鉛、鈣及其復合處理對玉米種子發芽及幼苗生長的影響

楊麗娟++顧地周++欒志慧

摘要：在室內用培養皿進行玉米種子發芽試驗，采用不同濃度的硝酸鉛溶液（10、25、50、100、200 mg/L）、硝酸鈣溶液（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）處理，并用5個濃度的硝酸鈣溶液（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）對100 mg/L硝酸鉛進行解毒，以清水對照；再用上述發芽的種子以盆栽形式進行種植，研究其生長情況。結果表明：低濃度的Ca2+對玉米種子的發芽和幼苗生長均有促進作用，但高濃度的鈣卻會抑制種子發芽和生長；Pb2+對玉米發育的各項研究指標均具有抑制作用，且隨著鉛濃度的增大，效果越明顯；鈣鉛復合物試驗中，低濃度的鈣可以解除鉛對玉米的毒害，但隨著鈣濃度的增加，反而會使鉛中毒程度加重。

關鍵詞：玉米；鈣鉛復合物；發芽；生長發育

中圖分類號： S513.04文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0127-03

玉米是我國各地普遍栽培的糧食作物之一，在全世界熱帶和溫帶地區廣泛種植，為重要谷物之一。目前許多地區都存在嚴重的重金屬污染，其中鉛（Pb）、鎘（Cd）污染尤其普遍。重金屬污染不但會使植物生長遲緩、植株矮小、根系生長受到嚴重影響，導致農作物減產，而且會使人體的生長發育受到很大危害[1-2]。苗明升等研究表明，各種濃度的鉛對玉米種子發芽均起抑制作用[3-4]。鈣（Ca）是植物生長發育所必需的元素，很多試驗均表明，鈣在植物抗逆境過程中起重要作用[5-6]。在外源鈣抗逆境的作用機制中，抗重金屬毒害是其中一個重要作用[7]。本試驗以玉米為對象，研究鉛、鈣對玉米的影響及鈣對鉛中毒的解毒效應，為進行早期農業預測，以及植物對重金屬的抗性與對土壤質量的改良提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試玉米種子為通單248；供試試劑為硝酸鉛（批號：20130110）、硝酸鈣（批號：20130818）。

1.2試驗方法

1.2.1種子發芽試驗于2015年在通化師范學院生命科學學院盆栽進行。首先以1 ∶1 000的高錳酸鉀浸泡10 min進行消毒，清洗后每50粒種子為1組，分別放置在墊有2層濾紙的培養皿中進行培養；用不同濃度試劑進行處理，分別為硝酸鈣（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）、硝酸鉛（10、25、50 、100、200 mg/L），鈣鉛復合物（100.00 mg/L硝酸鉛+0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L硝酸鈣），以上濃度分別做3組重復；同時設清水處理作對照。每天觀察并記錄種子發芽數。

1.2.2幼苗生長指標測定每組選取30粒發芽種子，盆栽后定期對植株進行噴霧、觀察。當玉米幼苗長出第3張葉時，先測量玉米幼苗地上部分苗高，葉的長、寬、厚、面積，以及地下部分根的長度、數量，再稱量葉、根的鮮質量與干質量。

1.3數據統計與分析

種子發芽是采用了2，3，5-氯化三苯基四氮唑（TTC）法測量，數據是用Excel和SPSS 16.0軟件進行統計分析，各種處理與多重比較使平均值之間有明顯的差異來進行檢驗與分析，本試驗的數據都是取3次試驗的平均值。

2結果與分析

2.1鉛、鈣及其復合物對玉米種子發芽的影響

由表1可知，在一定鈣濃度條件下，發芽率隨發芽時間延長而增大。在測試濃度范圍內，隨鈣濃度的增加，種子發芽率呈先遞增后降低的趨勢。1.00 g/L硝酸鈣濃度下，培養6 d時玉米發芽率為98%，達到最大值，高于對照組。因此，一定濃度的鈣對玉米種子發芽具有促進作用，濃度過高反而具有抑制作用。由表2可知，10～200 mg/L硝酸鉛濃度范圍內，玉米發芽率遞減，鉛的濃度越高，對玉米種子發芽抑制越強。這一結論與鄭愛珍等研究的玉米發育早期對鉛脅迫的結果基本一致[8]。本試驗以100 mg/L硝酸鉛進行染毒處理，然后用5種濃度（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L ）的硝酸鈣溶液進行解毒，結果（表3）表明，鈣濃度為1.00 g/L條件下，培養 6 d 時對鉛染毒的玉米種子解毒效果最好，玉米發芽率達85%。較高濃度的硝酸鈣（2.00～4.00 g/L）反而會加重鉛中毒程度，而低濃度鈣處理鉛中毒種子后玉米發芽率有所提高。因此，一定濃度的鈣對鉛中毒的種子有解毒作用，過高濃度的鈣會進一步加重玉米種子的鉛中毒。這些與梁海英等研究Ca2+對鹽脅迫下鳳仙花種子發芽的影響結果[9]基本相符。

2.2鉛、鈣及其復合物對玉米生長發育的影響

2.2.1鈣對玉米生長發育的影響由表4可知，硝酸鈣濃度為0.10～1.00 g/L時，玉米幼苗高度、葉長呈增加趨勢，且在1.00 g/L 時苗高達峰值；當濃度增加到2.00～4.00 g/L 時，幼苗高度逐漸變短，與對照組相比差異顯著；0.10 g/L 硝酸鈣溶液處理后的玉米葉寬要比對照組寬， 但差異不顯著。當硝酸鈣濃度達4.00 g/L時，玉米葉寬明顯窄于對照組，差異極顯著。由此可見，高濃度鈣不利于玉米葉的寬向生長。硝酸鈣濃度在0.10～0.25 g/L時，玉米的葉面積較大，且高于對照組；隨著鈣濃度增加到1.00～4.00 g/L時，玉米葉面積明顯小于對照組，差異極顯著。可見，025 g/L是促進玉米葉面積生長的最適鈣濃度。當硝酸鈣濃度為0.10～1.00 g/L 時，葉厚度逐漸增加；當硝酸鈣濃度達到2.00～400 g/L時，與對照組相比葉厚呈現顯著差異，因此一定的鈣濃度能促進葉變厚。在硝酸鈣濃度為0.25 g/L時，玉米葉的鮮質量、干質量最高，且高于對照組；當濃度增加到1.00 g/L時，葉鮮質量、干質量均開始減小；當濃度為2.00 g/L時，與對照組比葉鮮質量、干質量均差異顯著；硝酸鈣濃度達 4.00 g/L 時，葉的鮮質量、干質量與對照組相比差異極顯著，因此一定濃度的鈣對玉米葉質量有促進作用，過高濃度將抑制玉米生長。在硝酸鈣濃度為0.10～100 g/L時，隨著鈣濃度增加，玉米根鮮質量、干質量、根數、根長都呈增加趨勢，與對照組相比，差異不顯著；當硝酸鈣濃度為2.00 g/L時，玉米根鮮質量、干質量降低，在濃度為 4.00 g/L 時與對照相比差異顯著。

2.2.2鉛對玉米生長發育的影響由表5可知，不同濃度硝酸鉛溶液對玉米幼苗高度、葉長、葉寬、葉面積、葉厚、葉鮮質量、葉干質量、根鮮質量、根干質量、根數及根長等各項指標均表現出抑制作用，且隨著硝酸鉛濃度增加，抑制作用逐漸增強，與鎘、鉛等對青菜葉片生理特性的脅迫作用原理[10]一致。硝酸鉛的濃度為100～200 mg/L時，玉米苗高度與對照組相比差異極顯著；硝酸鉛濃度為50～200 mg/L時，玉米幼苗葉長與對照組相比差異極顯著；硝酸鉛濃度為100～200 mg/L時，對葉寬的抑制作用顯著；在測試濃度范圍內，鉛對葉面積的影響與對照組相比差異不顯著；當硝酸鉛濃度超過25 mg/L時，對葉厚的抑制作用顯著；鉛對玉米葉鮮質量及干質量的影響在硝酸鉛濃度為200 mg/L時與對照組相比差異極顯著，硝酸鉛濃度為100 mg/L 時差異顯著；當硝酸鉛濃度為50～100 mg/L 時，根的鮮質量及干質量與對照組相比差異顯著，濃度為200 mg/L時與對照組比差異極顯著；當硝酸鉛濃度為100 mg/L時，對根數的影響與對照組相比差異顯著，濃度增加到200 mg/L時，鉛對根數的抑制作用與對照組相比差異極顯著；硝酸鉛濃度在25～50 mg/L 時，對玉米根長的影響與對照組相比差異顯著，濃度在100～200 mg/L時，鉛對根長的影響與對照組相比差異極顯著。以上結論與劉法彬等在鉛污染對黃瓜種子發芽及葉片生理指標影響中的結論[11]基本一致。

2.2.3鉛、鈣復合處理對玉米生長發育的影響所有測試都表5不同濃度鉛處理對玉米生長發育的影響

是在濃度為100 mg/L硝酸鉛染毒下進行不同濃度鈣處理，并以水作對照。總體比較，對照組幼苗生長發育情況最好，在 100 mg/L 硝酸鉛+4.00 g/L硝酸鈣的條件下，與對照組相比，幼苗高度、葉長、葉寬、葉鮮質量和葉干質量差異極顯著，葉面積差異顯著。硝酸鈣濃度為0.10～2.00 g/L時對鉛中毒的玉米幼苗高、葉長、葉寬、葉面積均有解毒作用，均明顯比鉛中毒時的高；當硝酸鈣濃度為4.00 g/L時不具有解毒作用，反而使玉米中毒更嚴重，此時幼苗高、葉長、葉寬與不加硝酸鈣處理相比均有減小趨勢。因此，一定濃度鈣對植物鉛中毒具有解毒作用。當硝酸鈣濃度為0.10～2.00 g/L時，對鉛中毒玉米葉厚有解毒作用，當濃度為2.00 g/L時解毒效果最好；當硝酸鈣濃度升高到 4.00 g/L 時對鉛中毒玉米葉厚無解毒效果，反而加重中毒現象。0.10～2.00 g/L硝酸鈣對鉛中毒玉米葉鮮質量及葉干質量有解毒作用，當濃度為2.00 g/L時對中毒玉米葉鮮質量及葉干質量解毒效果與不加硝酸鈣處理相比差異極顯著；當硝酸鈣濃度為4.00 g/L時對鉛中毒玉米無解毒效果，且極顯著加重玉米的中毒程度。0.10～1.00 g/L時，鈣對中毒的玉米根鮮質量及根干質量均有解毒作用，2.00～400 g/L硝酸鈣對中毒的玉米根鮮質量及根干質量多數無解毒作用。當硝酸鈣濃度為0.01～2.00 g/L 時，鉛中毒玉米根數呈增加趨勢；當濃度為 4.00 g/L 時反而減少，差異均不顯著。當硝酸鈣濃度為0.10～2.00 g/L 時，鉛中毒玉米根的長度呈增加趨勢；濃度為4.00 g/L時玉米根長反而比鉛中毒時短。說明一定濃度的鈣處理對鉛中毒具有解毒效果，但濃度達到一定值時反而會加重毒害，這與馮文新等關于鈣處理對鹽脅迫下大豆種子發芽及其生理生化指標影響結果基本[12]一致。

3結論與討論

近年來，重金屬對我國植物以及土壤的污染越來越嚴重，存在的范圍也較廣，重金屬對植物種子的發芽以及對植物生表6不同濃度鉛、鈣復合對玉米生長發育的影響長發育和生理特性的影響也越來越受人們的關注，重金屬污染成為當下最難解決的問題之一。雖然重金屬元素不是植物生長所大量需要的，但是這些重金屬會隨著植物吸收營養的同時進入植物體內，最終被人體吸收，從而影響人類的身體健康[13]。因此，研究重金屬污染對植物的影響是非常必要的。本試驗研究鈣、鉛及復合物對玉米種子發芽及生長發育的影響，分析不同濃度試劑對玉米種子發芽及其幼苗各項測定指標的影響顯著性，確定了在測試濃度范圍內鈣對鉛解毒的最適濃度，對后續玉米地農耕、土壤凈化，以及早期預測玉米的毒害等都具有重要意義。

參考文獻：

[1]陳懷滿. 土壤-植物系統中的重金屬污染[M]. 北京：科學出版社，1996：1-2.

[2]江行玉，趙可夫. 植物重金屬傷害及其抗性機理[J]. 應用與環境生物學報，2001，7（1）：92-99.

[3]苗明升，朱圓圓，曹明霞，等. 重金屬鉛對玉米萌發和早期生長發育的影響[J]. 山東師范大學學報：自然科學版，2003，18（1）：82-84.

[4]周鴻，劉成運. 玉米幼根對鉛的吸收途徑及有關的兩種酶活性變化初探[J]. 環境科學學報，1986，6（1）：66-71.

[5]周青，黃曉華，王東燕，等. 鈣對酸雨傷害甜瓜幼苗的影響[J]. 植物生態學報，1999，23（2）：186-191.

[6]Gong M，Chen S N，Song Y Q，et al. Effect of calcium and calmodulin on intrinsic heat tolerance in relation to antioxidant systems in maize seedlings[J]. Australian Journal of Plant Physiology，1997，24（3）：371-379.

[7]賀迪，劉云國，黃玉娥，等. 鈣對不同濃度鎘脅迫下蘆葦幼苗葉綠素及抗氧化酶系統的影響[J]. 農業環境科學學報，2007，26（1）：197-201.

[8]鄭愛珍，王啟明，吳詩光. 大豆發育早期對鉛脅迫的響應[J]. 種子，2006，25（3）：10-12.

[9]梁海英，張雪平，胡志超. Ca2+對鹽脅迫下鳳仙花種子發芽的影響[J]. 江蘇農業科學，2011，39（6）：327-329.

[10]任安芝，高玉葆，劉爽. 鉻、鎘、鉛脅迫對青菜葉片幾種生理生化指標的影響[J]. 應用與環境生物學報，2000，6（2）：112-116.

[11]劉法彬，孫永林. 鉛污染對黃瓜種子萌發及葉片生理指標的影響[J]. 化學與生物工程，2008，25（10）：60-63.

[12]馮文新，張寶紅. 鈣處理對鹽脅迫下大豆種子萌發及其生理生化指標的影響[J]. 大豆科學，1997，38（1）：49-54.

[13]張義賢. 汞、鎘、鉛脅迫對油菜的毒害效應[J]. 山西大學學報：自然科學版，2004，27（4）：410-413.焦慶清，謝吉先，王書勤，等. 蘇中高沙土地區泰花8號花生高產技術及實踐[J]. 江蘇農業科學，2016，44（5）：130-131.