林必博，郑爱泉，周济铭，范学科

(杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

受灌溉、肥料施用、工业“三废”排放等诸多因素的影响，土壤重金属污染已成为当前土壤污染的重要问题之一，我国约有1/6的农田土壤受到重金属污染[1,2]。土壤中各种重金属离子的积累，对作物生长发育产生严重的毒害作用，影响种子萌发，阻碍作物正常生长发育，降低其产量和品质[3-5]。有关重金属离子对作物种子萌发及幼苗生长的研究在水稻(Oryzasativa)、小麦(Triticumaestivum)、花生(Arachishypogaea)等农作物中已有大量报道[6-8]。

芝麻(Sesamumindicum)是我国传统的重要油料作物，全国大部分地区均有种植[9,10]。孙建等比较研究了镉(Cd2+)、镍(Ni2+)、铬(Cr6+)、汞(Hg2+)、铅(Pb2+)等5种重金属离子对芝麻种子萌发的毒害作用，表明芝麻幼苗根和芽的生长均受到抑制[11]，但重金属离子尤其是Hg2+对芝麻种子萌发及成苗的影响仍有待深入分析。本试验研究了Hg2+对芝麻种子萌发及幼苗生长的影响，以期为重金属污染环境下芝麻生产提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

材料为白芝麻品种中芝8号。试剂HgCl2为分析纯。

1.2 设计与处理

设置Hg2+浓度为0.02，0.04，0.06，0.08，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，2.0 mmol·L-1共11个梯度处理液，以去离子水处理为对照(ck)。采用培养皿滤纸发芽法，培养皿直径12 cm，内铺2层11 cm中速定量分析滤纸。挑选饱满健康的种子，均匀置于培养皿中，每培养皿50粒，并加入10 mL处理液，每处理重复3次。置于25 ℃恒温光照培养箱中，连续光照。培养期间适当补充处理液保持滤纸湿润。

1.3 指标测定

记录种子萌发及生长情况，第3天统计发芽势，第6天统计发芽率，仅统计正常幼苗数量；第7天统计未露白种子、露白种子、正常幼苗、畸形幼苗数量，并测定正常幼苗胚轴长度、胚根长度和单株鲜重。未露白种子为截止统计时胚根未突破种皮的种子，露白种子为胚根突破种皮但停止进一步生长的种子，正常幼苗为具有伸长的胚根和胚轴且子叶平展的幼苗，畸形幼苗为露白后进一步生长但不具备正常幼苗特征的幼苗。

发芽势(%)=(第3天供试种子萌发形成的正常幼苗数/供试种子数)×100%；

发芽率(%)=(第6天供试种子萌发形成的正常幼苗数/供试种子数)×100%；

胚轴长度：胚根和胚轴接点处至子叶着生点的长度；

胚根长度：胚根和胚轴接点处至最长根尖的长度；

单株鲜重：用滤纸吸干幼苗表面水分，电子天平称量鲜重。

1.4 数据分析

所有数据均取3次重复平均值，采用Microsoft office Excel 2003软件和SPPS 10.0统计分析软件进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 Hg2+对芝麻种子发芽势和发芽率的影响

由表1可以看出，与对照相比，当Hg2+浓度小于0.1 mmol·L-1时，芝麻种子的发芽率无明显变化，发芽势也未显著降低，且0.02 mmol·L-1和0.04 mmol·L-1Hg2+浓度处理提高了芝麻种子发芽势并差异达显著水平；当Hg2+浓度大于0.1 mmol·L-1时，芝麻种子发芽势和发芽率均显著降低；0.8 mmol·L-1的Hg2+浓度处理则完全抑制了芝麻种子的萌发。

表1 不同Hg2+浓度处理对芝麻种子发芽势和发芽率的影响

2.2 Hg2+对芝麻种子成苗特性的影响

从表2可知，与对照相比，当Hg2+浓度小于或等于0.1 mmoL·L-1时，芝麻种子的未露白比例和正常幼苗比例无显著差异，所有露白种子均可生长成为正常幼苗，无露白后停止生长的现象，也无畸形苗产生；当Hg2+浓度为0.2 mmoL·L-1时，未露白种子比例无明显变化，已露白的种子中40%胚根突破种皮后停止生长或形成畸形幼苗，正常幼苗比例降至54.67%；Hg2+浓度达到0.8 mmoL·L-1时，未露白种子比例迅速上升至50%，且已露白的种子全部停止生长或形成畸形幼苗，无法生长为正常幼苗；当Hg2+浓度大于等于2.0 mmoL·L-1时，未露白种子比例达到84.67%，已露白的种子全部停止生长。

2.3 Hg2+对芝麻幼苗胚根、下胚轴生长和鲜重的影响

试验分析了不同Hg2+浓度处理下正常植株胚根、下胚轴和单株鲜重情况(表3)。结果表明：Hg2+的存在抑制了芝麻种子胚根的伸长和单株鲜重的增加，尤其是对胚根生长的影响更加显著，在Hg2+浓度为0.02 mmoL·L-1时，平均胚根长度仅为对照的65.17%。而对于胚轴的伸长，Hg2+浓度小于0.1 mmoL·L-1的处理反而会促进胚轴的伸长，当Hg2+浓度为0.04 mmoL·L-1时，对胚轴伸长的促进作用更加明显并达到显著水平(与对照相比增加了52.03%)，但随着Hg2+浓度的持续增加，胚根伸长逐渐受到抑制。

表2 不同Hg2+浓度处理对芝麻种子萌发成苗的影响

表3 不同Hg2+浓度处理对芝麻幼苗生长的影响

3 讨论与结论

一直以来，重金属离子对植物生长发育的影响受到广泛关注，重点是重金属离子所表现出毒害作用。本试验主要研究了在Hg2+存在的情况下芝麻种子能否发育成为正常植株，以探讨其对实际生产的影响。从总体看，低浓度的Hg2+(小于0.1 mmoL·L-1)对芝麻种子发芽率没有明显影响，且萌发的种子均可发育为正常植株，对芝麻种子萌发成苗无明显影响。而高浓度的Hg2+(大于0.1 mmoL·L-1)可降低种子发芽势和发芽率，已萌发的种子在后续发育过程中产生畸变很难成长为正常幼苗，所形成正常幼苗的胚根、胚轴、单株鲜重均受到抑制，该效应随着Hg2+浓度增加愈加明显，表现出明显的毒害作用。

研究发现，Hg2+对植物种子萌发成苗具有低浓度促进效应和高浓度抑制效应[12,13]。本研究结果表明：低浓度Hg2+的存在可提高发芽势，促进幼苗胚轴的伸长，对芝麻种子萌发和幼苗生长表现出一定的促进作用；而高浓度的Hg2+则降低芝麻种子发芽势和发芽率，抑制幼苗胚轴伸长，具有明显的抑制作用，这与前人的研究结果一致。分析其原因，与Hg2+对种子萌发过程中有关酶活性的影响及防御调节机制的激发有关。有研究表明，低浓度Hg2+可提高种子萌发过程中淀粉酶、蛋白酶、酯酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性，促进一些蛋白质的合成，高浓度Hg2+则抑制了上述酶和蛋白质的活性[14-17]。淀粉酶和蛋白酶活性的提高，可加速营养物质的水解，有助于加快种子萌发成苗，酯酶可提高种子萌发成苗过程中的抗逆性，超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的增强对Hg2+胁迫下种子萌发成苗起到重要保护作用。

本研究还发现，Hg2+胁迫对芝麻幼苗胚轴伸长和胚根生长的影响不尽相同，低浓度Hg2+促进了幼苗胚轴的伸长，但无论是低浓度还是高浓度的Hg2+均抑制了胚根的生长。推测其原因，可能与胚轴和胚根两者营养物质供给差异有关。供给胚轴和胚根生长的营养物质主要贮藏于子叶中，在低浓度Hg2+胁迫下，种子萌发成苗有关酶活性的提高，使邻近部位的胚轴比远离子叶的胚根更易于获取营养物质。此外，有研究表明，植物对Hg2+胁迫的响应存在器官特异性[18]，芝麻胚轴和胚根对Hg2+胁迫的响应机制也可能存在差异。

虽然研究表明低浓度的Hg2+对芝麻种子萌发成苗无明显影响，但在实际生产中，土壤环境具有其复杂性和多样性，加之植物本身对重金属离子具有一定的富集作用。因此，Hg2+对芝麻萌发成苗尤其是后续生长发育的影响还有待进一步深入研究。