重金属铬对苦荞种子萌发及幼苗生长的影响

张睿

（山西大同大学生命科学学院，山西大同037009）

重金属铬对苦荞种子萌发及幼苗生长的影响

张睿

（山西大同大学生命科学学院，山西大同037009）

铬（Cr）是土壤重金属污染源之一，对土壤、植物、动物及人体均有巨大危害。以苦荞种子为试验材料，研究经不同质量浓度重铬酸钾催芽后种子的发芽率、发芽势及幼苗叶片叶绿素含量、过氧化氢酶活力变化情况。结果表明，当重铬酸钾质量浓度较低（5～10 mg/L）时，苦荞种子发芽率、发芽势与对照组相比均无显著差异；当重铬酸钾质量浓度较高（≥15 mg/L）时，苦荞种子发芽率、发芽势均随着重铬酸钾处理质量浓度增加而降低；重铬酸钾处理质量浓度范围内（5～35 mg/L），苦荞幼苗叶片中叶绿素含量随着处理质量浓度的增加而降低，而过氧化氢酶活力随着处理质量浓度的增加而增加。

铬；苦荞；种子萌发；幼苗生长

近年来，随着工业生产的迅速发展以及农田污灌的加剧，大量的重金属如汞、铬、铅、镉、砷等进入环境，由此所引起的土壤重金属污染不仅对植物产生了毒害，更通过食物链影响人类的身体健康和生命安全。重金属铬是人体和动物所必需的微量元素之一，对植物生长也有刺激作用，但同时也是环境污染中的“五毒”元素之一[1]，其在土壤中存在的氧化态有三价和六价2种，六价铬因其移动性及毒性均强于三价铬且可致癌而倍受关注[2]。目前，已有许多关于铬对农作物生长发育影响的研究报道[3-10]。苦荞（Fagopyrum tartaricum Gaertn）别名乌麦、花麦，隶属蓼科荞麦属，是自然界少有的药食两用作物，具有极高的经济价值和开发前景。已有研究表明，重金属铜、铅对苦荞种子萌发有抑制作用[11]，但目前尚未见重金属铬对其生长发育方面影响的研究报道。

本试验以苦荞种子为材料，研究不同质量浓度重铬酸钾处理后，苦荞种子萌发及幼苗生长的变化情况，以期为重金属对苦荞及其他农作物的毒害机制研究奠定基础，并为农业生产上预防和检查重金属对作物幼苗生长的有害效应、合理规划农业生产、制定保护农业生态环境对策等提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 化学试剂重铬酸钾、95%乙醇、H2O2、硫酸、碘化钾、钼酸铵、硫代硫酸钠等。

1.1.2 供试种子供试苦荞种子晋荞2号由山西省农业科学院高寒区作物研究所提供。

1.2 试验方法

挑选籽粒饱满的苦荞种子，放于0.01 mol/L H2O2溶液中消毒10 min，之后用自来水清洗3次，最后用蒸馏水清洗。分别用5，10，15，20，25，30，35mg/L的重铬酸钾溶液浸种过夜，以蒸馏水作对照。将浸种后的苦荞种子整齐地置于铺有双层滤纸的培养皿中，每个培养皿100粒种子，各处理组重复3次。之后放于25℃恒温光照培养箱中暗培养3 d，出芽后改为光照培养。期间每天需向每个培养皿中补加3 mL相应质量浓度的重铬酸钾溶液。

1.3 指标测定

发芽期间每24 h统计一次发芽情况（以胚根突破种皮为准），第4天统计发芽势，第7天统计发芽率[12]。10 d后，根据华东师范大学《植物生理学实验指导》[13]的方法，测定幼苗叶片中叶绿素的含量。11d后，采用滴定法[14]测定过氧化氢酶活力，以1 min内单位质量鲜叶组织分解H2O2的毫克数为一个酶活力单位。

1.4 数据分析

数据的统计分析采用SPSS软件中的Duncan's多重比较方法。

2 结果与分析

2.1 重铬酸钾对苦荞种子萌发的影响

表1 不同质量浓度重铬酸钾处理后苦荞种子的发芽势、发芽率比较

从表1可以看出，六价铬对苦荞种子萌发指标（发芽势、发芽率）的影响均表现为：低质量浓度时无影响，高质量浓度时抑制。当重铬酸钾质量浓度小于等于10 mg/L时，所测苦荞种子的萌发指标与对照相比均无显著性差异。之后，随着重铬酸钾处理质量浓度的升高，苦荞种子的2个萌发指标逐渐降低，且各处理间差异显著。

2.2 重铬酸钾对苦荞幼苗叶片叶绿素含量的影响

叶绿素a、叶绿素b是植物进行光合作用所必需的2种色素，其含量的高低能反映植物进行光合作用的强弱。由表2可知，经不同质量浓度重铬酸钾处理后，苦荞幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b含量均随重金属处理质量浓度的增加而降低。当重铬酸钾质量浓度较低（5～10 mg/L）时，各处理幼苗叶片中2种叶绿素含量与对照相比有下降趋势，但均无显著差异。当重铬酸钾质量浓度较高（15～35 mg/L）时，各处理幼苗叶片中2种叶绿素含量均明显降低，且与对照相比有显著差异。分析其原因可能是由于重金属离子抑制了植物细胞中叶绿素合成酶以及一些参与光合作用的酶的活性，进而影响叶绿素的合成[15]。

表2 不同质量浓度重铬酸钾对苦荞幼苗叶片叶绿素含量的影响

2.3 重铬酸钾对苦荞幼苗叶片过氧化氢酶活力的影响

过氧化氢酶的生物学功能主要是催化细胞内过氧化氢分解成水和氧，防止过氧化，是生物体内重要的防御酶系之一[16]。生物体在进行呼吸代谢的过程中会产生大量的过氧化氢，伤害细胞中正常的生物大分子，重金属对植物的毒害很可能就是通过产生过多的过氧化氢，使植物体内的酶系统发生紊乱，抗性机制不再起作用，从而表现出毒害症状甚至死亡[17]。从图1可以看出，苦荞幼苗过氧化氢酶活性随着重铬酸钾处理质量浓度的增加而增加。说明苦荞幼苗正在利用自身的抗性机制来适应受重金属胁迫的有害环境。

3 结论与讨论

本研究结果表明，随着重铬酸钾处理质量浓度的增大，苦荞种子发芽率、发芽势及幼苗叶片中叶绿素含量逐渐下降，而幼苗叶片中过氧化氢酶活力却逐渐升高。说明重金属铬对苦荞种子萌发及幼苗生长产生了一定的毒害作用，且苦荞对重金属铬的毒害也表现出一定的抗性。重金属铬对苦荞种子萌发的毒害，可能是通过抑制种子中淀粉酶、蛋白酶的活性进而影响苦荞种子的营养代谢，降低营养利用能力而产生的[18]。因而，今后需进一步研究重金属胁迫对苦荞种子中淀粉酶、蛋白酶、酸性磷酸酯酶等的影响，以期为重金属对苦荞的毒害机制研究提供新的依据。

［1］王三根，王西瑶.植物生理学[M].成都：成都科技大学出版社，1997：344.

［2］Tirez K，Scharf H，Calzolari D，et al.Validation of European standard for the determination of hexavalent chromium in solid material [J].Journal of Environmental Monitoring，2007，9：749-759.

［3］王丹，魏威，王松山，等.铜、铬单一及复合污染对小白菜种子萌发及根长的生态毒性[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2010，38（12）：63-68，74.

［4］郭锋，樊文华.Hg、Cr和Pb污染对绿豆种子萌发及幼苗生长发育的影响[J].种子，2008，27（9）：34-37.

［5］任安芝，高玉葆.铅、镉、铬单一和复合污染对青菜种子萌发的生物学效应[J].生物学杂志，2000，19（1）：19-22.

［6］杨锦忠.镉铬铅复合污染胁迫对小麦玉米影响研究及其互作分类方法探讨[D].泰安：山东农业大学，2001.

［7］鲁先文，余林，宋小龙，等.重金属铬对小麦叶绿素合成的影响[J].安徽农学通报，2007，13（14）：101-102.

［8］李丽君，郑晋山，周怀平，等.铬对玉米种子萌发的影响[J].山西农业科学，2001，29（2）：32-34.

［9］徐成斌，裴晓强，马溪平.六价铬对玉米种子萌发及生理特性的影响[J].环境保护科学，2008，34（4）：44-47.

［10］马孟莉，孟衡玲，雷恩，等.铬对不同水稻品种种子萌发及幼苗生长的影响[J].江苏农业科学，2015（7）：74-76.

［11］张睿，王凯轩.重金属铜、锌、铅对苦荞种子萌发的影响[J].山西大同大学学报：自然科学版，2011，27（1）：68-70.

［12］李海平，邢国明，任彩文，等.铜对苦荞萌发及其幼苗生理的影响[J].山西农业大学学报：自然科学版，2009，29（5）：404-406.

［13］华东师范大学生物系植物生理教研组.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，1986：80-90.

［14］郭蔼光，郭泽坤.生物化学实验技术[M].北京：高等教育出版社，2007：77-79.

［15］代全林.重金属对植物毒害机理的研究[J].亚热带农业研究，2006，2（2）：3-4.

［16］张坤生，田荟琳.过氧化氢酶的功能及研究[J].食品科技，2007，32（1）：8-10.

［17］Andres Schutzendubel，Petia Nikolova.Cadmium and H2O2-induced oxidative stress in Populus canescens roots[J].Plant Physiol Biochem，2002，40：577-584.

［18］王友保，陈冬生，刘登义，等.Cu、As单一及其复合污染对小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2001，24（3）：278-281.

Effect of Cr on the Seed Germination and Seedling Growth of Tartary Buckwheat

ZHANG Rui
（College of Life Sciences，Shanxi Datong University，Datong037009，China）

Cr is one of the heavy metal pollution sources of soil.It is dangerous to the soil,plant,animal and human body.In this paper,tartary buckwheat seeds were used as experimental material to study the effect of different concentration of K2Cr2O7on the germination rate,germination vigor of the seed and the chlorophyll content,catalase activity of the seedling.The results showed that,when the concentration of K2Cr2O7was between 5 mg/L and 10 mg/L,the germination rate and germination vigor of the tartary buckwheat seeds were no significant differences compared with control group,when the concentration of K2Cr2O7was higher than 15 mg/L（including 15 mg/L）,the germination rate and germination vigor of the seeds were severely inhibited,and the inhibition degree increased with the concentration of K2Cr2O7.When the concentration of K2Cr2O7was between 5 mg/L and 35 mg/L,the chlorophyll content of the seedling reduced with the increasing of the concentration used,but the catalase activity of the seedling increased with the increasing of K2Cr2O7used.

Cr；tartary buckwheat;seed germination;seedling growth

S517

A

1002-2481（2016）02-0172-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.02.10

2015-10-17

山西大同大学青年科学基金研究项目（2014Q05）

张睿（1983-），女，山西天镇人，讲师，硕士，主要从事生化毒理方面的研究工作。