免费文献传递   相关文献

不同土壤条件对蕹菜典型品种种子萌发和生长的影响



全 文 :不同土壤条件对蕹菜典型品种
种子萌发和生长的影响
龚玉莲
(广东第二师范学院 生物系,广东 广州510303)
摘要:通过盆栽试验,研究了不同土壤条件对4个蕹菜Cd积累典型品种的种子萌发和生长特
性的影响.结果显示品种和土壤对发芽率、株高和生物量的效应均极显著(P<0.01).各品种种子
平均发芽率依次为T308>QLB>GDB>QLQ,各土壤上依次为F>A>E>C>D>B.各品种第一
茬平均株高依次为T308>QLB>GDB>QLQ;第二茬依次为T308>GDB>QLB>QLQ.各土壤
第一茬平均株高依次为D>A>E>B>C>F,第二茬依次为A>B>C>E>D>F.各品种平均生
物量依次为GDB>T308>QLB>QLQ.各土壤上平均生物量依次为A>C>E>B>D>F.结果表
明蕹菜Cd积累典型品种的发芽和生长在不同土壤上呈现一定的稳定性,相关分析表明其生长特
性与土壤EC、速效P、有效Pb含量等土壤因子相关.
关键词:蕹菜典型品种;土壤;发芽率;株高;生物量
中图分类号:Q 89 文献标识码:A 文章编号:1007-8754(2011)05-0063-06
收稿日期:2011-07-14
基金项目:国家自然科学基金资助项目(20877104)
作者简介:龚玉莲,女,湖南常德人,广东第二师范学院生物系副教授,生态学博士.
  土壤重金属污染已成为世界性的重大环境问题.全球每年释放到环境中的有毒重金属据估计高达数百
万吨[1].镉(cadmium,Cd)是对人体毒性最强的重金属元素之一.许多研究表明我国农业土壤Cd等重金属
污染比较严重[2-4].土壤重金属污染必然威胁农产品的安全.Cd的食入量主要来源于蔬菜,蔬菜中的重金属
对人体健康的潜在危害较大[5].我国菜地等农业土壤和蔬菜等农作物的重金属污染状况不容乐观,Cd污染
风险较突出.广州市29种市售叶用蔬菜重金属污染状况调查结果显示叶菜Cd超标率为26.1%[6].
基于农业土壤重金属污染的现状及我国人口多、农业生产压力大的现实,在大量关于植物吸收积累重
金属具有显著品种间差异的研究基础上,筛选、培育和利用可食部分重金属低量积累农作物品种(polution-
safe cultivar,PSC,即在一定的受污染土壤中种植时,其食用部位污染物含量能够达到安全食用标准的农作
物品种)策略日益受到重视并已成为食品安全保障领域的研究热点,为降低土壤源重金属污染食物链的风
险提供了有效手段[7-10].
蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk.)是我国南方常见叶用蔬菜.我们的前期研究表明蕹菜受Cd污染的风
险较高[8,11],并筛选得到了可食部分(茎叶)Cd低量积累(Cd-PSC)和高量积累(non-Cd-PSC)的典型品
种[12].蕹菜典型品种的Cd积累特性是由遗传决定的、不受土壤因素的控制,且低Cd特性与Cd的亚细胞分
第31卷 第5期 广 东 第 二 师 范 学 院 学 报 Vol.31 No.5
2011年10月 Journal of Guangdong University of Education  Oct.2011
布、基因表达差异有关[11-14].对不同Cd污染水平下蕹菜典型品种的生长特性已有研究[15],但对于在不同土
壤条件下其种子萌发和生长特性的研究不多[11].本文通过盆栽试验,研究了不同土壤条件对4个蕹菜Cd积
累典型品种的种子萌发和生长特性的影响,为研究和利用蕹菜典型品种提供理论依据.
1 材料与方法
1.1 供试蕹菜品种
采用前期试验筛选得到并经过验证的4个蕹菜Cd积累典型品种:QLQ、QLB、GDB和T308.其中QLQ
和QLB为可食部分(茎叶)Cd低量积累品种(Cd-PSC),GDB和T308为高量积累品种(non-Cd-PSC),两类
品种的茎叶Cd含量平均差异超过3倍[12].
1.2 供试土壤
供试土壤均为菜地土壤,取自广东省鹤山市的6个地点,理化性质和重金属含量见表1.根据我国食用农产
品产地环境评价标准(HJ332-2006),蔬菜地土壤中Cd含量最大限值为0.3mg·kg-1,Pb为50mg·kg-1.
因此,土壤A为Cd、Pb复合污染,土壤E为Pb污染土壤.土壤理化分析采用常规方法[16].
表1 供试土壤性质
土壤A 土壤B 土壤C 土壤D 土壤E 土壤F
pH  6.84b 6.10c 7.30a 6.25c 6.04c 5.39d
EC(ds/m) 55.3ab  58.7a 50.3ab  37.0b 39.3b 13.3c
有机质(g/kg) 26.7b 26.7b 38.3a 25.3b 25.8b 26.3b
全N(g/kg) 1.61a 1.17c 1.58ab  1.19c 1.52b 1.37c
速效P(mg/kg) 458.1a 251.8c 400.1b 418.6b 475.8a 19.6d
速效K(mg/kg) 131.7b 45.2c 179.0a 45.1c 43.2c 39.1c
全Cd(mg/kg) 0.55a 0.24b 0.15c 0.15c 0.15c 0.083d
DTPA-Cd(mg/kg) 0.108a 0.050b 0.049b 0.031c 0.017c 0.030c
全Pb(mg/kg) 58.11a 22.25d 25.34d 43.79b 61.83a 33.03c
DTPA-Pb(mg/kg) 0.659de  0.779d 1.567b 1.182c 0.406e 3.657a
注:同行不同小写字母表示不同土壤间差异显著(P<0.05)
1.3 试验设计
采用盆栽试验.每个花盆(15cm直径 ×20cm高)装3kg土.选用6个土壤(A~F),4个品种,每个处
理重复3次,共72盆,随机区组设计.播种7d后统计发芽率.待幼苗长出3片真叶后间苗,每盆保留3株.
每天浇水以保持土壤湿润.30d后测定株高;收获第一茬茎叶,测定干重.50d后再次测定株高;收获第二
茬茎叶和根,测定干重.生物量为两茬茎叶和根干重的总和.
1.4 数据处理及分析方法
采用SPSS11.0统计软件的双因素方差分析(Two-way ANOVA)、LSD检验及相关分析等方法进行数
据分析.
·46·  广东第二师范学院学报 第31卷
2 结果与讨论
2.1 发芽率
不同土壤条件下蕹菜Cd积累典型品种种子发芽率见表2.方差分析结果表明土壤对蕹菜典型品种种子
发芽率的效应极显著,品种的效应亦为极显著(P<0.01).各品种种子平均发芽率依次为T308>QLB>
GDB>QLQ,T308的发芽率始终最高.各品种种子发芽率的排序在不同土壤上相似,呈现出一定的稳定
性.各土壤上平均发芽率依次为F>A>E>C>D>B,土壤F上的发芽率始终最高.
表2 不同土壤上蕹菜Cd积累典型品种种子的发芽率(%,mean±SD,n=25)
品种 土壤A 土壤B 土壤C 土壤D 土壤E 土壤F
QLQ  70.0±2.8b 77.1±1.3a 68.3±2.9b 74.2±4.4b 79.2±2.0a 81.7±3.8b
QLB  91.4±4.1a 74.6±2.8a 87.8±5.4a 62.7±2.0b 90.5±8.3a 96.7±2.9a
GDB  89.6±7.4a 69.9±5.5a 65.9±3.3b 73.3±4.3b 80.2±2.1a 98.3±1.5a
T308  100.0±0.0a 80.0±5.0a 96.7±2.9a 93.3±5.8a 93.3±2.9a 100.0±0.0a
平均值 87.7AB  75.4B 79.7AB  75.9B 85.8AB  94.2A
注:同列不同小写字母表示同一土壤不同品种间差异显著(P<0.05);同行不同大写字母表示不同土壤间差异显著(P<0.05)
2.2 株高
不同土壤条件下蕹菜Cd积累典型品种的株高见表3.品种对两茬株高的效应均为极显著,土壤对两茬
株高的效应也均为极显著(P<0.01).
各品种第一茬平均株高依次为T308>QLB>GDB>QLQ;第二茬与第一茬相似,依次为T308>GDB
>QLB>QLQ;且两茬株高极显著正相关(r=0.443,n=216,P<0.01),这与前人的研究结果相似[15].表
明供试蕹菜典型品种株高在不同土壤上表现出一定的稳定性.T308的株高总是最高,其中土壤A、C、D和
E的第一茬及土壤D的第二茬株高均显著高于其他品种(P<0.05).QLQ的株高总是最低,其中土壤B的
第二茬株高显著低于其他品种(P<0.05).各土壤第一茬平均株高依次为D>A>E>B>C>F,第二茬依
次为A>B>C>E>D>F.土壤F上的株高总是最低.
表3 不同土壤下蕹菜Cd积累典型品种的株高(cm,mean±SD,n=9)
品种 土壤A 土壤B 土壤C 土壤D 土壤E 土壤F
       第一茬
QLQ  21.1±0.6b 20.9±0.8c 21.5±1.0b 23.1±1.2b 24.4±1.3b 14.5±1.6b
QLB  29.4±4.3b 36.7±10.1ab  23.9±1.1b 27.1±0.9b 30.8±2.0b 20.2±4.7ab
GDB  28.2±1.4b 27.5±3.6bc  24.8±2.4b 25.3±1.9b  27.0±1.4b 24.5±2.4a
T308  55.2±10.9a 41.7±8.1a 36.4±4.3a 66.7±14.4a 51.7±11.0a 26.2±3.4a
平均值 33.5A 31.7A 26.7A 35.6A 33.5A 21.4A
       第二茬
QLQ  17.6±0.9c 15.5±1.0b 14.8±0.7b 15.2±0.8b 15.5±2.2c 8.9±1.5a
QLB  27.2±4.3bc  29.8±6.8a 21.9±1.4b 18.2±1.2b  23.3±1.3bc  19.1±1.3a
GDB  36.2±8.2ab  32.9±8.7a 32.8±6.4a 23.8±1.8b  28.0±5.3ab  20.5±2.6a
T308  47.1±7.9a 38.7±7.7a 36.4±7.0a 33.7±8.8a  33.6±7.2a 20.6±3.0a
平均值 32.0A 29.2AB  26.5AB  22.7AB  25.1AB  17.3B
注:同列不同小写字母表示同一土壤不同品种间差异显著(P<0.05);同行不同大写字母表示不同土壤间差异显著(P<0.05)
·56·2011年第5期        龚玉莲:不同土壤条件对蕹菜典型品种种子萌发和生长的影响           
2.3 生物量
不同土壤条件下蕹菜Cd积累典型品种的生物量见表4.方差分析结果显示品种和土壤对生物量的效
应均为极显著(P<0.01).各品种平均生物量依次为GDB>T308>QLB>QLQ.QLQ的生物量总是最低,
而且除了土壤D外,其余土壤上均显著低于其他品种(P<0.05).这与前人的研究结果相似[11,15],表明蕹
菜Cd积累典型品种生物量具有一定的稳定性.各土壤上平均生物量依次为A>C>E>B>D>F.与株高
的表现一样,土壤F上的生物量也总是最低.
表4 不同土壤下蕹菜Cd积累典型品种的生物量(干重g/plant,mean±SD,n=9)
品种 土壤A 土壤B 土壤C 土壤D 土壤E土壤F
QLQ  1.69±0.08c 1.44±0.19b 1.50±0.03c 1.60±0.08b 1.36±0.11b 0.58±0.02b
QLB  2.10±0.06b 2.39±0.24a 2.15±0.07b 1.78±0.01b 2.43±0.08a 1.09±0.03a
GDB  2.73±0.15a 2.71±0.04a 2.79±0.05a 2.32±0.07a 2.74±0.12a 1.39±0.17a
T308  2.79±0.10a 2.33±0.04a 2.67±0.15a 2.37±0.02a 2.48±0.16a 1.04±0.09a
平均值 2.33A 2.22A 2.28A 2.02A 2.25A 1.025B
注:同列不同小写字母表示同一土壤不同品种间差异显著(P<0.05);同行不同大写字母表示不同土壤间差异显著(P<0.05)
2.4 发芽率、株高、生物量与土壤因子的关系
相关分析结果见表5.发芽率与各土壤因子的相关性均未达到显著水平(P>0.05).其中与土壤EC的
负相关接近显著水平.丁生祥等也报道随着土壤盐分的增加,种子发芽率下降 [17].
株高与土壤 EC极显著正相关(P<0.01),与速效P和全镉含量的正相关也接近显著水平;但与
DTPA-Pb含量显著负相关(P<0.05).生物量与土壤EC和速效P显著正相关(P<0.05),而与DTPA-Pb
含量极显著负相关(P<0.01).赵勇等报道土壤EC与冬小麦产量的关系呈现先增加再下降的曲线关系,
表明在一定范围内土壤EC与产量为正相关关系[18].吴克宁等报道施磷提高了冬小麦的株高和产量,且磷
肥的该效应与光合作用效率的提高有关[19].一些研究表明土壤轻度Cd污染不但不抑制反而促进植物的生
长[7,15],土壤Pb尤其是有效Pb抑制植物生长[20],这可能是株高与土壤Cd正相关(接近显著水平)、而与
Pb负相关的原因.
土壤F的EC、速效P含量显著低于其他土壤,而DTPA-Pb含量显著高于其他土壤(P<0.05)(表1),
这可能是导致土壤F上的发芽率最高而株高和生物量最低的原因.
表5 蕹菜Cd积累典型品种发芽率、株高、生物量与土壤因子的相关分析(n=6)
pH  EC 有机质 全N 速效P 速效K  Cd  DTPA-Cd  Pb  DTPA-Pb
发芽率 -0.396 -0.623 -0.200  0.506 -0.421 -0.059  0.067  0.087  0.364  0.558
第一茬株高 0.271  0.578 -0.371 -0.147  0.802 -0.112  0.435  0.190  0.532 -0.889*
第二茬株高 0.668  0.953** 0.150  0.294  0.637  0.487  0.805  0.730  0.177 -0.801
生物量 0.739  0.905* 0.257  0.256  0.883* 0.447  0.494  0.373  0.248 -0.938**
注:*表示显著相关(P<0.05);**表示极显著相关(P<0.01)
·66·  广东第二师范学院学报 第31卷
3 结论
品种对发芽率、株高和生物量的效应均极显著,土壤的效应亦均极显著(P<0.01).结果表明蕹菜Cd
积累典型品种的发芽和生长在不同土壤上呈现一定的稳定性,且其生长特性与土壤EC、速效P、有效Pb含
量等土壤因子相关.
参考文献:
[1]NRIAGU J O,PACYNA J M.Quantitative assessment of worldwide contamination of air,water and
soils by trace metals[J].Nature,1988,333:134-139.
[2]陈玉娟,温琰茂,柴世伟.珠江三角洲农业土壤重金属含量特征研究[J].环境科学研究,2005,18(3):
75-77,87.
[3]赵中秋,朱永官,蔡运龙.镉在土壤-植物系统中的迁移转化及其影响因素[J].生态环境,2005,14
(2):282-286.
[4]朱永官,陈保冬,林爱军,等.珠江三角洲地区土壤重金属污染控制与修复研究的若干思考[J].环境
科学学报,2005,25(12):1575-1579.
[5]郭朝晖,宋杰,陈彩,等.有色矿业区耕作土壤、蔬菜和大米中重金属污染[J].生态环境,2007,16
(4):1144-1148.
[6]周轶慧.苋菜对重金属Cd、Pb积累的基因型差异及其机理研究[D].中山大学博士学位论文,2010:16
-38.
[7]YU H,WANG J L,FANG W,et al.Cadmium accumulation in different rice cultivars and screening
for polutionsafe cultivars of rice[J].Science of the total environment,2006,370:302-309.
[8]WANG J L,FANG W,YANG Z Y,et al.Inter-and intra-specific variations of Cd accumulation of 13
leafy vegetable species grown in Cd Contaminated Soils[J].J Agr Food Chemistry,2007,55:9118-
9123.
[9]ZHU Y,YU H,WANG J L,et al.Heavy metal accumulations of 24asparagus bean cultivars grown
in soil contaminated with Cd alone and with multiple metals(Cd,Pb,and Zn)[J].J Agric Food
Chem,2007,55:1045-1052.
[10]GRANT C A,CLARKE J M,DUGUID S,et al.Selection and breeding of plant cultivars to
minimize cadmium accumulation[J].Science of the total environment,2008,390:301-310.
[11]GONG Y L,YUAN J G,YANG Z Y,et al.Cadmium and lead accumulation by typical cultivars of
water spinach as responding to different soil conditions[J].Fresen Environ Bul,2010,19(2):190
-197.
[12]WANG J L,YUAN J G,YANG Z Y,et al.Variation in cadmium accumulation among 30cultivars
and cadmium subcelular distribution in 2selected cultivars of water spinach (Ipomoea aquatica
Forsk.)[J].J Agric Food Chem,2009,57:8942-8949.
[13]HUANG B F,XIN J L,YANG Z Y,et al.Suppression subtractive hybridization(SSH)-based
method for estimating Cd-induced differences in gene expression at cultivar level and identification of
genes induced by Cd in two water spinach cultivars[J].J Agric Food Chem,2009,57:8950-8962.
[14]XIN J L,HUANG B F,YANG Z Y,et al.Responses of different water spinach cultivars and their
hybrid to Cd,Pb and Cd-Pb exposures[J].Journal of Hazardous Materials,2010,175:468-476.
·76·2011年第5期        龚玉莲:不同土壤条件对蕹菜典型品种种子萌发和生长的影响           
[15]王俊丽.叶用蔬菜对Cd胁迫响应的种间和品种间差异及其机理研究 [D].中山大学博士学位论文,
2006:56-80.
[16]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2005:30-106.
[17]丁生祥,张福翔,金元峰.土壤盐分对牧草及饲料作物种子发芽率的影响[J].安徽农业科学,2008,
36(21):8997-8998.
[18]赵勇,李民赞,张峻宁.冬小麦土壤电导率与其产量的相关性[J].农业工程学报,2009,25(增刊2):
34-37.
[19]吴克宁,赵彦锋,吕巧灵,等.潮土区灌浆水和施磷对冬小麦光合作用和产量的影响[J].植物营养与
肥料学报,2002,8(4):428-434.
[20]李波,魏成熙,曾昭蝉.重金属Pb对薤白生长发育的影响及其重金属积累特征[J].贵州农业科学,
2010,38(2):59-61.
Effects of Different Soils on Seed Germination and
Growth of the Typical Cultivars of Water Spinach
GONG Yu-lian
(Department of Biology,Guangdong University of Education,
Guangzhou,Guangdong,510303,P.R,China)
Abstract:A pot experiment was conducted to investigate the effects of different soils on seed
germination and growth of the four typical cultivars with different Cd accumulation of water spinach.Two-
ANOVA results showed that the effects of cultivars on germination rate,height and biomass were al
significant,and those of soils were also significant(P<0.01).Average germination rates among cultivars
were T308>QLB>GDB>QLQ,and those among soils were F>A>E>C>D>B.Average heights in the
first harvest among cultivars were T308>QLB>GDB>QLQ,and those in the second harvest were T308
>GDB> QLB> QLQ.Average heights in the first harvest among soils were D>A>E>B>C>F,and
those in the second cultivars were A>B>C>E>D>F.Average biomasses among cultivars were GDB>
T308>QLB>QLQ,and those among soils were A>C>E>B>D>F.The results indicated that seed
germination and growth of the typical cultivars of water spinach were stable under different soils,and
correlation analysis showed that the growth was associated with soil EC,available P and available Pb
concentrations.
Key words:typical cultivars of water spinach;soil;germination rate;height;biomass
·86·  广东第二师范学院学报 第31卷