重金屬Pb、Cr對小麥種子萌發和幼苗生物量的影響

謝 影 魯先文 卜利波

摘要:對重金屬Pb、Cr對小麥種子萌發以及幼苗生物量的影響進行了研究。結果表明,不同濃度的重金屬Pb、Cr對小麥種子萌發及其它測量指標的影響不同。低濃度時對小麥萌發及生長影響不大,甚至有一定的刺激作用,而高濃度時則有顯著的抑制作用,且隨濃度增大抑制進一步增強。兩種重金屬相比,Cr對小麥的生態毒性要強于Pb。

關鍵詞:重金屬;發芽率;生物量

中圖分類號:S512.1文獻標識碼: A 文章編號:1006-6500(2009)01-0022-03

Effects of Heavy Metals Pb and Cr on Seed Germination and Biomass of Wheat

XIE Ying,LU Xian-wen,BU Li-bo

(Department of Life Science,Huainan Normal University,Huainan, Anhui 232001,China)

Abstract:The effects of heavy metals Pb, Cr on wheat seed germination and biomass were discussed. The results showed that different concentrations of heavy metal had different effects on seed germination and other indices measured. Lower concentration of heavy metal showed little effect on wheat seed germination and growth, or some promoting functions. While higher concentration of heavy metals contamination inhibited the growth of wheat obviously, and the inhibition increased with the concentration raising. In a word, the toxicity of heavy metal Cr on wheat was stronger than Pb.

Key words: heavy metal;germination rate;biomass

土壤中重金屬污染問題作為影響我國農業發展和生態環境質量的重要因素已引起了人們廣泛關注。由于直接運用化學方法對污染物質的生態環境效應進行評價有許多困難,并且存在污染物的生物可利用性問題,生物指示物引起了毒理學家和環境科學工作者的極大興趣[1]。筆者通過測定重金屬Pb、Cr對小麥種子萌發及幼苗生物量的影響來評價Pb、Cr兩種重金屬的毒性,為重金屬污染地區的污染治理及土壤改良提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 材 料

小麥品種為博愛7422,購于淮南種子公司。

1.2 方 法

1.2.1 種子的消毒與催芽 選取子粒飽滿、大小均勻的小麥種子在0.1%的雙氧水溶液中浸泡5 min。先用自來水沖洗數次,再用蒸餾水清洗,將已消毒的小麥種子用蒸餾水浸泡24 h催芽后,放入裝有2/3體積石英砂的一次性塑料杯中,每杯10粒。

1.2.2 染毒處理 將重金屬Pb、Cr按照離子(Pb2+、Cr6+)計算,配制成質量濃度為5,10,15,20,50,100 mg/L的6個劑量組,對小麥進行染毒處理,每處理5個重復,每2 d處理一次,每次每杯10 mL,對照組用去離子水培養,中間每處理加5 mL的完全培養液[2],放于自然光照下培養[3]。

1.2.3 萌發指標測定 染毒培養7 d后測定種子發芽率,11 d后每處理取10株幼苗測定根長和苗長。根長的測定從胚軸與根之間的過度點開始測量。

發芽率=第7天發芽種子數目/播種種子數目×100%

1.2.4 小麥生物量的測定 將小麥連根小心取出,自來水沖冼,濾紙吸干,然后用剪刀將根部與莖部分開,分別稱量,得莖鮮質量和根鮮質量。再分別置于干燥箱中,105 ℃條件下烘1 h以殺死活體,再在84 ℃條件下烘20 h至恒質量,然后分別稱量干質量。

2 結果與分析

2.1 Pb、Cr對小麥種子發芽率的影響

種子萌發所需的能量和物質完全來源于貯存物質的氧化分解,而這一分解過程需要大量的酶參與[4],Pb、Cr的存在抑制了酶的活性,降低了貯存物質的分解速度,使種子萌發所需的物質和能量供應受阻,發芽率降低。從表1和表2可以看出,小麥種子在萌發時,對Pb2+、Cr6+離子的反應分成兩步,在極低的濃度下,Pb2+、Cr6+離子對發芽率的影響不顯著,且有一定的刺激作用,隨著濃度升高,發芽率迅速下降,直至完全被抑制。當Pb2+濃度達到15 mg/L、Cr6+濃度為10 mg/L時刺激作用分別達到最大,發芽率分別達到96%和98%,對照為92%。但隨著Pb2+、Cr6+濃度的增大,對小麥萌發的傷害也隨之增大,當濃度為100 mg/L小麥的發芽率僅有58%(Pb2+)和62%(Cr6+)。

2.2 重金屬Pb、Cr對小麥根長、苗長的影響

由表1和表2可以看出,Cr6+對小麥幼苗根長的抑制作用比Pb2+明顯,抑制作用隨著重金屬濃度的增大而增強,當濃度為100 mg/L時,對小麥的根長只有2.85 cm,抑制率達到69.1%(抑制率=(1-處理值/對照值)×100%[4]);而Pb2+濃度的變化對小麥幼苗根長的影響不大。

隨著Cr6+濃度的增大,小麥幼苗所受的抑制作用也隨之增大。其中當Cr6+濃度為100 mg/L時,苗長平均只有6.31 cm,抑制率達到59.8%。而Pb2+對小麥根長的影響則表現出低濃度刺激而高濃度抑制的作用。當Pb2+濃度為5 mg/L和10 mg/L時,處理組的根長都高于對照,而濃度大于15 mg/L時則表現出明顯的抑制作用;從抑制率來講,Cr對苗長的抑制作用要明顯強于Pb。

2.3 重金屬Pb、Cr對小麥幼苗生物量的影響

由表3、表4可以看出,隨Cr6+濃度的增加,對小麥根鮮質量的抑制作用逐步增強。當Cr6+濃度為10 mg/L和15 mg/L時抑制率約為25%,而當濃度達到100 mg/L時,抑制率達到50%左右。重金屬Pb2+對小麥幼根質量則表現出低濃度刺激高濃度抑制的現象,Pb2+濃度為5 mg/L和10 mg/L時處理組的小麥根長要略大于對照組,表現為輕微的刺激作用。Pb、Cr兩種重金屬相比,高濃度的Pb2+的抑制作用要強于Cr6+。

隨Pb2+、Cr6+濃度增加小麥葉鮮質量出現不同程度的降低(表3、表4)。其原因可能是重金屬Pb、Cr對小麥根部的毒害作用逐漸影響到小麥的呼吸作用,進而影響到小麥的水分代謝,使其吸取水分的能力減弱。水分的減少又會影響小麥細胞內的各種生化反應的進行,從而阻礙了生物大分子的合成[5]。

除15 mg/LCr6+處理組的生物量與對照組基本持平(對照為0.029 3 g,15 mg/LCr6+為0.029 2 g)以外,其它處理組的生物量均低于對照組。其中100 mg/L Cr6+的抑制作用最為明顯,平均為0.006 6 g,只有對照組的22.5%。隨著Pb2+濃度的增大,生物量逐漸減少,但變化不明顯。Pb2+與Cr6+比較,在高濃度時的 Cr6+對小麥生物量的抑制作用要顯著強于Pb2+。

3 討 論

(1)試驗表明,不同濃度的重金屬Pb、Cr處理對小麥種子萌發的影響主要分為兩個階段,在低濃度時對小麥種子萌發有一定的刺激作用,主要表現為Pb2+濃度達到15 mg/L、Cr6+濃度為10 mg/L時處理組的種子發芽率在一定程度上高于對照組。而高濃度的Pb2+、Cr6+則顯著抑制了小麥種子的萌發,并隨著重金屬濃度的提高,抑制作用進一步增強。

(2)Pb2+、Cr6+對小麥幼苗生長的影響也表現出與萌發類似的情況。比如根長、苗長、根鮮質量、葉鮮質量等,但根系對重金屬污染的敏感性要明顯比地上部分高,所受抑制作用也較強。隨染毒時間的延長,逐漸影響到小麥地上部分,從而影響到小麥的生物量。而兩種重金屬相比,Cr對小麥的生態毒性要強于Pb。

總之,小麥種子在萌發過程和幼苗生長過程中,對Pb2+、Cr6+污染的耐受閾值為15 mg/L,超過15 mg/L就會對小麥種子萌發與生長產生不同程度的抑制作用,且生理指標的變化先于形態指標,這為低濃度污染物的監測提供了依據。

參考文獻:

[1] Labra M, Fabio T Di, Grassi F, et al. AFLP analysis as biomarker of exposure to organic and inorganic genotoxic substances in plants [J].Chemosphere, 2003, 52: 1183-1188.

[2] 張志良.植物的元素缺乏癥(溶液培養)[M]// 張志良,瞿偉菁.植物生理學實驗指導(第3版).北京:高等教育出版社,2003.

[3] 周希琴,李裕紅.Ca2+對鉻脅迫下木麻黃種子萌發的生態效應[J].生態學雜志,2003,22(4):37-41.

[4] 齊雪梅,李培軍,劉宛,等.Cu對大麥和玉米的毒性效應[J].農業環境科學學報,2006,25(2):286-290.

[5] 譚曉,戴媛,李歡慶,等.重金屬鎘對小麥幼苗生物大分子損傷的研究[J].安徽農業科學,2006,34(17):4227-4228,4246.