鎘對米蕎一號種子萌發(fā)與幼苗生長的影響

時小東， 孫夢涵， 趙 鋼(.成都大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點實驗室， 四川 成都 6006；2. 成都大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院， 四川 成都 6006)

0 引 言

鎘是廣泛存在于自然界的重金屬元素，是典型的土壤污染物，其主要來自于礦物開采、工業(yè)廢棄物排放、農(nóng)田化肥農(nóng)藥使用等多方面[1].相關(guān)調(diào)查顯示，鎘是我國重金屬污染中最嚴重污染物之一，也是對動植物毒害最強的痕量重金屬元素之一[2].鎘可通過植物根系進入植物體內(nèi)，當土壤中鎘濃度超過一定閾值時，能夠?qū)ψ魑锷L發(fā)育產(chǎn)生重要影響，并進一步通過食物鏈進入人體，危及人類健康.

種子萌發(fā)和幼苗生長是作物生活周期的起點，也是感受外界環(huán)境變化的最初階段，分析作物此階段對鎘的耐受性具有重要意義.米蕎一號為成都大學(xué)、西昌學(xué)院等單位選育的苦蕎品種，2008年通過四川省農(nóng)作物品種審定委員會審定[3].米蕎一號具有種殼薄，易脫殼等優(yōu)點，是目前苦蕎品種中唯一能脫殼獲得生制苦蕎米的品種[4]，其作為加工專用品種得到市場認可，在西南地區(qū)，尤其是四川涼山地區(qū)得到大面積推廣.涼山地區(qū)作為攀西成礦帶的重要部分，土壤重金屬污染問題較為突出.例如，汪春華[5]對西昌地區(qū)農(nóng)村土壤中常見重金屬進行分析表明，該地區(qū)鎘污染指數(shù)已經(jīng)超過相關(guān)土壤環(huán)境質(zhì)量標準數(shù)據(jù)，為中度鎘污染.目前，關(guān)于鎘對米蕎一號種子萌發(fā)和生長發(fā)育的影響還鮮有報道.對此，本研究采用水培法，以不同濃度鎘脅迫對米蕎一號種子萌發(fā)和幼苗生長的指標為參數(shù)，探討米蕎一號對鎘脅迫的影響，擬為米蕎一號安全生產(chǎn)提供參考.

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗所用材料包括：米蕎一號，由成都大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點實驗室提供，來自于四川省美姑縣；氯化鎘(分析純)，購自山東西亞化學(xué)工業(yè)有限公司.

1.2 方 法

挑選大小均一、籽粒飽滿、無病蟲害的米蕎一號種子，清洗消毒，播種于鋪有濾紙和紗布的培養(yǎng)皿上，氯化鎘濃度設(shè)置為0.1、0.5、2.5、5.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0、320.0 mg/L，以蒸餾水作為對照，重復(fù)3次.光照培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為25 ℃，光照時間為16 h/d，濕度80%.每天補充等量相應(yīng)濃度的溶液，定期記錄每個培養(yǎng)皿中米蕎一號種子的萌發(fā)和生長情況.處理3 d后統(tǒng)計種子發(fā)芽情況，10 d后統(tǒng)計苗長、苗鮮重等指標.

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對米蕎一號種子萌發(fā)的影響

不同鎘濃度處理對米蕎一號種子萌發(fā)的影響如圖1所示.

圖1 不同鎘濃度對米蕎一號種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，米蕎一號種子萌發(fā)率介于96.03%～98.73%.在蒸餾水處理下(對照組)，米蕎一號萌發(fā)率為98.73%±0.04%，萌發(fā)率最高，表明實驗中選擇的米蕎一號種子活力較好，萌發(fā)率高，選擇實驗材料可靠性強；在鎘處理下，米蕎一號萌發(fā)率相比對照均有所降低，表現(xiàn)出抑制作用，但萌發(fā)率均大于96%；當鎘濃度小于20 mg/L時，米蕎一號萌發(fā)率表現(xiàn)為波動變化；當鎘濃度大于40 mg/L時，米蕎一號萌發(fā)率維持在96%；而萌發(fā)后，當鎘濃度大于80.0 mg/L時，米蕎一號種子生長受到嚴重的抑制作用，造成無法正常生根及伸長，同時萌發(fā)芽發(fā)生卷曲(見圖2).實驗結(jié)果表明，鎘對米蕎一號種子的萌發(fā)抑制作用不明顯，但對米蕎一號種子胚產(chǎn)生一定毒害.

圖2 高濃度鎘對米蕎一號萌發(fā)后生長的影響

2.2 鎘脅迫對米蕎一號幼苗生長的影響

不同鎘濃度處理對米蕎一號幼苗生長的影響如圖3所示.

由圖3可知，鎘處理對米蕎一號萌發(fā)后的幼苗生長產(chǎn)生不同的影響.在鎘濃度為0.1 mg/L、0.5 mg/L時，芽長分別為對照組的1.27倍和1.18倍，表明低濃度鎘處理對米蕎一號生長可產(chǎn)生促進作用；當鎘濃度為2.5 mg/L時，米蕎一號幼苗芽長與對照長度基本一致，未表現(xiàn)出差異(p>0.05)；當鎘濃度為10.0 mg/L時，米蕎一號幼苗芽長為對照組的86.59%，表現(xiàn)為極顯著差異(p<0.01)；當鎘濃度達到40.0 mg/L時，米蕎一號幼苗生長受到嚴重的抑制作用，部分萌發(fā)幼苗不能夠正常伸長(見圖4)；在鎘濃度達到80.0 mg/L時，雖然米蕎一號種子能夠萌發(fā)，但萌發(fā)后因受到嚴重毒害作用，而出現(xiàn)無法生根等抑制生長的現(xiàn)象發(fā)生，從而造成無法正常生長.

圖3 不同鎘濃度對米蕎一號芽長度的影響

圖4 不同鎘濃度對米蕎一號幼苗生長的影響

2.3 鎘脅迫對米蕎一號幼苗鮮重的影響

不同鎘濃度處理對米蕎一號幼苗鮮重的影響如圖5所示.

圖5 不同鎘濃度對米蕎一號幼苗鮮重的影響

由圖5可知，當鎘濃度為0.1 mg/L和0.5 mg/L時，米蕎一號幼苗鮮重分別為對照組的96.93%和99.01%，與對照相比，米蕎一號幼苗芽鮮重未發(fā)生顯著變化(p>0.05)；當鎘濃度增加到2.5 mg/L時，幼苗鮮重為對照組的1.08倍，比對照組幼苗鮮重有所增加，但也未表現(xiàn)出顯著差異(p>0.05)；當鎘濃度為5.0 mg/L時，米蕎一號幼苗鮮重僅為對照組的88.41%，與對照組之間為極顯著差異(p<0.01)；隨著鎘濃度的增加，米蕎一號幼苗鮮重逐漸降低，對其生長作用越來越明顯.實驗結(jié)果表明，鎘濃度低于2.5 mg/L時對米蕎一號生物量具有一定的促進作用，而當鎘濃度達到5.0 mg/L時，則對萌發(fā)后的生物量積累具有一定的抑制作用，且隨著鎘處理濃度的增加，對米蕎一號幼苗鮮重的抑制作用顯著加強，從而造成顯著性差異.

3 討 論

本研究利用含鎘溶液對米蕎一號進行培養(yǎng)，對其萌發(fā)情況、幼苗芽長和幼苗鮮重等指標進行測定，結(jié)果表明：當鎘濃度小于2.5 mg/L時，米蕎一號幼苗芽長和幼苗鮮重與對照組均未產(chǎn)生顯著性差異，部分指標存在促進作用，說明低濃度鎘對米蕎一號的生長存在一定的促進作用.楊柳青等[6]以蕎麥750A為研究材料進行鎘脅迫研究，結(jié)果表明低濃度鎘處理(1.0 mg/L)，對蕎麥生長產(chǎn)生促進作用；而高濃度鎘處理(5.0 mg/L)對蕎麥種子生長產(chǎn)生抑制作用，且隨著鎘濃度升高對生長抑制作用越明顯.這與本文研究結(jié)果一致.

米蕎一號品種種子表面粗糙、殼薄、易爆裂，相比其他苦蕎品種，不需要經(jīng)過高溫熟化等處理，可直接機械擠壓和摩擦就能夠脫殼獲得整?？嗍w米[7].因米蕎一號制米過程不需要高溫等過程，其營養(yǎng)和藥用成分也最大限度地保留，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，也保證了苦蕎米及制品的營養(yǎng)功效.因此，米蕎一號品種在苦蕎精深加工和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用.由于適生性等問題，目前，米蕎一號種植主要集中在四川的西昌、美姑、布拖等地區(qū)[8].鎘作為該地區(qū)土壤中主要重金屬污染物之一，不僅降低土壤生產(chǎn)力，也對作物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響.本研究結(jié)果表明，米蕎一號具有一定的重金屬鎘耐受性，其能夠在低濃度鎘脅迫下正常生長，但仍需進一步對鎘脅迫下米蕎一號種子產(chǎn)量和品質(zhì)進行深入研究.此外，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以苦蕎基因組為代表的分子生物學(xué)數(shù)據(jù)逐漸豐富，為苦蕎性狀形成機理分析提供了科學(xué)依據(jù)[9-10].在此基礎(chǔ)上，利用分子生物學(xué)研究方法探究米蕎一號對鎘吸收及運輸機理，從而保障苦蕎產(chǎn)品生產(chǎn)和精深加工的原料安全具有重要意義.