全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
重金属对土壤中小麦种子发芽与根伸长
抑制的生态毒性 关
宋玉芳卜
‘
周启星 , 许华夏‘ 任丽萍‘ 龚 平 ,
’中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程开放研究实验室 , 沈阳
加拿大国家研究院生物技术研究所 , 奎北克
【摘要 】测定了 种土坡 红壤 、草甸棕壤 、暗棕壤和栗钙土 条件下 , 、 、 和 单一污染对小麦种
子发芽与根伸长抑制率及其复合污染效应 暗棕壤条件下 结果表明 , 同一浓度下 , 重金属对小麦根伸长
抑制率均明显大于对种子发芽抑制率 植物根对重金属污染的生态毒性比种子发芽敏感 土壤有机质和
土坡 含量与 、 、 和 污染对小麦根伸长抑制率显著负相关 寻服 , 轰一 , 土坡
和阳离子交换量与 、 、 和 污染对小麦根伸长抑制率的相关性不显著 略
,
玩 二
在单一污染对小麦根伸长为刺激作用浓度 较低浓度 或为抑制作用浓度下 较高浓度 , 复合污染均表现
为协同作用
关链词 土壤污染 重金属 种子发芽 根伸长 抑制率 复合污染
文章编号 一 一 一 中图分类号 文献标识码
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引 言
高等植物是生态系统中的基本组成部分一个
平衡 、稳定的生态系统可生产出健康 、优良的高等植
物 反之 , 一个不稳定或受到外来污染的生态系统 ,
可对高等植物的生长带来不利影响 因此 , 利用高等
植物的生长状况监测土壤污染程度 , 是从生态学角
度衡量土壤健康状况 , 评价土壤质量的重要方法之
一 , 〕近年来 , 有关这方面的研究受到了越来越多
的重视一些国际机构组织已先后将此方法作为评
价化学品生态风险的一项指标以监测 目标化学品的
生态毒性 , 并对非 目标污染物的潜在毒性进行评
价
· ’
目前已建立的高等植物毒理试骏方法有 种
根伸长试验 、种子发芽试验和早期植物幼苗生长试
验〔’
,
最初 , 这类试验主要用于杀虫剂及其它化学
品的毒性检验 , 但随着对土壤污染生态毒理学评价
需求的 日益增加 , 该方法的应用范围已扩展到对废
物倾倒点 、 土壤污染现场以及土壤生物修复过程的
生态毒理评价 一“ 关于土壤类型 、 土壤理化性质
如有机质 、 、 和土壤粘粒组成 与污染物的
毒性响应关系已受到研究者的关注 , 但这方面研
究报道甚少 本文选择我国具有代表性的 类典型
, 国家自然科学基金 和 国家重点基础研究发展规划项
目 和中国科学院“ 百人计划”资助项目
, , 通讯联系人
一 一 收稿 , 一 一 接受
应 用 生 态 学 报 卷
土壤 红壤 、草甸棕壤 、 暗棕壤和栗钙土 , 进行重金
属 、 、 、 污染对小麦种子发芽与根伸长抑
制率研究 通过植物发芽和根伸长受抑制程度 , 确定
、 、 和 在不 同类型土壤中的生物可利用
性 , 以及土壤性质 土壤类型 、 土壤有机质和土壤
与重金属污染的剂量一效应关系 , 为筛选具有土
壤污染指示作用的敏感指标提供科学依据
,
材料与方法
供试材料
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、
田‘
、 、份
·
均为分析纯 供试土壤均为 一 表土 红壤采自湖南省
表 供试土坡的理化性质
阮 卜 触 灿 件 刻
长沙市郊区红壤区 草甸棕壤采 自中国科学院沈阳生态实验
站 , 暗棕壤采 自黑龙江省齐齐哈尔市郊区 栗钙土采自内蒙
古霍林河尽天煤矿区 小麦 另公众砚 流切才 购 自辽宁省
农业科学院种子站 土壤理化性质见表
试验方法
预备试验 称取 风干土坡于 直径的玻璃
培养皿中 , 将以几何级数配制的重金属溶液均匀地加人培养
皿中 , 用去离子水调节土壤含水量至最大持水量的 , 并
将其置于恒温培养箱中 ℃下平衡 后 , 将小麦种子均
匀播种于土壤中 放置种子时 , 保持种子胚根末端和生长方
向呈一直线 , 盖好玻璃培养皿 , 置于恒温培养箱中 ℃暗
处培养 对照种子发芽率 本实验小麦发芽率
、根长度 时实验结束 确定种子发芽和根伸长抑
土坡类型
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栗钙土 ,
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制率达 和 的浓度区间后 , 开始正式试验
正式试验 根据预备实验结果 , 在种子发芽和根伸长
抑制浓度 达 和 抑制率范围内 , 设置至少 个不
同处理浓度 , 每个处理为 粒种子 , 实验设 个重复 , 在与
预备试验相同的温度和水分条件下 , 进行种子发芽与根伸长
培养试验 当对照种子发芽率 “ 本实验小麦发芽率
、根长度 时实验结束 测定各处理浓度土壤的种
子发芽和根伸长长度平均值及标准偏差 试验测定处理和对
照土壤中重金属浓度和背景值 试验终止时侧定各处理和对
照的根长长度和发芽率 根长的测定以胚轴与根之间的过渡
点开始 , 计算根长度和发芽率的平均值 , 标准偏差 并以浓
度一抑制率绘制曲线 , 进行回归分析 , 计算 和
的浓度
重金属测定方法 重金属全量采用 一 】
常温常压提取一 光谱分析法 , 可溶性重金属采用
一 几 提取一从 法川
结果与讨论
、 、 和 单一污染对小麦种子发芽与
根伸长抑制率影响比较
由图 可见 , 同一浓度的 、 、 、 对小麦
种子发芽的抑制率远小于对根伸长的抑制率 小麦
根伸长对土壤重金属污染敏感 例如 , 当土壤 浓
度 总量 为
· 一 ‘时 , 根伸长抑制率达 ,
而出芽抑制率仅为 土壤 浓度 ’
一 ’时 , 根伸长抑制率为 , 而 出芽抑制率仅为
土壤 浓度 ’ 一 ’时 , 根伸长抑制率
达 , 出芽抑制率仅 同样有 的根伸长抑
制率浓度
·
吨 一 ’, 出芽抑制率仅 此外 ,
由小麦发芽与根伸长抑制率与重金属浓度相关性分
析可见 , 根伸长抑制率与 、 、 和 浓度的相
关性 、 、 、 普遍好于与发芽
抑制率的相关性 、 、 、 这可
能与种子发芽和根生长过程有关 种子发芽过程受
胚内养分供应 因此 , 土壤污染对种子发芽的毒害作
用被部分掩盖 , 很可能是造成种子发芽对重金属污
染不敏感的原因之一 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控制 , 因
此 , 根对土壤污染的反应更直接 、 敏感 这一结果与
的研究结果相似 他在进行 污染土壤对黑
麦草种子发芽和幼苗生长实验中发现 , 当 浓度
·
吨 一 ‘时 , 黑麦草种子发芽率仍可达 , 而
浓度
· 一 ’时 , 就有 幼苗死
种土壤中 、 、 、 单一污染对小麦根
伸长抑制率影响比较
由图 可见 , 种土壤中 、 、 、 污染对
小麦根伸长抑制率与各重金属浓度均呈明显线性关
系 相关系数均在 以上 但土壤类型不同重金
属对小麦根伸长的抑制作用显著不同 按根伸长抑
制率大小排序 , 种土壤中 、 、 、 对小麦根
伸长抑制率顺序依次为 红壤 草甸棕壤 栗钙土
期 宋玉芳等 重金属对土壤中小麦种子发芽与根伸长抑制的生态毒性
扩 众
扩
土壤理化性质与重金属污染对小麦根伸长抑
制率的相关性分析
土壤理化性质对化学品生态毒性有影响 , 〕
但究竟哪些土壤性质与重金属抑制作用的关系最明
显 为此 , 分别以根伸长抑制浓度 对土壤理化
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圈 草甸棕壤中 、 、 、 污染对小麦种子发芽与根伸长抑制
率影响
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根伸长 咯 , 种子发芽 跳
暗棕壤 由图 可见 , 当 为
· “ ‘时 , 对
红壤中小麦根伸长抑制率达 , 但对草甸棕壤 、
栗钙土和暗棕壤中小麦根伸长的抑制率分别仅为
、 和 由图 可见 , 当 为
·
一 ’时 , 红壤中小麦根伸长抑制率达 , 对草甸
棕壤 、 栗钙土和暗棕壤中小麦根伸长抑制率依次下
降为 、 和 同样 , 红壤中 污染对小麦
根伸长抑制 的浓度为
· 一 ’, 这一浓
度对 草 甸棕 壤 、 栗 钙 土 和 暗 棕壤 , 分 别相 当于
、 和 段 的浓度 图 种类型
土壤 污染与小麦根伸长抑制率的关系同样符合
上述规律 由图 可见 , 当 为
· 一 ’时 ,
对红壤中小麦根伸长抑制率达 对草甸棕壤 、
栗钙土和暗棕壤中小麦根伸长抑制率依次下降为
、 和 显然 , 由于土壤理化性质不同 , 重
金属的生物可利用浓度也发生变化 这一变化通过
植物生长过程明显反映出来
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图 不同土集中 、 、 和 污染对小麦根伸长抑制率的影响
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红城 , 草甸棕城 洲 , 妞 皿 栗钙
土 , 坛, 暗棕坡 压 卜
性质 有机质 、土壤 含量 、 土壤 和阳离子交换
量 进行相关性分析 结果表明 , 土壤有机质和土壤
含量与小麦根伸长抑 制率具有极好相关性 图
这与龚平等 的报道一致 他在研究土壤矿物
油污染对高等植物种子发芽抑制率的影响时发现 ,
土壤有机质和养分含量与种子发芽抑制率明显相
关 有关土壤理化性质对污染物有效性的影响 已广
应 用 生 态 学 报 卷
为所知 , 为此 实验指南中特别推荐使用人造
土壤进行有关生物试验 , 其目的是消除土壤性质 土
壤 与重金属生态毒性的相关性如何 本实验结
果表明土壤 和阳离子交换量与重金属污染对小
麦根伸长抑制率具有相关性 , 但相关关系不及前两
者明显 。 , 凡 。
、 、 、 单一 复合污染条件下小麦根
伸长抑制率
由表 可见 , 同样浓度下 , 重金属复合污染对小
麦根伸长主要表现为协同作用 无论是 、 、 、
单一污染对小麦根伸长产生刺激作用的浓度
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裹 草甸稼坡中 、 。、 抓 单一 复合污染对小麦根伸长抑制率
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圈 土坡有机质和总 含 与重金属污染土镶中小麦根伸长抑制
率相关性
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、 和 单一污染对根伸长的抑制率 石 , , 骊
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·
掩 一 ‘ , 或产生抑制作用
浓度时 , 复合污染均产生协同作用 重金属复
合污染的毒性作用增强 这一结果与 眠 等 的报道
相似 他在研究 、 助 、肠 、 两 两元素复合污染生态
毒性效应时发现复合污染多表现为协同作用
参考文献
结 论
以高等植物根伸长抑制率进行土壤污染生态
毒理效应研究 , 是从生态学角度衡量土壤健康质量
的重要方法之一 , 并对不同类型土壤中污染物生物
可利用性起明显指示作用 它可以对 目标及非 目标
污染物的潜在毒性进行综合评价 , 是对化学方法评
价土壤污染的重要补充
本研究选择 类典型土壤进行重金属 、 、
、 污染对小麦种子发芽与根伸长抑制率研究
通过根伸长受抑制程度与土壤类型 、 土壤有机质和
土壤 与重金属污染的剂量一效应关系 , 确定 了土
壤有机质和土壤 含量与重金属污染对小麦根伸
长抑制率生态毒性的显著相关关系
比较单一及复合污染条件下重金属的生态毒
性发现 , 复合污染的协同作用最低浓度为单一污染
的刺激作用浓度
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作者简介 宋玉芳 , 女 , 年生 , 博士 , 副研究员 , 主要从
事污染生态学研究 , 发表学术论文 余篇