汞脅迫對蘿卜種子萌發(fā)、幼苗根際土壤酶活性及土壤微生物的影響

李春龍

(成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)分院，四川成都 611130)

目前，我國受重金屬污染的耕地面積近2 000萬hm2，約占耕地總面積的1/5，重金屬污染是當(dāng)今污染面積最廣、危害最大的環(huán)境問題之一，汞(Hg)這種毒性極強(qiáng)的重金屬造成的污染正在受到全球關(guān)注[1]。汞進(jìn)入農(nóng)田后主要沉積在土壤表層，大部分以HgCl2形態(tài)進(jìn)入土壤的Hg都可被土壤中的有機(jī)質(zhì)和黏土礦物吸附，在土壤中的移動性很小[2]。汞可抑制植物細(xì)胞分裂和根系伸長，刺激和抑制一些酶的活性[3]，植物受汞污染時間越長，傷害越嚴(yán)重，最后可導(dǎo)致植物枯萎死亡[4]。有關(guān)汞對植物生長發(fā)育影響的研究很多[5-6]，而有關(guān)汞脅迫對幼苗根際土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量影響的相關(guān)研究很少。因此，本研究分析不同濃度Hg2+對蘿卜種子萌發(fā)、幼苗根際土壤酶活性及土壤微生物數(shù)量的影響，旨在揭示Hg2+脅迫下蘿卜幼苗根際微生物區(qū)系和酶活性的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

參試的蘿卜種子品種為滿身紅，購于四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。供試的HgCl2為分析純，購自泉州萬眾化工有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 室內(nèi)檢測(即種子萌發(fā)試驗) 參照李春龍的方法[7]，挑選粒大、飽滿、大小一致的蘿卜種子，用蒸餾水清洗，晾干后備用。先用5.25 g/L NaClO溶液對受試的蘿卜種子進(jìn)行消毒，時間為15 min，然后用蒸餾水清洗4 次，每次清洗1 min；將蘿卜種子放置在直徑為9 cm的皮氏培養(yǎng)皿中，內(nèi)墊2層濾紙，每個培養(yǎng)皿內(nèi)放30粒蘿卜種子，分別將8 mL不同濃度的HgCl2溶液(處理濃度分別為0、12.5、25.0、50.0、100.0、150.0和200.0 mg/L，以Hg2+濃度計)注入培養(yǎng)皿中，對照為蒸餾水，每個處理3次重復(fù)。然后將培養(yǎng)皿放置在恒溫恒濕培養(yǎng)箱(25±1)℃ 內(nèi)，于黑暗條件下進(jìn)行種子萌發(fā)試驗。待蘿卜種子萌芽3 d后記錄其萌發(fā)的種子數(shù)，計算蘿卜種子的發(fā)芽率，記錄完測定所有萌發(fā)幼苗的根長、苗長，求其平均值。

1.2.2 幼苗盆栽試驗 2013年5月上旬取盆栽土(土壤取自成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院校外實訓(xùn)基地)，取回后先過2遍 2 cm 篩，篩去較大的石塊及粗枝等，再過細(xì)篩，用350 g 45%對二甲胺基苯重氮磺酸鈉(俗稱敵克松)進(jìn)行土壤消毒處理，然后將土混勻，最后隨機(jī)裝盆。每盆土均裝至花盆的2/3處，每盆裝土10 kg，每盆(上口徑 28 cm，深25 cm)播蘿卜種子10粒。待蘿卜幼苗生長約1個月后，挑選長勢一致的蘿卜壯苗進(jìn)行處理。用30 mL不同濃度的Hg2+(12.5、25.0、50.0、100.0、150.0和200.0 mg/L)溶液澆灌豌豆幼苗，每個處理4次重復(fù)，以等量的蒸餾水處理作為對照(即0 mg/L)。此后每隔10 d澆30 mL Hg2+溶液處理蘿卜幼苗，處理1個月后取蘿卜幼苗根際土，用土鉆鉆取深度20 cm、質(zhì)量約300 g的蘿卜幼苗根際土，輕輕抖動后仍然黏附在蘿卜幼苗根系上的土壤用于根際微生物數(shù)量的測定，裝袋、封口并作好標(biāo)簽，立即帶回實驗室進(jìn)行分析處理，本操作參照韓春梅等的方法[8]實施。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 蘿卜種子萌發(fā)指標(biāo)測定方法 蘿卜幼苗根長、苗長用直尺測定。

1.3.2 土壤酶及土壤酸價度測定方法 各土壤酶活性的測定均參照關(guān)松蔭的方法[9]。土壤反硝化酶活性采用硝態(tài)氮剩余量法測定，以單位質(zhì)量、單位時間生成的氨態(tài)氮(NH3-N)計；纖維素酶活性采用硝基水楊酸比色法測定，以單位質(zhì)量、單位時間土壤葡萄糖的量計；脲酶、蛋白酶、多酚氧化酶及蔗糖酶活性的測定均采用比色法，脲酶活性以NH3-N計，蛋白酶活性以單位質(zhì)量、單位時間土壤氨基酸(甘氨酸)的量計，多酚氧化酶活性以單位質(zhì)量、單位時間(2 h)土壤沒食子酸的量計，蔗糖酶活性以單位質(zhì)量、單位時間土壤葡萄糖的量計。

1.3.3 土壤微生物分析 土壤微生物采用平板涂抹法[10]測定，細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用改良的高氏1號培養(yǎng)基。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析、LSD和相關(guān)性分析(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 汞脅迫對蘿卜種子萌發(fā)的影響

由表1可見，隨著Hg2+濃度的增大，蘿卜種子萌發(fā)及幼苗生長均不同程度地受到抑制。當(dāng)Hg2+濃度達(dá)到50.0 mg/L時，蘿卜種子的發(fā)芽率較對照顯著下降，降低了31.60%；蘿卜幼苗的根長和苗長均在Hg2+濃度達(dá)到12.5 mg/L時較對照顯著受到抑制，分別較對照下降了22.11%和7.41%。

2.2 汞脅迫對蘿卜幼苗根際土壤酶活性的影響

由表2可見，所測6種土壤酶活性均隨著Hg2+濃度的增加呈遞減趨勢， 其中土壤脲酶、纖維素酶、多酚氧化酶活性均在Hg2+濃度達(dá)到25.0 mg/L時顯著受到抑制，分別較對照下降了32.00%、25.68%、27.87%；土壤反硝化酶活性在Hg2+濃度最低時(即12.5 mg/L)就顯著受到抑制，降低了24.78%；土壤蛋白酶活性在Hg2+濃度達(dá)到100.0 mg/L時較對照顯著受到抑制，降低了13.33%；土壤蔗糖酶活性在Hg2+濃度最大時(即200.0 mg/L)才較對照顯著受到抑制，降低了25.07%。由此可見，土壤反硝化酶活性對Hg2+脅迫最敏感。

表1不同Hg2+濃度對蘿卜種子萌發(fā)特性的影響

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”(n=3)；同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表2同。

表2不同Hg2+濃度對蘿卜幼苗根際土壤酶活性的影響

2.3 汞脅迫對蘿卜幼苗根際微生物數(shù)量的影響

由圖1可知，隨著Hg2+濃度的增加，蘿卜幼苗根際土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量均呈遞減的趨勢。與對照相比，Hg2+濃度在50.0 mg/L時較對照顯著降低了蘿卜幼苗根際土壤細(xì)菌數(shù)量，降低了54.18%；Hg2+濃度僅在最低時(即 12.5 mg/L)就較對照顯著抑制了蘿卜幼苗根際土壤內(nèi)真菌、放線菌的數(shù)量，分別較對照降低了25.07%、24.74%。

2.4 汞脅迫下蘿卜幼苗根際土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系

由表3可知，在不同Hg2+濃度的處理下，蘿卜幼苗根際細(xì)菌數(shù)量與土壤蔗糖酶活性不呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.216；蘿卜幼苗根際細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均與所測土壤酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。其中，蘿卜幼苗根際真菌數(shù)量與根際土壤脲酶活性的相關(guān)系數(shù)最大，為0.931。

表3土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系

注：“**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)；“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同Hg2+濃度對蘿卜種子萌發(fā)的影響

本研究表明，隨著Hg2+濃度的增加，蘿卜種子萌發(fā)及幼苗生長均受到了抑制。這一研究結(jié)果與鐘士傳的研究結(jié)果[1]一致，不同的只是Hg2+濃度的設(shè)置。

3.2 不同Hg2+濃度對蘿卜幼苗根際土壤酶活性的影響

本研究表明，隨著Hg2+濃度的增大，6種所測土壤酶活性均呈遞減的趨勢，這一研究結(jié)果與高大翔等的研究結(jié)果[11]一致，不同的只是Hg2+濃度的設(shè)置。

3.3 不同Hg2+濃度對蘿卜幼苗根際微生物的影響

隨著Hg2+濃度的增加，蘿卜幼苗根際土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量均呈遞減的趨勢， 這一研究結(jié)果與荊延德等的研究結(jié)果[12]不一致，其研究結(jié)果表明，低濃度的Hg2+會促進(jìn)土壤微生物數(shù)量的增加，這可能歸因于Hg2+濃度的設(shè)置不同以及受試植物的種類不同。

3.4 不同Hg2+濃度處理下蘿卜幼苗根際土壤微生物與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系

本研究表明，在不同濃度的Hg2+處理下，蘿卜幼苗根際細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均與所測土壤酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(除蘿卜幼苗根際細(xì)菌數(shù)量與土壤蔗糖酶活性呈不顯著正相關(guān)外)，說明Hg2+的處理改變了土壤微生物區(qū)系，進(jìn)而影響土壤酶活性，使得土壤環(huán)境條件向著不利于蘿卜植株的生長方向演變。本研究結(jié)果同時也證實了Aon等的理論，即特定的土壤酶活性與細(xì)菌、真菌等類群密切相關(guān)[13]。

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