鉛脅迫對扁豆種子萌發及幼苗生長的影響

劉艷平 韓翔

摘要? ? 用濃度為0、20、50、100、200 mg/L的鉛溶液分別處理3個扁豆品種種子（紫邊眉豆、豬耳朵扁豆、紅月紫扁豆），研究梯度濃度鉛脅迫對扁豆種子萌發和幼苗生長的影響。結果表明，20～50 mg/L鉛處理對3個扁豆品種種子萌發有促進作用，鉛濃度高于100 mg/L時有抑制作用;鉛濃度越高，3個扁豆品種種子的根長度和芽長度越短、根鮮重和芽鮮重越低，其中對根長度抑制作用顯著、對芽長度的影響很小。隨鉛濃度的提高，豬耳朵扁豆幼苗的可溶性蛋白質含量和丙二醛（MDA）含量緩慢增加，可溶性糖含量卻先升后降;紫邊眉豆幼苗的可溶性蛋白質含量和丙二醛（MDA）含量逐步增加，可溶性糖含量先升后降;紅月紫扁豆幼苗的丙二醛含量逐漸增加，可溶性蛋白質和可溶性糖含量先上浮后下滑。

關鍵詞? ? 扁豆;鉛脅迫;種子萌發;幼苗生長;影響

中圖分類號? ? S529? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）11-0001-04? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Effects? of? Lead? Stress? on? Seed? Germination? and? Seedling? Growth? of? Lablab? purpureus

LIU Yan-ping? ? HAN Xiang

（School of Resources & Chemical Engineering，Sanming University，Sanming Fujian 365004）

Abstract? ? In this study，three varieties of Lablab purpureus（Linn.）Sweet seed（′purple side′，′porcine sear′ and ′red moon purple′）were treated with 0，20，50，100 and 200 mg/L lead solutions respectively. The effects of concentration gradient lead stress on the seed germination and the seedling growth of three varieties were determined. The results showed that 20-50 mg/L lead treatment promoted seed germination of three varieties，and >100 mg/L lead treatment had an inhibitory effect. With the increase of lead concentration，the root length，shoot length，root fresh weight and fresh weight of three varieties showed a downward trend. Lead stress significantly inhibited the root length，and had less effect on shoot length. With the increase of lead concentration，the soluble protein content and malondialdehyde（MDA）content of ′porcine sear′ increased gradually，while the soluble sugar content increased first and then decreased;the content of soluble protein and MDA of ′purple side′ increased gradually，while the soluble sugar content increased first and then decreased;the MDA content of ′red moon purple′ gradually increased，while the content of soluble protein and MDA sincreased first and then decreased.

Key words? ? Lablab purpureus（Linn.）Sweet;lead stress;seed germination;seedling growth;effect

近年來，由于農用化學品的大量使用和與日俱增的城市污水、廢氣和污物等的大量排放，導致土壤環境中鉛等有毒重金屬快速過量積累[1-3]。植物可以直接吸收土壤中的鉛元素，鉛元素在根、莖、葉及籽粒中被大量積累，在一定程度上對植物的生長發育會產生長期的毒害作用;同時，當鉛元素超標的植物被人們食用，重金屬鉛會隨腸胃的吸收進入人體內，在人體內無限積累后，會對人體產生危害，嚴重時會降低神經系統和心血管系統等的功能。由此可見，鉛對植株來說是一種有積累性危害的污染物質[4]。

國內外眾多學者通過大量的試驗研究，論證了大部分農作物及蔬菜植物中重金屬的含量與土壤重金屬濃度呈正態分布關系[5-7]。在不同類型的蔬菜中，相同重金屬的吸收和存儲量存在明顯種間差異。有研究發現，鉛元素、鎘元素主要聚集在蔬菜的根部，這在大白菜[8]、菠菜[9-10]、生菜[8，11]、辣椒[8，12]等中均有發現。馬文麗等[13]學者認為，鉛脅迫對種子萌發的作用效果不太明顯，與種子萌發相比，鉛毒性更容易在蔬菜作物幼苗的生長中體現出來，幼苗的根部對鉛含量增加后的響應更加明顯，尤其表現在根長的變化。當鉛離子濃度超過蔬菜作物承受的一定限度時，產生的化學性毒害作用會抑制蔬菜作物的生長。談建忠等[14]學者認為，在較低濃度下，重金屬脅迫對小扁豆種子萌發及幼苗生長的影響具有促進效應，同時在高濃度下存在抑制效應。小扁豆種子對Pb2+脅迫的耐受性具有一定的界限，處理濃度過高時，植物膜代謝系統被破壞，使小扁豆種子幼苗無法健康成長。楊亞麗等[4]學者通過研究發現，重金屬的積累量在植株不同部位表現出較大的差異，蔬菜植物由根部從土壤中吸收積累重金屬元素，導致大量的重金屬集聚在根部細胞中，部分轉運到植株的莖、葉與芽中，因而土壤中重金屬在植株地下部分的存儲量遠超過植株的地上部分。

扁豆（學名Lablab purpureus（Linn.）Sweet）屬雙子葉豆科扁豆類，是一年生纏繞型的草本植物。嫩莢制成菜肴食用，種子與花瓣曬干后可制藥，有祛除濕邪、美容養顏、中和消暑、健脾止瀉及抗癌抑瘤的功效。

探究重金屬鉛脅迫對3個扁豆品種（豬耳朵扁豆、紫邊眉豆、紅月紫扁豆）種子的早期萌發與幼苗生長的影響，可為這3個扁豆品種在重金屬污染土壤生長的可行性和環境監測提供一定的理論依據。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗材料

紫邊眉豆種子、豬耳朵扁豆種子、紅月紫扁豆種子，由壽光德爾農業科技有限公司提供。

1.2? ? 試驗方法

對于每個扁豆品種，選擇形狀完整、尺寸均勻和密度一致的1 000粒扁豆種子，先用無菌水充分沖洗3次洗去表面雜質，用70%酒精消毒5 min后用無菌水沖洗3次，用濾紙吸盡表面水分后移入質量濃度分別為0、20、50、100、200 mg/L的硝酸鉛溶液中浸泡12 h。選擇飽脹且完整的種子在室溫下置于培養皿中培養，其中以0 mg/L無菌水處理作對照（CK）。每皿20粒，皿內墊雙層濾紙，每天用無菌移液槍添加適量相應濃度的處理液多次，以使培養種子的環境保持濕潤。

1.3? ? 測定內容與方法

1.3.1? ? 發芽指標的測定。在種子培養期間，每天定期觀察發芽和生長情況，并記錄發芽籽粒數（胚根長度大于種子長度的1/2為標準），在第4天統計發芽勢，在第6天統計發芽率，并在第8天計算發芽指數。計算公式如下：

發芽勢（%）=（3 d內正常發芽種子數/種子總數）×100;

發芽率（%）=（5 d內正常發芽種子數/種子總數）×100;

發芽指數=Σ Gt/Dt。

其中，Gt為終期內每日發芽數，Dt為發芽日數，∑為總和。

1.3.2? ? 生理指標的測定。試驗進行至第11天，測量3個品種扁豆種子胚根中的丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量，采用硫代巴比妥酸法[15]測定扁豆種子胚根中的MDA含量，采用蒽酮比色法[15]測定扁豆種子胚根中的可溶性糖含量;利用考馬斯亮藍G-250染料結合法[15]測定扁豆種子胚根中的可溶性蛋白含量。

1.4? ? 數據處理

每天記錄數據制表，利用Excel 2013整理數據，進行數據分析對比。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 鉛脅迫對扁豆種子胚根萌發的影響

2.1.1? ? 對豬耳朵扁豆種子胚根萌發的影響。從表1可以看出，在一定鉛濃度脅迫下，隨著培養時間的增加，豬耳朵扁豆的發芽率和發芽勢呈倒“U”形分布，二者的極大值均發生在50 mg/L鉛溶液處理上。在50 mg/L鉛溶液處理條件下，隨著時間的變化豬耳朵扁豆種子的萌發趨勢上升，發芽勢較CK提高了9.06%，發芽率較CK提高了10.41%;而在200 mg/L鉛溶液處理下，豬耳朵扁豆種子發芽受到阻遏作用，3個萌發指標均較CK明顯減少。在不同鉛濃度下，豬耳朵扁豆的發芽指數差異不顯著。

2.1.2? ? 對紫邊眉豆種子胚根萌發的影響。當施加低濃度鉛時，在50 mg/L鉛溶液處理條件下，紫邊眉豆隨幼苗培養時間的增加，其萌發速度加快，幼苗生長能力較CK有明顯的加強，總體趨勢呈倒“U”形分布。在200 mg/L鉛溶液處理下，與CK相比，紫邊眉豆種子萌發趨勢急劇降低，萌發能力受到抑制。從表2可以看出，在低濃度鉛溶液處理（20～50 mg/L）下，鉛脅迫可以促進紫邊眉豆的萌發。紫邊眉豆種子在萌發的過程中，如果施用50～100 mg/L鉛溶液濃度時，對紫邊眉豆幼苗萌發的提高作用會稍有減弱;在100～200 mg/L鉛處理下，隨著幼苗培養時間的增加，紫邊眉豆種子發芽會受到抑制。由此表明，紫邊眉豆對金屬鉛應激具有一定的抵抗力。

2.1.3? ? 對紅月紫扁豆種子胚根萌發的影響。從表3可以看出，在不同濃度鉛脅迫環境下，紅月紫扁豆幼苗的萌發率和萌發趨勢總體表現為先升高后降低，在50 mg/L鉛溶液脅迫環境下到達最大值。在200 mg/L鉛溶液處理下，紅月紫扁豆幼苗胚芽生長趨勢對比100 mg/L鉛溶液處理有所降低。這表明，采用低濃度（20～100 mg/L）鉛溶液對紅月紫扁豆幼苗的萌發進行脅迫處理，萌發率會增加，在50 mg/L鉛溶液處理下促進作用最佳。隨著幼苗培養時間的增加，在梯度濃度鉛溶液處理下，紅月紫扁豆幼苗發芽指數較CK均有所減少，且在200 mg/L鉛溶液處理下，紅月紫扁豆種子幼苗的生長發育緩慢，受到遏制作用，根部出現暗褐色氧化現象。

2.2? ? 鉛脅迫對扁豆幼苗生長的影響

從表4、表5和表6可以看出，與CK相比，在梯度濃度鉛溶液處理下，3個扁豆品種幼苗的根長度和芽長度受到一定程度的抑制，而根干重和芽干重在不同濃度鉛溶液處理條件下影響不甚明顯。此外，在試驗過程中，無菌水處理下，3個扁豆品種種子的幼苗根系呈飽滿透亮的明黃色，隨著培育時間的增加，幼苗的主根會生長出一些支根，支根為乳白色。試驗組隨著鉛濃度的加大，3個扁豆品種種子幼苗根系的形態出現不同程度的黃褐色和暗黑色，程度逐漸加深，其中紅月紫扁豆在200 mg/L鉛溶液處理條件下甚至發現根部有發黑腐爛的現象，這表明，鉛含量在根部積累達到一定程度時，會對3個扁豆品種種子幼苗的胚根產生毒害，造成扁豆植株細胞的死亡。

2.3? ? 鉛脅迫對扁豆幼苗生理指標的影響

2.3.1? ? 對扁豆幼苗可溶性蛋白含量的影響。可溶性蛋白是被細胞用作滲透調節的營養物，可以與重金屬離子產生化學反應，在一定程度上能減少重金屬的化學毒性作用。其含量的增多可以使細胞質的濃度增加，并增加功能蛋白的數量，這有助于植物細胞行使正常的生物膜功能，實現有效的物質交換。隨著鉛處理濃度的不斷增加，紫邊眉豆與豬耳朵扁豆幼苗中的可溶性蛋白含量整體呈遞增趨勢。由圖1可以看出，100 mg/L鉛溶液處理下，豬耳朵扁豆幼苗細胞中可溶性蛋白含量相比CK有明顯不同。由圖2可以看出，在100 mg/L和200 mg/L鉛溶液脅迫處理下，紫邊眉豆幼苗中的可溶性蛋白含量較CK有很大的提高。由圖3可以看出，鉛脅迫環境下生長的紅月紫扁豆，其幼苗的可溶性蛋白含量總體趨向為先上浮后下滑;在50 mg/L鉛脅迫生長環境下，紅月紫扁豆幼苗的可溶性蛋白含量達到極大值，與CK明顯不同。

2.3.2? ? 鉛脅迫對扁豆幼苗丙二醛（MDA）含量的影響。MDA的生成會損傷植物細胞生物膜的正常代謝功能，可以作為植物重金屬耐受性檢測的生理指標測定植物細胞生物膜系統破壞程度。由圖4、圖5和圖6可以看出，隨著扁豆幼苗培育時間的增加，隨鉛濃度升高3個扁豆品種的MDA含量呈遞增趨勢。其中，在50～200 mg/L鉛溶液處理脅迫生長的豬耳朵扁豆，其幼苗的MDA含量與CK和20 mg/L鉛溶液處理相比增加量明顯。而在20～50 mg/L鉛溶液處理生長環境下，紫邊眉豆幼苗所測出的MDA含量增加幅度比較平緩;在50～200 mg/L鉛溶液處理下MDA含量增幅明顯;在200 mg/L鉛溶液處理生長環境下，MDA含量達到極大值，相較CK而言，其含量增加57.6%。當紅月紫扁豆處在100～200 mg/L鉛溶液脅迫環境下，MDA的含量有明顯的增加。從以上分析可知，植株細胞隨著鉛脅迫的增加，其生物膜脂過氧化的程度在增加，膜透過性增加，相應的膜損傷程度也增加。

2.3.3? ? 鉛脅迫對扁豆幼苗可溶性糖含量的影響。由圖7可以看出，在梯度濃度鉛溶液處理下，測得豬耳朵扁豆種子幼苗可溶性糖含量呈現倒“U”形分布的趨勢，在20～100 mg/L鉛溶液脅迫環境生長的豬耳朵扁豆，其幼苗的可溶性糖含量逐步增加，在100 mg/L鉛溶液生長環境下達到極大值;而在100～200 mg/L鉛溶液生長環境下，可溶性糖含量開始出現一定程度的下滑。由圖8可以看出，在各鉛濃度脅迫生長環境下的紫邊眉豆，其幼苗的可溶性糖含量整體顯示先上升后下滑的趨向，相較CK和20 mg/L鉛溶液處理而言，在50 mg/L鉛溶液處理下，幼苗可溶性糖含量有明顯的升高，并在100 mg/L鉛溶液脅迫生長環境下達到極大值。由圖9可以看出，紅月紫扁豆在梯度濃度鉛處理下測得的可溶性糖含量先上升后下降，在100 mg/L鉛溶液脅迫生長環境下達到最大值，100～200 mg/L鉛溶液處理下有顯著的下滑。

3? ? 結論與討論

重金屬經過根部的吸收進入植物體內，可以取代植物細胞中某些酶蛋白的特定功能元素，降低了某些酶分子與功能蛋白的活性，甚至影響組織蛋白的合成，通過抑制植物的光合作用與呼吸作用，對植物細胞生物膜系統構成生理損傷，擾亂農作物正常的生理代謝功能，在嚴重情況下，可對植物正常生長和發育造成不可挽回的損害，甚至可能是致命的[16]。植物重金屬耐受性反映了其承受重金屬毒性脅迫的能力，具有高重金屬耐受性的植物一般通過阻止對重金屬的吸收（在細胞外絡合重金屬及將重金屬離子隔離在液泡等方式）來阻止重金屬對植物細胞的進一步傷害。為了抵御重金屬脅迫，植物表達出了特殊的防御反應，如激活抗氧化酶的表達、阻止或修復由于氧化脅迫所造成的氧化脅迫損害等[17]。鉛作為化學性毒害金屬元素，也能使植物引起上述應激反應。

本研究表明，重金屬鉛對3個扁豆品種種子的發芽率和發芽勢在較低濃度下具有促進作用，在高濃度下具有抑制作用。這與談建忠等[14]的研究結果一致。在20～200 mg/L鉛溶液脅迫下，3個扁豆品種種子幼苗的根芽伸展長度和根芽的鮮重量均有所下降;此外，隨著處理濃度的增加，對3個扁豆品種幼苗胚根生長的遏制作用增強。另外，在鉛處理梯度濃度下，可溶性蛋白的含量在一定程度上同步增加。其原因是：植物在不利條件下，運用增加可溶性蛋白的含量等方式能夠調節細胞滲透壓，以提高對金屬脅迫的抵抗力[18-19]。在低濃度鹽脅迫下，植物細胞會主動積累一些可溶性糖，以降低細胞溶液的滲透勢，并調低細胞質冰點，以適應外界環境條件的變化，所以測定的植物可溶性糖含量將會增加。當細胞外的金屬污染量超過植物可以承受的極限時，植物滲透調節能力下降，使得可溶性糖含量降低[20]，這一點從本試驗的數據能夠看出。因此，在金屬鉛脅迫環境對3個扁豆品種幼苗的影響中，可溶性糖和可溶性蛋白發揮著重要的滲透性調理功能。從本試驗的結果可以看出，在低濃度鉛溶液作用下，3個扁豆品種種子幼苗的萌發特征與發芽能力均保持較高的水平，反映了3個扁豆品種對金屬Pb2+ 脅迫具有較強的耐受能力。

4? ? 參考文獻

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基金項目? ?福建省教育廳中青年教師教育科研項目（JA15483）;清潔生產技術福建省高校工程研究中心開放課題項目（B170008-5）。

作者簡介? ?劉艷平（1981-），女，河南睢縣人，博士，講師。研究方向：植物生物技術、植物資源開發利用。

收稿日期? ?2020-03-01