全 文 ：收稿日期:2010-10-19
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;教师 ,实验师 ,主要从事水
土保持与生态恢复研究工作;E-mail:hycdl@ 163.com。
通讯作者:马玉心 ,教授;E-mail:donghai8883@ 163.com。
Zn2+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:探讨 Zn2+对海滨木槿种子萌发及根伸长抑制效应对在污染严重的海滨栽种海滨木槿及海滨重金属污染植物修复
具有重要意义。测定了不同 Zn2+浓度梯度下的海滨木槿种子发芽率 、发芽势及根的伸长量和生物量变化 , 结果表明 , 较
低浓度的 Zn2+能够促进海滨木槿种子萌发 ,但是海滨木槿种子萌发对高浓度 Zn2+不敏感 ,只有 Zn2+的浓度为 400mg/g
时才对种子萌发表现出抑制作用。 Zn2+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
Zn2+胁迫浓度的升高 , 海滨木槿根的伸长量及生物量明显降低 , 海滨木槿根伸长抑制率与 Zn2+的浓度有极好的正相
关性。
关键词: Zn2+;海滨木槿;种子萌发;抑制效应
中图分类号: S722.1+4 文献标志码: A 文章编号: 1101-4705(2011)02-0045-04
StudyonInhibitionEfectofZinconSeedGerminationandRootElongation
ofHibiscushamaboSieb.etZucc.
CUIDa-lian, MAYu-xin, YUXing-wei, WENGMi-na
(MarineScienceColege, ZhejiangOceanUniversityZhoushan, Zhejiang316000, China)
Abstract::ItisimportanttostudytheinhibitionefectofZinconseedgerminationandrootelongationof
H.hamaboSiebforplantingH.hamaboSieb.ontheheavilypolutionofcoastandphytoremediationtoheavy
metalpolutionSoil.Thechangesofseedgerminationrate, germinatingenergy, rootelongationandtotalbio-
massofH.hamaboSiebweredeterminedindiferentconcentrationofZinc.TheresultsshowedthatZn2 +of
lowerconcentrationcouldpromotetheseedgerminationofH.hamaboSieb.butitwasinsensitivetotheZn2 +
concentrationrised, andshowedinhibitionalefectattheZn2+concentrationincreased400 mg/g.Inhibition
efectofZinconseedgerminationratewasmuchlesscomparedwiththatoftherootelongationandtotalbio-
mass.WiththeincreasingofZn2 +concentration, therootelongationandbiomassobviouslydecreased.There
wasapositiverelationbetweentheinhibitoryrateonrootelongationandZn2+ofconcentration.
Keywords: Zn2+;HibiscushamaboSieb.etZucc.;seedgermination;Inhibitoryefect
滨海湿地在净化污水 、保护海岸线和控制侵蚀 、保
护生物多样性中发挥了重要作用。由于滨海湿地的特
殊地理位置和作用 ,世界各国在开发利用海洋资源的
同时 ,对受污染滨海湿地的保护研究工作也日益重视。
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 ,其重金属含量仍处于
超标状态 [ 3] (农业部国家环保总局 , 2004)。 Tawach
Prechthai等分析了城市固体废弃物 ,结果表明 Zn2+的
含量最高 ,且 Zn2+随渗滤液迁移的能力也比较强 ,因
此 ,固体废弃物中的 Zn2+很容易随渗滤液迁移 ,引起
水体的重金属污染 [ 4] 。Zn2+是一种植物的微量元素 ,
但当 Zn2+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 (HibiscushamaboSieb.etZucc.)系锦葵
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] 。海滨木槿寿命长 ,
根系发达 ,耐盐碱 、耐海水淹侵 、抗海风并耐干旱瘠薄 ,
在海水浅泼或被海潮间歇性浸淹仍生长 ,是沿海防浪
护堤林的首选树种。也是岩石裸露的瘠薄山地营造水
保林的良好树种 [ 8] 。
迄今为止 ,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] ,尚未见重金
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研究报告 崔大练 等:Zn2+对海滨木槿种子萌发及根伸长抑制效应的研究
属对海滨木槿种子萌发和幼苗生长影响的系统报道。
本试验研究了海滨木槿在不同浓度 Zn2+重金属污染
条件下的种子萌发及生长状况的变化 ,旨在探索重金
属对植物毒害和植物对重金属耐性机理 ,以期为海滨
重金属污染植物修复造林技术和育苗技术 、确定合理
播种量提供科学依据 。
1 材料与方法
海滨木槿种子 2009年 12月采集于浙江省舟山定
海 ,存放于 4℃冰箱备用。试验时选取籽粒饱满 、质地
均匀的供试种子 ,先用浓硫酸溶液浸泡 15min,进行种
子消毒 ,再用清水冲洗干净 。播种前用浓硫酸浸泡 14
min,用自来水冲洗 4 ～ 5次 ,然后用浓度 3%次氯酸钠
消毒 10min,最后用无菌水清洗 3次 ,备用 。
1.1 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粒种子为 1组 ,共取 3组 ,即为 3个重复 ,计
算平均值 、标准差及变异系数 ,得出种子千粒重 。然后
再从纯净种子中 ,分别随机选取 100粒种子为 1组 ,设
3个重复 ,计算净度及优良度 。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 种子生活力测定
采用 TTC(2, 3, 5-氯化三苯基四氮唑)染色法测定
海滨木槿种子的生活力[ 11] 。检验设 3个重复 ,每个重
复 100粒种子 ,先把浓硫酸处理好的种子在 25℃培养
箱中培养 1d,然后将种子一分为二分别取胚在 25℃
条件下用 TTC染色 4 h,根据种胚的着色程度和部位
测定种子的生活力。测定结果与用同一种批为实验材
料的发芽试验结果比较。
1.3 不同 Zn2 +浓度下海滨木槿种子的萌发
1.3.1 不同 Zn2+浓度下海滨木槿种子的萌发率测定
将浓硫酸处理过的种子置于无菌的铺有 3层滤纸
的培养皿内 ,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。
对照用 1 /4Hoagland营养液培养 ,重金属处理材料用
分别含 Zn2+的 1 /4Hoagland营养液培养 ,通过预实验
证明当 Zn2 +浓度 450 ～ 500 mg/L时种子不能萌发。
因此 ,本实验确定 Zn2+的 7个浓度为 0、25、50、100、
150、200mg/L和 400mg/L。种子萌发过程中 24h观
测记录 1次种子的萌发情况 ,以胚根露出种皮 0.2cm
长作为种子萌发的标志。
1.3.2 不同 Zn2+浓度下海滨木槿种子的胚根测定
以胚根露出种皮 0.2cm长作为开始测定的标准 ,
取每个浓度下具有代表性的种子为样本 ,隔一天对其
胚根长度进行测定 。发芽率和发芽势计算公式如
下 [ 12] :
发芽率(%)=正常发芽种子粒数 /试验种子总粒
数 ×100%;
发芽势(%)=正常到达高峰时正常发芽种子粒
数 /试验种子总粒数 ×100%。
2 结果与分析
2.1 种子千粒重 、净度及优良度的测定
由表 1可知 ,海滨木槿种子的净度为 96.36%,优
良度为 96.67%。种子净度及优良度是判断种子质量
的重要指标 ,是进行种子分级和确定播种量的重要依
据 ,在农业生产中有重要的意义。海滨木槿种子杂质
所占的比例很小 。其中废种子多为小粒 、瘦秕种子及
虫蛀粒和空粒。有生命杂质为废种子和活的种子幼
虫 ,无生命杂质为果实的碎壳 、种子碎屑等 。种子的重
量指标可以衡量种子的质量[ 13] 。海滨木槿种子的千
粒重为 16.13g。海滨木槿种皮坚硬 ,种胚组织紧密 ,
相对于其它木槿属植物种子大 ,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 ,保证幼苗能
够有充足的资源 ,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 [ 12] 。
表 1 种子的千粒重 、净度的测定
净度测定 千粒重测定
好种子 废种子 有生命杂质
无生命
杂质
比例
(%) Ⅰ Ⅱ
第 1组 96 3 0.048 0.022 5 0.954 16.08 16.07
第 2组 98 2 0.031 0.003 0.969 16.11 16.18
第 3组 96 4 0.049 0.002 0.968 16.15 16.2
平均值 96.67 3 0.043 0.009 0.964 16.11 16.15
2.2 种子生活力
由表 2可知 , TTC法测定有生活力的种子分别为
95.7%,另外从测定的结果看 ,发现无生活力的种子占
的比例很小。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。
对照组种子平均萌发率为 93.67% ±3.51%(图 1),与
对照相比 ,这种方法高于对照组的发芽率 。可以认为 ,
用 TTC染色法可以很好地估计海滨木槿种子的生
活力。
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第 30卷 第 1期 2011年 2月 种 子 (Seed) Vol.30 No.2 Feb. 2011
表 2 海滨木槿种子生活力测定
第 1组 第 2组 第 3组 总计 比例(%)
TTC 有生活力 96 96 95 287 0.957
无生活力 4 4 5 13 0.043
红墨水 有生活力 98 97 98 293 0.977
无生活力 2 3 2 7 0.023
2.3 不同 Zn2 +浓度对海滨木槿种子萌发和幼苗生长
的影响
2.3.1 不同 Zn2+浓度对海滨木槿种子萌发的影响
如图 1、2所示 ,不同的重金属浓度对最终的发芽
率具有极显著的影响(F=12.89 , df=6, p≈0
0.004)。随着 Zn2+胁迫浓度的增加海滨木槿种子的
发芽率 、发芽势呈降低趋势 , 100、150、200 mg/L的种
子发芽率分别为 87.00%±1.73%, 85.33% ±1.15%
和 84.66% ±4.04%。发芽势为 36.33% ±2.51%,
34.76%±3.51%和 28.33%±3.51%, 400mg/L种子
发芽率 、发芽势最低 , 分别为 66.00% ±2.61%、
21.0%±2.3%。重金属离子 Zn2 +对海滨木槿种子萌
发是具有抑制作用的 。但是 ,当 Zn2+浓度为 25mg/L
时 ,发芽率和发芽势却高于对照 ,说明低浓度 Zn2+胁
迫对海滨木槿种子萌发具有促进作用。从图 1,图 2
可看出 , Zn2 +浓度从 25mg/L到 200mg/L发芽率降低
很小 ,而且种子的发芽时间一直延续到第 13天(图 1),
图 1 不同 Zn2+浓度下海滨木槿种子的发芽过程
图 2 不同 Zn2+浓度对海滨木槿种子发芽率
和发芽势的影响
但是当 Zn2+浓度为 400mg/L时 ,发芽率和发芽势明
显下降 ,而且当胁迫到第 8天时种子发芽率明显降低
(如图 1)。说明低浓度的重金属胁迫对海滨木槿种子
萌发不敏感 ,只有重金属离子浓度大于一定数值后才
会显著抑制海滨木槿种子的萌发。
从实验中可以看出 ,一定浓度的重金属 Zn2+对海
滨木槿种子发芽率 、发芽势都有一定的抑制作用。发
芽初期 ,低浓度 Zn2+刺激种子萌发 ,随着溶液中 Zn2+
的浓度增高 ,海滨木槿种子发芽受到明显的抑制 ,与对
照相比差异显著 , 这与李淑艳的研究结果是一致
的 [ 14] 。
2.3.2 不同 Zn2+浓度对海滨木槿幼苗根生长的影响
图 3 不同 Zn2+浓度下海滨木槿根的伸长量变化
图 4 不同 Zn2+浓度下海滨木槿种子根的生物量变化
如图 3、4所示 ,不同的重金属浓度对海滨木槿幼
苗主根长和生物量的积累影响极其显著(前者 F=
28.225, df=6, p≈0, 后者 F=222.939, df=6, p≈
0.004)。由图 3可知 ,在不同的重金属浓度培养条件
下 ,海滨木槿幼苗主根生长差异很大 。对照组 ,主根长
度达到(3.37±0.15)cm,与 25mg/L时的 (2.87.2±
0.46)cm差异不大(p=0.136),但是与 50 mg/L的
(2.36±0.29)cm,差异达到显著水平(p=0.002)。随
着浓度的升高 ,海滨木槿主根长度逐渐降低。说明高
浓度的重金属离子 Zn2+能明显抑制海滨木槿种子根
的伸长生长 。由图 4可知 ,不同浓度的重金属 Zn2+对
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研究报告 崔大练 等:Zn2+对海滨木槿种子萌发及根伸长抑制效应的研究
海滨木槿幼苗生物量的影响与对主根生长的影响规律
相似。 25mg/L下的生物量最大 ,为(0.196±0.002)
g,略高于对照 ,但与对照组的生物量(0.189±0.001)
g)差异不大(p=0.030)。
3 结论与讨论
Zn2+为 25 mg/L时 ,发芽率 、发芽势明显高于对
照 ,说明低浓度的 Zn2+能够促进种子萌发 ,与李德明
等研究结果一致 [ 15] 。这主要是由于 Zn2+为微量元素
之一 ,是多种酶的活化剂 ,低浓度的 Zn2+能够打破种
子的休眠 , 促进植物细胞的呼吸 [ 16] ,提高种子的活
力 [ 17] 。能够提高多种酶的活性 ,如过氧化氢酶 、超氧
化物岐化酶(SOD)的活性 [ 18] 。但是高浓度的 Zn2+却
明显抑制种子的萌发 ,这主要是由于高浓度的 Zn2+诱
导了种子休眠 ,抑制种子萌发 ,同时高浓度的 Zn2+渗
透到种子内部 ,对种子也产生毒害作用。
随着 Zn2+浓度的增加 ,海滨木槿根的伸长量逐渐
降低 ,说明 Zn2+对根的伸长具有明显的抑制作用 ,这
与邵邻相等 [ 19] ,束文圣等[ 20]的研究结果一致 。这主
要是由于 Zn2+增加了细胞膜透性 ,使细胞膜的膜脂过
氧化产物(MDA)含量增加 ,从而使细胞受到破坏 [ 21] 。
低浓度的 Zn2+对海滨木槿种子萌发的影响较小。
从实验中发现 ,当 Zn2+浓度为 200mg/L时 ,相对于对
照发芽率 、发芽势降低了 9.6%、 24.8%。高浓度的
Zn2+对海滨木槿种子萌发影响较大 ,当 Zn2+浓度为
400mg/L时 ,海滨木槿种子发芽率发芽势相对于对照
降低了 29.5%、44.3%。Zn2+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 。结果
与前人的研究是一致的 [ 22, 23] 。如当 Zn2+浓度为 200
mg/L时 ,根伸长的抑制率为 59.4%,而对种子出芽的
抑制率为 24.79%。此外 ,由图 3的相关性分析可见 ,
海滨木槿根伸长抑制率与 Zn2+的浓度有极好的相关
性(R2 =0.92),而出芽抑制率与重金属浓度之间相关
性较差(R2 =0.82),这很可能与种子发芽和根伸长的
生长过程有关。种子发芽过程除了受外界环境影响
外 ,还可从胚内得到养分供应 ,因此 ,土壤污染对种子
发芽的毒害作用在一定浓度范围内仅表现为部分抑
制 ,只有土壤严重污染 ,种子发芽才能完全被抑制。而
根从一开始就完全暴露于土壤中 ,其生长和发育全过
程受土壤条件的影响较大 ,因此 ,根对土壤污染的反应
更敏感 。
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