重金屬Cd對番茄種子萌發的影響

王文光，范學科，馬文哲，李 劼，劉 偉

(楊凌職業技術學院,陜西 楊凌 712100)

0 前言

鎘(Cd)重金屬，“五毒”之一，為人體非必需元素，在自然界中存在狀態為化合物，正常環境狀態下，由于含量很低，對人體健康不會產生影響。當鎘污染環境后，鎘可在生物體內富集，通過食物鏈進入人體引起慢性中毒，人體健康將受到威脅。

近年來，部分水體及土壤由于礦產資源的開采及工業的發展，不同程度的受到了鎘的污染，蔬菜品質安全帶來一定的潛在隱患。以往的研究主要集中在鉛對蔬菜品質、生長及生理的研究[1～5]，有關鎘對蔬菜品質、生長、生理以及種子萌發的研究鮮見報道。筆者實驗以番茄種子為材料，研究不同濃度鎘處理下，番茄種子的發芽勢、發芽率、相對發芽率、胚根長度等變化情況，以期明確鎘對番茄種子萌發的影響，探討鎘對番茄種子的毒性效應，為預防鎘在番茄上積累提供一定理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

番茄種子，購買于蔬菜種子批發市場，選擇當地主菜品種4個，代號分別為1、2、3、4。

鎘標準使用液(水中鎘)1 mg·mL-1，購買于國家標準物質研究中心。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機區組設計5個鎘溶液濃度：1 ng·mL-1(處理1)；5 ng·mL-1(處理2)；10 ng·mL-1(處理3)；15 ng·mL-1(處理4)；20 ng·mL-1(處理5)；以蒸餾水為對照(CK)，每個濃度設置3個平行。

1.3 試驗方法

1.3.1 種子萌發試驗 將濾紙剪成12 cm×12 cm的正方形，平鋪于種子發芽盒中，每個種子發芽盒中鋪兩張濾紙，根據試驗設計，準確地將5 mL鎘溶液移入種子發芽盒中，并向對照試驗種子發芽盒中加入5 mL蒸餾水。在對完整飽滿、帶下均勻的販子額種子進行消毒后，將100粒種子均勻地放入每個種子發芽盒中，在25℃，75%相對濕度的恒溫下，在黑暗條件下進行培育。培養過程中，依據濾紙濕潤情況及時添加相應濃度鎘溶液和蒸餾水以保持濾紙濕潤。按照種子發芽試驗的相關要求，從第3天開始測定其相關生理特性。

1.3.2 測定方法 培養溫度25℃和75%相對濕度的培養條件下，從發芽的第3天開始計數發芽種子的數量及特征，并根據以下計算方法計算發芽勢和發芽率等。

種子發芽勢(%)=

種子發芽率(%)=

種子相對發芽率(%)=

胚根長度及下胚軸長的測定：隨機選擇20粒發芽的種子，用尺子測量其胚根長及胚軸長。

2 結果與分析

2.1 不同濃度條件下Cd溶液對番茄種子發芽勢的影響

由表 1 可以看出，由于鎘溶液濃度的不同,造成不同品種的番茄種子發芽勢也有較大的差異。在對照試驗實驗中，1號種子的發芽勢只有63.33%，4號種子的發芽勢最高達到86.67% ；當在較低Cd溶液(1 ng·mL-1)脅迫下發芽勢不同品種的都有所提高；但伴隨著Cd溶液濃度的升高，造成對所有番茄種子的毒害也上升，表現為所有品種番茄的發芽勢均下降，當Cd溶液達到20 ng·mL-1時，所有品種的番茄種子均表現出受到了較大程度的毒害作用。

表1 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的發芽勢 (%)

2.2 不同濃度條件下Cd溶液對番茄種子發芽率的影響

由表2可以看出，隨著Cd溶液濃度的增加，不同品種番茄種子的發芽率呈下降趨勢。在1 ng·mL-1Cd溶液脅迫下，4種番茄種子的發芽率均有所提高，且其萌發潛力趨于一致。當Cd溶液濃度超過 15 ng·mL-1時，發芽率表現出急劇下降的趨勢。由此可以看出，低濃度的Cd溶液具有促進了番茄種子的萌發，高濃度的Cd溶液可抑制種子萌發。

表2 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的發芽率 (%)

2.3 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的相對發芽率

由表 3可以看出，4種番茄種子的相對發芽率隨著Cd溶液濃度的增加而降低，且在15 ng·mL-1時其相對發芽率急劇下降。其中，1號種子相對發芽率下降最明顯，僅為 25.00%；3號種子在高濃度Cd溶液處理中的相對發芽率高于其他 3 種作物，表現出較強的耐Cd特性。

表3 不同濃度條件下Cd溶液處理番茄種子的相對發芽率 (%)

2.4 不同濃度Cd溶液處理條件下對番茄種子胚根長度的影響

由表4可知，在較低濃度下(1 ng·mL-1)，4個品種的番茄種子發芽后，長出了一定長度的胚根，但后續跟蹤研究發現，隨著培養時間的延長，番茄種子胚根卻逐漸發黃；然而，隨著Cd溶液處理濃度的增加，平均胚根長度急劇下降；當濃度增加至15 ng·mL-1時，盡管1、2號種子有少量發芽，但胚根卻不生長，當Cd溶液濃度提高至20 ng·mL-1時，所有品種的番茄都不會長出出胚根；用5 ng·mL-1的Cd溶液處理的番茄種子胚根長度減少百分比也是最高的。

表4 不同濃度Cd溶液處理下番茄種子平均胚根長度 (cm)

3 結論

在研究種子質量和活力的指標中，現在主要的衡量指標有發芽勢、發芽率、培根長度等。發芽勢反映種子萌發的速度和均勻性；發芽率反映種子發芽的多少[6～9]；培根的長度反映種子發芽后種子的生長速度。通過研究發現不同品種的番茄種子在Cd溶液的脅迫下，發芽率存在一定的差異，可能與種子本身質量有一定關系，為消除品種本身的原因造成的差別，筆者研究采用相對發芽率來分析種子耐受Cd溶液的程度。從發芽率的變化情況來看，發芽率隨著Cd溶液脅迫時間的延長而逐漸增加。而且隨著Cd溶液濃度的增加，發芽率表現出降低。研究還表明，種子萌發受到的抑制毒害作用隨著時間的延長而逐漸加大。在低Cd溶液濃度脅迫下，Cd促進了種子的萌發；隨著Cd溶液濃度的增加，發芽勢、發芽率等都有所降低，胚根長度減少，發芽時間推遲，Cd溶液濃度越大，對種子造成的毒害就越大。由于不同品種對Cd溶液的敏感性存在一定的差異，它們表現出不同的耐受能力。該研究可以直觀地反映出不同品種的番茄種子對重金屬Cd的適應性。