黄麻、亚麻和芥菜种子萌发期的耐镉性比较

2017-12-06张加强史小华

浙江农业科学 2017年11期

关键词：黄麻芥菜亚麻

张加强，史小华

(浙江省萧山棉麻研究所，浙江杭州 311202)

黄麻、亚麻和芥菜种子萌发期的耐镉性比较

张加强，史小华

(浙江省萧山棉麻研究所，浙江杭州 311202)

通过发芽试验探讨不同浓度镉胁迫对黄麻、亚麻和芥菜种子萌发的影响，旨在明晰黄麻、亚麻和芥菜种子萌发期的耐镉性强弱。结果表明：黄麻、芥菜和亚麻的发芽势、发芽率、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数和生物量均随镉浓度的升高而下降；低浓度镉胁迫对发芽的抑制作用不明显，高浓度镉胁迫明显抑制了黄麻、芥菜和亚麻种子萌发和生物量积累。采用隶属函数法对参试材料种子萌发期的耐镉性进行综合评价，结果表明，耐镉性的强弱顺序为亚麻>芥菜>黄麻。

镉胁迫；亚麻；种子萌发；隶属函数

镉(Cd)是植物的非必需有毒元素。近年来，由于工业废液、废水和废渣的无序排放及化肥的过量施用，导致杭州市城市土壤中重金属有不同程度的积累，部分地区的蔬菜种植地土壤重金属含量已超过自然背景值[1-4]。土壤中的镉极易被植物吸收，而吸收的镉大部分累积在根、茎和叶中，一部分会转移到籽粒或果实中，最终通过生物链进入人体，危害人类健康[5]。由于镉污染具有毒性强且持久、移动性大及不可逆性等特点，使得镉污染土壤的治理和修复成为亟待解决的现实问题。其中，筛选超富集植物是植物修复的一种行之有效的方法[6]。黄麻和亚麻作为非食用的纤维作物，生长速度较快，同时，具有较大的生物量和较强的富集土壤中重金属Cd等特性，是较理想的修复植物[7-8]。黄麻和亚麻是杭州市传统作物，芥菜是传统蔬菜之一，杭州市各地也有利用冬闲田种植芥菜的习惯。目前，国内外学者对于重金属污染对植物的毒害作用，主要以单一植物为研究对象，而以多种植物种类为对象的研究报道较少。种子萌发是植物生活周期的起点，同时也是植物感受外界环境变化的最初阶段，是评价植物镉耐性的重要阶段之一[9]。本研究通过比较黄麻、亚麻和芥菜种子萌发对不同浓度镉处理的响应，并利用隶属函数方法评价其综合耐镉性，以期为重金属污染土壤的植物修复提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 种子萌发与胁迫处理

供试材料黄麻(CorchorusolitoriusL.)、亚麻(LinumusitatissimumL.)及芥菜(Brassicajunceavar.multicepsTsen et Lee)种子材料均由浙江省萧山棉麻研究所经济作物研究室提供。选大小均匀一致、籽粒饱满的供试黄麻、亚麻及芥菜种子，先用70%乙醇消毒5 min，再用蒸馏水冲洗3次。每培养皿底衬2层滤纸做发芽床，每皿放置50粒供试黄麻、亚麻及芥菜种子，对照为蒸馏水，分别加入20、80、160、320、400和800 mg·L-1的Cd2+溶液，每个处理设3次重复。置于25 ℃恒温培养箱发芽7 d，发芽期间及时补充处理液。

1.2 耐镉指标计算

每天统计发芽种子数，种子发芽以胚芽长达到种子长度1/2为标准。并在发芽的第7天，每皿随机选取5株幼苗，测量其鲜质量，取平均值。计算公式如下：发芽势=第3天的发芽数/供试种子数×100；相对发芽势=各个处理的发芽势/对照的发芽势×100；发芽率=第7天的发芽数/供试种子总数×100；相对发芽率=各个处理的发芽率/对照的发芽率×100；活力指数=发芽指数×根芽鲜质量；发芽指数=ΣGt/Dt(式中：Gt为t时间内的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数)。

1.3 耐镉综合评价

应用隶属函数法对黄麻、亚麻及芥菜种子萌发期的耐镉性进行综合评价。先利用公式u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1，2，3，…，n；计算每份材料的发芽势、发芽率、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数和生物量在不同镉胁迫下的具体隶属函数值。式中Xj表示第j个综合指标，Xmax表示第j个综合指标的最大值，Xmin表示第j个综合指标的最小值，然后把每一指标在不同镉胁迫下的隶属值累加求平均值，最后把每份材料各项测定指标的隶属函数值累加求平均值，根据各材料平均隶属函数大小进行综合评价。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010进行处理和作图，采用SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对发芽势和发芽率的影响

如图1所示，黄麻、芥菜和亚麻的发芽势均随镉浓度的升高而降低。当镉浓度低于80 mg·L-1时，发芽势降低的幅度较小；当镉浓度高于400 mg·L-1时，发芽势迅速降低；当镉浓度为800 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻发芽势仅为3.3%、10.0%和3.3%。发芽率下降规律及趋势基本与发芽势一致，表明镉胁迫明显抑制了黄麻、芥菜和亚麻的发芽，镉浓度越高，对黄麻、芥菜和亚麻发芽势和发芽率的抑制程度越高。

图1 不同镉浓度下黄麻、芥菜和亚麻的发芽势和发芽率

2.2 对相对发芽势和相对发芽率的影响

如图2所示，随着镉胁迫的加剧，黄麻、芥菜和亚麻的相对发芽势和相对发芽率均呈显著下降趋势。当镉浓度为20 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻的相对发芽势分为87.5%、90.0%和94.7%；镉浓度增加至800 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻的相对发芽势仅为6.3%、15.0%和5.3%。由图2还可以看出，当镉浓度为800 mg·L-1时，黄麻的相对发芽率最高，芥菜的相对发芽率最低。

图2 不同镉浓度下黄麻、芥菜和亚麻相对发芽势和相对发芽率的变化

2.3 对发芽指数和活力指数的影响

发芽指数是发芽率指标的细化和深化，它放大了种子活力的特征。如图3所示，随着镉胁迫浓度的增加，黄麻、芥菜和亚麻的发芽指数均出现了不同程度的下降。与对照相比，当镉浓度为800 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻的发芽指数下降了79.7%，86.5%和88.2%。

活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映，是衡量种子活力的指标。由图3可知，在对照组中，亚麻种子的活力指数最大，芥菜次之，黄麻活力指数最小；当镉浓度为800 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻活力指数的强弱为亚麻>黄麻>芥菜。

2.4 对生物量的影响

生物量更能准确反映植物对重金属胁迫的响应。如图4所示，高浓度镉胁迫明显抑制了黄麻、芥菜和亚麻生物量的积累，而低浓度镉胁迫对黄麻、芥菜和亚麻生物量的影响不明显。当镉浓度为800 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻生物量的大小表现为亚麻>黄麻>芥菜。

2.5 耐镉性综合评价

在植物耐镉性评价中，仅以相对发芽率或生物量等单一指标不能全面有效地反应作物萌发期的耐镉性。当镉浓度为800 mg·L-1时，黄麻、芥菜和亚麻的相对发芽率为黄麻>亚麻>芥菜，而生物量为亚麻>黄麻>芥菜，表现出排序不一致的现象。为了消除个别指标带来的片面性，我们用模糊数学隶属函数法对黄麻、芥菜和亚麻种子的发芽势、发芽率、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数和生物量进行了综合评价，得到黄麻、芥菜和亚麻的隶属函数总平均值(表1)。由表1可知，在种子萌发期，亚麻的耐镉性隶属函数总平均值最高，其次为芥菜，黄麻最低。

图3 不同镉浓度下黄麻、芥菜和亚麻发芽指数和活力指数的变化

图4 不同镉浓度下黄麻、芥菜和亚麻生物量的变化

表1 种子萌发期耐镉性各指标隶属函数值及综合评价值

3 小结

综上所述，随着镉胁迫浓度的增加，黄麻、芥菜和亚麻的发芽势、发芽率、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数和生物量均出现了不同程度的下降。低浓度镉胁迫对黄麻、芥菜和亚麻发芽和生物量的影响不明显，高浓度镉胁迫的抑制作用较显著。黄麻、芥菜和亚麻对镉胁迫的响应存在明显差异，根据隶属函数值计算，得出种子萌发期耐镉胁迫的隶属函数总平均值，耐镉的强弱顺序为亚麻>芥菜>黄麻。同时，亚麻为非食用纤维作物，既可以避免镉通过食物链对人体造成伤害，又可以获得较理想的经济效益。因此，在镉污染土壤严重的地区种植亚麻是植物修复理想的首选对象[7,10-11]。亚麻在种子萌发期耐镉生理原因则有待于进一步研究。

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(责任编辑：侯春晓)