铅、钙及其复合处理对玉米种子发芽及幼苗生长的影响

杨丽娟++顾地周++栾志慧

摘要：在室内用培养皿进行玉米种子发芽试验，采用不同浓度的硝酸铅溶液（10、25、50、100、200 mg/L）、硝酸钙溶液（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）处理，并用5个浓度的硝酸钙溶液（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）对100 mg/L硝酸铅进行解毒，以清水对照；再用上述发芽的种子以盆栽形式进行种植，研究其生长情况。结果表明：低浓度的Ca2+对玉米种子的发芽和幼苗生长均有促进作用，但高浓度的钙却会抑制种子发芽和生长；Pb2+对玉米发育的各项研究指标均具有抑制作用，且随着铅浓度的增大，效果越明显；钙铅复合物试验中，低浓度的钙可以解除铅对玉米的毒害，但随着钙浓度的增加，反而会使铅中毒程度加重。

关键词：玉米；钙铅复合物；发芽；生长发育

中图分类号： S513.04文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0127-03

玉米是我国各地普遍栽培的粮食作物之一，在全世界热带和温带地区广泛种植，为重要谷物之一。目前许多地区都存在严重的重金属污染，其中铅（Pb）、镉（Cd）污染尤其普遍。重金属污染不但会使植物生长迟缓、植株矮小、根系生长受到严重影响，导致农作物减产，而且会使人体的生长发育受到很大危害[1-2]。苗明升等研究表明，各种浓度的铅对玉米种子发芽均起抑制作用[3-4]。钙（Ca）是植物生长发育所必需的元素，很多试验均表明，钙在植物抗逆境过程中起重要作用[5-6]。在外源钙抗逆境的作用机制中，抗重金属毒害是其中一个重要作用[7]。本试验以玉米为对象，研究铅、钙对玉米的影响及钙对铅中毒的解毒效应，为进行早期农业预测，以及植物对重金属的抗性与对土壤质量的改良提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试玉米种子为通单248；供试试剂为硝酸铅（批号：20130110）、硝酸钙（批号：20130818）。

1.2试验方法

1.2.1种子发芽试验于2015年在通化师范学院生命科学学院盆栽进行。首先以1 ∶1 000的高锰酸钾浸泡10 min进行消毒，清洗后每50粒种子为1组，分别放置在垫有2层滤纸的培养皿中进行培养；用不同浓度试剂进行处理，分别为硝酸钙（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L）、硝酸铅（10、25、50 、100、200 mg/L），钙铅复合物（100.00 mg/L硝酸铅+0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L硝酸钙），以上浓度分别做3组重复；同时设清水处理作对照。每天观察并记录种子发芽数。

1.2.2幼苗生长指标测定每组选取30粒发芽种子，盆栽后定期对植株进行喷雾、观察。当玉米幼苗长出第3张叶时，先测量玉米幼苗地上部分苗高，叶的长、宽、厚、面积，以及地下部分根的长度、数量，再称量叶、根的鲜质量与干质量。

1.3数据统计与分析

种子发芽是采用了2，3，5-氯化三苯基四氮唑（TTC）法测量，数据是用Excel和SPSS 16.0软件进行统计分析，各种处理与多重比较使平均值之间有明显的差异来进行检验与分析，本试验的数据都是取3次试验的平均值。

2结果与分析

2.1铅、钙及其复合物对玉米种子发芽的影响

由表1可知，在一定钙浓度条件下，发芽率随发芽时间延长而增大。在测试浓度范围内，随钙浓度的增加，种子发芽率呈先递增后降低的趋势。1.00 g/L硝酸钙浓度下，培养6 d时玉米发芽率为98%，达到最大值，高于对照组。因此，一定浓度的钙对玉米种子发芽具有促进作用，浓度过高反而具有抑制作用。由表2可知，10～200 mg/L硝酸铅浓度范围内，玉米发芽率递减，铅的浓度越高，对玉米种子发芽抑制越强。这一结论与郑爱珍等研究的玉米发育早期对铅胁迫的结果基本一致[8]。本试验以100 mg/L硝酸铅进行染毒处理，然后用5种浓度（0.10、0.25、1.00、2.00、4.00 g/L ）的硝酸钙溶液进行解毒，结果（表3）表明，钙浓度为1.00 g/L条件下，培养 6 d 时对铅染毒的玉米种子解毒效果最好，玉米发芽率达85%。较高浓度的硝酸钙（2.00～4.00 g/L）反而会加重铅中毒程度，而低浓度钙处理铅中毒种子后玉米发芽率有所提高。因此，一定浓度的钙对铅中毒的种子有解毒作用，过高浓度的钙会进一步加重玉米种子的铅中毒。这些与梁海英等研究Ca2+对盐胁迫下凤仙花种子发芽的影响结果[9]基本相符。

2.2铅、钙及其复合物对玉米生长发育的影响

2.2.1钙对玉米生长发育的影响由表4可知，硝酸钙浓度为0.10～1.00 g/L时，玉米幼苗高度、叶长呈增加趋势，且在1.00 g/L 时苗高达峰值；当浓度增加到2.00～4.00 g/L 时，幼苗高度逐渐变短，与对照组相比差异显著；0.10 g/L 硝酸钙溶液处理后的玉米叶宽要比对照组宽， 但差异不显著。当硝酸钙浓度达4.00 g/L时，玉米叶宽明显窄于对照组，差异极显著。由此可见，高浓度钙不利于玉米叶的宽向生长。硝酸钙浓度在0.10～0.25 g/L时，玉米的叶面积较大，且高于对照组；随着钙浓度增加到1.00～4.00 g/L时，玉米叶面积明显小于对照组，差异极显著。可见，025 g/L是促进玉米叶面积生长的最适钙浓度。当硝酸钙浓度为0.10～1.00 g/L 时，叶厚度逐渐增加；当硝酸钙浓度达到2.00～400 g/L时，与对照组相比叶厚呈现显著差异，因此一定的钙浓度能促进叶变厚。在硝酸钙浓度为0.25 g/L时，玉米叶的鲜质量、干质量最高，且高于对照组；当浓度增加到1.00 g/L时，叶鲜质量、干质量均开始减小；当浓度为2.00 g/L时，与对照组比叶鲜质量、干质量均差异显著；硝酸钙浓度达 4.00 g/L 时，叶的鲜质量、干质量与对照组相比差异极显著，因此一定浓度的钙对玉米叶质量有促进作用，过高浓度将抑制玉米生长。在硝酸钙浓度为0.10～100 g/L时，随着钙浓度增加，玉米根鲜质量、干质量、根数、根长都呈增加趋势，与对照组相比，差异不显著；当硝酸钙浓度为2.00 g/L时，玉米根鲜质量、干质量降低，在浓度为 4.00 g/L 时与对照相比差异显著。

2.2.2铅对玉米生长发育的影响由表5可知，不同浓度硝酸铅溶液对玉米幼苗高度、叶长、叶宽、叶面积、叶厚、叶鲜质量、叶干质量、根鲜质量、根干质量、根数及根长等各项指标均表现出抑制作用，且随着硝酸铅浓度增加，抑制作用逐渐增强，与镉、铅等对青菜叶片生理特性的胁迫作用原理[10]一致。硝酸铅的浓度为100～200 mg/L时，玉米苗高度与对照组相比差异极显著；硝酸铅浓度为50～200 mg/L时，玉米幼苗叶长与对照组相比差异极显著；硝酸铅浓度为100～200 mg/L时，对叶宽的抑制作用显著；在测试浓度范围内，铅对叶面积的影响与对照组相比差异不显著；当硝酸铅浓度超过25 mg/L时，对叶厚的抑制作用显著；铅对玉米叶鲜质量及干质量的影响在硝酸铅浓度为200 mg/L时与对照组相比差异极显著，硝酸铅浓度为100 mg/L 时差异显著；当硝酸铅浓度为50～100 mg/L 时，根的鲜质量及干质量与对照组相比差异显著，浓度为200 mg/L时与对照组比差异极显著；当硝酸铅浓度为100 mg/L时，对根数的影响与对照组相比差异显著，浓度增加到200 mg/L时，铅对根数的抑制作用与对照组相比差异极显著；硝酸铅浓度在25～50 mg/L 时，对玉米根长的影响与对照组相比差异显著，浓度在100～200 mg/L时，铅对根长的影响与对照组相比差异极显著。以上结论与刘法彬等在铅污染对黄瓜种子发芽及叶片生理指标影响中的结论[11]基本一致。

2.2.3铅、钙复合处理对玉米生长发育的影响所有测试都表5不同浓度铅处理对玉米生长发育的影响

是在浓度为100 mg/L硝酸铅染毒下进行不同浓度钙处理，并以水作对照。总体比较，对照组幼苗生长发育情况最好，在 100 mg/L 硝酸铅+4.00 g/L硝酸钙的条件下，与对照组相比，幼苗高度、叶长、叶宽、叶鲜质量和叶干质量差异极显著，叶面积差异显著。硝酸钙浓度为0.10～2.00 g/L时对铅中毒的玉米幼苗高、叶长、叶宽、叶面积均有解毒作用，均明显比铅中毒时的高；当硝酸钙浓度为4.00 g/L时不具有解毒作用，反而使玉米中毒更严重，此时幼苗高、叶长、叶宽与不加硝酸钙处理相比均有减小趋势。因此，一定浓度钙对植物铅中毒具有解毒作用。当硝酸钙浓度为0.10～2.00 g/L时，对铅中毒玉米叶厚有解毒作用，当浓度为2.00 g/L时解毒效果最好；当硝酸钙浓度升高到 4.00 g/L 时对铅中毒玉米叶厚无解毒效果，反而加重中毒现象。0.10～2.00 g/L硝酸钙对铅中毒玉米叶鲜质量及叶干质量有解毒作用，当浓度为2.00 g/L时对中毒玉米叶鲜质量及叶干质量解毒效果与不加硝酸钙处理相比差异极显著；当硝酸钙浓度为4.00 g/L时对铅中毒玉米无解毒效果，且极显著加重玉米的中毒程度。0.10～1.00 g/L时，钙对中毒的玉米根鲜质量及根干质量均有解毒作用，2.00～400 g/L硝酸钙对中毒的玉米根鲜质量及根干质量多数无解毒作用。当硝酸钙浓度为0.01～2.00 g/L 时，铅中毒玉米根数呈增加趋势；当浓度为 4.00 g/L 时反而减少，差异均不显著。当硝酸钙浓度为0.10～2.00 g/L 时，铅中毒玉米根的长度呈增加趋势；浓度为4.00 g/L时玉米根长反而比铅中毒时短。说明一定浓度的钙处理对铅中毒具有解毒效果，但浓度达到一定值时反而会加重毒害，这与冯文新等关于钙处理对盐胁迫下大豆种子发芽及其生理生化指标影响结果基本[12]一致。

3结论与讨论

近年来，重金属对我国植物以及土壤的污染越来越严重，存在的范围也较广，重金属对植物种子的发芽以及对植物生表6不同浓度铅、钙复合对玉米生长发育的影响长发育和生理特性的影响也越来越受人们的关注，重金属污染成为当下最难解决的问题之一。虽然重金属元素不是植物生长所大量需要的，但是这些重金属会随着植物吸收营养的同时进入植物体内，最终被人体吸收，从而影响人类的身体健康[13]。因此，研究重金属污染对植物的影响是非常必要的。本试验研究钙、铅及复合物对玉米种子发芽及生长发育的影响，分析不同浓度试剂对玉米种子发芽及其幼苗各项测定指标的影响显著性，确定了在测试浓度范围内钙对铅解毒的最适浓度，对后续玉米地农耕、土壤净化，以及早期预测玉米的毒害等都具有重要意义。

参考文献：

[1]陈怀满. 土壤-植物系统中的重金属污染[M]. 北京：科学出版社，1996：1-2.

[2]江行玉，赵可夫. 植物重金属伤害及其抗性机理[J]. 应用与环境生物学报，2001，7（1）：92-99.

[3]苗明升，朱圆圆，曹明霞，等. 重金属铅对玉米萌发和早期生长发育的影响[J]. 山东师范大学学报：自然科学版，2003，18（1）：82-84.

[4]周鸿，刘成运. 玉米幼根对铅的吸收途径及有关的两种酶活性变化初探[J]. 环境科学学报，1986，6（1）：66-71.

[5]周青，黄晓华，王东燕，等. 钙对酸雨伤害甜瓜幼苗的影响[J]. 植物生态学报，1999，23（2）：186-191.

[6]Gong M，Chen S N，Song Y Q，et al. Effect of calcium and calmodulin on intrinsic heat tolerance in relation to antioxidant systems in maize seedlings[J]. Australian Journal of Plant Physiology，1997，24（3）：371-379.

[7]贺迪，刘云国，黄玉娥，等. 钙对不同浓度镉胁迫下芦苇幼苗叶绿素及抗氧化酶系统的影响[J]. 农业环境科学学报，2007，26（1）：197-201.

[8]郑爱珍，王启明，吴诗光. 大豆发育早期对铅胁迫的响应[J]. 种子，2006，25（3）：10-12.

[9]梁海英，张雪平，胡志超. Ca2+对盐胁迫下凤仙花种子发芽的影响[J]. 江苏农业科学，2011，39（6）：327-329.

[10]任安芝，高玉葆，刘爽. 铬、镉、铅胁迫对青菜叶片几种生理生化指标的影响[J]. 应用与环境生物学报，2000，6（2）：112-116.

[11]刘法彬，孙永林. 铅污染对黄瓜种子萌发及叶片生理指标的影响[J]. 化学与生物工程，2008，25（10）：60-63.

[12]冯文新，张宝红. 钙处理对盐胁迫下大豆种子萌发及其生理生化指标的影响[J]. 大豆科学，1997，38（1）：49-54.

[13]张义贤. 汞、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.焦庆清，谢吉先，王书勤，等. 苏中高沙土地区泰花8号花生高产技术及实践[J]. 江苏农业科学，2016，44（5）：130-131.