全 文 ：Cd2 + 对海滨木槿种子萌发及根伸长抑制效应的研究
崔大练，马玉心* ，俞兴伟，翁米娜 ( 浙江海洋学院海洋科学学院，浙江舟山 316000)
摘要 ［目的］探讨 Cd2 +对海滨木槿种子萌发及根伸长的抑制效应。［方法］以海滨木槿种子为材料，研究了不同 Cd2 +浓度下海滨木
槿种子发芽率、发芽势及根伸长量和生物量的变化。［结果］低浓度的 Cd2 +能够促进海滨木槿种子萌发，但对 Cd2 +浓度的增加不敏感，
只有较高浓度的 Cd2 +才可抑制种子的萌发; Cd2 +对海滨木槿种子发芽的抑制效应远小于对根伸长和生物量的抑制效应;随着 Cd2 +浓度
的升高，海滨木槿根的伸长量及生物量明显降低，且 Cd2 +对海滨木槿根伸长的抑制率与其浓度呈极好的正相关。［结论］该研究为海
滨重金属污染土壤的植物修复提供理论依据。
关键词 Cd2 + ;海滨木槿;种子萌发;抑制效应
中图分类号 X173 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611( 2011) 08 －04591 －02
Inhibition Effect of Cd2 + on the Seed Germination and Root Elongation of Hibiscus hamabo sieb et Zucc．
CUI Da － lian et al ( College of Marine Science，Zhejiang Ocean University，Zhoushan，Zhejiang 316000)
Abstract ［Objective］The purpose was to discuss the inhibition effect of Cd2 + on the seed germination and root elongation of Hibiscus hama-
bo sieb et Zucc． ［Method］Using the seed of H． hamabo sieb et Zucc． as material，the change of seed germination，germination energy，root
elongation and total biomass of H． hamabo sieb et Zucc． under different Cd2 + concentration were studied in our paper． ［Result］The results
showed that the seed germination of H． hamabo sieb et Zucc． could be promoted under lower concentration of Cd2 +，but it was insensitive to
the increase of Cd2 + concentration，while higher concentration of Cd2 + could inhibit seed germination; the inhibition effect of Cd2 + on seed
germination was far weaker than that of root elongation and total biomass; root elongation and total biomass of H． hamabo sieb et Zucc． re-
duced obviously with the increase of Cd2 + concentration，and there was a good positive correlation between Cd2 + concentration and its inhibi-
tion rate on the root elongation of H． hamabo sieb et Zucc． ［Conclusion］Our study could provide theoretical foundation for the phytoremedi-
ation of contaminated soil by heavy metal．
Key words Cd2 + ; Hibiscus hamabo Sieb． et Zucc． ; Seed germination; Inhibition effect
基金项目 浙江省教育厅资助项目( 21106004109) 。
作者简介 崔大练( 1970 － ) ，女，辽宁丹东人，实验师，从事水土保持与
生态恢复研究工作，E-mail: hycdl@ 163． com。* 通讯作者，
教授，E-mail: donghai8883@ 163． com。
收稿日期 2010-12-27
重金属对环境的污染一直是研究的热点。重金属在土
壤中的自然净化过程十分漫长，一旦污染土壤，其危害将是
长期的，不仅严重危害作物生产，而且进入食物链危害人畜
健康［1 －2］。滨海湿地污染环境的重金属主要有镉、铜、铅、锌
等［3］。Prechthai等认为，城市废弃物也是海滨湿地污染的源
头，其中 Cd2 +的含量最高，且固体废弃物中的 Cd2 +很容易随
渗滤液迁移，引起水体的重金属污染［4］。另外，Cd2 +是一种
不能被植物利用的微量元素，当 Cd2 +含量超过一定限度时，
会导致植物根部受到损害，严重时甚至死亡［5 －6］。
海滨木槿( Hibiscus hamabo Sieb． et Zucc． ) 属于锦葵科
( Malvaceae) 木槿属( Hibiscus) 落叶小乔木，为强阳性树种，
是浙江珍稀濒危树种［7］，典型的海滨盐生木本植物，也是沿
海防浪护堤林的首选树种［8］，海滨湿地重金属污染直接影
响该植物种子萌发及植株生长。迄今为止，国内外对海滨
木槿的研究多集中于引种驯化、繁殖方法、造林和耐盐碱等
方面［8 － 9］，有关重金属对海滨木槿种子萌发和幼苗生长影
响的研究未见报道。因此，笔者研究了不同 Cd2 +浓度下海
滨木槿种子萌发及幼苗的生长状况，旨在探索重金属对植物
的毒害和植物对重金属的耐性机理，以期为海滨重金属污染
植物修复的造林技术、育苗技术及合理播种量的确定提供科
学依据。
1 材料与方法
1． 1 材料 海滨木槿种子于 2009 年 12 月采集于浙江省舟
山定海海滨，存放于 4 ℃冰箱中，2010 年 4 月播种。试验时
选取籽粒饱满、质地均匀的种子，先用浓硫酸溶液浸泡 15
min，再用清水冲洗干净，然后用 3%次氯酸钠消毒 10 min，最
后用无菌水清洗 3次，备用。
1． 2 方法
1． 2． 1 种子千粒重、净度及优良度的测定。采用百粒法测
定千粒重［10］。从纯净种子中随机选取 100 粒种子，3 次重
复，计算平均值、标准差及变异系数，得出种子千粒重。采用
同样方法可计算种子净度及优良度，计算公式如下:
种子净度( % ) = ( 参试种子重量 －杂质重量) /参试种
子重量 ×100
种子优良度( % ) =优良种子数 /供检种子数 ×100
1． 2． 2 种子生活力的测定。分别采用 TTC( 2，3，5-氯化三苯
基四氮唑) 和红墨水染色法测定海滨木槿种子的生活力［11］，
设 3次重复，每次重复 100粒种子。
1． 2． 3 不同 Cd2 +浓度下种子发芽率的测定。将处理过的种
子置于铺有 3 层滤纸的无菌培养皿内，分别用含 Cd2 + 0
( CK) 、0． 5、1、5、10、25 和 50 mg /L的 1 /4Hoagland 营养液培
养，在光照培养箱内进行萌发试验。培养条件为:温度 28 ℃
( 昼) /25 ℃ ( 夜) ，光周期 12 h /12 h。种子萌发过程中每隔
24 h观测记录种子萌发情况，以胚根露出种皮 0． 2 cm 长作
为种子萌发的标志，计算种子发芽率和发芽势［12］:
发芽率( % ) =正常发芽种子数 /供试种子数 ×100
发芽势( % ) =正常到达高峰时正常发芽种子数 /供试种
子数 ×100
1． 2． 4 不同 Cd2 +浓度下种子胚根的测定。以胚根露出种皮
0． 2 cm长作为开始测定的标准，选取不同 Cd2 +浓度下具有
代表性的种子，每隔 1天对其胚根长度进行测定。
2 结果与分析
2． 1 海滨木槿种子千粒重、净度及优良度 海滨木槿种子
净度的均值为 96． 36%，优良度为 96． 67%，表明海滨木槿种
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39( 8) : 4591 － 4593 责任编辑 杨莹莹 责任校对 傅真治
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.08.017
子杂质所占的比例很小。有生命杂质为废种子和活种子中
的幼虫，平均值仅为 0． 043 g;无生命杂质为果实碎壳、种子
碎屑等，平均值仅为 0． 009 g。海滨木槿种子千粒重的平均
值为 16． 13 g。种子的重量指标可以用来了解种子的质
量［13］。海滨木槿种皮坚硬，种胚组织紧密，比其他木槿属植
物种子大，可以储藏更多的物质，为种子萌发提供充足的营
养物质和能量，为幼苗提供充足的资源，最大可能地用于生
长，尽量争夺和占据空间，在种间竞争中处于优势地位［12］。
海滨木槿对于海滨沿海地区播种造林意义重大，在海滨生态
环境修复方面有广泛的应用前景。
2． 2 海滨木槿种子生活力 由图 1 可知，TTC 法和红墨水
法测定的有生活力种子百分数分别为97． 3%和98． 3%，无生
活力的种子所占比例很小，说明海滨木槿发育良好的种子比
率较高，这是海滨木槿种子繁殖容易成功的一个主要原因。
这种 2种方法有生活力种子的比率( 高于对照组的发芽率
93． 67% ) ( 图 2) 。可见，用 TTC和红墨水染色法可以很好地
估计海滨木槿种子的生活力。
图 1 海滨木槿种子生活力的测定
Fig． 1 The seed viability of H． hamabo Sieb．
2． 3 Cd2 +浓度对海滨木槿种子萌发的影响 由图 2 可见，
随着 Cd2 +胁迫浓度的增加，海滨木槿种子的发芽率、发芽势
呈出先上升而后降低趋势，0、0． 5、1、5 和 10 mg /L Cd2 +处理
的种子发芽率分别为 93． 67%、94． 60%、94． 00%、87． 66%和
85． 34%，发芽势分别为 39． 33%、43． 66%、43． 66%、38． 66%
和 36． 33%。Cd2 +浓度为 0． 5 mg /L时，种子发芽率和发芽势
却高于对照，说明低浓度 Cd2 +胁迫对海滨木槿种子萌发具
有促进作用。Cd2 +浓度为 5、10 mg /L时，发芽率和发芽势开
始下降，但下降幅度较小，10 mg /L Cd2 + 浓度比 0． 5 mg /L
Cd2 +浓度的发芽率和发芽势分别下降了 9． 83%和 16． 70%。
Cd2 +浓度为 25、50 mg /L 时，发芽率和发芽势明显下降，50
mg /L Cd2 +浓度比 0． 5 mg /L Cd2 +浓度的发芽率和发芽势分
别下降了 30． 85%和54． 34%，说明海滨木槿种子萌发对低浓
度 Cd2 +胁迫是不敏感的，高浓度 Cd2 +对海滨木槿种子萌发
是具有抑制作用的。
2． 4 Cd2 +浓度对海滨木槿幼根生长的影响 不同的 Cd2 +
浓度对海滨木槿幼苗主根长影响极其显著 ( 图 3 ) 。不同
Cd2 +浓度胁迫下，海滨木槿幼苗主根长差异很大，随着 Cd2 +
浓度的升高，海滨木槿主根长度逐渐降低，各 Cd2 +处理与对
照组差异显著( P ＜ 0． 05) 。Cd2 +浓度为 50 mg /L时，主根长
度最小( 0． 867 cm) 。说明高浓度的 Cd2 +能明显抑制海滨木
槿种子根的伸长生长。
图 2 不同 Cd2 +浓度对海滨木槿种子发芽率和发芽势的影响
Fig． 2 Effect of different concentration of Cd2 + on the germina-
tion rate and germinating energy of H． hamabo Sieb．
由图4可知，不同浓度 Cd2 +对海滨木槿幼苗生物量的影
响与主根长相似，即随着 Cd2 +胁迫浓度的增加，海滨木槿根
生物量明显降低，各 Cd2 + 处理与对照组差异显著 ( P ＜
0． 05) ，Cd2 +浓度为 50 mg /L时根生物量最小( 0． 142 g) 。
图 3 不同 Cd2 +浓度下海滨木槿主根长度的变化
Fig． 3 Changes of taproot length of H． hamabo Sieb． under dif-
ferent concentration of Cd2 +
图 4 不同 Cd2 +浓度下海滨木槿根生物量的变化
Fig． 4 Changes of root biomass of H． hamabo Sieb． under dif-
ferent concentration of Cd2 + ．
3 结论与讨论
( 1) 金属 Cd 无毒性，但 Cd 的化合物毒性极大，而且属
于积蓄型。Cd2 +可以破坏叶绿素，从而降低光合作用，还能
使花粉败育，影响植物生长、发育和繁殖［19］。另外，Cd2 +还
可诱导根系产生逆境乙烯，并向地上部传输，对细胞有很强
的伤害作用［20 －21］。该研究表明，Cd2 +浓度为 0． 5 mg /L 时，
海滨木槿种子的发芽率、发芽势明显高于对照，这说明低浓
度 Cd2 +能够促进种子萌发，这与李湘君等的研究结果一
致［22］。Patra等［14］认为，低浓度重金属对植物有积极的“刺
激作用”，但这种刺激作用受到浓度的限制。曹德菊等认为，
2954 安徽农业科学 2011 年
低浓度 Cd2 +表现出来的促进作用可能与促进细胞分裂、刺
激 RNA和蛋白质合成酶等酶的活性以及诱导 SOD、CAT、
POD活性上升有关［15，18］。但是，高浓度 Cd2 +却明显抑制海
滨木槿种子的萌发，这主要是由于高浓度 Cd2 +诱导了种子
休眠，抑制种子萌发，同时渗透到种子内部，对种子也产生毒
害作用。
( 2) 试验表明，随着 Cd2 +浓度的增加，海滨木槿根的伸
长量逐渐降低，说明 Cd2 +对根的伸长具有明显的抑制作用，
这与前人的研究结果是一致的［16 －17］。这说明 Cd2 +污染明显
抑制根的伸长，影响了海滨木槿根的正常生长发育，其原因
是 Cd2 +是植物体生长的非必需元素，也是毒性较大的诱变
剂，Cd2 +进入植物体后大多数积累在根的生长部位，主要破
坏细胞内染色体和核仁，随着体内 Cd2 +浓度的增加，对染色
体和核仁的破坏加剧，最后导致海滨木槿根伸长受到抑制，
严重影响了种子发芽［23］。
( 3) 低浓度的 Cd2 +对海滨木槿种子萌发的影响较小，高
浓度的 Cd2 +对海滨木槿种子萌发影响较大，而且 Cd2 +对海
滨木槿种子发芽的抑制效应远小于对根伸长和生物量的抑
制效应，这与前人的研究是一致的［24］。此外，海滨木槿根伸
长抑制率与 Cd2 +浓度表现出极好的正相关( R2 = 0． 92) ，而
出芽抑制率与 Cd2 +浓度相关性较差( R2 = 0． 82) ，这可能与
Cd2 +的作用点及种子结构有关［23 －24］。
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135 －139．
(上接第 4590 页)
平。在空间分布上，诱集带田瓢虫生态位宽度( B = 0． 687 3)
大于麦蚜生态位宽度( B =0． 617 3) ，而自然麦田瓢虫生态位
宽度( B =0． 447 3) 则小于麦蚜生态位宽度( B = 0． 607 3) 。
说明诱集带麦田瓢虫复合种群控制麦蚜作用高于自然麦田，
瓢虫发生峰期前移，与麦蚜峰期相吻合，其数量增加、生态位
宽度扩大，提高了控制麦蚜作用。
2． 5． 3 设置陪作春玉米带，增加瓢虫转移贮存量。在 4 月
中下旬，麦田畦埂上点播春玉米，为麦田瓢虫转移秋田( 玉
米) 提供食料，贮存瓢源。瓢虫大量集中在春玉米心叶内，随
着气温升高，瓢虫数量不断增加，至 6月中旬，每株的瓢虫数
量达 2． 2 ～7． 2头，最高达 32． 5 头。而同期夏播玉米田仅有
0． 001 5 ～0． 825 0头 /株。随着夏玉米生长，春玉米带上的瓢
虫分散转移至夏玉米苗上，控制玉米蚜等害虫。一般年份在
7月中下旬为夏玉米田发生盛期，由于瓢虫数量增加，发生盛
期拉长，有效地控制了玉米害虫。
2． 5． 4 配置秋菜园保护瓢虫越冬。在油菜诱集带、陪作春
玉米带大田附近，设置 0． 10 ～ 0． 15 倍面积的秋菜园，加以
保护从夏玉米田迁入的瓢虫种群。9 月中下旬 ～ 10 月中下
旬一般年份秋菜园瓢虫密度可达 10 ～ 13 头 /m2，高者可达
100头 /m2 以上。之后，大量瓢虫迁往麦田或油菜上越冬。
3 结论
山西有丰富的瓢虫资源，是粮、棉、林果、菜等害虫的重
要天敌，通过监测分析种群动态，具有良好的控制能力。在
粮田生态系统中，实施林网带、诱集带、陪作带、秋菜园的“三
带一园”保护措施，实现保护瓢虫的产卵、早春虫源、夏季转
移、越冬的良好效应。
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395439卷 8期 崔大练等 Cd2 +对海滨木槿种子萌发及根伸长抑制效应的研究