重金属铜、锌、铅对苦荞种子萌发的影响

张 睿，王凯轩

（山西大同大学农学与生命科学学院，山西大同 037009）

重金属铜、锌、铅对苦荞种子萌发的影响

张 睿，王凯轩

（山西大同大学农学与生命科学学院，山西大同 037009）

铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）都是土壤重金属污染源，对土壤、植物、动物及人体产生巨大危害。本文以苦荞种子为实验材料，研究经不同浓度硫酸铜、硫酸锌和乙酸铅催芽后的苦荞种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的变化情况。结果表明：当硫酸铜、乙酸铅浓度大于100mg/L时，苦荞种子发芽率、发芽势和发芽指数均会受到不同程度的抑制，不同浓度硫酸锌对苦荞种子的发芽率、发芽势及发芽指数均无影响。经3种不同浓度重金属盐催芽后的苦荞种子，幼苗胚根平均长度和种子的活力指数均随着重金属盐浓度的增加而降低，且三种重金属盐对其抑制效果的大小顺序为硫酸铜＞乙酸铅＞硫酸锌。

铜；锌；铅；苦荞；种子；萌发

近年来，土壤重金属污染问题，已经引起人们的高度重视。工业垃圾的排放，农业化肥、农药等的过量施用以及人类生活垃圾的焚烧等都是导致重金属污染的原因。重金属污染物一旦进入土壤很难被排除，且可在作物体内有机化，通过在作物体富集进入食物链，最终威胁人类的健康。铜是植物生长所必需的微量元素之一，适量的铜对作物正常的生长发育有非常重要的意义。铜元素缺乏会导致作物生长受到抑制，而铜过量又会使作物受到毒害，甚至通过食物链危害到动物及人体的健康［1］。锌是作物体内某些酶的组成元素，它参与作物体内的一些代谢过程，但过量的锌可引起作物生长迟缓，出现黄化等现象［2］。铅不是作物生长发育的必需元素，它对植物有严重的积累性危害。大量的铅污染物进入土壤后，不但严重影响作物的产量和质量，还可通过食物链影响人体健康［3］。目前已有很多关于重金属对作物生长发育情况影响的研究［4-5］。苦荞麦（Fagopyrum tartaricum Gaertn）隶属石竹目，蓼科，荞麦属，作为一种既有经济价值又有开发前景的粮食资源，重金属对其种子萌发及幼苗生长发育方面的影响研究较少。本文以苦荞麦种子为实验材料，以不同浓度的硫酸铜、硫酸锌、乙酸铅溶液作为胁迫因子，研究三种重金属盐对苦荞麦种子萌发的影响情况，为重金属对苦荞麦的毒害机制研究及预防和治理重金属对苦荞的危害提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 试剂

硫酸铜，硫酸锌，乙酸铅，均为分析纯。

1.1.2 供试种子

供试苦荞麦种子由山西省高寒区作物研究所提供。

1.1.3 仪器

恒温培养箱，培养皿，滤纸，游标卡尺。

1.2 实验方法

选取籽粒饱满的苦荞种子，于55°C的温水中浸泡10min消毒，之后用自来水清洗数次，再用蒸馏水清洗。将已消毒的种子置于盛有蒸馏水的烧杯中浸种24h催芽.最后将催芽后的种子整齐的摆放到铺有双层滤纸的90mm培养皿中，每个培养皿100粒种子，分别加入浓度梯度均为0mg/L，25mg/L，50mg/L，100mg/L，200mg/L，400mg/L，800mg/L的硫酸锌溶液、硫酸铜溶液和乙酸铅溶液培养，各处理浓度设3个重复。置于25°C的恒温培养箱中进行避光发芽试验。

1.3 指标测定

发芽期间每24h统计一次发芽情况（以胚根突破种皮为发芽）。按照《国际种子发芽规程》［6］的规定，第4d统计苦荞种子发芽势，第7d统计其发芽率，之后，于每个处理随机抽取10株苦荞幼苗测根长，并根据下面的公式计算苦荞种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数：发芽势＝（4d内供试种子发芽数/供试种子总数）×100％；发芽率＝（7d内供试种子发芽数/供试种子总数）×100％；发芽指数（GI）＝∑Gt/Dt（公式中Gt为t d内的发芽数，Dt为相应的发芽日数）；活力指数（VI）＝GI×S（GI为发芽指数，S为胚根平均长度）；数据的统计比较采用SPSS软件中LSD检验方法。

2 结果与分析

2.1 重金属盐胁迫对苦荞种子发芽率和发芽势的影响

结果如表1所示，经不同浓度硫酸锌培养后，苦荞种子发芽势和发芽率均没有显著性差异。乙酸铅对苦荞种子发芽势的影响为低浓度时促进，高浓度时抑制：当乙酸铅浓度为100mg/L时，种子发芽势最高；之后随着乙酸铅浓度的增加，种子发芽势逐渐下降；当乙酸铅的浓度小于100mg/L时，各浓度培养组苦荞种子发芽率间不存在显著性差异，之后，随着乙酸铅浓度的增加，各处理组苦荞麦种子的发芽率逐渐降低，并且各浓度处理组间差异显著。硫酸铜对苦荞种子发芽势、发芽率的影响均表现为低浓度时促进，高浓度时抑制：当硫酸铜浓度为100mg/L时，种子的发芽势、发芽率均最高；之后，随着浓度的增高，种子的发芽势、发芽率均逐渐降低，并且各处理组间有显著性差异。

表1 不同浓度重金属盐处理后苦荞种子的发芽势、发芽率比较

2.2 重金属盐胁迫对苦荞种子发芽指数和活力指数的影响

重金属盐胁迫对苦荞种子发芽指数的影响如图1所示，硫酸铜处理组和乙酸铅处理组结果相似。当硫酸铜、乙酸铅浓度小于100mg/L时，苦荞种子发芽指数随硫酸铜、乙酸铅浓度的增加变化不大，当硫酸铜、乙酸铅浓度大于100mg/L以后，随着重金属盐浓度的增加，苦荞种子发芽指数均逐渐下降。硫酸锌对苦荞种子发芽指数几乎没有影响，各浓度处理间差别不大。

图1 不同重金属盐对苦荞种子发芽指数的影响

重金属盐胁迫对苦荞种子活力指数的影响如图2所示，3种重金属盐处理组苦荞种子的活力指数均随着重金属盐浓度的增加下降，抑制作用大小顺序为硫酸铜＞乙酸铅＞硫酸锌。

2.3 重金属盐胁迫对苦荞幼苗胚根长度影响

结果如图3所示，经三种相同浓度梯度的重金属盐处理后，苦荞幼苗胚根平均长度均随着重金属盐浓度的增加而减少。硫酸铜对苦荞幼苗胚根平均长度影响最大，随着硫酸铜浓度的增加，苦荞幼苗平均胚根长度下降趋势最为明显。相同处理浓度情况下，三种重金属盐处理组苦荞幼苗胚根平均长度大小顺序均为硫酸锌＞乙酸铅＞硫酸铜。

图2 不同重金属盐对苦荞种子活力指数的影响

图3 不同重金属盐对苦荞幼苗胚根长度影响

3 讨论

本文研究结果表明，不同重金属盐对苦荞种子萌发影响情况不同。就本文所用的三种重金属盐而言，硫酸铜和乙酸铅浓度较高时（＞100mg/L）既影响苦荞种子的萌发，也影响苦荞幼苗的生长，浓度较低（＜100mg/L）时对苦荞种子萌发的影响较小，但影响苦荞幼苗的生长，对苦荞仍有毒害作用，并且这种毒害作用随重金属盐浓度的增加而增加。相同浓度情况下，硫酸铜对其毒害作用大于乙酸铅。硫酸锌各浓度处理组苦荞种子的发芽率、发芽势及发芽指数与对照组相比均无显著性差异，幼苗胚根平均长度和种子的活力指数均随着硫酸锌浓度的增加而降低。

综上，苦荞根比苦荞种子对重金属污染的毒害更敏感，这与张义贤［7］的研究结果一致。这可能是由于重金属抑制了苦荞细胞的分裂和生长，刺激或抑制了作物体内一些酶的活性，进而影响作物组织蛋白合成，降低光合作用和呼吸作用，使苦荞胚根长度降低所造成的。然而本文并没有对重金属盐胁迫可能导致的作物细胞的分裂、淀粉酶、蛋白酶、酸性磷酸酯酶等酶活性进行测定研究，因而有关重金属对苦荞种子毒性的机理研究还有待后续工作的继续进行。

［1］常红岩，孙百哗，刘春生.植物铜毒害研究进展［J］.山东农业大学学报，2000，31（2）：227-230.

［2］李淑艳，郭微.Cu2+、Zn2+胁迫对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响［J］.中国种业，2006（1）：33-34.

［3］李湘洲.重金属铅和镉对土壤与作物的危害及防治［J］.经济林研究，2000，18（4）：12-13.

［4］张艳丽.Cu、Pb胁迫对小麦种子萌发及幼苗生长的影响［D］.四川：四川师范大学，2008.

［5］李牡丹.重金属Pb对芨芨草种子萌发及幼苗生长的影响［D］.北京：北京林业大学，2008.

［6］颜启传.国际种子检测规程［M］.北京：技术标准出版社，1976：168-169.

［7］张义贤.贡、镉、铅胁迫对油菜的毒害效应［J］.山西大学学报：自然科学版，2004，27（4）：410-413.

〔编辑 杨德兵〕

Effects of Copper，Zinc，and Lead on Germination of Buckwheat Seeds

ZHANG Rui，WANG Kai-xuan
（School of Agriculture and Life Science，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037009）

Copper（Cu），zinc（Zn）and lead（Pb）are the heavy metal pollution sources of soil.They are dangerous to the soil，the plant，the animal and the human body.In this paper，buckwheat seeds were used as experimental material to study the effects of different concentrations of CuSO4，ZnSO4and Pb（CH3COO）2on the germination rate，germination vigor，germination index，Vigor index of them.The results showed that When CuSO4，Pb（CH3COO）2concentration were higher than 100mg/L，they have different inhibitory effects on the germination rate，germination vigor，germination index of buckweed seeds.ZnSO4of different concentrations have no effects on the germination rate，germination vigor，germination index of them.Both the average length of the seedling radicle and the Vigor index of the seeds were decreased with the increase of heavy metallic salts concentration，and the inhibitory effects of the three metallic salts are CuSO4＞Pb（CH3COO）2＞ZnSO4.

Copper；Zinc；Lead；buckwheat；seed；germination

S512.1

A

1674-0874（2011）01-0068-03

2010-09-05

张睿（1983-），女，山西天镇人，硕士，助教，研究方向：生物化学与分子生物学。