钙对铅胁迫下红花种子萌发和幼苗生长的影响

张丽辉，吴桑娜，孙奇，蒋远玲

长春师范大学生命科学学院，吉林长春130032

钙对铅胁迫下红花种子萌发和幼苗生长的影响

张丽辉，吴桑娜，孙奇，蒋远玲

长春师范大学生命科学学院，吉林长春130032

以红花种子为材料，在人工控制试验条件下，研究钙对铅胁迫下红花种子萌发的影响。结果表明：在弱钙、强钙条件下，随着Pb2+浓度的升高，红花种子芽长、根长、芽重、根重、活力指数均呈下降趋势；红花种子的发芽率随Pb2+浓度的升高而升高；在强钙弱铅情况下，发芽指数和发芽势均最高，说明低浓度的钙对铅胁迫下红花种子萌发具有促进作用。

钙；铅胁迫；红花种子；萌发；幼苗生长

近年来，由于国内经济的高速发展，我国的工业“三废”、城市垃圾以及对石油、矿产资源的不断开发利用等活动对自然环境危害严重，备受国内外专家关注[1]。从2009年起，我国已经发生了30多起重大铅污染事件，情况相当严重[2]。自然环境中的铅主要来自于工业生产领域，例如汽车尾气、冶炼工业、含铅涂料和纸张等[3]。铅进入土壤后不易溶解，而且很容易被该土壤中的植物所吸收[4]。植物在其形态和生长未表现出明显的改变时，具有大量吸收铅的能力[5]。随着食物链的富集作用，这些重金属有毒物质已经开始危害人类的健康生活[6]。

面对铅等重金属的毒害作用，植物通常会产生相对应的保护机制，其中钙的对抗作用尤其明显[7]。钙不仅是一种大量营养元素[8]，还可以增加植物对环境胁迫的抵抗能力，例如钙肥可以增加植物细胞膜的选择性吸收能力，减轻铅等重金属对植物的危害[9]。

红花，又称为红蓝，双子叶植物，菊科，一年或两年生草本植物，是一种常见中药材[10]。红花可以通经、活血化瘀等，具有极高的药用价值[11，12]。现如今红花的药用价值、观赏价值已引起海内外专家的广泛重视。目前对于红花的研究主要集中在药用方面，但在复合因子方面研究较少。本试验以红花种子为材料，探讨外源钙在重金属铅胁迫对红花生命初期的影响，以期为红花的合理栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

红花种子，采购于长春市黑水路参茸市场；光照培养箱（上海精宏GZP-750S）；铅胁迫采用醋酸铅溶液，钙处理用氯化钙溶液。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

选取颗粒饱满、大小均匀的红花种子，用75%的乙醇消毒5 min，无菌水清洗干净，滤纸吸干。放入浓度梯度为0 mmol/L (LCa)和9 mmol/L(HCa)的钙离子处理液中浸泡6 h。选择直径为9 cm的培养皿，两层滤纸作为发芽床，分别添加浓度梯度为0 mg/L（LPb）和400 mg/L（HPb）的处理液，至滤纸饱和为止，每个处理50粒种子，重复3次。将培养皿置于25℃中14 h和15℃中10 h的培养箱中催芽，光照时长24 h/d，光照强度为12 000 Lux。发芽期间，每24 h计数一次，之后每天添加适量液体，保持滤纸湿润。当连续3 d种子不再发芽时，停止计数，开始测量各项生长指标。培养结束后，每个培养皿中选择10株长势一致的红花幼苗，精确测量幼苗芽长、根长、芽重及根重。

1.2.2 测定指标与方法

根据发芽期间所统计的数据，计算红花种子的发芽势Gv、发芽率G、发芽指数GI及活力指数VI。计算公式如下：

Gv=最高1 a的红花种子的发芽数/供试的红花种子总数×100%

G=Ga/Gn×100%(Ga：发芽结束时的已发芽红花种子数；Gn：供试红花种子总数)

GI=Σ（Gt/Dt）（Gt：第t天全部正常发芽红花种子数；Dt：发芽天数）

VI=GI×W（W：单株平均鲜重）

1.2.3 数据分析

采用SPSS 16.0软件对各处理下红花幼苗根长、芽长、芽重、根重、生长率等生长指标的差异进行双因子方差分析，差异显著度以p值表示。p<0.001时，差异极显著；p<0.01时，差异较显著；p<0.05时，差异显著；p>0.05时，差异不显著。

使用Excel软件绘图，Word软件制表。

2 结果与分析

2.1 Pb2+和Ca2+交互作用对红花种子发芽率的影响

由图1可知，在强钙强铅和弱钙强铅处理下，红花种子的发芽率分别为52%±4%、52%±8%，略高于其他处理。弱钙弱铅处理下发芽率最低。在弱钙条件下，发芽率随着Pb2+浓度的升高而升高；在强钙条件下，发芽率也随着Pb2+浓度的升高而升高。在弱铅情况下，Ca2+浓度对发芽率影响明显；在强铅情况下，Ca2+浓度对发芽率影响不明显。总体来说，不管强钙、弱钙，红花种子的发芽率都随着Pb2+浓度的升高而升高。

图1 钙对铅胁迫下红花种子发芽率的影响

2.2 Pb2+和Ca2+交互作用对红花种子发芽活力的影响

由图2和图3可知，在弱钙条件下，红花种子发芽指数随着Pb2+浓度的升高上升了25%，发芽势也呈上升趋势；在强钙条件下，发芽指数随着Pb2+浓度的升高下降了31%，发芽势也呈下降趋势，说明红花种子活力在强钙条件下随着Pb2+浓度的升高而下降得更为明显。在弱铅情况下，随着Ca2+浓度的升高，发芽指数和发芽势上升趋势明显；在强铅情况下，随着Ca2+浓度升高，发芽指数和发芽势下降趋势明显。总体来说，在强钙弱铅情况下，发芽指数和发芽势都为最高。

图2 钙对铅胁迫下红花种子发芽指数的影响

图3 钙对铅胁迫下红花种子发芽势的影响

2.3 Pb2+和Ca2+交互作用对红花种子活力指数的影响

由图4可以看出，红花种子的活力指数从大到小用的处理液依次是：弱钙弱铅、强钙弱铅、强钙强铅、弱钙强铅。在弱钙弱铅处理下，活力指数最高；在强钙强铅和弱钙强铅处理下，红花种子的活力指数无差异；在弱钙条件下，活力指数随着Pb2+浓度的升高而降低；在强钙条件下，活力指数随着Pb2+浓度的升高而降低。

2.4 Pb2+和Ca2+交互作用对红花幼苗芽长的影响

由图5可以看出，在弱钙弱铅情况下，芽长最长，为1.94±0.26 cm。在强钙强铅和弱钙强铅处理下，芽的长度相近，分别为1.17±0.17 cm和1.16±0.17 cm，弱钙强铅情况下的芽长最短。在弱钙条件下，芽长随着Pb2+浓度的升高下降了40%。在强钙条件下，芽长随着Pb2+浓度的升高下降了18%，说明芽长在弱钙条件下随着Pb2+浓度的升高而下降更为明显。在弱铅情况下，Ca2+浓度对芽长影响明显。在强铅情况下，Ca2+浓度对芽长影响不明显。总体来说，随着Pb2+、Ca2+浓度的升高，芽长呈下降趋势。不同处理下，红花幼苗平均芽长表现为：弱钙弱铅＞强钙弱铅＞强钙强铅＞弱钙强铅。

图4 钙对铅胁迫下红花种子活力指数的影响

图5 钙对铅胁迫下红花种子芽长的影响

2.5 Pb2+和Ca2+交互作用对红花幼苗根长的影响

由图6可以看出，根长随着Pb2+浓度的升高而显著下降。在强钙弱铅处理下，根长最长，为2.13±0.10 cm。其次为弱钙弱铅处理。在强钙强铅和弱钙强铅两种处理下，根的长度无显著差异，分别为0.25±0.18 cm、0.22± 0.10 cm，弱钙强铅处理下的根长最短。

图6 钙对铅胁迫下红花种子根长的影响

2.6 Pb2+和Ca2+交互作用对红花幼苗生物量的影响

Pb2+和Ca2+交互作用对红花幼苗芽重和根重的影响见图7和图8。红花种子的芽重和根重均随着Pb2+浓度的升高而降低，根重降低的趋势更为明显；在弱铅处理下，红花种子的芽重随着Ca2+浓度的升高呈现下降趋势。在强铅处理下，随着Ca2+浓度的升高芽重持平。在弱铅和强铅处理下，红花种子的根重均随着Ca2+浓度的升高呈现下降趋势。

图7 钙对铅胁迫下红花种子芽重的影响

图8 钙对铅胁迫下红花种子根重的影响

3 结果与讨论

重金属铅污染已成为环境生物学关注的焦点。从植物生理学的角度来看，种子萌发即是生命进程的起点，也是植物最早接受重金属胁迫的阶段。因此，了解钙对铅胁迫下种子萌发的影响，是系统认识重金属伤害机理以及解毒机理的较好途径。

本研究表明，在弱钙条件下，随着Pb2+浓度的升高，红花种子芽长、根长、芽重、根重、活力指数均呈下降趋势。在强钙条件下，随着Pb2+浓度的升高，红花种子芽长、根长、芽重、根重、活力指数均呈下降趋势；不管强钙、弱钙，红花种子的发芽率都随着Pb2+浓度的升高而升高。

在强钙弱铅处理下，发芽指数和发芽势都为最高，说明在这个处理下，红花种子发芽的活力最高，该浓度对其发芽有明显的促进作用；在弱钙弱铅和强钙强铅两种处理下，红花种子发芽的活力相近且为最低，说明该处理对其发芽没有促进作用。在弱钙弱铅处理下，活力指数最高。

在强钙强铅、弱钙强铅两种处理下，活力指数相近。在弱钙条件下，活力指数随着Pb2+浓度的升高而降低。在强钙条件下，活力指数随着Pb2+浓度的升高而降低。因此，低浓度钙对铅胁迫下红花种子的萌发具有促进作用，而钙对铅胁迫下红花种子生长的影响并不明显。

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1005-2690（2015）12-0045-04

S567.219

A

张丽辉（1971-），女，汉族，河北昌黎人，博士，副教授，从事植物生理生态学和种群生态学的教学与研究。

2015-08-05

长春师范大学实验教学改革项目