全 文 ：中国生态农业学报 2010年 7月 第 18卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2010, 18(4): 914−916


* 江苏省教育厅高等学校教育教学改革项目(3-26-77)资助
** 通讯作者: 周青(1959~), 男, 教授, 主要研究方向为农业环境生态。E-mail: zhouqeco@yahoo.com.cn
文可佳(1989~), 女, 国家生命科学基地本硕连读生, 主要研究方向为环境科学。
收稿日期: 2009-07-06 接受日期: 2009-09-23
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00914
铬与酸雨污染对大豆种子萌发的复合影响*
文可佳 刘婷婷 周 青
(江南大学环境与土木工程学院 无锡 214122)
中图分类号: X503.231 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)04-0914-03
Complex effect of Cr6+ and acid rain on soybean germination
WEN Ke-Jia, LIU Ting-Ting, ZHOU Qing
(College of Environment and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)
(Received July 6, 2009; accepted Sept. 23, 2009)
酸雨(AR)和重金属是对陆地生态系统有较大影
响的 2类污染物[1]。中国西南及华南地区是继北美、
欧洲后世界第三大酸雨区 [2]; 同时我国南方地区有
色金属矿分布密集, 随矿产资源大量开采、冶炼, 重
金属污染日益严重[3]。因此, AR 和重金属复合污染
已成为一个现实的环境问题。目前, 针对 AR或重金
属的单一污染国内外学者已做了大量研究工作[4−7],
关于 AR 和镉、锌、铅等复合污染产生的生态学效
应也有少量报道[8−9], 但从复合污染角度对 AR 与铬
(Cr6+)产生的环境生态学效应的研究尚少见报道。
Cr6+是环境中重要的重金属污染物 , 对植物有明显
毒害作用, 且会通过食物链危及人体健康; 在AR作
用下, 土壤中 Cr6+在一定程度被活化, 更加重了对
生态环境的影响[3]。种子萌发是植物生命周期的起
点, AR或 Cr6+对植物的伤害首先表现在种子萌发过
程中。本试验以大豆(Glycine max)为试材, 研究了不
同浓度 Cr6+与 AR 处理对大豆种子萌发的复合影响,
探讨二者对种子萌发的急性伤害效应, 以期为环境
生态学的研究和预防大豆早期 Cr6+与 AR 伤害积累
基础试验数据。
1 材料与方法
1.1 AR与 Cr6+溶液配制
AR 配制参考文献[5], 将配好的母液分别调制
成 pH 3.5、4.5、5.6的 AR, 并经 PHSD-29A酸度计
(上海精密科学仪器有限公司)校准。对照(CK)是与母
液离子成分相同的中性溶液(pH 7.0)。配制 1 g·L−1
K2Cr2O7 母液, 标定后分为两组, 一组母液用上述中
性溶液配制成 5 mg·L−1、20 mg·L−1、40 mg·L−1、
60 mg·L−1(以 Cr6+计)的 K2Cr2O7溶液, 另一组母液
在配制上述 4个浓度的K2Cr2O7溶液时, 分别用不同
pH的 AR定容。
1.2 材料处理方法
挑选均匀饱满的大豆种子 , 用 0.1%升汞消毒
8 min, 去离子水冲洗数次, 预处理后分为 CK、AR、
Cr6+和 Cr6++AR 4组, CK用上述中性溶液浸种, AR
组用上述 3 个 pH 的 AR 浸种, Cr6+组用上述中性溶
液配制的 4个剂量 Cr6+溶液浸种, Cr6++AR组用上述
以 AR 定容的 Cr6+溶液浸种。常温浸种 24 h 后, 将
种子均匀排列在垫有 2层滤纸的培养皿中, 每皿 100
粒, 3 次重复, 每处理加入对应溶液常温培养(以没
过种子 2/3 为标准), 每天定时更换对应溶液, 并统
计发芽数与异状发芽数, 萌发 1周。
1.3 指标测定[10]
发芽率(GR)=(发芽种子数/供试种子数)×100%;
发芽势(GE)=(萌发前 3 d发芽数/供试种子数)×100%;
发芽指数(GI)=Σ(Gt/Dt), Gt 为不同发芽日的发芽数,
Dt 为相应的发芽日数; 活力指数(VI)=S×Σ(Gt/Dt), S
为 7 d 内幼苗生长势, 以每株苗的平均鲜重(FW)表
示; 异状发芽率=(只长出胚芽而无胚根或胚根生长
异常的种子数/供试种子数)×100%。
第 4期 文可佳等: 铬与酸雨污染对大豆种子萌发的复合影响 915


2 结果与分析
2.1 Cr6+与AR复合污染对大豆种子GR与GE的影响
图 1表明, 与 CK相比, 低强度 AR(pH 5.6~3.5)
与低浓度 Cr6+(5 mg·L−1)处理使 GR、GE 略有提
高 [11−12], 二者复合处理时促进种子萌发效应更显
著。双因素方差分析表明, 二者对种子 GR (F0.05=
0.543)、GE (F0.05=0.796)均无显著正交互效应, 即不
显现协同作用, 其促进效应是二者单因素效应的简
单叠加。高浓度 Cr6+(>5 mg·L−1)处理使 GR、GE显
著下降 , 且与 Cr6+胁迫强度呈负相关 (r= −0.973、
−0.981)。高浓度 Cr6+与低强度 AR 复合处理时, 与
CK 相比 AR 使两指标有所下降, 显然 AR 加剧了
Cr6+对种子的毒害, 二者存在协同作用。
2.2 Cr6+与 AR复合污染对大豆种子 GI与 VI的影响
图 2表明, 与 CK相比, AR(pH 5.6~3.5)与低浓
度 Cr6+(5 mg·L−1)处理使 GI、VI有所提高, 二者复
合处理时两指标提高更显著。双因素方差分析表明,
二者对 GI(F0.05=1.729)、VI(F0.05=1.306)均无显著正
交互效应 , 即不显现协同作用。高浓度 Cr6+(>5
mg·L−1)使种子 GI、VI 显著下降, 且两指标与 Cr6+
浓度呈负相关(r= −0.995、−0.999)。高浓度 Cr6+与
AR复合处理时, 与 CK相比, AR使 GI、VI有所下
降, 表明 AR 与 Cr6+在降低种子 GI、VI 方面表现出
协同作用。


图 1 AR与 Cr6+复合污染对大豆种子 GR和 GE的影响
Fig. 1 Complex effects of acid rain and Cr6+ on germination rate and germination energy of soybean seed
处理时间为 2009年 4~5月。图中字母不同表示在 P<0.05水平上差异显著, 下同。The experiment was conducted from April to May in 2009.
Significantly difference at P<0.05 were showed with different letters. The same below.


图 2 AR与 Cr6+复合污染对大豆种子 GI和 VI的影响
Fig. 2 Complex effects of acid rain and Cr6+ on germination index and vigor index of soybean seed

2.3 Cr6+与 AR复合污染对种子异状发芽率的影响
表 1 显示, 单一 AR 胁迫时种子异状 GR 为零,
高浓度 Cr6+(>5 mg·L−1)使异状 GR显著增加。复合
处理时, 相同水平 Cr6+下, AR 使异状 GR 增加, 即
AR 与 Cr6+复合污染毒害效应大于二者单因素效应
加和, 存在协同作用。Cr6+污染对异状 GR的影响比
AR严重, 是异状 GR增加的主要因素。
2.4 Cr6+与 AR复合污染对种子的表观伤害症状
7 d 萌发结束时, CK 组种子表皮呈青绿色且长
势旺盛, AR 处理组种子表观现象与 CK 相同。Cr6+
处理组, Cr6+浓度为 5 mg·L−1时, 种子芽长普遍高
于 CK且长势最为旺盛; Cr6+浓度>5 mg·L−1时, 大
豆种皮由青绿色逐渐变黄 , 豆身表面深褐色斑点
增多, 芽上可见裂痕数增加, 芽长、饱满度明显下
916 中国生态农业学报 2010 第 18卷


表 1 AR与 Cr6+复合污染对大豆种子异状发芽率的影响
Tab. 1 Complex effects of Cr6+ and acid rain on abnormal
germination rate of soybean seed %
Cr6+浓度 Cr6+ concentration (mg·L−1)
AR pH
0 5 20 40 60
CK 0.00a 0.00a 21.95b 76.92d 89.66ef
5.6 0.00a 0.00a 21.25b 79.31d 92.86f
4.5 0.00a 0.00a 23.89b 80.00d 96.29g
3.5 0.00a 0.00a 28.40c 87.04e 100.00g

降。复合处理时, 相同水平 Cr6+(>5 mg·L−1)下 AR
强度越大, 种子各种受害症状越严重, 二者存在协
同作用。
3 讨论
低强度 AR 可促进大豆种子萌发, 原因可能是
大豆属抗 AR作物[12], 对 AR缓冲能力强, 膜透性变
化不大; 大豆基础酶活低, AR 对过氧化物酶活以抑
制为主; 轻度 AR可使大豆种子中能荷、电化学势及
呼吸途径改变而促进其呼吸作用[1,5−6,13]。低浓度 Cr6+
促进种子萌发, 可能与 Cr6+作为大豆生长必需的微
量元素, 能提高其体内一系列酶活性, 并增加有机
酸、葡萄糖和果糖含量有关[7,12]。高浓度 Cr6+对种子
萌发有抑制作用, 原因可能是 Cr6+可抑制大豆种子
中水解酶活性, 从而降低储存物质水解速度, 使种
子萌发过程中物质和能量供应不足; 过多 Cr6+进入
细胞与核酸结合, 降低了 RNA 和 DNA 的活性, 引
起核酸裂解, 从而影响有丝分裂过程; Cr6+会诱发高
活性自由基, 活性氧代谢失衡, 造成膜脂过氧化加
剧, 增加过氧化有害物积累, 使细胞膜系统破坏及
大分子生命物质损伤, 导致膜透性增加[4,7,14−15]。
复合处理时, 高浓度 Cr6+与低强度 AR 抑制种
子萌发且抑制显现协同作用, 原因可能是 AR 能够
促进大豆对 Cr6+的吸收和累积, 从而减少种子对水
分和养分的吸收 , 影响活性氧自由基的代谢平衡 ,
使酶活性发生变化, 加剧致害作用[3,8−9]; 同时 Cr6+
使大豆对 AR缓冲能力减弱, AR对种子的伤害显现
出来, 导致种子胚细胞中自由基累积增加, 过量自
由基攻击线粒体的膜结构 , 触发膜脂过氧化反应 ,
使得膜损伤且线粒体结构完整性受损, 呼吸作用下
降, DNA 与其他生物大分子降解失活, 最终细胞凋
亡[1,5,16−17]。需要指出的是, 本研究为初步研究结果,
仅凭萌发指标尚不能断定 Cr6+与 AR 复合污染对大
豆种子萌发影响的机理, 对种子生理生化及相关遗
传结构等方面的影响有待进一步研究。
4 结论
低强度 AR 与低浓度 Cr6+(5 mg·L−1)对种子萌
发有促进作用, 二者复合处理的效果更显著; 高浓
度 Cr6+(>5 mg·L−1)与低强度 AR抑制种子萌发且抑
制显现协同作用。
综合考虑, Cr6+污染效应大于 AR 污染效应, 是
构成复合污染的主要因素; 尽管在短期内轻度偏酸
与低浓度 Cr6+土壤对大豆生长影响不大, 但二者长
期作用是否对大豆食品安全产生影响还有待研究。
参考文献
[1] 高吉喜 , 曹洪法 , 舒俭民 . 酸雨对植物新陈代谢的影响[J].
环境科学研究, 1996, 9(4): 41−45
[2] Rodhe H, Dentener F, Schulz M. The global distribution of
acidifying wet deposition[J]. Environmental Science &
Technology, 2002, 36: 4382−4388
[3] 郭朝晖 , 廖柏寒 , 黄昌勇 . 酸雨对污染环境中重金属化学
行为的影响[J]. 环境污染治理技术与设备, 2003, 9(4): 7−11
[4] Rattan R K, Datta S P, Chhonkar P K. Long-term impact of
irrigation with sewage effluents on heavy metal content in
soils, crops and groundwater — a case study[J]. Agriculture,
Ecosystems & Environment, 2005, 109(3/4): 310−322
[5] 王丽红 , 曾庆玲 , 周青 . 水稻种子萌发对酸雨胁迫的响应
[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(6): 204−205
[6] Park J B, Lee S. Growth responses of Arabidopsis thaliana
exposed to simulated acid rain[J]. Journal of the Korean So-
ciety for Horticultural Science, 1999, 40(1): 146−151
[7] 周希琴 , 李裕红 . 木麻黄种子萌发对铬胁迫的生理生态响
应研究[J]. 中国生态农业学报, 2004, 12(1): 53−55
[8] Liao B H, Liu H Y, Zeng Q R, et al. Complex toxic effects of
Cd2+, Zn2+, and acid rain on growth of kidney bean[J]. Envi-
ronment International, 2005, 31: 891−895
[9] 严明理, 刘丽莉, 王海华, 等. 模拟酸雨和 Pb 复合污染对
羽叶鬼针草的生理特性的影响 [J]. 水土保持学报 , 2009,
23(1): 217−221
[10] 颜启传. 种子检验原理和技术[M]. 杭州: 浙江大学出版社,
2001: 102
[11] 冯宗炜 . 中国酸雨对陆地生态系统的影响和防治对策[J].
中国工程科学, 2000, 2(9): 5−11, 28
[12] Lopez-Lunaa J, Gonzalez-Chavezb M C, Esparza-Garcia F J,
et al. Toxicity assessment of soil amended with tannery
sludge, trivalent chromium and hexavalent chromium, using
wheat, oat and sorghum plants[J]. Journal of Hazardous Ma-
terials, 2009, 163: 829−834
[13] Fan H B, Wang Y H. Effects of simulated acid rain on ger-
mination, foliar damage, chlorophyll contents and seedling
growth of five hardwood species growing in China[J]. Forest
Ecology and Management, 2000, 126(3): 321−329
[14] Talanova V V, Titov A F, Boeva N P. Effect of increasing
concentrations of heavy metals on the growth of barley and
wheat seedlings[J]. Russian Journal of Plant Physiology, 2001,
48(1): 119−123
[15] 廖自基. 微量元素的环境化学与生物效应[M]. 北京: 中国
环境科学出版社, 1992: 294−298
[16] 陶彦 , 彭祺 , 周青 . 酸雨对大豆萌发种子能量代谢的影响
[J]. 大豆科学, 2009, 28(12): 243−246
[17] 徐建兴 . 呼吸链的电子漏在细胞凋亡中的作用[J]. 生物化
学与生物物理进展, 2003, 30(4): 655−657