全 文 ：收稿日期:2008-11-17
基金项目:中国林业科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金项目
作者简介:白瑞琴(1967-),女 ,山西原平人 ,副教授 ,博士 ,主要从事观赏植物栽培和生理方面的教学和研究。
通讯作者:孙振元(1964-),男 ,河北献县人 ,研究员 ,博士 ,主要从事园林植物生理 、生态方面的研究。
重金属镉胁迫对蜀葵 、二月蓝种子萌发
和幼苗生长的毒害效应研究
白瑞琴1 ,晁公平1 ,孙 华1 ,樊明寿1 ,孙振元2
(1.内蒙古农业大学 农学院 ,内蒙古呼和浩特 010019;2.中国林科院 林业研究所 ,北京 100091)
摘要:重金属镉是环境中最普遍和危害性较强的重金属 , 其首先会对植物种子萌发和幼苗生长产生伤害。以镉
为试验胁迫因子 ,采用发芽试验研究重金属镉对蜀葵 、二月蓝种子萌芽及幼苗生长的毒害效应。结果表明:镉处理液
对蜀葵种子发芽率 、发芽势无影响 , 但高浓度镉处理液却显著降低二月蓝种子的发芽率和发芽势。 低浓度镉对蜀葵 、
二月蓝种子发芽指数 、活力指数和幼苗长度没有影响 , 随镉浓度的升高 , 蜀葵 、二月蓝种子发芽指数 、活力指数和幼苗
长度都显著降低 ,具有明显的浓度效应。高浓度镉对蜀葵 、二月蓝萌发后幼苗形态建成有明显的抑制作用。 镉对二
月蓝种子萌发的毒害较蜀葵严重。
关键词:镉;蜀葵;二月蓝;萌发;生长;重金属;胁迫;毒害
中图分类号:Q949.757.3;Q949.748.3 文献标识码:A 文章编号:1000-7091(2009)02-0134-05
Toxicity of Cadmium on the Seed Germination and Growth of
Althaea rosea and Orychophragmus violace
BAI Rui-qin1 ,CHAO Gong-ping1 , SUN Hua1 , FAN Ming-shou1 ,SUN Zhen-yuan2
(1.Agronomy College , Inner Mongolia Agricultural University ,Huhhot 010019 ,China;
2.Forestry Research Institute ,China Academy of Forestry ,Beijing 100091 ,China)
Abstract:Cadmium behaves as a harmful and commonly existed heavy metal in the environment , therefore it may do
harm to the seed germination and seedling growth of plants.By using cadmium as experimental stress factor , germination
test was conducted for observing changes in germination and seedlings growth of Althaea rosea and Orychophragmus vio-
lace after treated by cadmium aqueous solution.The results show that cadmium treatment has no effect on germination rate
and germination vigor of Althaea rosea seeds ,while the cadmium with concentration higher than 20 mg/L apparently affect
the germination rate and germination vigor of Orychophragmus violace seeds.Cadmium with low-concentration has no in-
fluence on the germination index , vigor index and seedling length of Althaea rosea and Orychophragmus violace while cad-
mium with high concentration inhibit the germination index , vigor index and seedling length of these two species ,with sig-
nificant difference in contrast with that of control.The toxic effect is closely concentration depended.Althaea rosea and
Orychophragmus violace in the seedling stage are more sensitive to cadmium with higher concentration.Cadmium is more
toxic to Orychophragmus violace than to Althaea rosea.
Key words:Cadmium;Althaea rosea;Orychophragmus violace ;Germination;Growth;Heavy metal;Stress;Toxicity
随着全球经济化的迅速发展 ,重金属污染已成
为重要的环境问题 ,含重金属的污染物以各种途径
进入土壤 ,造成土壤重金属污染[ 1-4] 。重金属能够
对植物造成最为严重的环境胁迫 ,有时比农药的毒
性还要高几倍 ,而且这种毒性会随着时间的推移而
加剧[ 5] 。植物中积累的重金属还可通过食物链进入
人体 ,给人类健康带来潜在危害[ 6 ,7] 。由于重金属
污染毒理机制和生物效应的复杂性 ,对于重金属污
染的研究 ,一直是当前学术界的热点研究课题。镉
是环境中最普遍和危害性较强的重金属[ 8-10] ,而我
国农田土壤 、城市土壤均在不同程度上受到了镉的
污染 。对以种子为主要繁殖方式的植物 ,重金属首
华北农学报·2009 , 24(2):134-138
先会伤害在种子萌发和幼苗生长阶段上 。种子萌发
时期的生长状况直接影响作物以后的生长 。因此 ,
研究种子在萌发阶段受重金属污染的影响显得尤为
重要 。研究表明 , 重金属 Cd 对小麦 、玉米的发芽
率 、幼苗生长 、根的伸长均有抑制作用[ 11-13] 。目
前 ,关于镉对园林植物种子萌发和幼苗生理生态作
用的研究尚不多见(对蜀葵与二月蓝的研究还未见
报道)。蜀葵(Althaea rosea)、二月蓝(Orychophragmus
violace)分别为锦葵科 、十字花科多年生和二年生草
本地被植物 ,它们不仅能够创造良好的观赏效果 ,而
且对自然环境具有很强的适应能力和生存能力 ,耐
粗放管理 ,适合大面积种植 。因此 ,本研究蜀葵 、二
月蓝种子为试验材料 ,探讨镉胁迫对其种子萌发和
幼苗生长的影响 ,为镉矿冶区 、尾矿区 、土壤镉污染
地区进行植被复垦和环境修复提供依据 。
1 材料和方法
1.1 试验材料
蜀葵 、二月蓝种子分别从赤峰塞诺园艺中心和
北京克劳沃种业公司购买 。
1.2 试验方法
1.2.1 试验时间及地点 本试验于 2007年 3-7
月在中国林科院林研所完成。
1.2.2 种子发芽试验 精选籽粒饱满的蜀葵 、二月
蓝种子各 750粒 ,用纱布包裹 ,棉线绑扎 ,置于 3%
高锰酸钾溶液内消毒 20 min ,将消毒过后的种子先
用自来水冲洗数次 ,再用蒸馏水反复冲洗数次 ,以洗
去表面残留的高锰酸钾溶液 ,最后用滤纸将水吸
干[ 14] 。选取直径为 9 cm 的硬质玻璃培养皿 ,皿内
以无灰定性滤纸为发芽床 ,将配好的重金属溶液置
于培养皿中 , 至滤纸饱和为止。镉采用分析纯
3CdSO4·8H2O配制 ,其浓度梯度(以纯镉计)为 0 ,10 ,
20 ,50 ,100 mg/L ,设 0 mg/L为对照组。每个培养皿
分别均匀放入 50粒蜀葵或二月蓝种子 ,每个处理设
置3个重复[ 15] 。置于 24℃遮光的人工气候箱内培
养 ,每日补充重金属溶液至滤纸饱和(维持发芽的湿
度及重金属浓度)。记录每天的种子萌发数(按胚根
与种子等长 ,就认为种子已经发芽)与苗长度[ 16] 。
1.3 分析方法
种子发芽指数和活力指数的计算公式如下:
蜀葵:发芽率=7 d内供试种子的发芽数/供试
种子数×100%;发芽势=3 d内供试种子的发芽数/
供试种子数×100%;发芽指数(GI)=Gt/Dt ,式中
Gt为在 t日的发芽数 , Dt为发芽天数[ 15] ;活力指数
(VI)=GI×S ,式中GI为发芽指数 ,S为芽的长度+
根的长度[ 1] ;二月蓝:发芽率=13 d内供试种子的发
芽数/供试种子数×100%;发芽势=5 d内供试种子
的发芽数/供试种子数 ×100%;发芽指数(GI)=
Gt/Dt ,式中Gt为在 t日的发芽数 ,Dt为发芽天数;
活力指数(VI)=GI×S ,式中 GI为发芽指数 ,S为芽
的长度+根的长度 。
统计分析:运用SPSS13.0软件 ,将所测得的数据
进行方差分析(显著水平 P <0.05)。运用Excel2003
绘图。
2 结果与分析
2.1 镉胁迫对蜀葵 、二月蓝发芽率与发芽势的影响
Cd胁迫对蜀葵种子发芽率的影响见图 1 ,经显
著性检验 ,除 50 mg/L镉处理外 ,其他处理发芽率与
对照均无明显差异 ,说明在此浓度范围内 ,Cd 胁迫
对其发芽率没有影响 。与对照相比 ,各个 Cd 胁迫
处理的发芽势没有显著差异 ,即 Cd 胁迫也没有影
响其发芽势(图2)。
相同字母表示差异不显著 ,不相同字母表示差异显著 ,
显著性水平 P <0.05,下同。
Same smal l letters indicate no signif icant difference , different
small letters indicate significant diff erence(P <0.05).Same as below .
图 1 不同 Cd处理蜀葵发芽率
Fig.1 The germination rate of Althaea rosea
seeds treated with cadmium
图 2 不同 Cd处理蜀葵发芽势
Fig.2 The germination vigor of Althaea rosea
seeds treated with cadmium
由图 3可知 ,Cd胁迫下二月蓝种子发芽率随Cd
处理浓度的增加呈下降趋势 。当 Cd 浓度为 10
mg/L 时 ,发芽率与对照相比没有显著差异 ,说明低
浓度 Cd 对二月蓝发芽无明显的抑制作用。当 Cd
2期 白瑞琴等:重金属镉胁迫对蜀葵 、 二月蓝种子萌发和幼苗生长的毒害效应研究 135
浓度提高到 20 mg/L 后 ,发芽率与对照相比差异显
著 ,分别从对照的 39.33%降至 20 mg/L 处理的
24.67%, 50 mg/L 处理的 29.33%和 100 mg/L 处理
的23.33%。表现出明显的抑制作用 。
Cd胁迫影响下 ,二月蓝种子发芽势总体呈下降
趋势(图 4), Cd浓度为 10 mg/L 和 20 mg/L 时的发
芽势与对照相比均没有显著差异 ,而当 Cd浓度升
高后 ,二月蓝发芽势分别从对照的 27.33%降至 50
mg/L 的16.67%和 100 mg/L 的 14.67%,差异显著 。
说明随着浓度升高 , Cd对种子伤害增大 ,种子发芽
力将会减弱。
图 3 不同 Cd处理二月蓝发芽率
Fig.3 The germination rate of Orychophragmus
violace treated with cadmium
图 4 不同 Cd处理二月蓝发芽势
Fig.4 The germination vigor of Orychophragmus
violace treated with cadmium
2.2 镉胁迫下蜀葵 、二月蓝发芽指数与活力指数
由图 5看出:随 Cd浓度的增加 ,蜀葵发芽指数
分别从对照的 73.63 降到 70.97 , 61.59 , 59.79和
68.14 ,但是对照与处理之间以及各处理之间差异不
显著 ,说明在此浓度范围内 ,Cd 对蜀葵发芽指数没
有影响。当Cd浓度为 10 mg/L时 ,处理后二月蓝的
发芽指数与对照相比无显著差异(图 6);而当 Cd浓
度高于 20 mg/L 后 ,二月蓝的发芽指数随着处理浓
度的增加而显著下降 ,说明种子活力逐渐降低 。
由图 7可知 ,在 Cd胁迫下 ,蜀葵活力指数随浓
度的增加而呈下降趋势:当Cd浓度为 10 mg/L 和20
mg/L 时 ,与对照相比无显著差异;而当 Cd浓度升高
到 50 , 100 mg/L 时 , 蜀葵活力指数从 369.57降至
152.43和 157.26 ,显著低于对照 ,说明 Cd胁迫影响
蜀葵活力指数 ,使蜀葵品质趋劣。
图 5 不同 Cd处理蜀葵发芽指数
Fig.5 The germination index of Althaea
rosea treated with cadmium
图 6 不同 Cd处理二月蓝发芽指数
Fig.6 The germination index of Orychophragmus
violace treated with cadmium
图 7 不同 Cd处理蜀葵活力指数
Fig.7 The vigor index of Althaea
rosea treated with cadmium
图 8表明 ,随Cd浓度的增加 ,二月蓝活力指数
呈下降趋势。低浓度(10 mg/L)时 , 活力指数降至
30.91 ,但与对照相比并无明显差异;当 Cd浓度继续
升高 ,活力指数不断下降 ,并显著低于对照 。
2.3 镉胁迫下蜀葵 、二月蓝幼苗长度
蜀葵种子萌发 7 d后 ,测量蜀葵的苗长度 ,结果
如图 9。随着溶液中Cd浓度的不断增加 ,蜀葵幼苗
的长度逐渐减小 。经显著性检验 ,当溶液中 Cd 的
136 华 北 农 学 报 24卷
浓度为20 mg/L 时 ,与对照相比 ,蜀葵幼苗长度分别
从4.8 cm降至3.7 cm ,受到明显的抑制 。随 Cd浓
度的增加 ,幼苗受害加重 ,生长受阻 ,当 Cd浓度为
50 ,100 mg/L 时处理后的幼苗几乎不伸长 ,也无侧
根 ,幼苗变褐明显增加 ,浓度越高受害越严重 ,甚至
死亡(图 10)。
图 8 不同 Cd处理二月蓝活力指数
Fig.8 The vigor index of orychophragmus violace
treated with cadmium
图 9 不同 Cd处理蜀葵幼苗长度
Fig.9 The seedling length of Althaea
rosea treated with cadmium
图 10 Cd胁迫对蜀葵幼苗生长的形态学影响
Fig.10 Morphological toxicity of Cd to
Althaea rosea seedlings
二月蓝种子萌发 13 d后 ,测量二月蓝的幼苗长
度(图 11)。低浓度 Cd(10 mg/L)对幼苗长度没有影
响。随着溶液中 Cd浓度的不断增加 ,二月蓝幼苗
长度逐渐减小。经显著性检验 ,当溶液 Cd 浓度为
20 mg/L 时 ,与对照相比 ,二月蓝幼苗长度分别从
1.3 cm 降至 1.0 cm ,受到镉的明显抑制。从形态学
角度看 ,随 Cd浓度的增加 ,幼苗受害加重。Cd浓度
增加到 20 ,50 ,100 mg/L时幼苗生长受阻 ,根几乎不
伸长 ,侧根量减少或无侧根的生长。有的整株幼苗
几乎全部变褐 ,生长停滞 ,严重时甚至死亡(图 12)。
图 11 不同 Cd处理二月蓝幼苗长度
Fig.11 The seedling length of Orychophragmus
violace treated with cadmium
图 12 Cd胁迫对二月蓝幼苗生长的形态学影响
Fig.12 Morphological toxicity of Cd to
Orychophragmus violace seedlings
3 讨论
探讨不同浓度的镉对蜀葵 、二月蓝种子萌发和
生长的影响 ,结果表明:镉对蜀葵种子发芽率与发芽
势均无影响;对二月蓝种子萌发的影响受控于镉浓
度的大小 ,较低浓度的镉对二月蓝种子萌发无影响 ,
随着镉浓度的增加 ,抑制作用也逐渐增强 ,二月蓝种
子发芽率与发芽势逐渐降低 。随镉浓度的升高 ,蜀
葵 、二月蓝种子发芽指数 、活力指数和幼苗长度都显
著降低 ,具有明显的浓度效应 。发芽指数与活力指
数可以反映重金属对蜀葵 、二月蓝种子萌发的胁迫
情况 ,发芽指数与活力呈正相关。可见 ,高浓度镉造
成了蜀葵 、二月蓝生长种子活力的下降 。
不同浓度镉对蜀葵 、二月蓝萌发的影响不同:镉
对二月蓝种子萌发的毒害较蜀葵严重 ,这除了与两
种植物的遗传特性有关外 ,可能也与它们的种子结
构有关:蜀葵种皮厚而且粗糙 ,对重金属具有一定的
抵抗能力;而二月蓝种皮薄 ,易受到重金属的毒害。
镉对蜀葵不同发育阶段的毒害效应也不同 。由
结果可以看出 ,蜀葵种子萌发阶段没有受到镉的明
显毒害 ,而种子萌发后幼苗形态建成阶段受毒害较
重 ,镉浓度高于 20 mg/L时就发生明显的毒害效应。
综合以上结果:虽然蜀葵 、二月蓝适应能力强 ,
2期 白瑞琴等:重金属镉胁迫对蜀葵 、 二月蓝种子萌发和幼苗生长的毒害效应研究 137
对重金属镉有一定的抗性 ,但是把它们运用于含镉
矿区 、尾矿区 、土壤污染地的植被恢复和植物修复
时 ,仍然需要考虑镉对其种子萌发和幼苗生长的毒
害作用 ,关于土壤栽培条件下镉对蜀葵 、二月蓝种子
萌发和幼苗生长的影响 ,有待于进一步研究。
致谢:特别感谢中国林业科学研究院林业研究所孙振元
研究员 、韩蕾副研究员 、巨关升副研究员的无私奉献和大力
帮助 ,感谢内蒙古农业大学樊明寿教授的关怀和指导。
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