全 文 ：书重金属锌胁迫对小扁豆种子萌发和幼苗生长的影响
李金霞，宋志蕾，张志鹏 (甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃兰州 730070)
摘要 ［目的］探究锌胁迫对小扁豆种子萌发和幼苗生长的作用。［方法］采用浓度分别为 0、20、50、100、200、400 mg /L的锌溶液处理小
扁豆种子，测定锌胁迫对小扁豆种子发芽和幼苗生长的影响。［结果］低浓度( 20 mg /L) 锌处理对小扁豆种子的发芽率、发芽势等有促
进作用; 超过一定浓度( ＞200 mg /L) 后，小扁豆种子的萌发受到抑制，随处理浓度的增加，小扁豆根长、芽长、根鲜重及芽鲜重均呈下降
趋势，锌胁迫对根长的抑制作用最大，对芽长的影响最小。随锌胁迫浓度的增加，小扁豆种子过氧化物酶活性和可溶性糖含量基本呈先
升高后降低的趋势，可溶性蛋白含量呈上升趋势。［结论］锌处理对小扁豆种子萌发具有低浓度下的促进效应和高浓度下的抑制效应，
随锌胁迫浓度的增加，小扁豆幼苗生长的抑制作用越强。
关键词 小扁豆;锌胁迫;种子萌发;幼苗生长
中图分类号 S330． 3 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611( 2015) 26 －001 －03
Effects of Zinc Stress on Seed Germination and Seedling Growth of Lens culinaris
LI Jin-xia，SONG Zhi-lei，ZHANG Zhi-peng ( College of Ｒesources and Environmental Sciences，Gansu Agricultural University，Lanzhou，
Gansu 730070)
Abstract ［Objective］The research aimed to investigate the effects of seed germination and seedling growth of Lens culinaris under zinc stress．
［Method］The seeds of Lens culinaris were soaked with different concentrations ( 0，20，50，100，200，400 mg /L) of zinc sulfate． The influence
of zinc stress on germination and seeding growth of Lens culinaris was determined． ［Ｒesult］Low concentration of zinc ( 20 mg /L) had a promo-
ting effect on seed germination of Lens culinaris． When the concentration of zinc was above 200 mg /L，the seed germination of Lens culinaris was
inhibited significantly． Zinc stress had the highest inhibitory effect on radicel growth and the the lowest inhibitory effect on germ growth． The ac-
tivities of POD and the contents of soluble sugar first increased and then decreased as the zinc concentration increased，while zinc stress increased
the contents of soluble protein． ［Conclusion］Zinc is capable of stimulating seed germination at lower concentrations，but reducing seed germina-
tion at higher concentrations． With the increase of concentration，the seeding growth of Lens culinaris was inhibited，and the inhibition enhanced
as the increase of zinc concentration．
Key words Lens culinaris; Zinc stress; Seed germination; Seedling growth
作者简介 李金霞( 1985 － ) ，女，甘肃天祝人，助教，硕士，从事生态学
方面的教学和科研工作。
收稿日期 2015-08-06
环境污染是当今世界重要生态问题之一。近年来，受自
然因素和人类活动的影响，我国农田土壤环境重金属污染情
况日益恶化，环境中重金属含量急剧增加。土壤重金属因制
约植物生长发育和影响农产品安全问题而成为人们关注的
焦点。锌作为植物生长所必需的微量营养元素，与多种酶的
合成、活性有关，在植物代谢过程中起着重要的作用。与此
同时，锌是环境污染的重金属元素。土壤中过量锌的存在会
对植物产生一定的毒害作用，轻则阻碍植物的生长和发育，
重则导致植物死亡［1 －2］。
种子萌发是植物生命周期的重要阶段，也是对外界环境
因子最敏感的时期之一［3］。种子萌发时期的生长状况直接
影响植物的生长量和生物产量。研究种子在萌发阶段受重
金属污染的影响更具有重要的现实意义［4］。小扁豆(Lens
culinaris)是耐旱性杂粮作物，多种在温带、亚热带和热带的
高海拔地区，分布广泛，且因小扁豆籽粒含丰富蛋白质、氨基
酸和维生素等，其需求量逐年增加，应用潜力较大［5 －7］。甘
肃地带狭长，自然环境和生境条件复杂，非常适合小扁豆的
种植。选取小扁豆这一常规种，笔者研究了重金属锌对其种
子萌发和幼苗生长的影响，以期得出不同浓度锌溶液对小扁
豆生命初期的生长及其体内的抗氧化酶活性的影响，旨在为
农业生产中早期预报重金属对作物的毒害效应，防止重金属
毒害的发生提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料 供试小扁豆种子购买于甘肃省农科院种子
市场。
1． 2 试验设计 将种子用浓度 70%酒精消毒 15 min，自来
水冲洗干净，并用蒸馏水冲洗 3 次以上，最后用滤纸吸干水
分备用。Zn以 ZnSO4·7H2O 的形式提供。处理液浓度梯度
设为 20、50、100、200、400 mg /L，以蒸馏水处理为对照(CK)。
每个浓度处理 3次重复。选取基本均匀一致、籽粒饱满的小
扁豆种子，整齐摆放在铺有双层滤纸的培养皿中，每皿 50
粒，用无菌注射器分别加入预先配好的处理液 5 ml 左右(以
滤纸饱和为基准) ，置于室内常温遮光条件下培养，每天加入
适量相应浓度的处理液以保持滤纸的湿润。
1． 3 发芽指标的测定 在种子培养期间，每天定时观察其
发芽、生长情况，并且记录种子发芽数，第 3 天统计发芽势，
培养 7 d后统计发芽率、发芽指数、活力指数及抑制指数［8］。
发芽势(GP)= Gt /T ×100% (1)
发芽率(GＲ)= Gt /T ×100% (2)
发芽指数(GI)=(Gt /Dt) (3)
式中，Dt 为发芽时间(d) ;Gt 为与 Dt 相对应的每天发芽种子
数;T为种子总数。
活力指数(VI)=发芽指数(GI)×根鲜重(g) (4)
抑制指数(ＲI)=(对照指标值 －处理指标值)/对照指
标值 (5)
在发芽试验结束后，从每个培养皿取 10株幼苗，测量根
长、芽长，同时称量根鲜重、芽鲜重，将根、芽去下装袋，置于
烘箱烘干后称其干重。
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2015，43(26) :1 － 3 责任编辑 刘月娟 责任校对 李岩
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2015.26.135
1． 4 生理指标的测定 过氧化物酶(POD)活性的测定采用
愈创木酚比色法［9］;可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝
G-250法［10］;可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法［11］。
1． 5 数据分析 利用 Excel 2007 和 SPSS19． 0 软件，对测得
数据进行统计分析。
2 结果与分析
2． 1 锌胁迫对小扁豆种子萌发的影响 由表 1 可知，随着
锌胁迫浓度的增加，小扁豆种子的发芽率、发芽势呈先升高
后降低的趋势，二者峰值均发生在 20 mg /L处理上。该处理
下发芽率、发芽势较 CK明显升高。此后，随着锌胁迫浓度的
增加，发芽率和发芽势持续下降。其中，在 20 mg /L 锌处理
下，发芽率显著高于 200和 400 mg /L锌处理。这说明低浓度
(20 mg /L)锌胁迫处理对小扁豆种子发芽具有促进作用，高
浓度(200、400 mg /L)锌胁迫处理对小扁豆种子发芽具有抑
制作用。各处理发芽指数均低于对照，且在 200、400 mg /L
处理下发芽指数与对照间差异显著。除 50 mg /L处理外，在
其他浓度处理下活力指数均与对照有显著性差异。
表 1 锌对小扁豆种子萌发特征的影响
锌浓度∥mg /L 发芽率∥% 发芽势∥% 发芽指数 活力指数
CK(0) 91． 00 ±2． 00 ab 91． 33 ±3． 06 a 92． 68 ±4． 64 a 3． 21 ±0． 16 a
20 97． 33 ±1． 15 a 94． 67 ±2． 31 a 90． 41 ±5． 51 ab 2． 16 ±0． 13 b
50 94． 67 ±3． 06 ab 93． 33 ±4． 16 a 82． 92 ±4． 34 abc 3． 25 ±0． 17 a
100 90． 67 ±5． 77 ab 90． 00 ±5． 29 a 84． 43 ±7． 48 abc 1． 97 ±0． 17 bc
200 88． 00 ±5． 2 9b 86． 67 ±4． 62 a 79． 86 ±5． 46 bc 2． 15 ±0． 14 b
400 86． 67 ±7． 02 b 86． 67 ±7． 02 a 74． 29 ±7． 47 c 1． 73 ±0． 17 c
注:同列不同小写字母表示差异在 0． 05水平显著(Duncan法)。
2． 2 锌胁迫对小扁豆幼苗生长的影响 由表 2 可知，随着
处理浓度的增大，小扁豆种子的根长、芽长、芽鲜重、芽干重、
根干重均有所下降，在 20 mg /L浓度处理下根鲜重较 CK有
所增大，在其他处理下根鲜重均减小。此外，根长随着处理
浓度增大呈现下降趋势。试验中，随着处理浓度的增大，根
的形态也发生明显的变化，根尖出现发黄、发黑的现象，处理
浓度越高则根的颜色越深，根毛越少。这说明种子的胚根对
锌更敏感。
2． 3 锌胁迫对各指标抑制指数的影响 由表 3 可知，当处
理浓度为 20 mg /L时，对发芽率、发芽势、芽长有促进作用，
当处理浓度为 50 mg /L时，对发芽率、发芽势、活力指数、根
鲜重、芽长均有促进作用;当浓度大于 50 mg /L时，促进作用
减弱，抑制作用逐渐增大，且随着处理浓度的不断增加，抑制
指数持续增长。抑制指数之和 Σ(ＲI)表示各指标受抑制的
程度，大小顺序为根长 ＞活力指数 ＞根鲜重 ＞发芽指数 ＞发
芽势 ＞发芽率 ＞芽长。这表明锌胁迫对根长的影响最大，对
芽长的影响最小。
表 2 不同浓度锌处理下小扁豆种子根长、芽长和干鲜重
锌浓度
mg /L
根长
cm
芽长
cm
根鲜重
g
芽鲜重
g
根干重
g
芽干重
g
CK(0) 4． 54 5． 50 0． 038 7 0． 037 1 0． 004 3 0． 003 3
20 3． 85 4． 81 0． 040 7 0． 033 7 0． 004 1 0． 002 9
50 2． 68 5． 41 0． 031 5 0． 034 5 0． 003 4 0． 003 2
100 1． 09 4． 95 0． 014 1 0． 028 6 0． 002 6 0． 003 3
200 0． 90 4． 12 0． 013 8 0． 023 9 0． 002 2 0． 002 7
400 0． 58 4． 25 0． 011 8 0． 024 4 0． 001 6 0． 002 6
表 3 锌胁迫下各指标的抑制指数
锌浓度
mg /L
发芽率 发芽势 发芽指数 活力指数 根鲜重 根长 芽长
CK(0) 0 0 0 0 0 0 0
20 －0． 057 9 －0． 036 6 0． 024 5 0． 327 1 0． 309 7 0． 051 3 －0． 059 7
50 －0． 029 0 －0． 021 9 0． 105 3 －0． 012 5 －0． 130 9 0． 250 0 －0． 057 8
100 0． 014 5 0． 014 6 0． 089 0 0． 386 3 0． 324 5 0． 328 1 －0． 132 9
200 0． 043 5 0． 051 0 0． 138 3 0． 330 2 0． 221 3 0． 388 4 －0． 258 2
400 0． 057 9 0． 051 0 0． 198 4 0． 461 1 0． 327 4 0． 582 6 －0． 154 1
Σ(ＲI) 0． 029 0 0． 058 1 0． 555 5 1． 492 2 1． 052 0 1． 600 4 －0． 662 7
注:ＲI =0表示没有抑制;ＲI ＜0表示有促进作用，绝对值越大表示促进作用越大;ＲI ＞0表示有抑制作用，值越大表示抑制作用越大。
2． 4 锌胁迫对小扁豆种子生理指标的影响
2． 4． 1 锌胁迫对小扁豆种子 POD 活性的影响。由图 1 可
知，随着锌处理浓度的增加，小扁豆种子的 POD活性基本呈
现先升高后降低的趋势，在 50 mg /L处理下活性达到最大，
之后随着处理浓度的增大，POD 活性逐渐下降。与 CK 相
比，400 mg /L处理下的酶活性显著下降。这说明低浓度的锌
处理破坏种子中活性氧代谢系统平衡，使得小扁豆通过增加
POD活性对外界的有害环境因子做出保护性反应，而随着胁
迫强度的增加，保护酶系统逐渐被抑制，导致 POD 活性
降低。
2． 4． 2 锌胁迫对小扁豆种子中可溶性蛋白含量的影响。由
图 2可知，随着锌胁迫浓度的不断增加，种子中可溶性蛋白
含量持续升高，在 400 mg /L处理下可溶性蛋白含量与对照
相比差异显著。可溶性蛋白是一类渗透调节物质，可以络合
重金属离子具有一定的解毒作用。可溶性蛋白质含量的提
高可增加细胞渗透浓度和功能蛋白的数量，有助于维持细胞
正常代谢［12］。所以，随着处理液浓度的升高，小扁豆种子中
可溶性蛋白含量会升高。
2． 4． 3 锌胁迫对小扁豆种子中可溶性糖含量的影响。由图
3可知，在不同浓度锌处理下，萌发种子中可溶性糖含量呈先
2 安徽农业科学 2015 年
注:不同小写字母表示同系列处理间差异显著 (P ＜0． 05)。
图 1 不同质量浓度锌对小扁豆种子 POD活性的影响
注:不同小写字母表示同系列处理间差异显著 (P ＜0． 05)。
图 2 不同质量浓度锌对小扁豆种子可溶性蛋白含量的影响
升高后降低的趋势。在 20 ～ 100 mg /L 锌处理下，可溶性糖
含量不断上升;在 200 ～ 400 mg /L 锌处理下，可溶性糖含量
不断下降;在 100 mg /L锌处理下可溶性糖含量明显增加，较
CK增加 68%。
图 3 不同质量浓度锌对小扁豆种子可溶性糖含量的影响
3 结论与讨论
研究表明，重金属锌对小扁豆种子的发芽率、发芽势、发
芽指数及活力指数的影响存在一个较低浓度下的促进效应
和高浓度下的抑制效应。这与金海燕等［13］相关研究的结论
一致。在不同浓度锌胁迫下，小扁豆根长、芽长、根鲜重及芽
鲜重均呈下降趋势，而且随着处理浓度的增加，小扁豆幼苗
生长的抑制作用增强。重金属在植物体内积累到一定程度
就会对植物产生毒害作用，影响植物的生长发育［14］。
另外，在不同浓度的锌处理下，随着处理浓度的升高，
POD活性呈现先增加后降低的趋势。逆境能破坏植物体内
活性氧代谢平衡，从而诱导体内活性氧积累，其清除系统尤
其是抗氧化酶类则会表现出相应的应激反应［15 －17］。POD是
植物细胞中抗氧化胁迫的关键酶。当胁迫强度较轻时，植物
体内的活性氧清除系统被激活，其产生的作用超过活性氧对
植物的损伤作用。但是，随着胁迫强度的增加，保护酶系统
逐渐被抑制。植物在逆境条件下保持较高的抗氧化酶活性，
能有效地清除活性氧或降低活性氧产生，从而缓解活性氧积
累对植物造成伤害，提高抗逆性。因此，在一定范围内锌的
增加可以诱导小扁豆体内抗氧化酶活性的增加，从而清除和
降低活性氧带来的伤害。
可溶性糖和可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物。
植物在逆境条件下通过增加其含量来调节细胞渗透压，提高
抵抗力［18 －19］。低浓度锌胁迫处理下植物主动积累一些可溶
性糖，降低渗透势和冰点，以适应外界环境条件的变化，致使
体内可溶性糖含量增加。高浓度胁迫则破坏其渗透调节功
能，使得可溶性糖含量降低［20］。试验中，随着锌胁迫浓度的
增加，小扁豆幼苗中可溶性糖含量基本呈先升高后降低的趋
势，可溶性蛋白含量呈上升趋势。所以，在小扁豆幼苗对锌
胁迫的响应中，可溶性糖和可溶性蛋白发挥着重要的渗透性
调节作用。
参考文献
［1］江行玉，赵可夫．植物重金属伤害及其抗性机理［J］．应用与环境生物
学报，2001，7(1):92 －99．
［2］KAMAL M，GHALY A E，MAHMOUD N，et al． Phytoaccumulation of heavy
metals by aquatic plant［J］． Environment intermational，2004，29(8):1029
－1039．
［3］马文丽，金小弟，王转花．镉处理对乌麦种子萌发幼苗生长及抗氧化酶
的影响［J］．农业环境科学学报，2004，23(1):55 －59．
［4］张春荣，李红，夏立江，等．镉、锌对紫花苜蓿种子萌发及幼苗的影响
［J］．华北农学报，2005，20(1):96 －99．
［5］李云霞．小扁豆种质资源筛选及评价［J］．杂粮作物，2003，23(6):331 －
332．
［6］任瑞玉，杨天育，何继红，等．甘肃省小杂粮生产优势与发展对策［J］．
中国农业资源与区划，2009，30(2):68 －70．
［7］张雄，王立祥，柴岩，等．小杂粮生产可持续发展探讨［J］．中国农业科
学，2003，36(12):1595 －1598．
［8］徐芬芬，袁盼，邹阿凤．重金属铅胁迫对小白菜种子萌发的影响［J］．湖
南农业科学，2011(9):68 －69，74．
［9］上海植物生理学会．现代植物生理学实验指南［M］．北京:科学出版社，
1999．
［10］刘永军，郭守华，杨晓玲．植物生理生化实验［M］．北京:中国农业科技
出版社，2002．
［11］张志良，翟伟菁．植物生理学实验指导［M］．北京:高等教育出版社，
2004:123 －125．
［12］郑世英，王丽燕，商学芳．镉处理对绿豆种子萌发及蛋白质含量的影
响［J］种子，2007，26(1):28 －30．
［13］金海燕，奚涛，时唯伟．镉胁迫对矮生四季豆种子萌发和幼苗生长发
育的影响［J］．中国农学通报，2009，25(1):119 －124．
［14］王慧忠，何翠屏，赵楠．铅对草坪植物生物量与叶绿素水平的影响
［J］．草业科学，2003(6):73 －75．
［15］宋玉芳，许华夏，任丽萍，等．重金属对西红柿种子发芽与根伸长的抑
制效应［J］．中国环境科学，2001，21(5):390 －394．
［16］罗亚平，刘杰，蔡湘文，等．铜对水稻种子萌发和生长的影响［J］．广西
农业科学，2005，36(4):316 －318．
［17］宋瑞磊，张民，侯笑林，等．不同铜制剂对辣椒生长效应的影响［J］ ．中
国蔬菜，2009，7(8):13 －16．
［18］李玉全，张海艳，沈法富．作物耐盐性的分子生物学研究进展［J］ ．山
东科学，2002(2):8 －13．
［19］张明生，谢波，谈锋．甘薯可溶性蛋白、叶绿素及 ATP含量变化与品种
抗旱性关系的研究［J］．中国农业科学，2003，36(1):13 －16．
［20］杨涓，许兴．盐胁迫下植物有机渗透调节物质积累的研究进展［J］．宁
夏农学院学报，2003(4):86 －91．
343卷 26期 李金霞等 重金属锌胁迫对小扁豆种子萌发和幼苗生长的影响