鉛處理對菜用大黃種子萌發和幼苗生長的影響

姜立娜+邵珠田+宋子文+蔡祖國

摘要：以菜用大黃為試驗材料，研究不同濃度的鉛溶液（0、50、150、300、600、1 200 mg/L）對菜用大黃種子萌發和幼苗生長的影響。結果表明，Pb2+濃度為0～300 mg/L時對菜用大黃種子發芽指標影響不大，隨著Pb2+濃度的升高出現一定的抑制作用，表明菜用大黃種子萌發對鉛有一定耐性。幼苗形態指標在Pb2+濃度為0～50 mg/L時最高，當濃度大于50 mg/L時各項指標均表現為下降趨勢；幼苗可溶性蛋白含量、過氧化氫酶（CAT）活性隨著Pb2+濃度的升高呈現波動變化的趨勢，丙二醛（MDA）含量整體呈現升高的趨勢。

關鍵詞：鉛；菜用大黃；種子萌發；幼苗生長

中圖分類號： S649.01

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0223-03

近年來，隨著中國工業的快速發展，環境中重金屬污染加重，特別是鉛（Pb）含量明顯增加。鉛不是植物生長發育的必需元素，但是植物可以通過根系吸收土壤中的鉛。研究發現，高濃度鉛會改變植物細胞膜透性，影響植物光合作用、呼吸作用和多種代謝過程，進而對植物造成傷害，并且會進一步通過食物鏈進入人體，危及人類健康[1-3]。

菜用大黃（Rheum rhaponticum L.）為蓼科大黃屬多年生草本植物，以葉柄為食用器官，其產量高、便于管理，1次定植可連續收獲4～6年[4-6]。由于其營養價值高、保健功能強、風味獨特被列入奧運蔬菜，開發前景廣闊。目前，對菜用大黃的研究主要集中在組培苗不定芽增殖能力、生根特性和氣孔特性、核型分析等方面[7-9]，關于重金屬鉛對菜用大黃種子及幼苗的影響還未見報道。本試驗研究了鉛處理對菜用大黃種子萌發和幼苗生長的影響，以此衡量菜用大黃對重金屬鉛的耐受能力，以期為預防菜用大黃早期鉛傷害以及篩選重金屬鉛的耐性植物提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

菜用大黃種子由河南科技學院園藝園林學院菜用大黃引種課題組提供。經測定試驗所用菜用大黃種子凈度為9381%，千粒質量為13.5 g。

1.2 試驗方法

將菜用大黃種子置于50～55 ℃的溫水中消毒15 min，其間不斷攪拌，將溫度降至25 ℃左右。用蒸餾水沖洗 5～6 次，吸水紙吸去種子表面的水分。分別用不同濃度（0、50、150、300、600、1 200 mg/L）的硝酸鉛溶液（以鉛的濃度計算）進行浸種處理，每個處理用種60粒，試驗進行3 次重復。浸種時間為24 h，種子浸泡后分別放在墊有2層濾紙并用各種濃度處理液浸濕的各個培養皿中，每個培養皿30粒。將培養皿置于（22±1） ℃恒溫人工氣候箱中，待種子長出2張子葉后，打開光照將強度設定為4 000 lx，每天添加處理液以保持種子濕潤狀態。于3 d后計算發芽勢，7 d后計算發芽率，14 d后測定形態指標，同時測定可溶性蛋白含量、過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）含量等生理指標。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 發芽指標[10]

發芽勢=3d后發芽種子數/供試種子總數×100%；

發芽率=7d后發芽種子數/供試種子總數×100%。

1.3.2 幼苗形態指標 在試驗14 d后，測定幼苗鮮質量、根鮮質量、根長、株高。

1.3.3 幼苗生理指標 可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G250法[10]；CAT活性的測定采用紫外吸收法[11]；丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法[12]。

2 結果與分析

2.1 鉛處理對種子發芽勢和發芽率的影響

從圖1可以看出，隨著Pb2+濃度的增加，菜用大黃種子的發芽率、發芽勢整體呈現下降的趨勢。Pb2+濃度低于 300 mg/L 時，對菜用大黃種子的發芽率、發芽勢影響不大；當Pb2+濃度高于于300 mg/L時，種子發芽率、發芽勢與對照相比均表現為下降；Pb2+濃度為1 200 mg/L時，種子的發芽率達到最低值，比對照低5%左右，種子的發芽勢比對照低13%，但是仍能達到67.78%。結果表明，Pb2+濃度較低時對菜用大黃種子的發芽率、發芽勢影響不大；當Pb2+濃度高于 300 mg/L 時對發芽勢表現出了一定的抑制作用。

2.2 鉛處理對菜用大黃幼苗形態指標的影響

從表1可以看出，菜用大黃的根長、株高在Pb2+濃度為50 mg/L時，與對照相比差異不顯著；隨著Pb2+濃度的增加，當Pb2+大于50 mg/L時，根長、株高開始下降，與對照差異顯著，表明高濃度Pb2+處理對菜用大黃的根長、株高具有明顯抑制作用。幼苗鮮質量、根鮮質量隨著Pb2+濃度的增加呈現先增加后減少的趨勢，當Pb2+濃度大于150 mg/L時，與對照差異明顯。當Pb2+濃度為1 200 mg/L時幼苗幾乎停止生長，無法進行相應生理指標的測定。結果表明，低濃度的Pb2+處理對菜用大黃的鮮質量有一定的促進作用，高濃度則出現抑制；對根長、株高的影響則是表現為抑制作用，濃度越高，抑制作用越顯著。

2.3 鉛處理對菜用大黃幼苗生理指標的影響

2.3.1 鉛處理對幼苗可溶性蛋白含量的影響 從圖2可以看出，菜用大黃幼苗可溶性蛋白的含量隨著Pb2+濃度的升高，整體呈現下降的趨勢，在150 mg/L時出現反彈，比相鄰濃度高，但仍比對照組含量低。當Pb2+濃度超過150 mg/L后，可溶性蛋白含量逐漸降低，表現出鉛處理對菜用大黃幼苗的抑制作用。

2.3.2 鉛處理對幼苗CAT活性的影響 從圖3可以看出，不同濃度的Pb2+處理后，菜用大黃幼苗的CAT活性呈現先升高后降低的趨勢，在600 mg/L時出現反彈。表現為低濃度Pb2+范圍（<50 mg/L） 內隨著Pb2+濃度的增加，CAT的活性增強，當濃度為50 mg/L時活性高于CK并達到最高值；在高濃度Pb2+（150～600 mg/L）作用下，CAT活性下降且明顯低于對照，在濃度為300 mg/L時達到最低值。結果表明，低濃度的Pb2+對CAT活性具有激活作用，隨著Pb2+濃度的逐漸增大，又轉為抑制作用，并對CAT酶系統產生傷害。

2.3.3 鉛處理對幼苗MDA含量的影響 從圖4可以看出，隨著Pb2+濃度的增加，MDA含量整體呈現增加的趨勢。當Pb2+濃度在50～150 mg/L時，MDA含量與CK相比變化不大；當Pb2+濃度為300、600 mg/L時，MDA含量與對照相比有明顯的升高，分別為對照的185.30%、192.80%。

3 結論與討論

試驗結果表明，隨著Pb2+濃度的提高，菜用大黃種子的發芽率、 發芽勢、 發芽指數和活力指數均逐漸降低，與Pb脅迫條件下牛蒡、狹葉香蒲、黃瓜種子萌發特性的研究結論[13-15]一致。本研究中，在Pb2+處理下，菜用大黃種子的發芽率、發芽勢均低于對照，但其發芽率仍然達到88.33%，與對照88.89%差異不顯著。對菜用大黃幼苗生理指標的測定結果表明，在較低濃度（<50 mg/L） Pb2+處理下，幼苗的株高、鮮質量高于對照，在高濃度下開始下降；而根長、根鮮質量在一定范圍內隨著Pb2+濃度的提高而下降，表明幼苗根對重金屬Pb的反應比芽更為敏感，本結論與戴敏等相關研究結果[13，16]類似。盡管高濃度Pb對菜用大黃種子萌發和幼苗生長有一定的抑制效應，但Pb2+濃度在1 200 mg/L時，菜用大黃種子仍具有較高的萌發率，僅發芽勢有所降低，萌發速率減緩，前期幼苗仍可以生長，但生長非常緩慢，后期開始出現死亡，表明菜用大黃種子萌發和幼苗生長都對Pb均具有一定耐性。

Pb是一種對植物有積累性危害的重金屬，過量的Pb進入植物體內，會破壞生物膜的結構，導致葉綠體、線粒體及細胞核等重要器官的損傷，從而影響各種代謝過程，最終導致植物生長減緩甚至死亡[1]。 可溶性蛋白含量的變化反映了植物生長的狀態和新陳代謝的水平。本研究中不同濃度的Pb2+處理后，菜用大黃幼苗的可溶性蛋白含量均低于對照，且濃度越高，含量越低，表明鉛處理影響了菜用大黃幼苗的生理代謝。不同濃度的Pb2+處理對菜用大黃幼苗的CAT活性的影響不同，低濃度Pb2+對菜用大黃幼苗的CAT活性有激活作用，高濃度的Pb2+對菜用大黃幼苗的CAT活性有抑制作用，表明菜用大黃幼苗對Pb2+濃度有一定的適應性，當Pb2+濃度超過菜用大黃種子的耐受極限時將出現抑制作用，與鉛脅迫對甜瓜種子胚芽酶系統影響的結論[17]一致。

植物在逆境或衰老條件下會發生膜脂過氧化，MDA是一種重要的膜脂過氧化產物，膜脂過氧化程度可以通過植物組織內MDA的含量來反映。本試驗中Pb2+濃度在0～150 mg/L時，菜用大黃幼苗中MDA含量變化不大，表明較低濃度Pb脅迫對植株傷害并不明顯；但是隨著Pb2+濃度的進一步增加Pb2+濃度﹥300 mg/L時），MDA含量則急劇增加，表明高濃度的鉛處理造成菜用大黃膜脂過氧化加劇，膜傷害程度增加。

綜上所述，菜用大黃的種子萌發和幼苗生長對鉛有一定的耐受性，但隨著處理濃度的升高，幼苗生長受到明顯抑制。本研究結果為后期進行菜用大黃耐鉛品種選育以及菜用大黃耐鉛機制研究提供了相關理論依據。

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