老芒麥野生種質材料芽期耐鉛性評價

李慧芳，袁慶華，趙桂琴

(1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心,甘肅 蘭州 730070； 2.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193)

隨著我國經濟的發展以及工業化水平的提高，各種來源的重金屬逐漸造成環境污染，其中，重金屬鉛對環境的污染尤為嚴重[1]。它隨汽車廢氣及城市污水排出而污染空氣和土壤[2]，鉛在土壤中沉積，積累到一定程度就會影響植物的生長發育和品質[3-5]。

鉛對多種植物生長有害，對不同植物的危害程度也不同[6]。老芒麥(Elumussibiricus)作為一種常見禾本科牧草，對土壤狀況要求不嚴，根系入土深，抗寒性很強，是經濟價值很高的牧草。選擇具有代表性的6份不同的老芒麥種質作為試驗材料，探討重金屬鉛對其種子萌發的影響，為篩選出耐受重金屬鉛污染的老芒麥品種提供試驗依據。

1 材料和方法

1.1 材料

供試的6份老芒麥種子均由中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所提供，材料及來源見表1。

表1 試驗材料及來源

1.2 試驗方法

試驗共設6個處理，每處理3次重復。將供試種子用0.1%的升汞進行消毒，蒸餾水沖洗數次，分別用0、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mol/L 6個不同濃度的Pb(NO3)2溶液浸種12 h，然后挑選大小均勻、籽粒飽滿的試驗種子排列于鋪有海綿和濾紙的培養皿，每個培養皿放置40粒種子。每日加入相對應濃度的Pb2+溶液(對照種子用蒸餾水培養)，保持濾紙濕潤。

1.3 指標測定及方法

智能光照培養箱25 ℃培養。發芽期間每隔24 h記錄1次種子萌發數，以胚根突破種皮長度達到種子1/2時認定為發芽種子，培養第4 d時統計發芽勢，第7 d統計發芽率，并計算發芽指數、耐性指數及活力指數[7-9]。

發芽指數(GI)=∑(Gt/Dt)

式中：Dt為發芽日數；Gt為與Dt相對應時間的發芽種子。

1.3 數據處理

采用SPSS 17.0和EXCEL 2007對試驗數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同鉛濃度對老芒麥種子發芽率影響

種子的發芽率是植物受重金屬脅迫的一個基本指標[7-10]。隨著Pb2+濃度的升高，除1號材料外，其余供試材料的發芽率呈先上升后下降的趨勢。說明低濃度的Pb2+對供試的禾本科牧草種子的萌發有刺激作用，能在一定程度上刺激種子的萌發，提高發芽率。1號和4號材料Pb2+處理下的種子發芽率均顯著低于對照，說明Pb2+對老芒麥種子的萌發有抑制作用。在Pb2+濃度為10 mol/L時，2號和5號材料發芽率較高，1號和4號材料的發芽率幾乎為零(表2)。

表2 不同鉛濃度下的發芽率的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.5)，下同

2.2 不同鉛濃度對老芒麥種子發芽勢的影響

不同Pb2+濃度對6份老芒麥種子的發芽勢都會產生一定的抑制作用，隨著Pb2+濃度的升高，抑制作用明顯增強，但是，不同品種的老芒麥種子萌發對Pb2+脅迫的敏感性存在顯著差異(表3)。當Pb2+濃度為0.5 mol/L時，2號，3號和5號材料的種子發芽勢高于對照，但差異不顯著(P>0.05)。當Pb2+濃度為10 mol/L時，各材料的發芽勢均最小，5號材料與其他相比最大為0.26，1號、3號為零。

2.3 不同鉛濃度對老芒麥種子發芽指數的影響

發芽指數反映了發芽的快慢。隨著Pb2+濃度的增加，6份老芒麥種子的發芽指數的變化表現出2種趨勢，除了1號材料表現出直接下降的趨勢，其他材料均呈先上升后下降的趨勢。但材料間的發芽指數差異不顯著。當Pb2+濃度為10 mol/L時，各材料為73%～99%。降幅最大的材料為3號(表4)。

2.4 不同鉛濃度對老芒麥種子活力指數的影響

活力指數可以衡量種子在逆境條件下的生產潛力[11]。隨著Pb2+濃度的增加，供試材料種子的活力指數除5號和6號外均明顯下降。6號材料在Pb2+濃度為1 mol/L時高于對照，并且達到峰值。當Pb2+濃度為10 mol/L時，各材料下降為74%～100%，5號材料較其他材料表現好(表5)。

表3 不同鉛濃下的對發芽勢

表4 不同鉛濃度下的發芽指數

表5 不同鉛濃度下的活力指數

3 討論與結論

研究結果表明,Pb2+脅迫對6種老芒麥種子具有毒害作用,且不同材料種子忍受Pb2+脅迫的能力不同。發芽率和發芽勢的結果表明,不同Pb2+濃度的重金屬對植物生長產生不同的影響，低濃度時可提高種子的發芽，促進幼苗生長，隨著重金屬濃度的增加，植物的生長受到了抑制。這與前人有關Pb2+對植物種子萌發影響的研究結果一致[12，13]。這是因為Pb2+通過抑制種子萌發過程中蛋白酶和淀粉酶活性、呼吸強度，降低儲存物質分解速度，使種子萌發所需物質和能量供應受阻，從而影響種子萌發[14]。

隨著鉛濃度的增加，部分材料的發芽指數和活力指數均呈下降趨勢，另一部分呈先上升后下降的趨勢。說明不同的老芒麥品種對Pb2+脅迫的敏感度不同。研究表明[15-17],植物在重金屬鉛污染條件下,植物體會產生過量的對細胞膜結構和功能起破壞作用的活性氧自由基。這些過剩的活性氧使細胞膜結構過氧化作用加強,內源抗氧化能力減弱,膜通透性增大。

通過對6份老芒麥的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數的分析比較，得出5號材料河北沽源縣的老芒麥品種對Pb有較強的耐受性，2號材料河北省霧靈山的老芒麥品種表現出了對Pb耐性較弱。其他材料介于兩者之間。因此,5號材料河北省沽源縣的老芒麥品種可以作為Pb污染地區的備選品種。但要對重金屬污染區域進行環境的生物修復時,不僅需要植物自身具有較高的抗脅迫能力,還應能比較好地富集重金屬污染物,以徹底清除重金屬對環境的危害。

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