赤霉素及Pb、Zn、Cu对小酸模种子萌发的影响

翁贵英, 匡其羽， 谢 斐， 李金辉2， 朱秀艳

(1.六盘水师范学院生物科学与技术学院， 贵州 六盘水 553004; 2.六盘水师范学院化学与材料工程学院， 贵州 六盘水 553004)

随着工农业的飞速发展，重金属对土壤环境的污染日趋严重，已对生态环境和人类健康造成严重威胁[1-2]。土壤重金属污染治理与修复成为当今研究的热点[3]，而植物修复技术为重金属污染修复提供了新型的更为高效、绿色手段[4]。广义上的植物修复是利用植物将土壤、水体或大气中的污染物萃取出来，并输送到根部可收割部分或地上部，通过收获或移去富集了污染物的部分，从而降低污染物的浓度[5]。狭义的植物修复是指植物提取，用超积累植物吸收土壤中的重金属元素,并进行集中收集销毁，以达到净化土壤的作用[6],这是目前研究较多且有广阔前景的植物修复方法。筛选对重金属具有耐受性的植物具有重要的意义。小酸模为(RumexacetosellaL.)酸模属(Rumex)多年生草本植物, 为贵州种子植物分布新记录[7]，其繁殖和抗旱能力较强[8]，对镉有较强的耐性[9]。对铅、锌有较强耐性,接近锌的超富集植物,可作为治理和修复铅锌污染土壤的修复植物[10]，是植物修复的优良植物。研究小酸模种子萌发有重要意义。种子萌发是植物生命过程的起始阶段，也是受外界环境影响较为敏感的时期[11]，种子萌发能力直接影响植物修复的效果[12],因此研究重金属胁迫对种子萌发的影响尤为重要[13]。本试验探究小酸模种子萌发的适宜条件，赤霉素以及Pb、Zn、Cu重金属的胁迫对小酸模种子萌发的影响，旨在为小酸模种子在Pb、Zn、Cu 重金属污染土地利用和种植提供参考。

1 材料和方法

1.1 材 料

小酸模种子于2014年9月采自贵州省六盘水市盘县四格乡，海拔2 444 m。采回后晾干，室温内储藏备用。试验材料为CuSO4·5 H2O、Pb(NO3)2、ZnSO4·7 H2O(均为分析纯)、赤霉素(purity>96%)等，试验所用的水为去离子水。试验于2015年3月至5月进行。

1.2 试验方法

选取健康饱满大小均一的小酸模种子，用去离子水清洗后，放在垫2层滤纸直径为9 cm的培养皿中，每皿30粒种子，每处理设置3次重复，温度分别为室温、20 ℃、25 ℃、30 ℃。浸种时间梯度分别为3 h、6 h、12 h、24 h，在恒温培养箱中进行培养。浸种温度梯度分别设为室温、20 ℃、25 ℃、30 ℃，选取的最佳浸种时间和温度在恒温培养箱中进行培养。赤霉素及3种重金属溶液均以溶液的形式加入，浓度设置分别为50,100,200,400,800 mg·L-1，每皿分别加入7 mL不同浓度赤霉素和重金属处理液，至滤纸饱和，以去离子水处理作为对照(ck)。试验中用称量蒸发散失水分，维持各处理液的浓度不变。

图1 培养温度对小酸模种子发芽率和发芽势的影响

图2 浸种时间对小酸模种子发芽率和发芽势的影响

1.3 数据的处理

种子萌发以胚根突破种皮作为标志。每24 h观察记录种子发芽情况，连续4 d种子的发芽数无增长视为发芽结束，并统计发芽率，计算发芽指数，于第7天统计发芽势。随机选取10株发芽的植株[11]，用游标卡尺进行根长度的测量。发芽率、发芽势、发芽指数计算采用张丽霞等[14]的方法，采用SPSS 19.0 软件对试验数据进行差异性显著分析， Microsoft Excel软件作图。

1.4 千粒重的测定

随机选取健康饱满的种子，每1 000粒为一组,用四分法分成4份，随机从每组中选取250粒种子，重复3次称重，计算其平均值[14]。

2 结果与分析

2.1 千粒重的测定结果

小酸模3次重复测定的千粒重分别为0.466 g、0.475 g、0.472 g ，平均千粒重为0.471 g。

2.2 培养温度对小酸模种子萌发的影响

培养温度对小酸模种子萌发的影响见图1。在室温条件下，发芽率为18%～30%,20 ℃时发芽率为16%～34%，25 ℃发芽率为14%～56%，30 ℃发芽率为4%～16%。室温是第3天开始发芽，20 ℃、25 ℃和30 ℃都是第2天开始发芽，室温是变化的，且温度较低，其余恒温，且温度稍高，可以使小酸模种子提前萌发。

由表1可知，在30 ℃时小酸模种子的发芽率和发芽势较低，仅有16%和13%，根长较短，为1.92 cm；在25 ℃时发芽率和发芽势达到最大，分别达到56%和43%，根长较长，为2.51 cm；室温和20 ℃随温度升高发芽率和发芽势逐渐增大。在4种温度的处理下，发芽率在25 ℃和30 ℃时有显著差异，发芽势和发芽指数差异不显著，根长在25 ℃和30 ℃时有显著差异。

2.3 浸种时间对小酸模种子萌发的影响

浸种时间对小酸模种子萌发的影响见图2。浸种3 h发芽率为4%～27%，浸种6 h发芽率为2%～13%，浸种12 h发芽率为1%～29%，浸种24 h发芽率为3%～14%；浸种3 h和6 h种子从第3天开始发芽，浸种12 h和24 h种子从第2天开始发芽，说明浸种时间变长可促进小酸模种子提前萌发。

由表2可知，浸种时间为6 h时，小酸模种子的发芽率最低，仅有13%，在浸种时间为12 h时其发芽率和发芽势达到最大，分别为29%和20%。在4种浸种时间(3 h 、6 h、12 h、24 h)的处理下，对发芽率、发芽势、发芽指数及根长的影响差异不显著。

表1 不同培养温度对发芽率、发芽势、发芽指数和根长的影响

培养温度/℃发芽率/%发芽势/%发芽指数根长/cm室温30.03±5.77ab30.03±5.77a11.48±2.75a2.45±0.69ab2034.43±11.74ab34.43±11.74a10.61±3.13a2.07±0.31ab2555.56±10.19a43.33±17.61a21.34±6.39a2.51±0.45a3015.53±6.92b13.33±5.77a5.58±2.16a1.92±0.37b

注：同列中的不同字母表示差异显著(p<0.05)。下同。

表2 浸种时间对发芽率、发芽势、发芽指数和根长的影响

浸种时间/h发芽率/%发芽势/%发芽指数根长/cm326.66±16.65a13.33±3.35a8.79±4.40a2.27±0.30a613.36±5.77a13.36±5.77a4.01±2.18a2.02±0.40a1228.90±8.40a20.00±3.30a10.57±2.30a2.18±0.34a2414.46±6.92a14.46±6.92a4.79±2.01a1.96±0.40a

表3 浸种温度对发芽率、发芽势、发芽指数和根长的影响

浸种温度/℃发芽率/%发芽势/%发芽指数根长/cm室温15.53±6.92a15.53±6.92a5.29±2.11a2.48±0.17a2018.86±5.09a13.33±3.35a8.15±2.97a1.91±0.38b2518.86±5.09a18.86±5.09a5.90±1.45a1.73±0.28b3022.23±5.08a20.03±5.77a10.10±1.41a2.02±0.35b

表4 赤霉素对小酸模种子发芽率、发芽势、发芽指数和根长的影响

处理浓度/(mg·L-1)发芽率/%发芽势/%发芽指数根长/cm0(ck)50.00±11.99a47.76±15.02a26.57±8.42a3.46±0.34a5042.23±3.86a42.23±3.86a15.45±1.70b3.05±0.29b10054.43±13.89a54.43±13.89a22.14±5.90a2.95±0.43b20061.10±10.17a61.10±10.17a23.05±4.14a2.90±0.30b40072.23±12.64b72.23±12.64b26.46±4.30a2.55±0.33b80075.53±6.92b74.43±5.09b35.82±3.07a2.18±0.38b

图3 浸种温度对小酸模种子发芽率和发芽势的影响

2.4 浸种温度对小酸模种子萌发的影响

浸种温度对小酸模种子萌发的影响见图3。室温浸种发芽率为2%～16%，20 ℃浸种发芽率为3%～19%，25 ℃浸种发芽率为1%～19%，30 ℃浸种发芽率为7%～22%。不同浸种温度的种子发芽均从第2天开始，浸种温度对发芽时间无影响。

由表3可知，室温条件下浸种，根长较长，为2.48 cm，发芽率最低，为16%；在浸种温度为30 ℃时，发芽率和发芽势达到最大，分别为22%和20%。室温、20 ℃、25 ℃、30 ℃下发芽率、发芽势和发芽指数在0.05 显著水平下差异不显著，根长在室温与20 ℃、25 ℃、30 ℃条件下差异显著。

2.5 赤霉素对种子萌发的影响

不同浓度的赤霉素对小酸模种子发芽的影响见图4，发芽均从第2天开始。用不同浓度的赤霉素处理小酸模种子，发芽率变幅为42%～76%，50 mg·L-1赤霉素的发芽率和发芽势最低，仅有42%和42%，800 mg·L-1赤霉素发芽率和发芽势达到最大，分别为76%和74%。在实验设计赤霉素浓度范围内，小酸模种子随着赤霉素浓度的升高，发芽率逐渐增大。

由表4可知，与对照组相比，400 mg·L-1和800 mg·L-1的赤霉素处理，种子的发芽率和发芽势在0.05 显著水平下存在显著差异；发芽指数在50 mg·L-1的赤霉素处理下存在显著差异；赤霉素浓度越大其根长越短，在不同浓度赤霉素处理下其根长有显著差异。

2.6 重金属Pb、Zn、Cu对小酸模种子萌发的影响

2.6.1Pb对小酸模种子萌发的影响

金属Pb2+、Zn2+、Cu2+对小酸模种子萌发的影响结果见表5。用不同浓度的Pb2+处理小酸模种子，发芽均从第2天开始，发芽率变幅为31%～58%。Pb2+浓度为50 mg·L-1时，发芽率和发芽势最低，只有31%和29%；Pb2+浓度为400 mg·L-1时，发芽率最大，为58%。Pb2+浓度为50 mg·L-1、100 mg·L-1、200 mg·L-1时发芽率低于对照，800 mg·L-1发芽率高于对照，与对照组相比，50 mg·L-1和100 mg·L-1Pb2+浓度处理下，种子的发芽率、发芽势存在显著差异。Pb2+浓度为50 mg·L-1时，发芽指数存在显著差异。当Pb2+浓度超过100 mg·L-1时，小酸模根的生长受到抑制。

图4 赤霉素对小酸模种子发芽率和发芽势的影响

表5 重金属Pb、Zn、Cu对小酸模种子发芽率、发芽势、发芽指数和根长的影响

处理浓度/(mg·L-1)发芽率/%发芽势/%发芽指数根长/cmPb0(ck)50.00±11.99a47.76±15.02a26.57±8.42a3.46±0.34a5031.10±1.90b28.90±1.90b13.91±1.96b1.27±0.28b10032.20±1.90b31.10±3.81a14.50±2.46b1.58±0.20b20043.33±8.78a41.13±5.09a18.42±4.01a-40057.76±3.86a40.00±3.30a21.60±1.60a-80053.33±18.58a32.20±10.17a21.10±5.38a-Zn5053.33±3.35a53.33±3.35a21.45±2.97a-10042.23±6.92a42.23±6.92a14.65±2.31a-20054.46±6.92a54.46±6.92a20.25±2.98a-40048.90±3.81a48.90±3.81a19.47±4.97a-80051.13±9.64a51.13±9.64a21.31±3.84a-Cu5045.53±10.72a45.53±10.72a16.24±3.55a-10032.23±3.86b27.80±8.40a14.78±4.22b-20066.70±10.00a64.43±8.35a26.89±4.43a-40024.43±11.74b24.43±11.74a8.14±4.05b-80034.43±16.42a30.00±11.99a14.36±6.16a-

2.6.2Zn2+对小酸模种子萌发的影响

Zn2+对小酸模种子萌发的影响见表5，发芽从第2天开始，用不同浓度的Zn2+处理小酸模种子，发芽率变幅为42%～54%；Zn2+浓度为100 mg·L-1时，发芽率和发芽势最低，均为42%；Zn2+浓度为200 mg·L-1时，发芽率和发芽势达到最大，均为54%。从表5可看出，与对照组相比，不同浓度的Zn2+处理下，种子的发芽率、发芽势及发芽指数差异不显著。不同浓度的Zn2+处理下根长均较短，说明不同浓度Zn2+处理对小酸模种子根的生长都有抑制作用。

2.6.3Cu2+对小酸模种子萌发的影响

Cu2+对小酸模种子萌发的影

响见表5，发芽均从第2天开始，用不同浓度的Cu2+处理小酸模种子，发芽率变幅为24%～67%；Cu2+浓度为400 mg·L-1时，发芽率和发芽势最低，均为24%；Cu2+浓度为200 mg·L-1时，发芽率和发芽势达到最大，分别为67%和64%，说明200 mg·L-1Cu2+处理对小酸模种子萌发有促进作用。从表5可以看出，与对照组相比，100 mg·L-1和400 mg·L-1Cu2+处理下种子的发芽率和发芽指数存在显著差异，而发芽势不存在显著差异。不同浓度的Cu2+处理，小酸模种子的根长较短，根发黑，对其根的生长都有抑制作用。

3 结论与讨论

小酸模种子千粒重为0.471 g，钝叶酸模(R.obtusifolius)为2.860 g[15]，羊蹄的为1.799 3 g[16]，巴天酸模(R.patientia)、酸模(R.acetosa)、皱叶酸模(R.crispus)、水生酸模(R.aquaticus)、尼泊尔酸模(R.nepalensisSpreng)分别为3.757 1 g、3.213 5 g、2.894 8 g、3.694 6 g、7.308 0 g[17]，齿果酸模(R.dentatus)的为1.067 g[18]，酸模属不同种植物种子千粒重有差异。小酸模种子千粒重较小。小酸模种子萌发的适宜培养温度为25 ℃，浸种时间为12 h，浸种温度30 ℃；浸种温度对其种子发芽时间无影响。浸种时长能影响小酸模种子提前发芽时间。赤霉素有打破种子休眠期、促进种子萌发的作用，小酸模种子随着赤霉素浓度的升高，发芽率逐渐增大，800 mg·L-1赤霉素处理对小酸模种子萌发有促进作用，发芽率达到76%，但对根的生长有抑制作用。

通常情况下，低浓度重金属促进植物种子萌发、高浓度有抑制作用[19-20]。但是不同浓度重金属离子对小酸模种子的抑制作用却不相同。Pb元素并不是植物生长发育的必需元素，但它能减少根细胞的有丝分裂速度，所以过量的重金属Pb2+积累在根时,影响植物根系的生长发育[22],Pb2+浓度超过100 mg·L-1时，对小酸模根的生长有抑制作用。Zn元素是植物生长发育兼具营养和毒性的不可缺少的元素,Zn又是一种重金属，过量锌也会对植物体造成危害[23]。在高浓度Zn2+处理下，小酸模种子虽能萌发，幼叶正常，但根的生长受到严重抑制，几乎无法辨认根部。Cu是植物生长的必需微量元素，Cu元素的缺乏会导致生长的抑制、光合作用和呼吸作用的降低，然而过量的Cu2+对植物有明显的毒害作用,过量会引起植物生长迟缓，萎黄和根的畸形[24]。在高浓度Cu2+处理下小酸模种子虽能萌发，幼叶正常，但芽逐渐变黄腐烂,根发黑，根的生长也受到严重抑制。Zn2+和Cu2+对小酸模种子根的生长影响较大。本试验中，Pb2+、Zn2+、Cu2+的各浓度处理，小酸模种子均能萌发；Pb2+浓度为400 mg·L-1、Zn2+、Cu2+浓度为200 mg·L-1对小酸模种子萌发有促进作用，其发芽率分别达58%、54%、67%；高浓度Pb2+、Zn2+、Cu2+对小酸模种子萌发均有一定的抑制作用。说明小酸模种子对重金属Pb2+、Zn2+、Cu2+具有一定耐性，在重金属污染土壤的生态修复中有一定利用价值。但有关小酸模种子能够较好生长在Pb、Zn、Cu重金属污染土壤环境的机理还需进一步深入研究。