重金屬鎘對甘藍型油菜種子萌發及幼苗生長的影響

鄭本川，李浩杰，張錦芳，柴 靚，蒲曉斌，蔣 俊，崔 成，蔣梁材

(四川省農業科學院作物研究所，四川 成都 610066)

重金屬鎘對甘藍型油菜種子萌發及幼苗生長的影響

鄭本川，李浩杰，張錦芳，柴 靚，蒲曉斌，蔣 俊，崔 成*，蔣梁材*

(四川省農業科學院作物研究所，四川 成都 610066)

本試驗以25個(不同遺傳背景)甘藍型油菜品系為材料，研究4個鎘脅迫處理濃度(0、1、5和10 mg/L)對甘藍型油菜種子萌發及幼苗生長的影響。結果表明，不同材料對鎘脅迫反應不同，鎘脅迫濃度為5 mg/L時抑制作用明顯。對種子萌發影響表現為隨著鎘脅迫濃度的加大，相對發芽勢和相對成苗率呈現先增后降趨勢，對幼苗生長的影響表現為根長>苗長>苗鮮重>苗含水量。

甘藍型油菜；鎘；重金屬

由于工業“三廢”的不合理排放，農業生產上化肥和農藥的不合理施用等，導致土自然生態環境受到不同程度的重金屬污染，其中受到廣泛關注的是重金屬鎘污染[1-2]。土壤中的鎘很難被清除干凈。目前相對有效的手段是通過植物的富集作用減少土壤污染量。不同植物對重金屬鎘的抗性存在差異，對鎘的吸收部位和吸收量因抗性機制的差異而不同[3-5]。鎘是四川省農業土壤污染的特征污染物[6]，甘藍型油菜在四川常年種植面積大，且具有生物量大的特點，是吸收累積鎘能力較強的一類作物，具有用來修復鎘污染土壤的潛力[7-9]。另一方面，為保證食用油安全，在鎘污染區種植油菜需要低富集品種。因此選育低富集、耐鎘性強的甘藍型油菜品種保障食用油和動物飼料安全，以及選育高富集鎘品種凈化土壤均具有重要意義。本研究通過分析不同濃度的鎘脅迫對不同甘藍型油菜品系種子萌發以及幼苗生長的影響，可為選育低富集、耐鎘性強或高富集甘藍型油菜品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2015年6月在四川省農業科學院作物研究所油菜生理生化實驗室進行。供試甘藍型油菜品系25個(表1)，由四川省農業科學院作物研究所油菜研究中心提供。

1.2 試驗方法

甘藍型油菜種子用0.5 %的次氯酸鈉消毒10 min，無菌水漂洗3～5次。均勻排列于鋪有單層紗布的發芽盤上，隨機排列，每個品系20粒，3次重復。先將分析純CdCl2·2.5 H2O用去離子水配成1000 mg/L的母液，然后稀釋成含Cd2+濃度為1.0、5.0、10.0 mg/L的溶液，用去離子水作為對照(CK)，等體積加到育苗盤中。將育苗盤放置于人工氣候箱中，溫度保持在25 ℃左右，光照周期為16 h/8 h。發芽盤每天添加相應濃度的Cd2+溶液及去離子水，保持發芽盤的底部與溶液接觸。

按照農作物種子檢驗規程——發芽試驗(GB/T 3543.4-1995), 3 d 統計發芽勢, 7 d 統計正常芽苗的發芽率、苗長、主根長、苗鮮重、苗干重等指標[10]。

相對發芽勢=處理樣品發芽數/對照發芽數×100 %；相對成苗率=處理樣品正常芽苗數/對照正常芽苗數×100 %；相對根長=處理樣品根長/對照樣品根長×100 %；相對苗長=處理樣品苗長/對照樣品苗長×100 %；相對苗鮮重=樣品苗鮮重/對照樣品苗鮮重×100 %；相對苗含水量=處理樣品含水量/對照樣品含水量×100 %。

1.3 數據處理及分析

試驗數據通過Excel2010和Spss19.0統計分析軟件處理。

表1 不同濃度Cd2+脅迫處理對甘藍型油菜種子相對發芽勢的影響

注：顯著性檢驗(P<0.05)，下同。

2 結果與分析

2.1 不同濃度Cd2+脅迫處理對不同甘藍型油菜種子相對發芽勢和正常成苗率的影響

由表1可知，隨著鎘脅迫處理濃度的增加，除品系C873-1、C927-1、C1372-1和C1386-1外，不同甘藍型油菜品系的相對發芽勢均呈現出先增長后降低的趨勢，在鎘脅迫濃度為5 mg/L時最高。在鎘脅迫濃度≤5 mg/L時，相對發芽勢的均值>100 %，鎘脅迫濃度>5 mg/L時，相對發芽勢<100 %，且各品系間差異不顯著。

由表2可知，隨著鎘脅迫處理濃度的增加，除品系C641-1、C701-2、C873-1、C1325-2、C1372-1、C1386-1、C1686-1、C1726-1和C1773-4外，不同甘藍型油菜品系的正常芽苗率均呈現先增后降的趨勢，在濃度為5 mg/L時最高。在鎘脅迫濃度≤5 mg/L時，正常芽苗率的均值>90 %，鎘脅迫濃度>5 mg/L時，正常芽苗率<90 %。鎘脅迫濃度在5 mg/L時，各品系間的差異達極顯著水平，F值為2.492**。

2.2 不同濃度Cd2+脅迫處理對不同甘藍型油菜幼苗生長的影響

2.2.1 鎘脅迫對相對根長的影響 由表3可知，在鎘處理濃度為1 mg/L時，相對根長變幅為60.3 %～128.0 %，均值88.8 %。其中品系C1172-1、C1186-2、C1218-2、C13115-6和品系C105-1相對根長>100 %。品系C1186-2最大為128.0 %，品系C1686-1最小為60.3 %；在鎘處理濃度為5 mg/L時，變幅在12.0 %～57.4 %，均值27.3 %。其中>45.0 %的品系有5個，品系C371-1最大為57.4 %，品系C13115-6最小為12.0 %；在鎘處理濃度為10 mg/L時，變幅在5.8 %～25.3 %，均值12.9 %。品系C583-2最大為25.3 %，品系C13115-6最小為5.8 %。由此可以看出，隨著鎘脅迫處理濃度的加大，濃度為5 mg/L時根長已受到明顯抑制。

表2 不同濃度Cd2+脅迫處理對甘藍型油菜種子正常成苗率的影響

表3 不同濃度Cd2+脅迫處理對甘藍型油菜幼苗根長的影響

2.2.2 對相對苗長的影響 由表4可知，在鎘處理濃度為1 mg/L時，相對苗長變幅為70.0 %～123.6 %，均值103.5 %。其中有19個品系>100 %，品系C927-1最大為123.6 %，品系C583-2最小為70.0 %；在鎘處理濃度為5 mg/L時，變幅在67.3 %～116.3 %，均值94.5 %。其中>100 %的品系有10個，品系C1325-2最大為116.3 %，品系C583-2最小為67.3 %；在鎘處理濃度為10 mg/L時，變幅在43.9 %～106.6 %，均值76.7 %。其中品系C1325-2最大為106.6 %，品系C1773-4最小為43.9 %。2.2.3 對相對苗鮮重的影響 由表5可知，在鎘處理濃度為1 mg/L時，相對苗鮮重變幅為91.0 %～142.5 %，均值106.1 %。其中有6個品系<100 %，品系C1218-2最大為142.5 %，品系C1726-1最小為91.0 %；在鎘處理濃度為5 mg/L時，變幅在74.4 %～112.1 %，均值89.6 %。其中>100 %的品系有3個，品系C1218-2最大為112.1 %，品系C1686-1最小為74.4 %；在鎘處理濃度為10 mg/L時，變幅在32.5 %～97.8 %，均值72.8 %。其中品系C641-1最大為97.8 %，品系C1773-4最小為32.5 %。

表4 不同濃度Cd2+脅迫處理對甘藍型油菜幼苗苗長的影響

2.2.4 對相對苗含水量的影響 由表6可知，在鎘處理濃度為1 mg/L時，相對苗含水量變幅為90.6 %～142.1 %，均值106.0 %。其中有18個品系>100 %，品系C1218-2最大為142.1 %，品系C1726-1最小為91.0 %；在鎘處理濃度為5 mg/L時，變幅在68.9 %～111.6 %，均值88.6 %。其中>100 %的品系有4個，品系C1218-2最大為111.6 %，品系C1686-1最小為68.9 %；在鎘處理濃度為10 mg/L時，變幅在48.9 %～95.9 %，均值71.7 %。其中品系C641-1最大為95.9 %，品系C1218-2最小為48.9 %。

3 討 論

甘藍型油菜種子萌發及幼苗生長階段是植株抗逆生長的關鍵時期，以現有的優良甘藍型油菜品系進行耐鎘性脅迫試驗，篩選出的耐鎘性品系可用于甘藍型油菜耐鎘品種的選育。相關研究表明，低濃度重金屬脅迫一般對種子萌發有促進作用，隨著濃度的升高，引起種子萌發的能力降低，高濃度的重金屬脅迫會抑制種子萌發等[11-13]。

本研究中，隨著鎘脅迫濃度的增加，相對發芽勢和相對成苗率呈現出先增長后降低的趨勢，在5 mg/L時最高，且不同品系間的相對成苗率差異達極顯著水平，并且在濃度≤5 mg/L時，品系的相對發芽勢均值>100 %；隨著脅迫濃度的加大，相對根長、相對苗長、相對苗鮮重和相對苗含水量均呈現降低的趨勢，且不同品系間差異極顯著，其中相對根長差異較為明顯，說明隨著鎘脅迫濃度的加大，對甘藍型油菜的根長、苗長、苗鮮重和苗含水量均產生抑制現象，且受抑制程度大小表現為根長>苗長>苗鮮重>苗含水量，說明根是鎘脅迫最為敏感的部位。當鎘脅迫濃度為1 mg/L時，相對苗長、相對苗鮮重和相對苗含水量均值>100 %，說明第濃度的鎘對不同品系甘藍型油菜幼苗具的生長具有有一定的促進作用，鎘脅迫濃度為5和10 mg/L時表現為抑制作用。對于這種低濃度的促進作用，很有可能是因為種子受到重金屬脅迫下，其抗逆機制啟動，使種子快速萌發來抵御重金屬鎘對其的傷害。此外研究結果還表明，在不同濃度鎘脅迫下，不同甘藍型油菜品系間的相對根長、相對苗長、相對苗鮮重和相對苗含水量差異達極顯著水平，而相對發芽勢和相對成苗率，除5 mg/L濃度下的相對成苗率達極顯著水平外，品系間差異都不明顯，說明幼苗生長比種子萌發對重金屬脅迫更為敏感，這也與前人在其他作物上的研究較為一致[14-15]。

表5 不同濃度Cd2+脅迫處理對甘藍型油菜幼苗苗鮮重的影響

本研究對25個甘藍型油菜品系在不同濃度鎘脅迫下的種子萌發和幼苗的生長特征進行了初步研究，結果表明，隨著脅迫濃度的加大，相對發芽勢和相對成苗率呈現先增加后降低趨勢，在濃度為5 mg/L時最高；對幼苗生長抑制表現為根長>苗長>苗鮮重>苗含水量，且低濃度(≤1 mg/L)具有一定的促進作用；此外鎘脅迫下對幼苗生長的影響較種子萌發的影響敏感。本研究結果可為甘藍型油菜低富集、耐鎘性品種選育提供理論參考。隨著研究的不斷深入，有必要從生理角度深入研究幼苗對重金屬鎘的耐抗機制，以及植物體對重金屬鎘的吸附富集機制，有助于進行耐鎘品種以及高富集甘藍型油菜品種的選育，有利于鎘污染土壤的凈化以及食品安全。本研究可為甘藍型油菜低富集、耐鎘性品種和對鎘高富集品種選育提供理論參考。

表6 不同濃度Cd2+脅迫處理對不同甘藍型油菜幼苗苗含水量的影響

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(責任編輯 李山云)

Effects of Heavy Metal Cadmiumon on Seeds Germination and Seedling Growth ofBrassicanapusL.

ZHENG Ben-chuan, LI Hao-jie, ZHANG Jin-fang, CHAI Liang, PU Xiao-bin, JIANG Jun, CUI Cheng*, JIANG Liang-cai*

(Crop Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066, China)

Taken 25BrassicanapusL.(different genetic background) lines as tested materials, the effects of 4 cadmium concentrations (0, 1, 5 and 10 mg/L) on their seeds germination and seedling growth were studied in this paper. The results showed that different stress responses appeared in different materials, and the inhibitory effect was obvious in the cadmium concentration of 5 mg/L. The relative germination potential and relative seedling rate with the increase of cadmium concentrations were increased first and then decreased , and the suppress of seedling growth indicated the trend:The root length>the shoot length>the seeding weight>the seeding water content.

BrassicanapusL.; Cadmium; Heavy metal

1001-4829(2016)10-2312-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.011

2015-11-20

現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-13)；油菜雜種優勢利用技術與強優勢雜交種創制(2016YFD0101300)；農業部長江上游油料作物科學觀測試驗站(09203020)；四川省育種攻關(2016YZGG-4)；四川省財政創新能力提升工程(2016zypz-013)；四川省油菜創新團隊，四川省科技計劃(2014NZ0042)

鄭本川(1987-)，男，四川名山人，碩士，從事油菜遺傳育種工作，E-mail：zhengbenchuan1987@163.com，*為通訊作者。

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