镉胁迫对甜高粱种子萌发及幼苗生长的影响

1、    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

2、图分类号：x503.231 文献标志码：a doi：10.19415/ki.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

3、，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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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&#

9、160; 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

10、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

11、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 healthj. 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.

12、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 accumulationj.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，201

13、2.6  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）：935-94011 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）：135-13914 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）：425-43115 杜乔娣