赤霉素及Pb、Zn、Cu對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

翁貴英, 匡其羽， 謝 斐， 李金輝2， 朱秀艷

(1.六盤水師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 貴州 六盤水 553004; 2.六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院， 貴州 六盤水 553004)

隨著工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，重金屬對(duì)土壤環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，已對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重威脅[1-2]。土壤重金屬污染治理與修復(fù)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)[3]，而植物修復(fù)技術(shù)為重金屬污染修復(fù)提供了新型的更為高效、綠色手段[4]。廣義上的植物修復(fù)是利用植物將土壤、水體或大氣中的污染物萃取出來，并輸送到根部可收割部分或地上部，通過收獲或移去富集了污染物的部分，從而降低污染物的濃度[5]。狹義的植物修復(fù)是指植物提取，用超積累植物吸收土壤中的重金屬元素,并進(jìn)行集中收集銷毀，以達(dá)到凈化土壤的作用[6],這是目前研究較多且有廣闊前景的植物修復(fù)方法。篩選對(duì)重金屬具有耐受性的植物具有重要的意義。小酸模為(RumexacetosellaL.)酸模屬(Rumex)多年生草本植物, 為貴州種子植物分布新記錄[7]，其繁殖和抗旱能力較強(qiáng)[8]，對(duì)鎘有較強(qiáng)的耐性[9]。對(duì)鉛、鋅有較強(qiáng)耐性,接近鋅的超富集植物,可作為治理和修復(fù)鉛鋅污染土壤的修復(fù)植物[10]，是植物修復(fù)的優(yōu)良植物。研究小酸模種子萌發(fā)有重要意義。種子萌發(fā)是植物生命過程的起始階段，也是受外界環(huán)境影響較為敏感的時(shí)期[11]，種子萌發(fā)能力直接影響植物修復(fù)的效果[12],因此研究重金屬脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響尤為重要[13]。本試驗(yàn)探究小酸模種子萌發(fā)的適宜條件，赤霉素以及Pb、Zn、Cu重金屬的脅迫對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響，旨在為小酸模種子在Pb、Zn、Cu 重金屬污染土地利用和種植提供參考。

1 材料和方法

1.1 材 料

小酸模種子于2014年9月采自貴州省六盤水市盤縣四格鄉(xiāng)，海拔2 444 m。采回后晾干，室溫內(nèi)儲(chǔ)藏備用。試驗(yàn)材料為CuSO4·5 H2O、Pb(NO3)2、ZnSO4·7 H2O(均為分析純)、赤霉素(purity>96%)等，試驗(yàn)所用的水為去離子水。試驗(yàn)于2015年3月至5月進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

選取健康飽滿大小均一的小酸模種子，用去離子水清洗后，放在墊2層濾紙直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，每皿30粒種子，每處理設(shè)置3次重復(fù)，溫度分別為室溫、20 ℃、25 ℃、30 ℃。浸種時(shí)間梯度分別為3 h、6 h、12 h、24 h，在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。浸種溫度梯度分別設(shè)為室溫、20 ℃、25 ℃、30 ℃，選取的最佳浸種時(shí)間和溫度在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。赤霉素及3種重金屬溶液均以溶液的形式加入，濃度設(shè)置分別為50,100,200,400,800 mg·L-1，每皿分別加入7 mL不同濃度赤霉素和重金屬處理液，至濾紙飽和，以去離子水處理作為對(duì)照(ck)。試驗(yàn)中用稱量蒸發(fā)散失水分，維持各處理液的濃度不變。

圖1 培養(yǎng)溫度對(duì)小酸模種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

圖2 浸種時(shí)間對(duì)小酸模種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

1.3 數(shù)據(jù)的處理

種子萌發(fā)以胚根突破種皮作為標(biāo)志。每24 h觀察記錄種子發(fā)芽情況，連續(xù)4 d種子的發(fā)芽數(shù)無增長(zhǎng)視為發(fā)芽結(jié)束，并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，計(jì)算發(fā)芽指數(shù)，于第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)。隨機(jī)選取10株發(fā)芽的植株[11]，用游標(biāo)卡尺進(jìn)行根長(zhǎng)度的測(cè)量。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)計(jì)算采用張麗霞等[14]的方法，采用SPSS 19.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性顯著分析， Microsoft Excel軟件作圖。

1.4 千粒重的測(cè)定

隨機(jī)選取健康飽滿的種子，每1 000粒為一組,用四分法分成4份，隨機(jī)從每組中選取250粒種子，重復(fù)3次稱重，計(jì)算其平均值[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 千粒重的測(cè)定結(jié)果

小酸模3次重復(fù)測(cè)定的千粒重分別為0.466 g、0.475 g、0.472 g ，平均千粒重為0.471 g。

2.2 培養(yǎng)溫度對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

培養(yǎng)溫度對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響見圖1。在室溫條件下，發(fā)芽率為18%～30%,20 ℃時(shí)發(fā)芽率為16%～34%，25 ℃發(fā)芽率為14%～56%，30 ℃發(fā)芽率為4%～16%。室溫是第3天開始發(fā)芽，20 ℃、25 ℃和30 ℃都是第2天開始發(fā)芽，室溫是變化的，且溫度較低，其余恒溫，且溫度稍高，可以使小酸模種子提前萌發(fā)。

由表1可知，在30 ℃時(shí)小酸模種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)較低，僅有16%和13%，根長(zhǎng)較短，為1.92 cm；在25 ℃時(shí)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，分別達(dá)到56%和43%，根長(zhǎng)較長(zhǎng)，為2.51 cm；室溫和20 ℃隨溫度升高發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)逐漸增大。在4種溫度的處理下，發(fā)芽率在25 ℃和30 ℃時(shí)有顯著差異，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)差異不顯著，根長(zhǎng)在25 ℃和30 ℃時(shí)有顯著差異。

2.3 浸種時(shí)間對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

浸種時(shí)間對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響見圖2。浸種3 h發(fā)芽率為4%～27%，浸種6 h發(fā)芽率為2%～13%，浸種12 h發(fā)芽率為1%～29%，浸種24 h發(fā)芽率為3%～14%；浸種3 h和6 h種子從第3天開始發(fā)芽，浸種12 h和24 h種子從第2天開始發(fā)芽，說明浸種時(shí)間變長(zhǎng)可促進(jìn)小酸模種子提前萌發(fā)。

由表2可知，浸種時(shí)間為6 h時(shí)，小酸模種子的發(fā)芽率最低，僅有13%，在浸種時(shí)間為12 h時(shí)其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，分別為29%和20%。在4種浸種時(shí)間(3 h 、6 h、12 h、24 h)的處理下，對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及根長(zhǎng)的影響差異不顯著。

表1 不同培養(yǎng)溫度對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和根長(zhǎng)的影響

培養(yǎng)溫度/℃發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)根長(zhǎng)/cm室溫30.03±5.77ab30.03±5.77a11.48±2.75a2.45±0.69ab2034.43±11.74ab34.43±11.74a10.61±3.13a2.07±0.31ab2555.56±10.19a43.33±17.61a21.34±6.39a2.51±0.45a3015.53±6.92b13.33±5.77a5.58±2.16a1.92±0.37b

注：同列中的不同字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

表2 浸種時(shí)間對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和根長(zhǎng)的影響

浸種時(shí)間/h發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)根長(zhǎng)/cm326.66±16.65a13.33±3.35a8.79±4.40a2.27±0.30a613.36±5.77a13.36±5.77a4.01±2.18a2.02±0.40a1228.90±8.40a20.00±3.30a10.57±2.30a2.18±0.34a2414.46±6.92a14.46±6.92a4.79±2.01a1.96±0.40a

表3 浸種溫度對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和根長(zhǎng)的影響

浸種溫度/℃發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)根長(zhǎng)/cm室溫15.53±6.92a15.53±6.92a5.29±2.11a2.48±0.17a2018.86±5.09a13.33±3.35a8.15±2.97a1.91±0.38b2518.86±5.09a18.86±5.09a5.90±1.45a1.73±0.28b3022.23±5.08a20.03±5.77a10.10±1.41a2.02±0.35b

表4 赤霉素對(duì)小酸模種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和根長(zhǎng)的影響

處理濃度/(mg·L-1)發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)根長(zhǎng)/cm0(ck)50.00±11.99a47.76±15.02a26.57±8.42a3.46±0.34a5042.23±3.86a42.23±3.86a15.45±1.70b3.05±0.29b10054.43±13.89a54.43±13.89a22.14±5.90a2.95±0.43b20061.10±10.17a61.10±10.17a23.05±4.14a2.90±0.30b40072.23±12.64b72.23±12.64b26.46±4.30a2.55±0.33b80075.53±6.92b74.43±5.09b35.82±3.07a2.18±0.38b

圖3 浸種溫度對(duì)小酸模種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

2.4 浸種溫度對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

浸種溫度對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響見圖3。室溫浸種發(fā)芽率為2%～16%，20 ℃浸種發(fā)芽率為3%～19%，25 ℃浸種發(fā)芽率為1%～19%，30 ℃浸種發(fā)芽率為7%～22%。不同浸種溫度的種子發(fā)芽均從第2天開始，浸種溫度對(duì)發(fā)芽時(shí)間無影響。

由表3可知，室溫條件下浸種，根長(zhǎng)較長(zhǎng)，為2.48 cm，發(fā)芽率最低，為16%；在浸種溫度為30 ℃時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，分別為22%和20%。室溫、20 ℃、25 ℃、30 ℃下發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)在0.05 顯著水平下差異不顯著，根長(zhǎng)在室溫與20 ℃、25 ℃、30 ℃條件下差異顯著。

2.5 赤霉素對(duì)種子萌發(fā)的影響

不同濃度的赤霉素對(duì)小酸模種子發(fā)芽的影響見圖4，發(fā)芽均從第2天開始。用不同濃度的赤霉素處理小酸模種子，發(fā)芽率變幅為42%～76%，50 mg·L-1赤霉素的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最低，僅有42%和42%，800 mg·L-1赤霉素發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，分別為76%和74%。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)赤霉素濃度范圍內(nèi)，小酸模種子隨著赤霉素濃度的升高，發(fā)芽率逐漸增大。

由表4可知，與對(duì)照組相比，400 mg·L-1和800 mg·L-1的赤霉素處理，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)在0.05 顯著水平下存在顯著差異；發(fā)芽指數(shù)在50 mg·L-1的赤霉素處理下存在顯著差異；赤霉素濃度越大其根長(zhǎng)越短，在不同濃度赤霉素處理下其根長(zhǎng)有顯著差異。

2.6 重金屬Pb、Zn、Cu對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

2.6.1Pb對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

金屬Pb2+、Zn2+、Cu2+對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響結(jié)果見表5。用不同濃度的Pb2+處理小酸模種子，發(fā)芽均從第2天開始，發(fā)芽率變幅為31%～58%。Pb2+濃度為50 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最低，只有31%和29%；Pb2+濃度為400 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率最大，為58%。Pb2+濃度為50 mg·L-1、100 mg·L-1、200 mg·L-1時(shí)發(fā)芽率低于對(duì)照，800 mg·L-1發(fā)芽率高于對(duì)照，與對(duì)照組相比，50 mg·L-1和100 mg·L-1Pb2+濃度處理下，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)存在顯著差異。Pb2+濃度為50 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽指數(shù)存在顯著差異。當(dāng)Pb2+濃度超過100 mg·L-1時(shí)，小酸模根的生長(zhǎng)受到抑制。

圖4 赤霉素對(duì)小酸模種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

表5 重金屬Pb、Zn、Cu對(duì)小酸模種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和根長(zhǎng)的影響

處理濃度/(mg·L-1)發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)根長(zhǎng)/cmPb0(ck)50.00±11.99a47.76±15.02a26.57±8.42a3.46±0.34a5031.10±1.90b28.90±1.90b13.91±1.96b1.27±0.28b10032.20±1.90b31.10±3.81a14.50±2.46b1.58±0.20b20043.33±8.78a41.13±5.09a18.42±4.01a-40057.76±3.86a40.00±3.30a21.60±1.60a-80053.33±18.58a32.20±10.17a21.10±5.38a-Zn5053.33±3.35a53.33±3.35a21.45±2.97a-10042.23±6.92a42.23±6.92a14.65±2.31a-20054.46±6.92a54.46±6.92a20.25±2.98a-40048.90±3.81a48.90±3.81a19.47±4.97a-80051.13±9.64a51.13±9.64a21.31±3.84a-Cu5045.53±10.72a45.53±10.72a16.24±3.55a-10032.23±3.86b27.80±8.40a14.78±4.22b-20066.70±10.00a64.43±8.35a26.89±4.43a-40024.43±11.74b24.43±11.74a8.14±4.05b-80034.43±16.42a30.00±11.99a14.36±6.16a-

2.6.2Zn2+對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

Zn2+對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響見表5，發(fā)芽從第2天開始，用不同濃度的Zn2+處理小酸模種子，發(fā)芽率變幅為42%～54%；Zn2+濃度為100 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最低，均為42%；Zn2+濃度為200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，均為54%。從表5可看出，與對(duì)照組相比，不同濃度的Zn2+處理下，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。不同濃度的Zn2+處理下根長(zhǎng)均較短，說明不同濃度Zn2+處理對(duì)小酸模種子根的生長(zhǎng)都有抑制作用。

2.6.3Cu2+對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影響

Cu2+對(duì)小酸模種子萌發(fā)的影

響見表5，發(fā)芽均從第2天開始，用不同濃度的Cu2+處理小酸模種子，發(fā)芽率變幅為24%～67%；Cu2+濃度為400 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最低，均為24%；Cu2+濃度為200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，分別為67%和64%，說明200 mg·L-1Cu2+處理對(duì)小酸模種子萌發(fā)有促進(jìn)作用。從表5可以看出，與對(duì)照組相比，100 mg·L-1和400 mg·L-1Cu2+處理下種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)存在顯著差異，而發(fā)芽勢(shì)不存在顯著差異。不同濃度的Cu2+處理，小酸模種子的根長(zhǎng)較短，根發(fā)黑，對(duì)其根的生長(zhǎng)都有抑制作用。

3 結(jié)論與討論

小酸模種子千粒重為0.471 g，鈍葉酸模(R.obtusifolius)為2.860 g[15]，羊蹄的為1.799 3 g[16]，巴天酸模(R.patientia)、酸模(R.acetosa)、皺葉酸模(R.crispus)、水生酸模(R.aquaticus)、尼泊爾酸模(R.nepalensisSpreng)分別為3.757 1 g、3.213 5 g、2.894 8 g、3.694 6 g、7.308 0 g[17]，齒果酸模(R.dentatus)的為1.067 g[18]，酸模屬不同種植物種子千粒重有差異。小酸模種子千粒重較小。小酸模種子萌發(fā)的適宜培養(yǎng)溫度為25 ℃，浸種時(shí)間為12 h，浸種溫度30 ℃；浸種溫度對(duì)其種子發(fā)芽時(shí)間無影響。浸種時(shí)長(zhǎng)能影響小酸模種子提前發(fā)芽時(shí)間。赤霉素有打破種子休眠期、促進(jìn)種子萌發(fā)的作用，小酸模種子隨著赤霉素濃度的升高，發(fā)芽率逐漸增大，800 mg·L-1赤霉素處理對(duì)小酸模種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，發(fā)芽率達(dá)到76%，但對(duì)根的生長(zhǎng)有抑制作用。

通常情況下，低濃度重金屬促進(jìn)植物種子萌發(fā)、高濃度有抑制作用[19-20]。但是不同濃度重金屬離子對(duì)小酸模種子的抑制作用卻不相同。Pb元素并不是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，但它能減少根細(xì)胞的有絲分裂速度，所以過量的重金屬Pb2+積累在根時(shí),影響植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育[22],Pb2+濃度超過100 mg·L-1時(shí)，對(duì)小酸模根的生長(zhǎng)有抑制作用。Zn元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育兼具營(yíng)養(yǎng)和毒性的不可缺少的元素,Zn又是一種重金屬，過量鋅也會(huì)對(duì)植物體造成危害[23]。在高濃度Zn2+處理下，小酸模種子雖能萌發(fā)，幼葉正常，但根的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，幾乎無法辨認(rèn)根部。Cu是植物生長(zhǎng)的必需微量元素，Cu元素的缺乏會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)的抑制、光合作用和呼吸作用的降低，然而過量的Cu2+對(duì)植物有明顯的毒害作用,過量會(huì)引起植物生長(zhǎng)遲緩，萎黃和根的畸形[24]。在高濃度Cu2+處理下小酸模種子雖能萌發(fā)，幼葉正常，但芽逐漸變黃腐爛,根發(fā)黑，根的生長(zhǎng)也受到嚴(yán)重抑制。Zn2+和Cu2+對(duì)小酸模種子根的生長(zhǎng)影響較大。本試驗(yàn)中，Pb2+、Zn2+、Cu2+的各濃度處理，小酸模種子均能萌發(fā)；Pb2+濃度為400 mg·L-1、Zn2+、Cu2+濃度為200 mg·L-1對(duì)小酸模種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，其發(fā)芽率分別達(dá)58%、54%、67%；高濃度Pb2+、Zn2+、Cu2+對(duì)小酸模種子萌發(fā)均有一定的抑制作用。說明小酸模種子對(duì)重金屬Pb2+、Zn2+、Cu2+具有一定耐性，在重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)中有一定利用價(jià)值。但有關(guān)小酸模種子能夠較好生長(zhǎng)在Pb、Zn、Cu重金屬污染土壤環(huán)境的機(jī)理還需進(jìn)一步深入研究。