硅肥對鎘、鹽脅迫小麥種子萌發的影響實驗研究

◎湖南省婁底市第三中學 賀逸嘉 曾浩宇

一、問題的由來

一次，老師帶我們到湖南人文科技學院陳躍進教授的試驗基地大棚參觀，我們看到有些盆栽水稻比其他水稻長得健壯，陳教授告訴我們這是由于給水稻施加了新鋼渣硅肥，這種硅肥是利用漣源鋼鐵廠生產的廢渣制成的。

婁底市漣源鋼鐵廠和冷水江鋼鐵廠每年都會產生大量的鋼渣。湖南人文科技學院與俄羅斯科學院合作，在湖南省海外名師、俄羅斯硅肥專家馬基琴科夫教授和伊蓮拉博士的指導下，由陳教授主持開展了新鋼渣硅肥制作的研究，取得了階段性成果。

陳教授還告訴我們，這方面還有大量科學研究的工作等待完成。能和教授一起做研究是我夢寐以求的事，我向陳教授報名參加新鋼渣硅肥項目的研究，陳教授爽快地答應了我的請求，曾浩宇則提議我們合作完成。

硅肥對被鎘和鹽脅迫的種子的萌芽有什么影響？我們買來水稻、小麥、玉米等喜硅植物的種子做實驗，通過預實驗發現，水稻種子萌發緩慢，玉米胚乳、花生、大豆子葉由于本身所含的營養物質豐富，硅肥對它們的萌發影響不是很明顯，所以我們選擇小麥作為實驗材料。

圖1 陳躍進教授指導曾浩宇做實驗

二、提出假設

我們的科學假設是：高濃度的鹽溶液和高濃度的重金屬（如鎘離子）溶液阻礙小麥發芽和根、芽生長，而硅肥能促進小麥發芽和根、芽生長。

三、實驗過程

1.實驗材料及處理

鎮麥8號小麥種子（適合在湖南、湖北種植），浸種前先烘干種子（32 ℃恒溫烘干12 h）。

2.實驗試劑及處理

氯化鈉（NaCl）、氯化鎘（CdCl2）、液體硅肥（融地美）、新鋼渣硅肥（自制，原料為漣源鋼鐵廠的水渣，球磨后用氫氧化鈉和硫酸活化）、無污染的純凈水。

鹽濃度：0.125‰Na+離子溶液（低濃度，相當于海水鹽濃度），0.25‰Na+離子溶液（高濃度，相當于內陸旱土鹽濃度）。

鎘濃度：用低濃度（0.004‰Cd2+，相當于輕度污染水體）和高濃度（0.008‰Cd2+，相當于重度污染水體）兩種。

新鋼渣硅肥濃度（自制）：每升水加25 g新鋼渣硅肥。

液體硅肥（融地美）濃度：液體硅肥原液1 mL加水1000 mL。

3.實驗器材

電熱恒溫培養箱、燒杯、培養皿（直徑10 cm）、電子分析天平、移液槍、玻璃棒、容量瓶、噴霧塔、稱量紙、量筒、20 cm尺子、吸水紙、移液管（1 mL和5 mL）、刻度吸管（2 mL和10 mL）、透明膠帶、剪刀、小勺子、試管刷、無紡布、硬紙、細繩。

4.對照處理

對19組小麥種子進行不同的對照處理，分別是：空白、鹽1（0.125‰Na+）、鹽2 （0.25‰Na+）、鎘1（0.004‰Cd2+）、鎘2（0.008‰Cd2+）、液體硅肥、新鋼渣硅肥7個；鹽1配鎘1、鎘2、液體硅肥、新鋼渣硅肥4個；鹽2配鎘1、鎘2、液體硅肥、新鋼渣硅肥4個；鎘1配液體硅肥、新鋼渣硅肥2個；鎘2配液體硅肥、新鋼渣硅肥2個。重復3次，共57個培養皿。

5.實驗方法

將小麥種子放在溫度恒定（25 ℃）的環境中發芽，每天觀察并換水兩次，記錄出芽率、根和芽的生長情況。通過對比小麥種子萌發時特征最明顯的芽，特征次明顯的根的生長情況以及整體的發芽率，初步探究和判斷硅肥對小麥種子萌發的促進或抑制作用。

6.實驗步驟

（1）挑選57個完好無損的平板培養皿，洗凈后用無紡布擦干，在培養皿蓋上分別貼上標簽。

（2）將吸水紙剪成略大于培養皿底部的圓，分別在57個培養皿的底部放兩張裁剪好的吸水紙。

（3）選取57份每份25顆飽滿的小麥種子放入燒杯中，用純凈水浸泡10 min。在3個空白對照組中加入30 mL純凈水，在其他18個對照組中加入10 mL純凈水。

圖2 用電子分析天平稱取氯化鎘等試劑

圖3 在恒溫箱內生長的小麥種子

（4）配制0.125‰Na+溶液200 mL，0.25‰Na+溶液200 mL，0.004‰Cd2+溶液200 mL，0.008‰Cd2+溶液200 mL。稱取5份每份0.5 g的鋼渣硅肥，配制200 mL溶液。用移液槍吸取200 mL按1∶1000配制的液體硅肥溶液。將上述溶液加入與之對應的培養皿中。

（5）將浸泡好的57份小麥種子分別加入57個培養皿中，每個培養皿中加入25顆種子，將種子均勻分散。

（6）半掩上培養皿的蓋子，將所有實驗組移至25 ℃的恒溫培養箱中，記錄實驗時間，24 h后觀察種子是否萌發，并記錄實驗數據，待種子萌發后每隔一天測量一次種子的發芽數量、根長、芽長，并做記錄。

從實驗中我們發現，Cd2+、Na+雙重脅迫會嚴重抑制小麥種子根、芽的生長，并使根、芽呈現焦黑狀態。為了尋找原因，我們在生物老師的指導下做了根、芽的切片裝片，在顯微鏡下觀察發現，受到Cd2+、Na+脅迫的小麥種子的根部死亡，芽葉部分也枯死，葉綠素缺失。

四、結果與結論

在恒溫培養箱中（25 ℃）通過為期7天的培養，測得小麥種子的發芽率、根長（主根長）、芽長的實驗結果見附件。

通過實驗我們發現，Cd2+、Na+脅迫對小麥種子的根、芽生長能起到明顯的抑制作用，隨著溶液濃度增加，抑制作用更加明顯；Na+脅迫比Cd2+脅迫對根、芽的抑制作用更明顯；在Cd2+、Na+雙重脅迫下，小麥種子的根、芽生長受到的抑制作用最明顯，甚至出現嚴重萎縮的情況。

無論是液體硅肥還是固體硅肥都能緩解Cd2+、Na+脅迫對小麥種子萌發的抑制作用，促進小麥種子的萌發以及根、芽的生長；液體硅肥緩解Na+脅迫小麥種子芽的生長的抑制作用的能力強于鋼渣硅肥；鋼渣硅肥緩解Cd2+脅迫小麥種子芽的生長的抑制作用的能力強于液體硅肥；鋼渣硅肥和液體硅肥緩解Cd2+、Na+脅迫小麥種子根的生長的抑制作用的能力差異不明顯。

硅肥對小麥種子萌發率的影響不明顯。Cd2+在一定程度上會抑制小麥種子的發芽，加入硅肥對Cd2+脅迫小麥種子萌發的緩解作用不明顯。Na+在一定程度上會抑制小麥種子的發芽，加入兩種不同的硅肥都能緩解Na+對小麥種子萌發的抑制作用，液體硅肥和鋼渣硅肥緩解Na+對小麥種子萌發的抑制作用的能力沒有明顯差異。

附件：

表1 平板培養小麥種子的平均發芽率、平均根長、平均芽長

專家點評

本實驗設計科學，實驗過程嚴謹，實驗數據記載完整，分析合理，有較高的應用和推廣價值。在實驗過程中，學生增強了環保意識，加深了對家鄉的熱愛。建議在數據統計時，用SPSS分析相關數據，使實驗結果更加科學。