銅對(duì)波斯菊種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

俞明惠 程玉 范志強(qiáng)

摘 要：以波斯菊為試驗(yàn)材料，用不同濃度的Cu2+濃度溶液（0，10，20，50，100，200mg/L）對(duì)波斯菊種子進(jìn)行處理，研究波斯菊種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)情況。結(jié)果表明：隨Cu2+濃度的增大，波斯菊種子的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì);波斯菊幼苗的根長(zhǎng)表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，苗高表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，并且隨著Cu2+濃度的增加，對(duì)根系和苗高的抑制作用也在加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：銅;波斯菊;種子萌發(fā);幼苗生長(zhǎng)

中圖分類號(hào) S642.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）21-0056-03

Abstracts：The seeds of Cosmos bipinnatus were treated with different concentrations of Cu2+ solution （0，10，20，50，100，200 mg/L） to study the seed germination and seedling growth of Cosmos bipinnatus. The results showed that the germination potential and relative germination potential，germination rate and relative germination potential，germination index and relative germination index of Cosmos bipinnatus seeds increased first and then decreased with the increase of Cu2+ concentration. With the increase of Cu2+ concentration，the root length of Cosmos bipinnatus seedlings showed a downward trend，and the seedling height first increased and then decreased. With the increase of Cu2+ concentration，the inhibition of root and seedling height was also strengthened.

Key words：Cu;Cosmos bipinnatus;Seed germination;Seedling growth

隨著工業(yè)發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，城市土壤重金屬污染愈來(lái)愈嚴(yán)重。重金屬進(jìn)入土壤后，通常不能被土壤微生物分解，具有明顯的生物富集作用，在土壤中累積到一定的量后，會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)造成危害[1]。在眾多重金屬中，銅的污染比較嚴(yán)重，銅污染影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育，降低產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。研究表明，過(guò)量的銅會(huì)破壞細(xì)胞膜的完整性，使得植物無(wú)法正常生長(zhǎng)[3]。因此，研究重金屬尤其是銅影響下的植物生長(zhǎng)反應(yīng)，越來(lái)越受到人們重視。

波斯菊（Cosmos bipinnatus Cav.）又名秋英、大波斯菊，為菊科秋英屬一年生草本花卉，喜溫暖、涼爽的氣候，耐貧瘠土壤。自然花期6～10個(gè)月，花期長(zhǎng)、花大色粉，觀賞價(jià)值高。目前，波斯菊已廣泛應(yīng)用于城市園林綠化中，是城市綠化的重要的園林花卉品種之一。本試驗(yàn)開(kāi)展了對(duì)不同濃度的銅脅迫對(duì)波斯菊種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的影響研究，以期為城市污染環(huán)境中綠化品種的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)于2019年3—5月在安慶師范大學(xué)皖西南生物多樣性研究與生態(tài)保護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試驗(yàn)用的波斯菊種子為矮桿波斯菊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買于江蘇省宿遷市沭陽(yáng)縣沭陽(yáng)斗研種業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法 選取籽粒飽滿、大小均勻的波斯菊種子，用1.0%的硫酸銅溶液對(duì)種子表面進(jìn)行噴灑5～10min[4]，然后用清水反復(fù)沖洗多次。取出后于40℃的恒溫水浴鍋中鈍化病毒8min，放在水中浸泡3h，用濾紙把種子表面的水吸干。取9cm的培養(yǎng)皿，先用水把培養(yǎng)皿內(nèi)表面濕潤(rùn)，然后在其底部鋪上2層濾紙，緊貼培養(yǎng)皿底部展開(kāi)，排除氣泡，將處理過(guò)的波斯菊種子參照培養(yǎng)皿的大小，均勻地?cái)[放在濾紙上。每個(gè)培養(yǎng)皿中放置30粒波斯菊種子，注意擺放均勻整齊，以便觀察篩選，種子數(shù)目不宜過(guò)多，以免影響種子后期長(zhǎng)勢(shì)，也不宜過(guò)少，便于對(duì)霉變的種子進(jìn)行替換[5]。分別加入含有不同重金屬濃度的Hogland營(yíng)養(yǎng)液（pH5.5）2mL，使濾紙完全濕透，重復(fù)3次。銅處理的質(zhì)量濃度設(shè)置為10、20、50、100、200mg/L。然后把種子放置于（25±1）℃智能光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，依據(jù)濾紙濕度狀況，每隔1～2d補(bǔ)充適量相應(yīng)質(zhì)量濃度的重金屬溶液，使濾紙和波斯菊種子保持濕潤(rùn)狀態(tài)，且濾紙周圍不出現(xiàn)任何水膜[6]。每隔24h，用肉眼觀察并記錄波斯菊種子的萌發(fā)情況，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，第3天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率，并計(jì)算發(fā)芽指數(shù);第7天同時(shí)統(tǒng)計(jì)種子根和芽生長(zhǎng)情況。

1.3 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及計(jì)算公式 在觀測(cè)種子萌發(fā)情況時(shí)，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)主要包括發(fā)芽數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù);在觀測(cè)幼苗生長(zhǎng)情況時(shí)，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)主要是根系形態(tài)，包括苗高、根長(zhǎng)。種子萌發(fā)以及幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算公式如下[7-8]：

發(fā)芽勢(shì)=3d內(nèi)籽粒萌發(fā)數(shù)/相應(yīng)的籽?？倲?shù)×100;

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（%）=重金屬處理組發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照組發(fā)芽勢(shì)×100;

發(fā)芽率（%）=萌發(fā)數(shù)/籽粒總數(shù)×100;

相對(duì)發(fā)芽率（%）=重金屬處理組萌發(fā)率/對(duì)照組萌發(fā)率×100;

發(fā)芽指數(shù)（%）=第n天的萌發(fā)數(shù)/相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)×100;

相對(duì)發(fā)芽指（%）數(shù)=重金屬處理組發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照組發(fā)芽指數(shù)×100。

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 運(yùn)用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅脅迫對(duì)波斯菊種子發(fā)芽勢(shì)及相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響 從表1可以看出，在0～100mg/L濃度范圍內(nèi)，隨著Cu2+的增加，波斯菊種子的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)逐漸增加，Cu2+濃度為10mg/L時(shí)，波斯菊種子的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)分別為78%、152%。而Cu2+濃度在10～50mg/L時(shí)，波斯菊種子的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)變化不大。當(dāng)Cu2+濃度超過(guò)50mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)開(kāi)始下降。當(dāng)Cu2+濃度為200mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)分別為48%、93.8%。統(tǒng)計(jì)分析表明，不同濃度銅處理下波斯菊種子的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)之間的差異呈顯著水平（P<0.05）。

2.2 銅脅迫對(duì)波斯菊種子發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率的影響 由表2可知，當(dāng)Cu2+濃度在0～50mg/L時(shí)，對(duì)波斯菊種子的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率有促進(jìn)作用。當(dāng)Cu2+濃度為50mg/L時(shí)，波斯菊種子的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率分別為90%、114%。當(dāng)Cu2+濃度繼續(xù)升高時(shí)，波斯菊種子的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率均有所下降。當(dāng)Cu2+濃度為200mg/L時(shí)，波斯菊種子發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率分別為59%、76%。統(tǒng)計(jì)分析表明，不同濃度銅處理下波斯菊種子的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率之間的差異呈顯著水平（P<0.05）。

2.3 銅脅迫對(duì)波斯菊種子發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響 在各種測(cè)定種子發(fā)芽的指標(biāo)中，發(fā)芽率表示重金屬離子對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的阻礙程度。發(fā)芽指數(shù)可以綜合性地表現(xiàn)重金屬離子阻礙種子萌發(fā)的程度，比發(fā)芽率更能靈敏地表現(xiàn)種子活力。從表3可以看出，當(dāng)Cu2+濃度增大時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先上升再下降的變化趨勢(shì);當(dāng)Cu2+濃度為20mg/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)明顯增高，并達(dá)到峰值，分別為36.8%、164%。這說(shuō)明低濃度（<20mg/L）銅處理對(duì)波斯菊種子的發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)有明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)Cu2+濃度在50mg/L以上時(shí)，發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)逐漸下降。當(dāng)Cu2+濃度為200mg/L時(shí)，波斯菊種子的發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)分別為24.1%、107.4%，與對(duì)照相近。

2.4 銅脅迫對(duì)波斯菊幼苗根長(zhǎng)、苗高的影響 從表4可以看出，隨著Cu2+濃度的提高，波斯菊幼苗的根部長(zhǎng)度總體表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。當(dāng)Cu2+濃度為100mg/L時(shí)，根長(zhǎng)為0.3mm，為對(duì)照下苗高的6%。當(dāng)Cu2+濃度為200mg/L時(shí)，根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)被完全抑制，只有幼苗而沒(méi)有幼根。隨Cu2+濃度的升高，苗高的變化表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)Cu2+濃度為10mg/L時(shí)，苗高達(dá)到最大值5.6mm。此后，隨Cu2+濃度上升，苗高呈現(xiàn)下降的變化，當(dāng)Cu2+濃度為200mg/L時(shí)，苗高為2.0mm，是對(duì)照處理下苗高的56%。統(tǒng)計(jì)分析表明不同銅處理下根長(zhǎng)和苗高之間差異呈顯著水平（P<0.05）。

3 討論

銅不僅是植物生長(zhǎng)必需的微量元素，也是土壤污染的主要重金屬之一，不同濃度的銅對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有著重要影響。種子是植物生長(zhǎng)的起點(diǎn)，在重金屬污染情況下，植物種子能否萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)情況是植物能否進(jìn)行有性繁殖的先決條件[8]。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)是評(píng)價(jià)種子萌發(fā)的常用指標(biāo)。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銅處理對(duì)波斯菊種子的萌發(fā)有著顯著的影響。隨著銅濃度的增加，波斯菊種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，這與豆科植物對(duì)銅處理的試驗(yàn)結(jié)果一致[9]。研究認(rèn)為，對(duì)重金屬對(duì)種子萌發(fā)的影響一般表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)和高濃度抑制[10]。在本研究中，Cu2+對(duì)植物影響的濃度不一致，Cu2+濃度在低于50mg/L時(shí)，對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)為促進(jìn)作用。在Cu2+對(duì)植物生長(zhǎng)的影響方面，表現(xiàn)出對(duì)根系生長(zhǎng)的影響大于對(duì)苗高的影響。在本實(shí)驗(yàn)中，根長(zhǎng)隨Cu2+濃度升高而下降，而苗高隨Cu2+濃度升高表現(xiàn)為先上升后下降，說(shuō)明Cu2+對(duì)根長(zhǎng)的影響更大。當(dāng)Cu2+濃度大于200mg/L時(shí)，根系完全受到抑制無(wú)法生長(zhǎng)，而苗高仍有一定的生長(zhǎng)量。

4 結(jié)論

隨著Cu2+濃度的增大，波斯菊種子的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。在Cu2+濃度低于50mg/L下，各項(xiàng)指標(biāo)隨Cu2+濃度的增加而增加，在Cu2+濃度高于50mg/L時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)隨Cu2+濃度的增加而降低。隨著Cu2+濃度的增大，波斯菊幼苗根長(zhǎng)表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，苗高表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。在Cu2+濃度為10mg/L時(shí)，苗高達(dá)到峰值，之后下降。隨著Cu2+濃度的增加，對(duì)根系和苗高的抑制作用也在加強(qiáng)。

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（責(zé)編：張宏民）