重金属镍对白蜡树种子萌发的影响

苗秀莲 刘传栋 吕艳伟

摘要：以白蜡树（Fraxinus chinensis Roxb.）种子为材料，在实验室内研究了不同浓度镍对种子萌发及幼苗生长的污染效应。结果表明，1 mg/L的Ni2+提高了发芽率，提升了种子的活力；5、10 mg/L的Ni2+仅提高了发芽率，但是对种子的活力贡献不大；而50、100 mg/L的Ni2+则对白蜡树种子的中后期发芽和生长产生了明显伤害，导致无法成苗；说明低浓度的Ni2+促进白蜡树种子的萌发和生长，而高浓度的Ni2+则有抑制作用。抑制白蜡树种子发芽率的Ni2+阈值为10～50 mg/L，抑制胚根伸长的阈值在1～5 mg/L内，抑制胚轴伸长的阈值在5～10 mg/L内，所以白蜡树施肥后土壤镍浓度不应超过5 mg/kg。

关键词：镍；白蜡树（Fraxinus chinensis Roxb.）；种子；发芽

中图分类号：O614.81+3；S792.41；S722.1+9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3435-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.026

Effects of Nickel on Seed Germination of Fraxinus chinensis

MIAO Xiu-lian，LIU Chuan-dong，L？譈 Yan-wei

（School of Life Sciences， Liaocheng University， Liaocheng 252059， Shandong， China）

Abstract： With the seeds of Fraxinus chinensis Roxb.， the effect of different concentration of nickel on seed germination and seedling growth was investigated. The results showed that， 1 mg/L Ni2+ increased germination rate and seed vigor； while 5 mg/L， 10 mg/L Ni2+ only increased germination rate， but had little effect on seed vigor. 50 mg/L， 100 mg/L Ni2+ had obviously damaged effect on later germination and growth of seeds， leading to a low seedling survival rate even unable to seedling. The results suggested that low concentration of Ni2+ accelerated seed germination and seedling growth； while high concentration Ni2+ showing the inhibition effect. The threshold value range of inhibition on germination rate was 10 to 50 mg/L， on radical elongation was 1 to 5 mg/L， and on hypocotyl elongation was 5 to 10 mg/L. It was concluded that the soil nickel concentration of F. chinensis should not exceed 5 mg/kg after fertilization.

Key words： nickel； Fraxinus chinensis Roxb.； seeds； germination

随着经济的快速发展，土壤环境中的镍（Ni）污染日渐严重。宋伟等[1]研究表明，中国耕地镍的污染概率为5.17%；2014年国家发布的《全国土壤污染概况调查公报》中显示，镍的点位超标率为4.8%，属于土壤污染第二位的无机污染物。白蜡树（Fraxinus chinensis Roxb.）为木樨科（Oleaceae）梣属（Fraxinus L.）落叶乔木，在中国栽培历史悠久，生态幅宽，分布范围广，是中国重要的乡土树种[2，3]，所以土壤重金属镍对白蜡树的生态影响不容忽视。目前重金属污染土壤植物修复和重金属镍对植物的影响方面报道很多，但是镍污染对白蜡树的生长和发育的影响还未见报道。试验以白蜡树种子为材料，测试了在不同浓度Ni2+作用下种子发芽和出苗情况，以期为监控镍对白蜡树的危害及在白蜡树种植中合理利用镍元素提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

白蜡树种子购自山东省莘县园林苗木公司；试验用试剂有重金属镍化合物NiCl2·6H2O、次氯酸钠，均为分析纯，由聊城大学生命科学学院提供；试验于2014年在聊城大学生命科学学院实验室的光照培养箱内完成。

1.2 方法

1.2.1 种子预处理 选取子粒饱满、大小基本一致的白蜡树种子，先于烧杯内用去离子水浸泡12 h，去除翅果后再用去离子水处理72 h，取出后用10%的次氯酸钠溶液对供试种子消毒10 min，再用去离子水冲洗5次，置于滤纸上吸干，完成种子的预处理。

1.2.2 重金属镍的浓度设置 重金属镍的浓度设置5个处理，分别为1、5、10、50、100 mg/L，对照为去离子水，每处理种子30粒，3次重复。

1.2.3 种子的发芽试验 将试验所需的培养皿（直径90 mm）等器具用10%次氯酸钠进行消毒处理，然后用去离子水冲洗干净，晾干。在每个培养皿底部平铺一片无尘定性滤纸，随机抽取预处理过的白蜡树种子30粒整齐地平放在滤纸上，用移液管分别加入不同浓度的处理液10 mL，用以淹没种子直径的1/2；对照处理加入相同体积的去离子水。然后将培养皿移入温度为25 ℃±1 ℃、光照度为860.8 lx、光周期12 h光照/12 h黑暗的光照培养箱内进行种子发芽试验。白蜡树种子在光照培养箱内的时间为10 d，期间每天观察、记录各处理种子的发芽情况，在第五天加入5 mL相对应浓度的处理液。

1.2.4 种子发芽试验的有关指标测定与计算 发芽试验结束后，用滤纸吸干表面水分，统计各处理的种子总发芽数；每处理选取10株幼苗，称取幼苗鲜重，然后剪下胚根与胚轴，分别对胚根、胚轴、叶片进行快速称重，准确测量胚根与胚轴的长度，各处理都取3个重复的平均值，分别计算种子发芽率、根伸长的抑制率等有关的发芽指标。

种子发芽率（GP）=（发芽终期全部正常发芽种子数/供试种子总数）×100%；

发芽势（GE）=（规定天数内发芽的种子数/供试种子总数）×100%；

试验中白蜡树种子的规定天数为4 d。

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）；

式中，Dt为发芽日数，Gt为对应日发芽的种子数。

活力指数（VI）=发芽指数×幼苗鲜重；

抑制率（IR）=[（对照指标数值-处理指标数值）/对照指标数值]×100%。

1.3 数据处理

试验所得数据用“平均值±标准误”表述，运用Microsft Office Excel 2003软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 11.5统计分析软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 Ni2+对白蜡树种子萌发的影响

试验测定的Ni2+处理对白蜡树种子萌发的影响情况见图1。从图1可见，低浓度Ni2+处理（1、5、10 mg/L）在第五天与对照相比，就已对种子的萌发产生了明显的促进作用，而高浓度Ni2+处理（50、100 mg/L）在第三天、第四天与对照相比就表现出了抑制作用。实际上在试验过程中发现，试验进行至第四天时，不同Ni2+浓度处理下的白蜡树种子在生长方面就已出现明显的分化，1、5、10 mg/L的Ni2+处理其种子比对照的生长要好，表现在发芽种子数量多、胚芽较长；而50 mg/L的Ni2+处理种子则出现了抑制趋势，表现在胚芽较短、生长速度减缓，至于100 mg/L的Ni2+处理其种子受抑制更明显，胚芽更短。因此，低浓度的1、5、10 mg/L Ni2+处理对白蜡树种子的萌发具有促进作用，而高浓度的50、100 mg/L Ni2+处理对白蜡树种子的萌发有明显的抑制作用。

2.2 Ni2+对白蜡树种子发芽能力的影响

试验测定的Ni2+处理对白蜡树种子发芽率、发芽势的影响情况见图2，对白蜡树种子发芽指数、活力指数的影响情况见图3。由图2和图3可知，与对照相比，低浓度的1、5、10 mg/L的Ni2+处理显著提高了白蜡树种子的发芽率（P<0.05），而对种子的发芽势、发芽指数无显著的促进作用（P>0.05），高浓度的50、100 mg/L Ni2+处理对种子的发芽率、发芽势和发芽指数产生了显著的抑制作用（P<0.05）。说明低浓度Ni2处理促进了种子的萌发，提高了种子发芽的整齐性；而高浓度Ni2处理则抑制了种子萌发的速度和整齐性。但由图3可知，与对照相比，1 mg/L的Ni2+处理显著提升了种子的活力指数（P<0.05），5、10 mg/L的Ni2+处理和对照相比活力指数差异不显著（P>0.05）。说明在种子的发芽过程中，1 mg/L的Ni2+处理提升了种子发芽活力。50、100 mg/L的Ni2+处理其白蜡树种子仅见发芽，而后的生长则停止了，产生了明显伤害。

2.3 Ni2+对白蜡树种子成苗率及幼苗生长的影响

试验测定的Ni2+处理对白蜡树种子成苗率及幼苗生长的影响情况见表1。由表1可知，与对照相比，低浓度的1、5、10 mg/L Ni2+处理对白蜡树种子的成苗率和叶重无显著的影响（P>0.05）；对于幼苗的鲜重和胚根重，1 mg/L的Ni2+处理有显著的促进作用（P<0.05），而5、10 mg/L的Ni2+处理有显著的抑制作用（P<0.05）；对于幼苗的胚轴重，1、5 mg/L的Ni2+处理有显著的促进作用（P<0.05），10 mg/L的 Ni2+处理有明显的抑制作用。由此可见，1 mg/L 的Ni2+处理对幼苗生长表现出全面的促进作用，10 mg/L的Ni2+处理对幼苗生长已经表现出全面的抑制作用。至于50、100 mg/L的Ni2+处理尽管有出芽，但未成苗，抑制作用非常强。

2.4 Ni2+对白蜡树种子抑制率的影响

为进一步说明Ni2+处理对白蜡树种子发芽和胚根生长的影响，又分别计算了不同浓度Ni2+处理对白蜡树种子的发芽抑制率、胚根抑制率、胚轴抑制率，结果见图4。从图4可见，低浓度的Ni2+处理对发芽、胚根与胚轴伸长有明显的促进效应，而高于一定的阈值则产生抑制效应。发芽抑制率的阈值在10～50 mg/L，胚根伸长的阈值在1～5 mg/L，胚轴伸长的阈值在5～10 mg/L。Ni2+处理对白蜡树种子的促进-抑制曲线与生长素对植物的促进-抑制曲线类似[4]。说明镍是植物生长所需的有益微量元素，同其他有益微量元素的作用相同，均表现为在一定范围内促进植物的生长，而超过一定浓度则出现抑制作用。

3 小结与讨论

镍作为植物所需的有益微量元素，只有在低剂量时才对植物的发芽和生长起促进作用，而超过某一阈值则产生抑制甚至伤害作用。低浓度镍在合成脲酶、提高尿素代谢、降低尿素毒性方面有一定的作用[5-7]；高浓度镍会引起植物种子活力降低、萌发过程受阻，其主要原因可能是高浓度镍会引起种子内保护酶系统的活性降低，由此导致体内的活性氧积累，从而启动膜脂过氧化，使质膜透性增高、电解质出现流失等等，这已在黄瓜（Cucumis sativus L.）、大豆[Glycine max（L.）Merr.]、玉米（Zea mays L.）等作物的研究[8-10]中得到了验证。

在试验中，1 mg/L浓度的Ni2+处理不仅提升了发芽率，还提升了种子的活力；5、10 mg/L浓度的Ni2+处理仅仅提升了发芽率，但是对种子的活力贡献不大；而50、100 mg/L浓度的Ni2+处理则明显对白蜡树种子的中后期发芽与生长产生了伤害，以致无法成苗。表明低浓度的Ni2+促进白蜡树种子的萌发与生长，而高浓度的Ni2+则产生抑制作用。

研究表明[8-12]，当Ni2+浓度小于5 mg/L时，对黄瓜、大豆、玉米、菜豆（Phaseolus vulgaris L.）、小麦（Triticum aestivum L.）种子的发芽和生长起促进作用，而当Ni2+浓度大于10 mg/L时，则出现显著或不显著的抑制作用，这与本试验对白蜡树种子萌发的作用浓度相符，说明外源性的镍对种子萌发时的作用浓度大体一致。

根据国家标准[13]，自然背景下土壤的一级标准要求Ni≤40 mg/kg。在本试验中，超出标准的50、100 mg/L 2个浓度处理均表现出了强抑制作用，尽管有发芽，但不能成苗；而未超出标准的5、10 mg/L 2个浓度处理尽管提升了发芽率，但对胚根或胚轴的生长产生了某种程度的抑制；只有1 mg/L浓度处理全面提升了种子活力。可见，对于白蜡树来说，若以镍作为有益微量元素来施肥，则要求施肥后土壤镍浓度应不超过5 mg/kg。

参考文献：

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