Cd胁迫对不同类型甜瓜种子萌发的影响

孔维萍，程 鸿，岳宏忠

（甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070）

由于经济的迅速发展，随之而来环境重金属污染也越来越严重。镉（Cd）作为毒性较强的重金属之一，其在土壤中的残留以及对农作物的毒害机理等方面的研究越来越受到重视［1-2］。Cd通过生长介质被植物吸收后，对植物各器官组织产生不可逆的损伤。以白兰瓜为主的甜瓜是甘肃省特色经济产物之一，初步调查显示，甘肃部分甜瓜产区的土壤及水体受到不同程度的Cd污染［3］。我们研究了Cd胁迫对不同类型甜瓜种子萌发的影响，旨在探讨Cd对甜瓜的毒害效应，为Cd对甜瓜毒害机理研究、选育抗耐Cd新品种提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

选取厚皮、薄皮、野生3种类型甜瓜种子为试材。厚皮甜瓜品系为16H80，薄皮甜瓜品系为16C28，野生甜瓜品系为16Y30，均为自选单系材料。试验在甘肃省农业科学院蔬菜研究所实验室进行。

1.2 试验方法

挑选饱满种子，55℃温汤浸种10 min，置于底部铺有2层滤纸的培养皿中，每皿30粒种子。培养皿中加2mL相应质量浓度的Cd溶液，Cd溶液质量浓度依次为 0、1、5、10、20、40、 100、200 mg/L。3次重复。每天定量补充处理液以保持滤纸湿润，置于30℃暗箱培养，观察统计发芽情况。

发芽率=（全部发芽种子数/供试种子总数）×100%

芽长：处理7 d后，取10粒萌发种子测量茎基部到顶芽的长度。

根长：处理7 d后，取10粒萌发种子测量基部至根系最尖端的长度。

鲜重：每处理随机取10粒萌发种子，处理7 d后用滤纸洗干净发芽种子上的残留处理液，称重（包括芽和初生根）。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度Cd胁迫对甜瓜种子发芽率的影响

不同浓度Cd胁迫3 d后，对照（Cd 0 mg/L）薄皮甜瓜的种子发芽率达到95%；野生甜瓜种子发芽率仅为43%，约为厚皮甜瓜发芽率的一半。这可能主要是各参试材料种子本身特性所致，野生甜瓜种子小且种壳较厚，厚皮甜瓜种子大而饱满，薄皮甜瓜种子大小介于二者之间。Cd质量浓度为1 mg/L时，与对照相比，厚皮甜瓜发芽率提升约15%；而野生甜瓜基本与对照持平，薄皮甜瓜略有下降。而后随着Cd质量浓度不断增加，厚皮甜瓜种子发芽率基本稳定在70%左右；薄皮甜瓜和野生甜瓜种子发芽率均下降，在Cd质量浓度达最大值200 mg/L时，二者的发芽率较对照下降约40%，其中野生甜瓜种子发芽率最低，仅为3.3%（图1）。

图1 Cd胁迫3 d的甜瓜种子发芽率

不同浓度Cd胁迫不同类型甜瓜种子7 d后，Cd质量浓度≤50 mg/L时，Cd对甜瓜种子萌发没有明显影响，3类甜瓜种子发芽率均保持在95%以上。而后随Cd质量浓度的增加，种子发芽率明显下降，尤其野生甜瓜种子发芽率下降最明显，在200 mg/L的Cd质量浓度下，发芽率仅为6.7%，野生甜瓜在Cd质量浓度50～100 mg/L下降幅最大。厚皮甜瓜和薄皮甜瓜种子芽率仍保持在65%以上（图 2）。

图2 Cd胁迫7 d的甜瓜种子发芽率

2.2 Cd胁迫对甜瓜种子芽长和初生根长度的影响

不同Cd质量浓度胁迫7 d后的结果表明，低浓度Cd胁迫对甜瓜种子萌发芽长有一定的促进作用，Cd质量浓度为1 mg/L时，薄皮甜瓜和野生甜瓜芽长均明显优于对照。厚皮甜瓜萌发芽长在Cd质量浓度为10 mg/L时达最大值。随Cd处理质量浓度继续变大，参试甜瓜种子的萌发芽长均呈下降趋势，尤其野生甜瓜降幅最大，200 mg/L的Cd质量浓度下芽长仅为对照的8%。Cd质量浓度≥50 mg/L时，厚皮甜瓜种子萌发芽长优于其它参试材料，野生甜瓜最小（图3）。

图3 不同浓度Cd胁迫下萌发甜瓜种子初生根长

Cd对甜瓜种子初生根呈明显的抑制作用，且Cd胁迫对甜瓜种子初生根生长的抑制强于萌发芽长，高质量浓度Cd胁迫下容易产生“无根苗”。1 mg/L的Cd质量浓度下，野生甜瓜和薄皮甜瓜初生根长相比对照略有提升，而后随Cd质量浓度增加，初生根长也相应下降，野生材料最为显著，在高质量浓度（Cd≥100 mg/L）Cd胁迫下基本不能正常生成初生根。薄皮甜瓜对Cd胁迫也比较敏感，初生根在Cd≤50 mg/L时初生根长降幅较大。厚皮甜瓜初生根长随Cd质量浓度增加一直下降，但其耐受性明显高于其它参试材料（图4）。

图4 不同浓度Cd胁迫下萌发甜瓜种子根长

2.3 Cd胁迫对萌发甜瓜种子萌发鲜重的影响

Cd胁迫下甜瓜种子萌发鲜重较其它检测指标稳定。低质量浓度Cd能有效提升甜瓜种子萌发鲜重，厚皮甜瓜在Cd质量浓度为10 mg/L时鲜重达最大值，是对照的1.35倍。而后随Cd质量浓度增加萌发种子鲜重缓慢下降，薄皮甜瓜种子萌发鲜重在Cd≤25 mg/L时降幅较大，而后也呈缓慢下降趋势。野生甜瓜在Cd质量浓度为1 mg/L时萌发种子鲜重稍有提升，而后随Cd浓度增加缓慢下降。3种类型甜瓜种子的萌发鲜重随Cd浓度提升变化不大（图5）。

图5 不同浓度Cd胁迫下萌发甜瓜种子鲜重

3 小结与讨论

以薄皮、厚皮及野生3种类型甜瓜种子为试材，研究了不同浓度镉（Cd）胁迫下甜瓜种子萌发差异。结果表明，Cd质量浓度≤50 mg/L时，对甜瓜种子发芽率没有明显影响。野生甜瓜种子对Cd胁迫最敏感，在200 mg/L的Cd胁迫下发芽率仅为6.7%；高质量浓度Cd胁迫下甜瓜种子胚根不能正常伸长，易产生无根苗。所有参试材料的初生根长度均随Cd质量浓度增加而下降，而芽长均随Cd质量浓度的增加均先升后降。Cd质量浓度≥50 mg/L时，初生根长和芽长的降幅较大。各甜瓜种子萌发鲜重对Cd胁迫相对比较稳定。总体而言，Cd质量浓度越大，对甜瓜种子萌发的抑制作用越强。Cd对甜瓜种子萌发的抑制作用因品种而异，所测各项指标均呈现厚皮甜瓜耐受性最高，野生甜瓜最低，薄皮甜瓜居中的趋势。

重金属Cd有很强的植物毒性，对植物种子、幼苗、成株期以及果实生长都有不同程度毒害作用。Cd对植物种子的萌发指标的影响一般表现为低浓度促进高质量浓度抑制的规律［4-5］，且同一物种的不同品种受Cd胁迫效应不同［6-7］。这与本研究结果相类似。

杜天庆等［8］对Cd胁迫小麦的研究、杜兰芳等［4］对Cd胁迫豌豆种子的研究均得出，Cd对幼苗根生长的抑制作用大于茎。原因在于植物根系是吸收Cd的重要部位，直接与重金属环境接触，最先受到重金属的毒害使根系活力下降，从而抑制了重金属由根系上地上部转移。本试验中，高浓度Cd对甜瓜种子初生根的抑制强于萌发芽长，且在高浓度Cd处理下基本不能形成初生根，尤其野生甜瓜种子基本不能正常发芽。分析原因，可能是由于野生甜瓜种子小且壳较厚，发芽时间较长，发芽过程中吸收的Cd较多，受Cd毒害较严重。而厚皮甜瓜种子大而饱满，其发芽势明显强于其它材料，能在短时间（2～3 d）萌发，其吸收的Cd也相应减少。

参考文献：

［1］张玉秀，于 飞，张媛雅，等.植物对重金属镉的吸收转运和累积机制［J］.中国生态农业学报，2008，16（5）： 1317-1321.

［2］宋 瑜，金 樑，曹宗英，等.植物对重金属镉的响应及其耐受机理［J］. 草业学报， 2008， 17（ 5）： 84-91.

［3］孔维萍，程 鸿.甘肃省沿黄灌区甜瓜种植区Cd残留初步调查［J］. 甘肃农业科技， 2016（1）： 16-18.

［4］杜兰芳，沈宗根，王立新，等. CdCl2对豌豆种子萌发和幼苗生长的影响［J］.西北植物学报，2007，27（ 7）： 1411-1416.

［5］宗宪春，张永乐，司徒琳莉，等.Cd胁迫对三种花卉种子萌发的影响［J］. 湖北农业科学， 2012， 51（ 4）：744-746.

［6］陈俊任，柳 丹，吴家森，等.重金属胁迫对毛竹种子萌发及其富集效应的影响［J］.生态学报，2014，34（22） ： 6501-6509.

［7］陈新红，叶玉秀，庞闰瑾.Cd、铅及其互作对黄瓜种子发芽及幼根生长的影响［J］.北方园艺，2009（5）：13-16.

［8］DU T Q， YANG J Z， HE J P， CUI F Z.The pollution monitoring index system of wheat at different growth stages under the stress of Cd， Cr and Pb［J］.Acta Ecologica Sinica， 2010， 30（ 7）： 1845-1852.