重金属镉对百日草种子萌发及幼苗生长的影响

池永清，吴东涛，王忠林，徐 凯，丁枫华，刘术新

（1.丽水市土肥植保能源总站，浙江 丽水 323000；2.龙泉市土肥植保能源服务站，浙江 丽水 323700；3.龙泉市锦溪镇农业发展服务中心，浙江 丽水 323700；4.丽水学院，浙江 丽水 323000；5.丽水职业技术学院林业科技学院，浙江 丽水 323000）

随着社会经济的高速发展，我国的工业化进程越来越高，采矿、冶炼和电镀工业的不断发展，使得土壤中重金属物质不断积累[1]，近年来，土壤受镉污染的事件频繁发生。土壤被重金属镉污染后，不仅会导致农作物减产和品质下降，还会危害人体健康[2]。

百日草（Zinnia elegans Jacq.）属菊科百日草属，一年生草本植物。由于其花大色艳，花期长久，被广泛应用于园林绿化、花境、花带及花坛布置，是营造花海景观的常用植物[3]。

重金属镉污染严重的土壤上不适合种植农作物，可以通过种植百日草营造花海景观，打造旅游景点，吸引游客，获得收益。但是百日草对重金属镉的耐受性情况未有报道。

本试验在不同浓度的Cd2+溶液处理下，研究百日草种子萌发和萌发后幼根及幼芽生长的变化情况，初步探讨百日草对镉的耐性机理，从而为在受污染土壤中种植百日草提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试百日草种子来源于上海恒大种业有限公司，供试药剂为氯化镉（CdCl2）、分析纯。

1.2 研究方法

1.2.1 试验方法

药品使用分析纯CdCl2，配制成浓度20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L 的镉溶液，对照选用去离子水（CK）。

先挑选籽粒饱满、均匀、无病虫害的百日草种子450 粒，然后进行消毒处理，将种子在10%次氯酸钠溶液中浸泡10 min。之后，捞出种子用水冲洗3 次，再用去离子水冲洗3 次，放到滤纸上吸干表面水分，备用。

取5 套洁净的9 cm 培养皿，分别编号为1 号、2 号、3 号、4 号、5 号。在培养皿中放两张滤纸，用去离子水润湿滤纸，用玻璃棒轻轻赶除气泡使滤纸与培养皿贴合在一起，用镊子将处理好的百日草种子摆放到培养皿内的滤纸上，种子间留有一定的空隙，便于观察。每个培养皿摆放30 粒种子。

于1 号皿中加入蒸馏水5 mL（CK），另于2～5号皿中分别加入浓度为20mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L 的CdC12溶液各5 mL，每种溶液处理3 次重复，每个重复1 个培养皿。

将所有的培养皿移入到智能光照培养箱内，温度设置为（25±2）℃，每隔24 h 各处理分别补加处理液2 mL。

1.2.2 测定指标及方法

每天定时观察种子变化情况，记录种子露白、萌发、发芽情况，以胚芽长到种子的1/2 作为萌发标准，统计发芽数，第三天统计种子发芽势，第五天计算发芽率。发芽试验结束时，测定幼苗根长、芽长，称量鲜重。根据以下公式计算发芽势、发芽率、发芽抑制率、发芽指数、活力指数、幼苗根长抑制率、幼苗芽长抑制率、幼苗全长抑制率、幼苗鲜重抑制率和综合抑制率。

1.3 数据处理

采用Excel 2010 软件统计数据，作图分析；采用SPSS 16.0 统计软件对数据进行统计分析，采用单因素LSD 法对不同处理下各指标进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 Cd2+对百日草种子萌发的影响

由图1 可知，随着Cd2+浓度增大，百日草种子发芽势和发芽率均呈现下降的趋势。但在低浓度（20 mg/L、40 mg/L）下未受到明显抑制，随着Cd2+浓度进一步升高，其种子发芽势和发芽率均出现明显降低，在80 mg/L 时均显著低于对照组（P＜0.05）。

图1 Cd2+对百日草种子萌发的影响

图2 是Cd2+浓度和百日草种子的发芽势、发芽率间的Pearson 相关分析。结果表明，Cd2+浓度与百日草种子萌发水平间具有十分显著的负相关关系（P＜0.01）。

图2 Cd2+对百日草种子萌发抑制的浓度效应

2.2 Cd2+对百日草幼苗生长的影响

由图3 可知，不同浓度Cd2+溶液培养的百日草幼苗，根长和芽长与对照处理表现出明显差异，具体表现为：20 mg/L Cd2+溶液处理下，百日草根长与对照处理差异不显著（P＜0.05），而芽长已受到明显的抑制，显著低于对照处理（P＜0.05）；而后，随着Cd2+溶液浓度不断升高，幼苗生长受到明显的抑制，无论根长还是芽长均出现明显减少，直至80 mg/L Cd2+溶液处理时，出现最低值，根长受抑制程度最甚，几乎不长根。

图3 Cd2+对百日草幼苗生长的影响

图4 是Cd2+浓度和百日草种子萌发后幼苗生长（根长+芽长）、鲜重的Pearson 相关分析。结果表明，Cd2+浓度与百日草幼苗的根长+芽长、鲜重间分别具有十分显著的负相关关系（P＜0.01）。通过此研究可以得出，在百日草幼苗的生长过程中，Cd2+浓度对其生长不仅存在显著的抑制作用，且表现出十分明显的浓度效应（P＜0.01）。

图4 Cd2+对百日草幼苗生长及鲜重抑制的浓度效应

2.3 Cd2+对百日草种子发芽指数和活力指数的影响

由图5 可知，随着Cd2+浓度持续上升，发芽指数不断下降，且各处理与对照处理相比，差异显著（P＜0.05）；不同浓度Cd2+溶液处理间存在差异，20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L 的Cd2+溶液处理间差异不显著，高浓度80 mg/L Cd2+溶液处理发芽指数显著降低，与其他处理间差异显著（P＜0.05）。

图5 Cd2+对百日草种子发芽指数的影响

由图6 可知，百日草种子活力指数在不同浓度的Cd2+溶液存在明显差异，且各处理间差异显著（P＜0.05）；随着Cd2+浓度增加，百日草种子活力指数下降，且其表现出的抑制作用与对百日草幼苗全长和鲜重的影响存在一致性。随着Cd2+浓度不断上升，百日草幼苗的生长、发育情况明显受到了抑制，芽长、根长均出现了急剧变短的趋势。在高浓度处理的情况下，甚至出现了很多种子胚根难以生长的状况，到第五天时，80 mg/L Cd2+溶液处理下的根已经变黑。

图6 Cd2+对百日草种子活力指数的影响

2.4 Cd2+对百日草种子萌发和幼苗生长的抑制效应

由表1 可知，Cd2+从多个方面对百日草种子萌发、幼苗生长产生影响，可是对不同指标的影响却并不一致，不同影响间存在较大差异。Cd2+胁迫抑制效应最低的是对百日草种子发芽的抑制（在80 mg/L 时抑制率为10.00%），抑制效应次之的为对幼苗鲜重的抑制（在80 mg/L 时抑制率为59.58%）。对幼苗根长的抑制效应、幼苗芽长的抑制效应表现为低浓度（20 mg/L、40 mg/L）时对芽长的抑制作用高于对根长的抑制作用；高浓度时（60 mg/L、80 mg/L）正好相反，相对于对芽长的抑制作用，对根长的抑制作用显著偏高，其中，在Cd2+浓度达60 mg/L 时，对幼苗根长的抑制率是89.73%，而对幼苗芽长的抑制率是34.17%，在Cd2+浓度达80 mg/L 时，对幼苗根长的抑制率是94.71%，芽长抑制率为61.54%。Cd2+浓度高于60 mg/L 时，百日草根的生长受抑制作用较强，甚至停止生长。Cd2+胁迫对百日草幼苗全长的抑制作用居于对根长和芽长抑制效应中间。根据上述5 个指标分析综合抑制率可以得出，80 mg/L Cd2+溶液浓度处理的综合抑制率是（60.08±29.51）%。

表1 不同Cd2+浓度对百日草种子萌发和幼苗生长的抑制

为进一步分析Cd2+的浓度与百日草幼苗生长综合抑制作用的相关性，对Cd2+溶液浓度与综合抑制水平间作Pearson 相关性分析，如图7。分析结果显示，二者之间明显存在着正相关关系（P＜0.01），即百日草幼苗生长的综合抑制水平随着Cd2+浓度的升高而变强。

图7 Cd2+对百日草幼苗生长综合抑制作用的浓度效应

3 结论与讨论

种子的发芽势、发芽率和发芽指数是评价种子发芽能力的重要指标，种子活力指数是反映种子质量的重要参数[4-5]。不同浓度Cd2+对百日草种子萌发均有一定影响，但在低浓度（20 mg/L、40 mg/L）下种子萌发未受到明显抑制，而随Cd2+浓度进一步升高，其种子发芽势和发芽率均出现明显降低，在80 mg/L 时均显著低于对照组，说明低浓度Cd2+对百日草种子萌发影响相对较小，高浓度Cd2+对百日草种子萌发影响较大。贾莲等（2013）[6]、李林芝等（2015）[7]研究表明，高浓度Cd2+对金银花和柠条种子萌发的影响较大，与本研究结果相一致。随着Cd2+浓度增加，发芽指数逐渐降低，且Cd2+各处理与对照处理相比，差异显著（P＜0.05）；随着Cd2+浓度增加，百日草种子活力指数下降，各处理间差异显著（P＜0.05），即Cd2+浓度越高，其对百日草种子萌发过程的抑制作用就越强。

种子萌发后，幼根、幼芽的生长情况及幼苗鲜重是评价幼苗抗性的重要指标。本研究结果表明，随着Cd2+浓度不断升高，幼苗生长所受到的抑制作用明显，无论根长还是芽长均被发现存在明显减少情况，甚至高浓度下许多种子胚根难以生长，到第五天时，80 mg/L Cd2+处理下的根已经变黑，表明不同浓度Cd2+对幼苗根长有较高的抑制率，说明镉对幼苗根系的抑制作用较大，这一结果与张珂等（2019）研究镉胁迫对小麦和玉米根长的影响结果一致。Cd2+浓度与鲜重间具有十分显著的负相关关系（P＜0.01）。

通过研究Cd2+溶液对百日草种子萌发和幼苗生长的综合抑制率，结果显示，Cd2+胁迫对百日草种子发芽的抑制最低，其次为对幼苗鲜重的抑制效应，而对幼苗根长和芽长的抑制效应表现为低浓度（20 mg/L、40 mg/L）时对芽长的抑制作用高于对根长的抑制作用，高浓度时（60 mg/L、80 mg/L）正好相反，在Cd2+浓度高于60 mg/L 时，根无法生长。进一步对Cd2+浓度与综合抑制水平间作Pearson 相关性分析，结果显示，二者间存在极显著的正相关关系（P＜0.01），即随着Cd2+浓度升高，百日草幼苗所受综合抑制水平越强。

综上所述，所有百日草种子处理组的发芽率都超过80%以上，表明百日草种子在萌发生理方面具有较强的耐镉能力；在幼苗生长方面，对根长、苗长和鲜重均表现出抑制作用，高浓度表现出明显的抑制效应，尤其对根的生长抑制作用更为显著。