重金屬Pb對幾種常見植物種子發芽活力的影響研究

盧楠

摘 ? 要：為了研究不同濃度重金屬Pb對冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿4種常見野生植物種子萌發的影響，采用培養皿濾紙法，并參照《牧草種子檢驗規程》GB/T 2930.4—2001準備進行試驗，在重金屬Pb濃度分別為0 mg/L、2 000 mg/L和5 000 mg/L的條件下，對4種植物種子的發芽勢、發芽率和胚芽、根系長進行檢測。結果表明，經含有一定質量濃度Pb溶液的脅迫作用，4種植物種子發芽勢和發芽率均有不同程度的下降，其中，蒲公英和苜蓿種子的耐受性較差，在重金屬Pb溶液濃度為2 000 mg/L和5 000 mg/L時，種子胚芽和胚根長均低于有效測量值。

關鍵詞：重金屬Pb;植物;種子;發芽活力;影響

Pb污染主要來源于金屬冶煉、化工、汽車燃料和化肥殺蟲劑等[1]，其中將含Pb的四乙基鉛作為汽油防爆劑后，環境中98%的Pb均來源于汽油[2]。隨著工業化和城鎮化的進一步發展，土壤中重金屬Pb含量累積現狀堪憂。作為植物的非必需元素，一定濃度的Pb通過影響植物的呼吸和光合作用等生理代謝進而對植物的生長發育表現出不同程度的抑制作用[3]。從常見植物中篩選重金屬耐受性較好的具有累積作用的植物，并利用累積植物吸收吸附進行土壤重金屬修復治理，仍是目前研究的熱點，而植物種子的萌發對各種環境因子的變化極其敏感[4，5]，研究重金屬對常見植物種子萌發的影響，對于重金屬污染應用植物修復技術具有一定的指導作用。豆科、菊科和禾本科植物多分布具有重金屬中、低累積作用的植物[6，7]，根據對污染區常見植物群落分布的調查結果，草本植物中以禾本科、菊科和豆科物種居多，其中冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿分布蓋度較大，成為本次研究的主要植物。本文旨在通過幾種在污染區常見植物種子的發芽試驗，探明不同植物對重金屬Pb含量的耐受閾值。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 供試材料

選用冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿這4種植物作為發芽試驗的研究對象，種子采集于重金屬Pb污染區生長的“土著植物”;培養皿，直徑90 mm;Pb（CHCOO）2·3H2O，分析純，產自上海國藥;人工氣候室;電子天平，精度0.000 1 g，賽得利斯。

1.2 ? 試驗方法

試驗按照《牧草種子檢驗規程》GB/T 2930.4—2001標準進行操作。以覆雙層濾紙的培養皿為發芽床，每皿均勻放入100粒經篩選及0.1% KMnO4溶液浸泡過的種子。將配好的濃度分別為0 mg/L、2 000 mg/L 和5 000 mg/L Pb（CHCOO）2溶液置于培養皿中，至濾紙飽和，3種處理分別記為F1、F2、F3，每個處理設置3組平行試驗。采用人工氣候室變溫模式培養，白天（光照時段）l0 h，溫度30 ℃，光照為1 000 lx;夜晚（黑暗時段）14 h，溫度20 ℃;使用電子天平稱量并及時補充因蒸發散失的水分，維持發芽床中濃度不變。各組試驗最長不超過14 d。

1.3 ? 測定項目及依據

發芽期間每日統計發芽數，逐日觀察記錄發芽種子（以胚芽長度達到種子1/2為種子發芽的判斷標準），參照國際種子檢驗規程（ISTA， 1996）進行幼苗評定;自各重復隨機取5株幼苗（對少于5株的處理，取所有幼苗），測定初生根長和胚芽長（包括胚軸與頂芽）。

發芽勢（%）=（4 d內供試種子的發芽數/供試種子的發芽總數）×100%

發芽率（%）=（發芽終止期時全部正常發芽的種子數/供試種子數）×100%。

2 ? 結果與討論

2.1 ? 不同濃度Pb污染對種子發芽勢和發芽率的影響

不同濃度Pb污染對種子發芽率的影響見圖1。

從圖1中可以看出，在不存在Pb污染的條件下，4種植物的發芽率均不低于60%，其中，冰草和苜蓿的發芽率達80%以上。供試種子的發芽勢不低于44%，其中，冰草的發芽勢高達90%，即供試冰草種子在4 d內的發芽數已經高達90顆。

當試驗條件在達到或高于F2濃度時，冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿4種植物種子的發芽勢為0，即供試植物種子在發芽試驗開展的前4 d內均未有發芽跡象。在F2試驗條件下，與F1試驗條件數據相比較，除蒲公英的發芽率保持62%不變外，其余3種供試植物種子的發芽率均有不同程度的減少，冰草發芽率降幅為5%，但發芽率仍高于90%。而敗醬草和苜蓿的發芽率降幅為12%～22%，表明Pb的脅迫對4種種子的發芽率影響較大，環境中一定濃度的重金屬Pb會延長種子的發芽時間，并對發芽率產生不同程度的影響。

在F3試驗條件下，與F1相比，4種植物發芽率的降低幅度均高于40%，敗醬草的發芽率降幅達50%以上，苜蓿在F3條件下發芽率降為0。與F2條件下相應植物種子發芽率相比，4種供試種子的發芽率降幅高于30%，苜蓿種子發芽率降幅達68%。表明隨著環境條件中Pb污染程度的加劇，絕大多數植物種子受到毒害，使種子發芽時間延長，導致種子發芽率急劇下降，造成不出苗或死苗的現象。

2.2 ? 不同濃度Pb污染對種子胚芽萌發和根系發育的影響

開展Pb脅迫下對冰草、敗醬草、蒲公英、苜蓿4種植物種子發芽活力的影響試驗，在F1、F2、F3條件下對4種植物種子的胚芽長和根系的平均長度進行了檢測和統計，結果見表1。

由表1可知，不同處理條件下，Pb溶液濃度對不同植物胚芽和根系均產生了較大影響，蒲公英的胚芽和根系長度在F2時即已無法測量，說明這種植物種子對Pb的耐受性較差。F2條件下，冰草、敗醬草和苜蓿的胚芽長度分別減少了50.7%、45.9%和24.1%。當環境中Pb濃度增加到F3時，4種植物的根系均無法有效測量，與F2相比，冰草和敗醬草的胚芽長分別減少了48.3%和50.0%;與F1相比，冰草和敗醬草胚芽長度分別減少了74.5%和73.0%，表明在F2條件下，4種植物發芽后胚芽長即已受到較嚴重的影響。此外，通過與F1、F2相比較，隨著Pb濃度的增大，冰草、敗醬草和苜蓿的根系長度減小幅度均高于68%，表明在這4種種子發芽過程中重金屬Pb對根系的影響大于胚芽。

3 ? 結論與建議

通過開展不同濃度Pb污染對4種污染區“土著植物”種子的發芽活力影響試驗，得出以下幾點結論：較高濃度的Pb脅迫（濃度高于2 000 mg/L）對4種種子的發芽勢影響較大，隨著Pb污染程度的加劇，絕大多數植物種子受到毒害，使種子發芽時間延長，導致種子發芽率急劇下降，造成不出苗的現象。通過檢測4種供試種子發芽過程中種子萌發的胚芽和根系長，表明重金屬Pb對根系的影響大于胚芽。

參考文獻：

[ 1 ] Hernberg S. Lead poisoning in a historical perspective[J]. AmericanJournal of Industrial Medicine，2010，38（3）：244-254.

[ 2 ] 孟金萍，孫淑華，王艷蓉，等.鉛的生物學毒性效應[J].中國比較醫學雜志，2007，17（1）：58-61.

[ 3 ] Kosobrukhov A，Knyazeva I，Mudrik V. Plantago major plantsresponses to increase content of lead in soil： Growth and photo-synthesis[J]. Plant Growth Regulation，2004，42（2）：145-151.

[ 4 ] 楊景寧.水分和鹽分脅迫對四種荒漠植物種子萌發的影響[D].蘭州：蘭州大學，2007.

[ 5 ] 羅巧玉，楊生蘭，才讓措，等.不同質量濃度的Pb對紫花苜蓿種子萌發的脅迫效應[J].青海草業，2018，27（2）：2-5.

[ 6 ] Arthur E，Crews H，Morgan C.Optimizing plant genetic strategiesfor minimizing environmental contamination in the food chain[J].International Journal of Phytoremediation，2000，2（1）：1-21.

[ 7 ] 侯曉龍，劉愛琴，蔡麗平，等. Pb脅迫對富集植物金絲草種子萌發和幼苗生長的影響[J].西南林業大學學報，2013，33（5）：54-58.

（收稿日期：2019-05-22）