重金屬Cd·Pb污染土壤對紫花苜蓿種子萌發和幼苗生長的影響

景俏麗 董歲明 侯琪琪

摘要 [目的]研究重金屬Cd、Pb單一及復合污染對紫花苜蓿種子萌發和幼苗生長的影響。[方法]以紫花苜蓿（Medicago sativa）種子為材料，采用土培方法研究了重金屬Cd、Pb單一及其復合污染土壤對苜蓿種子萌發及幼苗生長的影響。用種子的發芽勢、發芽率、發芽指數與活力指數4個指標衡量種子的萌發狀況。[結果]中低濃度的Cd、Pb對苜蓿種子萌發影響不大，當Cd≤15 mg/kg、Pb≤600 mg/kg時，種子的發芽勢和發芽率與對照相比差異較小。重金屬Cd、Pb嚴重阻礙了幼苗期苜蓿的正常生長，苜蓿的根長、芽長與鮮重這3項指標均與重金屬濃度呈極顯著負相關，相關系數遠小于-0.900。[結論]Cd、Pb單一及其復合污染對苜蓿幼苗生長期的毒害作用遠大于對種子萌發期的影響，苜蓿種子在前期萌發階段對重金屬Cd、Pb具有較強的耐性。

關鍵詞 紫花苜蓿；種子萌發；幼苗生長

中圖分類號 X5 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）22-0119-03

Abstract[Objective]To study effect of heavy mental Cd，Pb single and compound pollution on seed germination and seedling growth of Alfalfa.[Method]Alfalfa seeds are used to study effects of heavy metal elements Cd and Pb on seed germination and seedling growth by using soil culture experments.The germination status of seeds was measured by germination energy，germination rate，germination index and vitality index.[Result]Cd and Pb in low concentration had little effect on the germination of alfalfa seeds.The germination energy and germination rate of the seeds were very small compared with that of the control group when the Cd was less than 15 mg/kg and Pb was less than 600 mg/kg.The growth of alfalfa seedling stage was reflected by root length，sprout length and fresh weight.The heavy metal Cd and Pb seriously hindered the normal growth of seeding period of alfalfa .The root and sprout length and fresh weight of alfalfa were significantly negatively correlated with the concentration of heavy metals，and the correlation coefficient was far less than -0.900.[Conclusion]Cd and Pb have more toxic effects on the growth of alfalfa seedlings than the effect on seed germination period.So the seed of alfalfa has strong tolerance to the heavy metal Cd and Pb during the germination stage.

Key words Alfalfa；Seed germination；Seedling growth

土壤重金屬污染已成為目前的一個熱點話題，但在所有非植物必需的重金屬元素中，Cd和Pb毒性巨大，對土壤造成極大危害，同時也受到廣泛關注[1-4]。利用超富集植物吸收土壤重金屬是近年來興起的一項綠色環保修復新技術[5-7]，素稱“牧草之王”的紫花苜蓿對重金屬Cd和Pb均具有較強的耐性與富集能力[8-11]，近年來眾多學者研究了水培條件下重金屬對植物種子萌發的影響[12-16]，但在土培條件下研究重金屬對超富集植物種子萌發的影響甚少。筆者以紫花苜蓿為研究對象，采用土培試驗，探究在不同濃度梯度下，Cd、Pb單一或復合污染土壤對紫花苜蓿種子萌發及幼苗生長的影響，研究重金屬Cd、Pb單一及其復合污染土壤對紫花苜蓿的毒害作用，以期為后期用紫花苜蓿修復重金屬污染土壤提供可靠依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試種子（紫花苜蓿Medicago sativa）由千華百魅種業有限公司提供；

供試土壤采自陜西西安市秦嶺山腳下，取0～20 cm表層農田土壤，自然風干后，先初步剔除其中粗雜質，過100目篩后備用。Cd（NO3）2·4H2O、Pb（NO3）2均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 污染土壤的配制。將過篩的土壤與發酵的實木屑按土∶木=5∶2混合后裝入種子培養皿中，每皿裝入80 g；依據《土壤環境質量標準》，設置Cd2+濃度梯度為5、15、15、20、25 mg/kg；Pb2+濃度梯度設置為200、400、600、800、1 000 mg/kg；分別將配制好的重金屬溶液單獨或混合加入培養皿（混合加入時Cd、Pb高低濃度一一對應），靜置鈍化14 d后作為種子的發芽床。用去離子水作為對照，共16個處理，每個處理3個重復。

1.2.2 發芽試驗。挑選顆粒飽滿均勻的苜蓿種子置于質量分數4%的KMnO4內消毒10 min后，用自來水沖洗數次，再用去離子水反復沖洗3次，最后用濾紙吸干表面水分。每個培養皿中均勻放入30粒處理后的種子，每日用稱量法加水至恒重并置于室溫環境中培養。

1.3 測定指標與方法

發芽期間，每隔24 h記錄種子的發芽數，第5天統計發芽勢，第8天統計發芽率并計算發芽指數。12 d后隨機挑選每盆長勢較好的5株幼苗，測定其根長、芽長及鮮重，用以衡量種子幼苗的生長狀況[17-19]。

發芽勢=4 d內供試種子的發芽數/供試種子數×100%

發芽率=供試種子的發芽數/供試種子數×100%

發芽指數（GI）=Gt/Dt

式中，Gt為在t天的發芽數，Dt為發芽天數。

活力指數（VI）= GI×S

式中，GI為發芽指數，S為芽長+根長（cm） 。

1.4 數據分析 試驗數據均采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行單因素Duncan統計分析，Origin 8.5繪圖，結果均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 重金屬Cd、Pb單一及復合污染土壤對苜蓿種子萌發的影響

2.1.1 Cd對苜蓿種子萌發的影響。

由表1可知，與對照相比，苜蓿種子的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數4項指標總體上均隨Cd濃度的增加逐漸降低。當Cd濃度≤10 mg/kg 時，種子的發芽勢和發芽率與對照相比差異均不顯著（P>0.05），可見低濃度的Cd對苜蓿種子出苗率影響極??；當Cd濃度分別為15、20、25 mg/kg時，種子的發芽率分別為對照的91.14%、89.87%、87.34%，降低幅度不大，影響較小。

發芽指數與活力指數是反映種子品質的主要參數，較高濃度的Cd（≥20 mg/kg）種子發芽指數與活力指數與對照相比差異達顯著水平，當Cd濃度為25 mg/kg時，種子的發芽指數與活力指數分別為對照的77.24%、29.68%，可見Cd濃度越大，苜蓿種子的品質越劣，活力越低。

2.1.2 Pb對苜蓿種子萌發的影響。

由表2可知，Pb對苜蓿種子的發芽勢影響較小，與對照相比差異不顯著。200 mg/kg Pb處理后種子的發芽率與對照相比未受任何影響，不影響苜蓿的發芽勢，但活力指數降低至39.06，為對照的7493%，可見雖然低濃度的Pb對種子出苗率影響較小，但對幼苗后期的生長造成較大影響，使得種子品質降低。當Pb濃度為1 000 mg/kg時，種子發芽率降低為對照組的86.37%，活力指數降低至對照的34.57%。這說明Pb對苜蓿種子萌發有抑制作用，低濃度影響較小，與對照相比降幅小，高濃度影響較大且降幅較大，苜蓿種子品質變劣。

2.1.3 Cd、Pb復合污染對苜蓿種子萌發的影響。由表3可知，在Cd、Pb復合污染的土壤中，隨著復合重金屬濃度的逐漸增大，苜蓿種子的發芽勢、發芽率、發芽指數與活力指數呈下降趨勢。但與單一Cd、Pb處理相比稍有差別，當Cd濃度15 mg/kg、Pb濃度600 mg/kg時，苜蓿種子的發芽勢、發芽率、發芽指數均比復合低濃度（Cd濃度5 mg/kg、Pb濃度200 mg/kg；Cd濃度10 mg/kg、Pb濃度400 mg/kg）處理大，且其與對照相比差異均不顯著（P<0.05），這說明中高濃度的Cd、Pb復合污染在一定程度上對苜蓿種子的發芽質量影響很小。

隨著復合濃度的增大（當Cd濃度≥20 mg/kg、Pb濃度≥800 mg/kg），種子的發芽勢、發芽率、發芽指數與活力指數均降低，復合污染（Cd濃度25 mg/kg、Pb濃度1 000 mg/kg）處理后的種子發芽率降低至對照的86.08%，活力指數降至對照的34.57%，可見高濃度復合污染土壤嚴重影響了苜蓿種子的萌發，降低了種子的發芽質量。

2.2 重金屬Cd、Pb單一及其復合污染土壤對苜蓿幼苗生長的影響

2.2.1 Cd、Pb單一及其復合污染對苜蓿幼苗根長的影響。

由圖1可知，Cd、Pb單一及其復合污染對苜蓿幼苗根長的影響趨勢大致相似，均隨重金屬濃度的增大而遞減，重金屬Cd、Pb的濃度與幼苗根長間的相關系數分別為-0.979**、-0.980**，呈極顯著負相關。可見重金屬濃度越大對苜蓿幼苗的根部傷害越大，使其根長越短，當重金屬濃度最大時，即Cd濃度為25 mg/kg時，苜蓿幼苗的根長僅為1.77 cm，降至對照（4.27 cm）的41.45%；當Pb濃度為1 000 mg/kg時，苜蓿根長降至對照的43.79%；當Cd濃度25 mg/kg、Pb濃度1 000 mg/kg 復合污染時，苜蓿根長降至對照的39.81%。

2.2.2 Cd、Pb單一及其復合污染對苜蓿幼苗芽長的影響。

由圖2可知，重金屬Cd、Pb對苜蓿幼苗芽長的影響規律與對根長影響類似，芽長均隨重金屬濃度的增大而變短，相關系數分別為-0.944**、-0.934**，呈極顯著負相關。重金屬濃度越大，苜蓿幼苗的芽長受抑制作用越強，當重金屬濃度最大（Cd濃度為25 mg/kg或Pb濃度為1 000 mg/kg或Cd濃度為25 mg/kg、Pb濃度為1 000 mg/kg復合污染）時，苜蓿芽長分別為對照的35.08%、35.97%、28.00、95.00%。

2.2.3 Cd、Pb單一及其復合污染對苜蓿幼苗鮮重的影響。由圖3可知，重金屬嚴重阻礙了苜蓿幼苗期的生長，使得幼苗鮮重顯著下降，重金屬Cd、Pb濃度分別與幼苗鮮重之間呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.960**、-0.971**。

3 結論

（1）Cd、Pb復合污染土壤對苜蓿種子萌發及幼苗生長的影響趨勢與Cd、Pb單一污染大致相似。

（2）Cd、Pb單一及其復合污染土壤對苜蓿種子萌發（種子的發芽勢和發芽率）的影響小于對后期幼苗生長（幼苗根長、芽長和鮮重）的影響。中低濃度的Cd、Pb對苜蓿種子萌發的影響不大，當Cd≤15 mg/kg、Pb≤600 mg/kg時，種子的發芽勢和發芽率與對照相比差異較??；而幼苗的根長、芽長與鮮重這3項指標均與重金屬濃度間呈極顯著負相關，相關系數遠小于-0.900。

（3）苜蓿種子在前期萌發階段對重金屬Cd、Pb具有較強的耐性，因此可以作為修復重金屬Cd、Pb污染土壤的優選植物，但在后期生長過程中，Cd、Pb脅迫嚴重阻礙了幼苗的生長，因此在種子萌發后要采取適當的措施（如施加植物生長調節劑等）進行修復[20-22]。

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