苗秀蓮 劉傳棟 呂艷偉

摘要：以白蠟樹（Fraxinus chinensis Roxb.）種子為材料，在實驗室內(nèi)研究了不同濃度鎳對種子萌發(fā)及幼苗生長的污染效應。結(jié)果表明，1 mg/L的Ni2+提高了發(fā)芽率，提升了種子的活力；5、10 mg/L的Ni2+僅提高了發(fā)芽率，但是對種子的活力貢獻不大；而50、100 mg/L的Ni2+則對白蠟樹種子的中后期發(fā)芽和生長產(chǎn)生了明顯傷害，導致無法成苗；說明低濃度的Ni2+促進白蠟樹種子的萌發(fā)和生長，而高濃度的Ni2+則有抑制作用。抑制白蠟樹種子發(fā)芽率的Ni2+閾值為10～50 mg/L，抑制胚根伸長的閾值在1～5 mg/L內(nèi)，抑制胚軸伸長的閾值在5～10 mg/L內(nèi)，所以白蠟樹施肥后土壤鎳濃度不應超過5 mg/kg。

關(guān)鍵詞：鎳；白蠟樹（Fraxinus chinensis Roxb.）；種子；發(fā)芽

中圖分類號：O614.81+3；S792.41；S722.1+9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）14-3435-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.026

Effects of Nickel on Seed Germination of Fraxinus chinensis

MIAO Xiu-lian，LIU Chuan-dong，L？譈 Yan-wei

（School of Life Sciences， Liaocheng University， Liaocheng 252059， Shandong， China）

Abstract： With the seeds of Fraxinus chinensis Roxb.， the effect of different concentration of nickel on seed germination and seedling growth was investigated. The results showed that， 1 mg/L Ni2+ increased germination rate and seed vigor； while 5 mg/L， 10 mg/L Ni2+ only increased germination rate， but had little effect on seed vigor. 50 mg/L， 100 mg/L Ni2+ had obviously damaged effect on later germination and growth of seeds， leading to a low seedling survival rate even unable to seedling. The results suggested that low concentration of Ni2+ accelerated seed germination and seedling growth； while high concentration Ni2+ showing the inhibition effect. The threshold value range of inhibition on germination rate was 10 to 50 mg/L， on radical elongation was 1 to 5 mg/L， and on hypocotyl elongation was 5 to 10 mg/L. It was concluded that the soil nickel concentration of F. chinensis should not exceed 5 mg/kg after fertilization.

Key words： nickel； Fraxinus chinensis Roxb.； seeds； germination

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，土壤環(huán)境中的鎳（Ni）污染日漸嚴重。宋偉等[1]研究表明，中國耕地鎳的污染概率為5.17%；2014年國家發(fā)布的《全國土壤污染概況調(diào)查公報》中顯示，鎳的點位超標率為4.8%，屬于土壤污染第二位的無機污染物。白蠟樹（Fraxinus chinensis Roxb.）為木樨科（Oleaceae）梣屬（Fraxinus L.）落葉喬木，在中國栽培歷史悠久，生態(tài)幅寬，分布范圍廣，是中國重要的鄉(xiāng)土樹種[2，3]，所以土壤重金屬鎳對白蠟樹的生態(tài)影響不容忽視。目前重金屬污染土壤植物修復和重金屬鎳對植物的影響方面報道很多，但是鎳污染對白蠟樹的生長和發(fā)育的影響還未見報道。試驗以白蠟樹種子為材料，測試了在不同濃度Ni2+作用下種子發(fā)芽和出苗情況，以期為監(jiān)控鎳對白蠟樹的危害及在白蠟樹種植中合理利用鎳元素提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

白蠟樹種子購自山東省莘縣園林苗木公司；試驗用試劑有重金屬鎳化合物NiCl2·6H2O、次氯酸鈉，均為分析純，由聊城大學生命科學學院提供；試驗于2014年在聊城大學生命科學學院實驗室的光照培養(yǎng)箱內(nèi)完成。

1.2 方法

1.2.1 種子預處理 選取子粒飽滿、大小基本一致的白蠟樹種子，先于燒杯內(nèi)用去離子水浸泡12 h，去除翅果后再用去離子水處理72 h，取出后用10%的次氯酸鈉溶液對供試種子消毒10 min，再用去離子水沖洗5次，置于濾紙上吸干，完成種子的預處理。

1.2.2 重金屬鎳的濃度設(shè)置 重金屬鎳的濃度設(shè)置5個處理，分別為1、5、10、50、100 mg/L，對照為去離子水，每處理種子30粒，3次重復。

1.2.3 種子的發(fā)芽試驗 將試驗所需的培養(yǎng)皿（直徑90 mm）等器具用10%次氯酸鈉進行消毒處理，然后用去離子水沖洗干凈，晾干。在每個培養(yǎng)皿底部平鋪一片無塵定性濾紙，隨機抽取預處理過的白蠟樹種子30粒整齊地平放在濾紙上，用移液管分別加入不同濃度的處理液10 mL，用以淹沒種子直徑的1/2；對照處理加入相同體積的去離子水。然后將培養(yǎng)皿移入溫度為25 ℃±1 ℃、光照度為860.8 lx、光周期12 h光照/12 h黑暗的光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行種子發(fā)芽試驗。白蠟樹種子在光照培養(yǎng)箱內(nèi)的時間為10 d，期間每天觀察、記錄各處理種子的發(fā)芽情況，在第五天加入5 mL相對應濃度的處理液。

1.2.4 種子發(fā)芽試驗的有關(guān)指標測定與計算 發(fā)芽試驗結(jié)束后，用濾紙吸干表面水分，統(tǒng)計各處理的種子總發(fā)芽數(shù)；每處理選取10株幼苗，稱取幼苗鮮重，然后剪下胚根與胚軸，分別對胚根、胚軸、葉片進行快速稱重，準確測量胚根與胚軸的長度，各處理都取3個重復的平均值，分別計算種子發(fā)芽率、根伸長的抑制率等有關(guān)的發(fā)芽指標。

種子發(fā)芽率（GP）=（發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%；

發(fā)芽勢（GE）=（規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%；

試驗中白蠟樹種子的規(guī)定天數(shù)為4 d。

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）；

式中，Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為對應日發(fā)芽的種子數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=發(fā)芽指數(shù)×幼苗鮮重；

抑制率（IR）=[（對照指標數(shù)值-處理指標數(shù)值）/對照指標數(shù)值]×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)用“平均值±標準誤”表述，運用Microsft Office Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 11.5統(tǒng)計分析軟件進行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ni2+對白蠟樹種子萌發(fā)的影響

試驗測定的Ni2+處理對白蠟樹種子萌發(fā)的影響情況見圖1。從圖1可見，低濃度Ni2+處理（1、5、10 mg/L）在第五天與對照相比，就已對種子的萌發(fā)產(chǎn)生了明顯的促進作用，而高濃度Ni2+處理（50、100 mg/L）在第三天、第四天與對照相比就表現(xiàn)出了抑制作用。實際上在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，試驗進行至第四天時，不同Ni2+濃度處理下的白蠟樹種子在生長方面就已出現(xiàn)明顯的分化，1、5、10 mg/L的Ni2+處理其種子比對照的生長要好，表現(xiàn)在發(fā)芽種子數(shù)量多、胚芽較長；而50 mg/L的Ni2+處理種子則出現(xiàn)了抑制趨勢，表現(xiàn)在胚芽較短、生長速度減緩，至于100 mg/L的Ni2+處理其種子受抑制更明顯，胚芽更短。因此，低濃度的1、5、10 mg/L Ni2+處理對白蠟樹種子的萌發(fā)具有促進作用，而高濃度的50、100 mg/L Ni2+處理對白蠟樹種子的萌發(fā)有明顯的抑制作用。

2.2 Ni2+對白蠟樹種子發(fā)芽能力的影響

試驗測定的Ni2+處理對白蠟樹種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢的影響情況見圖2，對白蠟樹種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響情況見圖3。由圖2和圖3可知，與對照相比，低濃度的1、5、10 mg/L的Ni2+處理顯著提高了白蠟樹種子的發(fā)芽率（P<0.05），而對種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)無顯著的促進作用（P>0.05），高濃度的50、100 mg/L Ni2+處理對種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)產(chǎn)生了顯著的抑制作用（P<0.05）。說明低濃度Ni2處理促進了種子的萌發(fā)，提高了種子發(fā)芽的整齊性；而高濃度Ni2處理則抑制了種子萌發(fā)的速度和整齊性。但由圖3可知，與對照相比，1 mg/L的Ni2+處理顯著提升了種子的活力指數(shù)（P<0.05），5、10 mg/L的Ni2+處理和對照相比活力指數(shù)差異不顯著（P>0.05）。說明在種子的發(fā)芽過程中，1 mg/L的Ni2+處理提升了種子發(fā)芽活力。50、100 mg/L的Ni2+處理其白蠟樹種子僅見發(fā)芽，而后的生長則停止了，產(chǎn)生了明顯傷害。

2.3 Ni2+對白蠟樹種子成苗率及幼苗生長的影響

試驗測定的Ni2+處理對白蠟樹種子成苗率及幼苗生長的影響情況見表1。由表1可知，與對照相比，低濃度的1、5、10 mg/L Ni2+處理對白蠟樹種子的成苗率和葉重無顯著的影響（P>0.05）；對于幼苗的鮮重和胚根重，1 mg/L的Ni2+處理有顯著的促進作用（P<0.05），而5、10 mg/L的Ni2+處理有顯著的抑制作用（P<0.05）；對于幼苗的胚軸重，1、5 mg/L的Ni2+處理有顯著的促進作用（P<0.05），10 mg/L的 Ni2+處理有明顯的抑制作用。由此可見，1 mg/L 的Ni2+處理對幼苗生長表現(xiàn)出全面的促進作用，10 mg/L的Ni2+處理對幼苗生長已經(jīng)表現(xiàn)出全面的抑制作用。至于50、100 mg/L的Ni2+處理盡管有出芽，但未成苗，抑制作用非常強。

2.4 Ni2+對白蠟樹種子抑制率的影響

為進一步說明Ni2+處理對白蠟樹種子發(fā)芽和胚根生長的影響，又分別計算了不同濃度Ni2+處理對白蠟樹種子的發(fā)芽抑制率、胚根抑制率、胚軸抑制率，結(jié)果見圖4。從圖4可見，低濃度的Ni2+處理對發(fā)芽、胚根與胚軸伸長有明顯的促進效應，而高于一定的閾值則產(chǎn)生抑制效應。發(fā)芽抑制率的閾值在10～50 mg/L，胚根伸長的閾值在1～5 mg/L，胚軸伸長的閾值在5～10 mg/L。Ni2+處理對白蠟樹種子的促進-抑制曲線與生長素對植物的促進-抑制曲線類似[4]。說明鎳是植物生長所需的有益微量元素，同其他有益微量元素的作用相同，均表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)促進植物的生長，而超過一定濃度則出現(xiàn)抑制作用。

3 小結(jié)與討論

鎳作為植物所需的有益微量元素，只有在低劑量時才對植物的發(fā)芽和生長起促進作用，而超過某一閾值則產(chǎn)生抑制甚至傷害作用。低濃度鎳在合成脲酶、提高尿素代謝、降低尿素毒性方面有一定的作用[5-7]；高濃度鎳會引起植物種子活力降低、萌發(fā)過程受阻，其主要原因可能是高濃度鎳會引起種子內(nèi)保護酶系統(tǒng)的活性降低，由此導致體內(nèi)的活性氧積累，從而啟動膜脂過氧化，使質(zhì)膜透性增高、電解質(zhì)出現(xiàn)流失等等，這已在黃瓜（Cucumis sativus L.）、大豆[Glycine max（L.）Merr.]、玉米（Zea mays L.）等作物的研究[8-10]中得到了驗證。

在試驗中，1 mg/L濃度的Ni2+處理不僅提升了發(fā)芽率，還提升了種子的活力；5、10 mg/L濃度的Ni2+處理僅僅提升了發(fā)芽率，但是對種子的活力貢獻不大；而50、100 mg/L濃度的Ni2+處理則明顯對白蠟樹種子的中后期發(fā)芽與生長產(chǎn)生了傷害，以致無法成苗。表明低濃度的Ni2+促進白蠟樹種子的萌發(fā)與生長，而高濃度的Ni2+則產(chǎn)生抑制作用。

研究表明[8-12]，當Ni2+濃度小于5 mg/L時，對黃瓜、大豆、玉米、菜豆（Phaseolus vulgaris L.）、小麥（Triticum aestivum L.）種子的發(fā)芽和生長起促進作用，而當Ni2+濃度大于10 mg/L時，則出現(xiàn)顯著或不顯著的抑制作用，這與本試驗對白蠟樹種子萌發(fā)的作用濃度相符，說明外源性的鎳對種子萌發(fā)時的作用濃度大體一致。

根據(jù)國家標準[13]，自然背景下土壤的一級標準要求Ni≤40 mg/kg。在本試驗中，超出標準的50、100 mg/L 2個濃度處理均表現(xiàn)出了強抑制作用，盡管有發(fā)芽，但不能成苗；而未超出標準的5、10 mg/L 2個濃度處理盡管提升了發(fā)芽率，但對胚根或胚軸的生長產(chǎn)生了某種程度的抑制；只有1 mg/L濃度處理全面提升了種子活力?？梢?，對于白蠟樹來說，若以鎳作為有益微量元素來施肥，則要求施肥后土壤鎳濃度應不超過5 mg/kg。

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