镉胁迫对高粱属牧草种子发芽及幼苗生长的影响

胡培全

摘要：采用皿培试验，研究了重金属镉对3种高粱属（Sorghum）牧草（饲用高粱23402、饲用高粱26837、高丹草98456）发芽势、发芽率、发芽指数、胚根胚芽比、活力指数及耐性指数的影响。结果表明：①不同浓度镉处理对两种饲用高粱的发芽势、发芽率、发芽指数均无显著性影响（P>0.05）；与对照相比，高浓度（30.0 mg/L）镉处理对高丹草98456发芽指数及发芽势有显著抑制作用（P<0.05），且对3种高粱属牧草胚根胚芽比、活力指数和耐性指数均有明显的抑制作用。②3种高粱属牧草中，饲用高粱23402耐镉性最强，其次是饲用高粱26837，高丹草98456最低。

关键词：镉；高粱属（Sorghum）牧草；耐镉性

中图分类号：S514；S54 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）09-2100-04

高粱属（Sorghum）牧草植株高大，茎叶繁茂，具有抗旱、耐澇、耐高温、耐瘠薄、耐盐碱、抗病虫害及抗倒伏等优良特性，是重要的优良牧草，可以用作青饲，制作干草、青贮饲料等。对于重金属污染植物修复具有重要意义，是研究土壤镉（Cd）、铅污染的良好植物材料[1]；Cd是自然界中广泛存在的一种重金属微量元素，也是毒性最强的重金属之一。地壳中Cd的质量分布一般是0.18 mg/kg，其中土壤中为0.01～0.70 mg/kg[2]，随着土壤重金属Cd污染日趋严重，植物受Cd污染的程度也逐渐加大，植物体中的Cd通过食物链最终可进入人畜体内，长期累积对人畜将造成一定的危害[3]。

孙哲等[4]研究表明，Cd浓度升高严重影响作物的光合作用、呼吸作用、物质代谢、细胞透性和保护酶的正常生理作用；陈瑛等[5]研究表明，土壤Cd浓度的增加能快速增加大白菜中的Cd含量，导致人类食用安全性下降。陈世军等[6]研究表明，当Cd浓度增大，辣椒幼苗除POD活性继续增大外，SOD、CAT活性受到抑制，严重影响辣椒幼苗生长；夏会龙等[7]研究发现甘蔗生物量、茎径和茎节长随着土壤中Cd浓度的增加而降低，Cd浓度越高，抑制效应越明显；叶片中叶绿素、过氧化氢酶（CAT）活力及可溶性糖含量与土壤中Cd浓度呈一阶指数衰减关系。王辉等[8]研究表明重金属Cd能够抑制大豆幼苗的生长，随着处理浓度的增加，其株高、干物重明显下降，叶片叶绿素含量下降，MDA含量增加及膜透性增加。人体积累的Cd的最主要来源是通过食物即农副产品摄取，而食物中Cd则主要来源于土壤。因此，研究土壤中Cd污染的来源、化学形态及对其污染的修复具有重要的意义[9]。

吕团伟等[10]研究表明五加皮和茯苓是两种良好的诱变剂的阻遏剂，对环境中的诱变剂Cd所致的遗传损伤具有明显的拮抗作用；付世景等[11]研究表明板蓝根叶片和根对Cd的吸收随Cd浓度的增加而增加，高浓度Cd对板蓝根生长具有抑制作用。

从相关报道可看出低浓度Cd促进植物生长，高浓度Cd抑制植物生长，随着土壤中Cd浓度的升高，直接影响植物正常生长，植物体内Cd的含量增加，生物量减少，间接地影响到人类生存[3-12]。植物为人类生产生活所必需，植物含Cd量过高，有可能导致人体中Cd的积累超过人所承受的量（60～70 μg/d），将会影响人的生理器官功能，导致各种疾病的产生。

本试验研究皿培条件下不同Cd浓度对高粱属牧草种子萌发及其生理特性的影响。尝试从发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根芽长、耐性指数等方面探索高粱属牧草种子对重金属Cd的反应机制，探讨Cd对高粱属牧草种子萌发的毒害性。为南方地区Cd胁迫条件下高粱属牧草生产提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种：饲用高粱23402、饲用高粱26837、高丹草98456（产地：美国，推广单位：中国农业科学院牧草与青贮发展研究中心）。

供试试剂：CdCl2·2.5H2O为分析纯。

试验设备：智能光照培养箱、电热恒温鼓风干燥箱、15 cm的培养皿、滤纸、镊子、烧杯、直尺等。

1.2 试验方法

1.3 数据处理与分析

2 结果与分析

2.1 重金属Cd对3种高粱属牧草种子萌发特性的影响

2.2 重金属Cd对3种高粱属牧草种子胚根胚芽比的影响

2.4 重金属Cd对3种高粱属牧草种子根、芽耐性指数的影响

3 小结与讨论

3.1 小结

1）不同浓度Cd处理对两种饲用高粱的发芽势、发芽率及发芽指数均无显著影响（P>0.05）；与对照相比，高浓度（30.0 mg/L）Cd处理对高丹草98456发芽指数及发芽势有显著抑制作用（P<0.05），且对3种高粱属牧草胚根胚芽比、活力指数和耐性指数均有明显的抑制作用。

2）3种高粱属牧草中，饲用高粱23402耐Cd性最强，其次是饲用高粱26837，高丹草98456最低。

3.2 讨论

1）种子萌发时期的生长状况直接影响植物的生长和生物量。Cd是自然界中广泛存在的一种重金属微量元素，也是毒性最强的重金属之一[2]。低浓度的Cd对植物生长有促进作用，而高浓度的Cd对植物生长有严重的抑制作用[3]。本试验中，在不同Cd浓度处理下，饲用高粱23402和饲用高粱26837的发芽势、发芽率及发芽指数均无显著性差异（P>0.05）；高丹草98456的发芽率无显著性差异（P>0.05）；与对照相比，高浓度（30.0 mg/L）Cd处理对高丹草98456的发芽指数及发芽势有显著影响（P<0.05）。与对照相比，饲用高粱23402在高浓度（30.0 mg/L）Cd处理下的种子萌发特性更强，可能与其耐高Cd能力有关；而高浓度（30.0 mg/L）Cd处理下，高丹草98456的萌发特性呈现下降趋势。3种高粱属牧草中，两种饲用高粱较高丹草98456萌发特性强，其中以饲用高粱26837的萌发特性最强，原因可能是饲用高粱的耐Cd性要强于高丹草。

2）Cd对3种高粱属牧草胚根和胚芽生长有明显的影响。低、中Cd浓度（0.5和5.0 mg/L）对饲用高粱23402和饲用高粱26837的胚根胚芽比有促进作用，高Cd浓度（30.0 mg/L）对其有抑制作用；而随着Cd浓度的增加，高丹草的胚根胚芽比呈降低的趋势，说明Cd对高丹草胚根的抑制程度更大，高丹草的胚根耐Cd性较差。

3）低浓度（0.5 mg/L）Cd对饲用高粱23402的活力指数有促进作用，中、高浓度Cd处理（5.0和30.0 mg/L）对其活力指数均有抑制作用，且随着Cd浓度的增加，抑制作用增大；随着Cd浓度的增加，饲用高粱26837和高丹草98456的活力指数均逐渐下降，且浓度越大，抑制作用越强；3种高粱属牧草在不同Cd浓度下，活力指数最高的是高丹草98456，其次为饲用高粱23402，最低的是饲用高粱26837。说明高丹草98456的发芽指数和幼苗长度显著高于饲用高粱23402和饲用高粱26837，而饲用高粱23402发芽指数和幼苗长度高于饲用高粱26837的，这对以后的大田生产具有指导意义。

4）随着Cd浓度的增加，3种牧草种子根、芽的耐性指数均明显降低；饲用高粱在中、低Cd浓度（0.5和5.0 mg/L）下根耐性指数较高，在高Cd浓度（30.0 mg/L）下其芽耐性指数较高；在不同Cd浓度下，高丹草98456的根耐性指数均低于芽耐性指数；3种牧草种子在不同Cd浓度下，根耐性指数最高的是饲用高粱23402，其次为饲用高粱26837，最低的是高丹草98456。Cd对胚根生长的影响比胚芽更显著，这与前人的研究结果一致[13]，原因可能是种子萌发后，根最先突破种皮吸水，这使根的重金属累积量以及受胁迫时间均比胚芽大，根的耐性指数越高表明其耐Cd性越强。本试验结果表明饲用高粱的耐Cd性高于高丹草的。

参考文献：

[1] 安秀敏，张庆祥，李晓波，等.饲用高粱特点及其利用[J].黑龙江畜牧兽医，1995（9）：20.

[2] 王秀丽，徐建民，姚槐应.重金属铜、锌、鎘、铅复合污染对土壤环境微生物群落的影响[J]. 环境科学学报，2003，15（1）：25-29.

[3] 刘大林，张树攀.高粱属牧草对土壤重金属镉的响应及富集效应的研究[D]. 江苏扬州：扬州大学，2010.

[4] 孙 哲，吴宏霞，唐丽娜.镉对三种主要农作物毒害效应的研究进展[J].山东农业科学，2009（11）：86-89.

[5] 陈 瑛，李廷强，杨肖娥.不同品种大白菜对镉的吸收积累差异[J].绍兴文理学院学报，2010（7）：32-36.

[6] 陈世军，韦美玉.镉对辣椒幼苗生长与生理特性的影响[J].江苏农业科学，2009（4）：180-182.

[7] 夏会龙，程文伟，池小雅.镉胁迫对甘蔗生长及生理性状的影响[J].中国土壤与肥料，2009（1）：42-45.

[8] 王 辉，张文会.不同浓度的镉胁迫对大豆幼苗生长的影响[J].聊城大学学报（自然科学版），2008，21（3）：76-78.

[9] 和文祥，朱铭莪，张一平.土壤酶与重金属关系的研究现状[J].土壤与环境，2000，9（2）：139-142.

[10] 吕团伟，刘孟宇，李淑红.中草药五加皮和茯苓的拮抗镉诱变作用[J].吉林大学学报（医学版），2008（4）：598-600.

[11] 付世景，宗良纲，孙静克.镉污染板蓝根生理指标的变化及其对镉积累的研究[J].安徽农业科学，2007（3）：649-651.

[12] 赵 胡，郑文教，陈 杰.土壤镉污染对大蒜幼苗生长及根系抗氧化系统的影响[J].生态学杂志，2008，27（5）：771-775.

[13] 杨黎芳，樊文华.钴对冬小麦幼苗生长及钴含量的影响[J].植物营养与肥料学报，2004，10（1）：101-103.