黃麻、亞麻和芥菜種子萌發期的耐鎘性比較

張加強，史小華

(浙江省蕭山棉麻研究所，浙江 杭州 311202)

黃麻、亞麻和芥菜種子萌發期的耐鎘性比較

張加強，史小華

(浙江省蕭山棉麻研究所，浙江 杭州 311202)

通過發芽試驗探討不同濃度鎘脅迫對黃麻、亞麻和芥菜種子萌發的影響，旨在明晰黃麻、亞麻和芥菜種子萌發期的耐鎘性強弱。結果表明：黃麻、芥菜和亞麻的發芽勢、發芽率、相對發芽勢、相對發芽率、發芽指數、活力指數和生物量均隨鎘濃度的升高而下降；低濃度鎘脅迫對發芽的抑制作用不明顯，高濃度鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻種子萌發和生物量積累。采用隸屬函數法對參試材料種子萌發期的耐鎘性進行綜合評價，結果表明，耐鎘性的強弱順序為亞麻>芥菜>黃麻。

鎘脅迫； 亞麻； 種子萌發； 隸屬函數

鎘(Cd)是植物的非必需有毒元素。近年來，由于工業廢液、廢水和廢渣的無序排放及化肥的過量施用，導致杭州市城市土壤中重金屬有不同程度的積累，部分地區的蔬菜種植地土壤重金屬含量已超過自然背景值[1-4]。土壤中的鎘極易被植物吸收，而吸收的鎘大部分累積在根、莖和葉中，一部分會轉移到籽粒或果實中，最終通過生物鏈進入人體，危害人類健康[5]。由于鎘污染具有毒性強且持久、移動性大及不可逆性等特點，使得鎘污染土壤的治理和修復成為亟待解決的現實問題。其中，篩選超富集植物是植物修復的一種行之有效的方法[6]。黃麻和亞麻作為非食用的纖維作物，生長速度較快，同時，具有較大的生物量和較強的富集土壤中重金屬Cd等特性，是較理想的修復植物[7-8]。黃麻和亞麻是杭州市傳統作物，芥菜是傳統蔬菜之一，杭州市各地也有利用冬閑田種植芥菜的習慣。目前，國內外學者對于重金屬污染對植物的毒害作用，主要以單一植物為研究對象，而以多種植物種類為對象的研究報道較少。種子萌發是植物生活周期的起點，同時也是植物感受外界環境變化的最初階段，是評價植物鎘耐性的重要階段之一[9]。本研究通過比較黃麻、亞麻和芥菜種子萌發對不同濃度鎘處理的響應，并利用隸屬函數方法評價其綜合耐鎘性，以期為重金屬污染土壤的植物修復提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 種子萌發與脅迫處理

供試材料黃麻(CorchorusolitoriusL.)、亞麻(LinumusitatissimumL.)及芥菜(Brassicajunceavar.multicepsTsen et Lee)種子材料均由浙江省蕭山棉麻研究所經濟作物研究室提供。選大小均勻一致、籽粒飽滿的供試黃麻、亞麻及芥菜種子，先用70%乙醇消毒5 min，再用蒸餾水沖洗3次。每培養皿底襯2層濾紙做發芽床，每皿放置50粒供試黃麻、亞麻及芥菜種子，對照為蒸餾水，分別加入20、80、160、320、400和800 mg·L-1的Cd2+溶液，每個處理設3次重復。置于25 ℃恒溫培養箱發芽7 d，發芽期間及時補充處理液。

1.2 耐鎘指標計算

每天統計發芽種子數，種子發芽以胚芽長達到種子長度1/2為標準。并在發芽的第7天，每皿隨機選取5株幼苗，測量其鮮質量，取平均值。計算公式如下：發芽勢=第3天的發芽數/供試種子數×100；相對發芽勢=各個處理的發芽勢/對照的發芽勢×100；發芽率=第7天的發芽數/供試種子總數×100；相對發芽率=各個處理的發芽率/對照的發芽率×100；活力指數=發芽指數×根芽鮮質量；發芽指數=ΣGt/Dt(式中：Gt為t時間內的發芽種子數，Dt為相應的發芽天數)。

1.3 耐鎘綜合評價

應用隸屬函數法對黃麻、亞麻及芥菜種子萌發期的耐鎘性進行綜合評價。先利用公式u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1，2，3，…，n；計算每份材料的發芽勢、發芽率、相對發芽勢、相對發芽率、發芽指數、活力指數和生物量在不同鎘脅迫下的具體隸屬函數值。式中Xj表示第j個綜合指標，Xmax表示第j個綜合指標的最大值，Xmin表示第j個綜合指標的最小值，然后把每一指標在不同鎘脅迫下的隸屬值累加求平均值，最后把每份材料各項測定指標的隸屬函數值累加求平均值，根據各材料平均隸屬函數大小進行綜合評價。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2010進行處理和作圖，采用SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 對發芽勢和發芽率的影響

如圖1所示，黃麻、芥菜和亞麻的發芽勢均隨鎘濃度的升高而降低。當鎘濃度低于80 mg·L-1時，發芽勢降低的幅度較小；當鎘濃度高于400 mg·L-1時，發芽勢迅速降低；當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻發芽勢僅為3.3%、10.0%和3.3%。發芽率下降規律及趨勢基本與發芽勢一致，表明鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻的發芽，鎘濃度越高，對黃麻、芥菜和亞麻發芽勢和發芽率的抑制程度越高。

圖1 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻的發芽勢和發芽率

2.2 對相對發芽勢和相對發芽率的影響

如圖2所示，隨著鎘脅迫的加劇，黃麻、芥菜和亞麻的相對發芽勢和相對發芽率均呈顯著下降趨勢。當鎘濃度為20 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的相對發芽勢分為87.5%、90.0%和94.7%；鎘濃度增加至800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的相對發芽勢僅為6.3%、15.0%和5.3%。由圖2還可以看出，當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻的相對發芽率最高，芥菜的相對發芽率最低。

圖2 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻相對發芽勢和相對發芽率的變化

2.3 對發芽指數和活力指數的影響

發芽指數是發芽率指標的細化和深化，它放大了種子活力的特征。如圖3所示，隨著鎘脅迫濃度的增加，黃麻、芥菜和亞麻的發芽指數均出現了不同程度的下降。與對照相比，當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的發芽指數下降了79.7%，86.5%和88.2%。

活力指數是種子發芽速率和生長量的綜合反映，是衡量種子活力的指標。由圖3可知，在對照組中，亞麻種子的活力指數最大，芥菜次之，黃麻活力指數最小；當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻活力指數的強弱為亞麻>黃麻>芥菜。

2.4 對生物量的影響

生物量更能準確反映植物對重金屬脅迫的響應。如圖4所示，高濃度鎘脅迫明顯抑制了黃麻、芥菜和亞麻生物量的積累，而低濃度鎘脅迫對黃麻、芥菜和亞麻生物量的影響不明顯。當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻生物量的大小表現為亞麻>黃麻>芥菜。

2.5 耐鎘性綜合評價

在植物耐鎘性評價中，僅以相對發芽率或生物量等單一指標不能全面有效地反應作物萌發期的耐鎘性。當鎘濃度為800 mg·L-1時，黃麻、芥菜和亞麻的相對發芽率為黃麻>亞麻>芥菜，而生物量為亞麻>黃麻>芥菜，表現出排序不一致的現象。為了消除個別指標帶來的片面性，我們用模糊數學隸屬函數法對黃麻、芥菜和亞麻種子的發芽勢、發芽率、相對發芽勢、相對發芽率、發芽指數、活力指數和生物量進行了綜合評價，得到黃麻、芥菜和亞麻的隸屬函數總平均值(表1)。由表1可知，在種子萌發期，亞麻的耐鎘性隸屬函數總平均值最高，其次為芥菜，黃麻最低。

圖3 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻發芽指數和活力指數的變化

圖4 不同鎘濃度下黃麻、芥菜和亞麻生物量的變化

表1 種子萌發期耐鎘性各指標隸屬函數值及綜合評價值

3 小結

綜上所述，隨著鎘脅迫濃度的增加，黃麻、芥菜和亞麻的發芽勢、發芽率、相對發芽勢、相對發芽率、發芽指數、活力指數和生物量均出現了不同程度的下降。低濃度鎘脅迫對黃麻、芥菜和亞麻發芽和生物量的影響不明顯，高濃度鎘脅迫的抑制作用較顯著。黃麻、芥菜和亞麻對鎘脅迫的響應存在明顯差異，根據隸屬函數值計算，得出種子萌發期耐鎘脅迫的隸屬函數總平均值，耐鎘的強弱順序為亞麻>芥菜>黃麻。同時，亞麻為非食用纖維作物，既可以避免鎘通過食物鏈對人體造成傷害，又可以獲得較理想的經濟效益。因此，在鎘污染土壤嚴重的地區種植亞麻是植物修復理想的首選對象[7,10-11]。亞麻在種子萌發期耐鎘生理原因則有待于進一步研究。

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(責任編輯：侯春曉)

2017-09-05

杭州市科技發展計劃項目(20140432B39)

張加強(1981—)，男，浙江杭州人，助理研究員，博士，從事麻類、花卉育種、栽培及分子生物學研究工作，E-mail: zhangqiang414@126.com。

文獻著錄格式：張加強，史小華. 黃麻、亞麻和芥菜種子萌發期的耐鎘性比較[J].浙江農業科學，2017，58(11)：2019-2021.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171146

S563；S637

A

0528-9017(2017)11-2019-03