Cd对小麦种子萌发及幼苗早期生长的影响

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摘要：以小麦（Triticum aestivum L.）为试材，通过室内培养皿萌发培养法，探讨了不同程度cd污染（Cd2+浓度分别为0、10、20、40、60 mg/L）对小麦种子萌发和幼苗早期生长的影响。结果表明，在萌发早期，各浓度Cd2+处理对小麦种子的发芽率和发芽势没有显著影响，但随Cd2+浓度的提高，种子内淀粉酶活性显著（P

关键词：小麦（Triticum aestivum L.）；Cd污染；种子萌发；幼苗生长；影响

中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）11-2496-04

近年来，土壤-植物-食品系统中Cd污染问题日益严峻。Cd因其生物毒性大又极易被植物吸收而成为环境污染中最为危险的5种物质之一，较低质量浓度就能对动植物产生毒害[1]。此外，Cd污染不可逆，植物积累的Cd很容易通过食物链传递给人或动物，并会引起生物放大作用致使人体内Cd浓度远远超过环境浓度，最终不仅使经济受到影响，而且人类健康也受到很大威胁[2]。在生物体内，Cd是非必需元素，不参与生物体内的结构组成及代谢活动，但是特别容易被植物体吸收，对植物有极强的毒害作用[3]。大量研究表明，Cd对植物的生长发育危害很大，可抑制光合作用和呼吸作用，进而干扰植物体内碳代谢以及水分和无机养分的吸收与转化[4-6]。

近年来，由于污水灌溉、含Cd增肥物料（污泥、粉煤灰等）使用等原因，世界范围内农田Cd污染日趋严重。据不完全统计，中国Cd污染农田面积达到28万hm2，威胁着农作物安全[7]。作物种子萌发及萌发时期的生长状况直接影响其后续的生长和生物产量，因此研究作物种子在萌发阶段受重金属污染的影响具有重要的现实意义。小麦（Triticum aestivum L.）是世界上最主要的粮食作物之一，具有重要的经济价值。研究表明，Cd胁迫使小麦幼苗出现生长迟缓、褪绿等中毒症状，最终导致产量大幅降低[8]，但是关于Cd胁迫对小麦种子萌发和幼苗早期生长的研究相对较少。为此，以小麦为供试材料，探讨Cd胁迫对其种子萌发和幼苗早期生长、生理的影响，以期能够为小麦的安全生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为邯617，由邯郸市农业科学院提供，经测试，其发芽率大于90%。试验前，精选饱满的供试种子，以10%的H2O2溶液浸泡消毒30 min，弃表层漂浮种子，用无菌去离子水反复冲洗，用滤纸将水吸干，待用。

1.2 试验设计

试验共设5个Cd2+（以CdSO4形式加入）溶液浓度处理，分别为0、10、20、40和60 mg/L，每个处理5次重复。选取直径为15 cm的培养皿，皿内以双层滤纸作为发芽床，将培养皿灭菌处理后，加入配好的不同浓度Cd2+溶液，每皿15 mL，将消毒后的小麦种子接种于滤纸上，每皿40粒，摆放均匀，盖好上盖。最后将各组培养皿放入光照培养箱中进行培养，培养期间温度为（20±1） ℃、光照时间为16 h/d。培养期间每天用称重法加去离子水保持恒重。试验周期为10 d，接种后第五天取走上盖以保证萌发幼苗正常生长。

1.3 测定指标

1.3.1 种子萌况的测定 接种后，每隔24 h记录1次种子的发芽数（胚根与种子等长、胚芽长度达到种子一半即认为种子已经发芽），第二天统计发芽势、第四天统计发芽率，并按以下公式进行计算：

发芽势=2 d内正常发芽种子数/全部供试种子数×100%

发芽率=4 d内正常发芽种子数/全部供试种子数×100%

1.3.2 种子萌发过程中淀粉酶活性的测定 Cd2+处理后第二天，对各处理小麦种子进行随机取样，每个处理取3个混合样品，参照文献[9]对淀粉酶活性进行测定。

1.3.3 小麦幼苗丙二醛（MDA）和叶绿素含量的测定 处理后10 d，对各处理小麦幼苗的叶片进行随机取样（每皿保留10株完整植株以备生物量的测定），每个处理取3个混合样品，采用文献[10]的方法进行MDA和叶绿素含量的测定。

1.3.4 小麦幼苗生物量的测定 对各处理未进行破坏性取样的小麦植株进行生物量测定。首先，测定苗高和根长，然后，将植株冲洗干净置于烘箱中于80 ℃下杀青30 min，最后在70～80 ℃下烘干至恒重，称重。

1.4 数据分析

采用SPSS分析软件进行单因素方差分析，采用Duncan’s法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 Cd胁迫对小麦种子萌发过程的影响

2.1.1 Cd胁迫对小麦种子发芽率和发芽势的影响 从表1可以看出，Cd胁迫对小麦种子萌发影响不大。因发芽率均大于70%，故对数据进行反正弦转换，以进行方差分析。经方差分析，各处理之间发芽率、发芽势差异均不显著（P>0.05）。另据试验日常观察，各处理小麦种子萌发时间较集中，Cd胁迫的影响主要体现在胚根和胚芽突出种皮以后。小麦种子的萌发过程消耗的是种子内的营养物质，只是从外界吸收水分，加之小麦种子萌发较快，外施Cd处理对其萌发影响不大。

2.1.2 Cd胁迫对小麦种子淀粉酶活性的影响 由图1A可以看出，当Cd2+浓度为0～20 mg/L时，对小麦种子α-淀粉酶活性的影响不显著，当Cd2+浓度≥40 mg/L时，与对照相比，各处理的α-淀粉酶活性受到显著（P

2.2 Cd胁迫对小麦幼苗早期生长的影响

2.2.1 Cd胁迫对小麦幼苗MDA含量的影响 如图2所示，随Cd2+浓度增加，小麦幼苗中MDA积累量逐渐增多，当Cd2+浓度达到40 mg/L时，MDA积累量显著（P

2.2.2 Cd胁迫对小麦幼苗叶片叶绿素含量的影响 由图3可知，Cd对小麦幼苗叶绿素a（图3A）、叶绿素b（图3B）和叶绿素总含量（图3C）的影响表现为低促高抑，Cd2+浓度为10 mg/L时，3者含量均有所提高；Cd2+浓度为20 mg/L时，小麦叶片中各叶绿素含量与对照没有显著差异；当Cd2+浓度达到40 mg/L时，叶绿素a和叶绿素总含量显著（P

2.2.3 Cd胁迫对小麦幼苗生长的影响 由图4可知，Cd抑制了小麦的生长，表现为苗高（图4A）、根长（图4B）和植株总干重（图4C）均随Cd2+浓度的增加而显著降低。此外，根据日常观察，Cd2+浓度≥40 mg/L时，小麦植株变黄，生长不良。Cd是一种毒害作用很大的物质，它会使植物体内酶系统紊乱，膜脂过氧化程度加剧，破坏蛋白质、核酸和一些其他物质的合成，而生物量是植物体内生理生化过程变化综合结果的体现，因此生物量的变化是反映胁迫处理效应的有效指标。

3 讨论

有研究表明，Cd对农作物种子萌发和幼苗生长有一定程度影响，Cd胁迫下，水稻发芽率降低，且芽和根的伸长受到抑制[11]；而秦普丰等[12]研究发现Cd胁迫对棉花种子萌发的影响较小，但是严重抑制其幼苗的生长发育。可见，不同作物对Cd2+胁迫的响应不同。本研究结果表明，0～60 mg/L的Cd对小麦种子萌发率和发芽势没有产生显著影响，但是降低了萌发过程中淀粉酶的活性，种子中储存的淀粉向可溶性糖转化的过程受阻，因而胚根胚芽突破种皮后的生长必然受到抑制，表现为叶绿素含量降低、MDA积累量增加以及生物量降低。Cd对叶片叶绿素的影响表现为低促高抑，当Cd浓度为10 mg/L时，叶绿素含量有所增加；但当Cd浓度≥40 mg/L时，叶绿素含量显著降低；随Cd浓度增加MDA积累量持续增加，根长、株高以及干重均逐渐降低。此外，根据日常观察，Cd浓度大于40 mg/L时，小麦植株变黄，生长不良。

综合而言，Cd胁迫对小麦种子萌发的影响不大，其影响主要表现在胚根突破种皮以及胚芽伸长以后的幼苗生长阶段，导致其膜脂过氧化程度加重、叶绿素代谢受阻并造成其生长障碍，且当浓度≥40 mg/L时抑制作用加强。

参考文献：

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