时间的延长, 低浓度的 Cd2+对幼 苗生长的刺激效应逐渐消失, 且随着浓度的升高, 抑 制效应逐渐增强 9. Cd2+对幼苗根长的影响比苗长 的影响显著得多, 从初期开始即表现为抑制效应. 镉 胁迫对幼苗根的影响最为显著, 这是因为镉与植物 作用时, 先和根接触, 植物吸收的镉主要积累在根 系, 因此, 根是最容易受镉毒性影响的部位, 根长的 变化是一个重要的指示植物受镉毒性影响的指 标 10. 参考文献: 1 高圣义, 王焕校, 吴玉树. 锌污染对蚕豆部分生理生化指 标的影响 J . 中国环境科学, 1992, 12(4): 281 284. 2 张芬琴, 金自学. 两种豆科作物的种子萌发对 Cd2+处理 的不同响应 J . 农业环境科报, 2003, 22(6): 660 663. 3 宋玉芳, 许华夏, 任丽萍, 等. 土壤重金属对白菜种子发 芽与根伸长抑制的生态毒性效J . 环境科学, 2002, 11 (3): 103 107. 4 陶嘉玲, 郑光华. 种子活力M. 北京: 科学出版社, 1991: 109 111. 5 赵海泉, 洪法水. 汞毒害对小麦幼苗的影响 J . 农业环 境保护, 1998, 17(1): 18 19. 6 Gong P, Wilke BM , Strozzi E, et al. Evaluation and re? finement of a continues seed germination and early see? ding growth test for the use in the Eco?toxicological as? sessment of soils J . Chemosphere, 2001, 44: 491 500. 7 刘吉祥. Cd2+和 Ni2+对小麦毒性的比较研究 J. 农业 环境保护, 2001, 20(4): 252 253. 8 尚爱安, 刘玉荣, 粱重山, 等. 土壤中重金属的生物有效 性的研究进展 J . 土壤, 2000, 8( 1) : 8 15. 9 马文丽, 金小弟, 王转花. 镉处理对乌麦种子萌发幼苗生 长及抗氧化酶的影响 J . 农业环境科学学报, 2004, 23 (1): 55 59 10Fen ?qin Zhang, Zhenguo Shen. Effect of Cadmium on Autoxidation Rate of T issue and Inducing Accumula? tion of Free Proline in Seedings of Mung Bean J. Journal of p lant Nutrition , 2000, (3): 357 368. ( 下转第 28 页) 18德州学院学报? ? ? ? ? ? ? ? 第 23 卷? 的分离效果. 目前分析单糖组分的常用的层析法和 色谱法具有定量不准确或条件要求高等特点 6, 而 毛细管区带电泳具有样品用量少、 时间短、 操作简 单、 精度高等特点 2 , 因此随着毛细管区带电泳的普 及, 此实验方法可以发展为一种检测单糖组成的一 种常用方法. 参考文献: 1 凌建亚. 九州虫草无性型鉴定暨虫草属分子系统学及虫 草素与 DNA 直接作用机理研究 D . 济南: 山东大学, 2003. 2 林炳承. 毛细管电泳导论 M. 北京: 科学出版社, 1996: 195 196. 3 Schwaiger H. Capillary zone electrophoresis and micellar electrokinetic chromatography of 4 ?am in obenzonitrile carbohydrate derivatives J. Electrophoresis, 1994, 15: 941 952. 4 耿越, 王暖波. 花粉多糖组分的高效毛细管电泳分析 J . 山东科学, 2001, 14(4): 10 13. 5 王延兵, 吕鹏, 张长铠. 九州虫草菌丝体多糖 Ck1?A 的 纯化及其性质研究 J . 菌物系统, 2003, 22 %: 452 456. 6 张惟杰. 糖复合物生化研究技术M . 杭州: 浙江大学出 版社, 1994: 113 116. Polysaccharides Composition Analysis of Cordyceps kyushuensis ZHANG Hai?ying ( Department of Biology, Dezhou University, Dezhou Shandong 253023, China) Abstract: Polysaccharides with different purity from the mycelium and zymolytic liquid of Cordyceps ky? ushuensis were hydrolyzed into monosaccharides, and derived form ? ?naphthylamine and separated by capil? lary zone electrophoresis. T he monosaccharides composition of polysaccharides was obtained. T he results showed that the main components were glucose, galactose and mannose. Key words: Cordyceps kyushuensi ; polysaccharides; ? ?naphthylamine; capillary zone electrophoresis ( 上接第 18 页) Effects of Cadmium on Seed Germination and Growth of Seeding of Mung Bean and Horsebean SHANG Xue- fang, ZHANG Xiu- ling ( Department of Biology, Dezhou University, Dezhou Shandong 253023, China) Abstract: Effects of Cadmium on seed germination and growth of seeding of mung bean and horsebean. The results showed that Cd 2+ is capable of stimulating budding radio at lower, b