砷对黄瓜和萝卜种子萌发及其幼苗生长的影响

房志浩， 臧淑艳， 马 原， 于 波

(沈阳化工大学 应用化学学院， 辽宁 沈阳 110142)

砷对黄瓜和萝卜种子萌发及其幼苗生长的影响

房志浩， 臧淑艳， 马 原， 于 波

(沈阳化工大学 应用化学学院， 辽宁 沈阳 110142)

通过水培实验研究水中的砷对黄瓜种子和萝卜种子发芽及幼苗生长的影响.实验结果说明:水中砷的浓度较低时对黄瓜种子的发芽率、发芽势、发芽指数和幼苗根长具有一定的促进生长作用；水中砷的浓度较高时对黄瓜种子的发芽和幼苗的生长有较显著的抑制作用,且随着砷浓度的增强,对黄瓜种子的抑制作用增强.砷污染对萝卜的胁迫作用比较明显，浓度较低时就能够影响萝卜种子的萌发和幼苗的生长.

砷； 黄瓜； 萝卜； 种子萌发； 幼苗生长

水体砷污染是我国目前深受关注的环境问题.现有调查数据表明，我国西北、华北、东北及台湾等地的部分区域存在较严重的地下水体砷污染问题，受含砷饮用水影响人口高达数百万[1].沉积物是水体中砷的主要载体，砷的环境行为与归趋很大程度上取决于其赋存形态.地球化学条件的改变可引起沉积物固持的砷在不同形态之间相互转化，从而可能引发砷的活化和迁移而进入水相，造成地下水砷污染或地表水的二次污染[2].沉积物低价态砷在微氧化环境中的氧化过程及其对砷的行为影响受多种因素制约.其中，低价态砷的存在形式、沉积物矿物及有机质组成、氧化还原电势及其他环境条件起主导作用[3-6].砷是广泛分布于环境中的最毒的类金属，对所有生命都具有很高的毒性[7-9].环境砷污染不仅危害人类的生命健康[10-11]而且也影响着植物的生长[12].种子萌发特性是作物生长状态的早期反应.因此研究砷污染对种子萌发的影响，对于认识砷胁迫植物生长的机理，揭示砷与植物生长之间的关系和调节砷污染地区的植物种植都具有重要意义.本文利用水培养实验，研究外加砷对黄瓜种子和萝卜种子萌发的影响，为认识砷污染与种子萌发和植物生长的关系以及植物砷毒害的机理提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 供选材料

黄瓜种子、萝卜种子，辽宁省沈阳种子站；Na2HAsO4·7H2O，分析纯，沈阳力诚试剂厂；双氧水，分析纯，沈阳市新化试剂厂.

1.2 实验方法

配制100 mg/L的砷溶液，再分别稀释配制质量浓度梯度为0、0.1、0.5、1、5、10 mg/L的砷处理液.筛选饱满完好的黄瓜种子和萝卜种子，用质量分数为3 %的H2O2溶液浸泡灭菌30 min.然后用蒸馏水冲洗3次除去H2O2等杂质,每个培养皿先放2层滤纸，选出20粒放入适当的培养皿中,向每个培养皿中分别加入15 mL砷处理液，用蒸馏水做空白对照.每个质量浓度的处理液设置3个重复,在25 ℃ 条件下进行恒温暗处培养.在种子培养期间定时添加一定量的相应含砷溶液(约恒质量).培养8 d后统计发芽率、发芽势、测量根长、芽长等形态指标[13-14].

1.2.1 测定项目

实验期间每24 h观察并记录发芽种子数，并补充蒸发掉的处理液.发芽第8天，统计各个质量浓度梯度的发芽率，从不同质量浓度的培养皿中随机取样分别测定各幼苗的芽长、根长以及株高.植物幼苗生长的各种指标测定方法[15-16]如下：

发芽势/ %=(种子的发芽高峰期时发芽的种子数/皿中共有种子数)×100 %.

(注意：每24 h记录1次种子的发芽率，种子发芽最多的那一天即是种子的发芽高峰期)

发芽率/ % =(植物种子的发芽数/皿中共有种子数)×100 %.

发芽指数(GI)=Σ(Gt/Dt),

式中：Gt是指在t天内的种子的发芽数；Dt是指种子的发芽天数.

根伸长抑制率=[(对照种子的平均根长-处理种子的平均根长)/对照种子的平均根长]×100 %.

植物的根长是指胚轴与根之间的转折点到根末端的距离；

植物的芽长是指胚轴与芽之间的转折点开始到芽末端的距离；

植物的株高是指植株根颈部到植株顶部之间的距离.

1.2.2 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2003 统计软件进分析.

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度的砷溶液对黄瓜和萝卜生长的影响

从植物的生长来看,种子的发芽既是植物生命的启程,也是植物受重金属影响的起始阶段[17].种子的发芽指数、发芽势和发芽率是描述种子品质的重要指标,植物种子发芽率的高低是评定种子实用价值的主要依据[18].

由表1可以看出，在各质量浓度砷处理液中，As5+质量浓度在1 mg/L时黄瓜的发芽率、发芽势和发芽指数均达到最大值，但是，随着砷处理液质量浓度的增加，黄瓜的各项生理指标均呈下降趋势，黄瓜种子的发芽率、发芽势、发芽指数等总体呈现先上升再下降的趋势，这与李仁英等[19]研究的无机砷对不同水稻品种的影响相一致.低质量浓度砷促进了黄瓜种子的生长而高质量浓度砷则抑制了黄瓜种子的生长.重金属离子对植物种子的萌发具有“低则促高则抑”现象[20-21]，低质量浓度的重金属离子可以提高种子的活性，促进种子的发芽；高质量浓度的重金属离子对芽、根等产生了一定的伤害抑制作用，高质量浓度重金属离子能够抑制蛋白酶和淀粉酶的生理活性，即指抑制种子内贮藏的淀粉和蛋白质进行分解，无法提供种子萌发所需要的能量与物质，从而致使种子萌发受到干扰进而抑制[22].

表1 不同质量浓度砷溶液对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响

由表2可以看出，在各质量浓度砷处理液中，As5+质量浓度在0 mg/L时萝卜种子的发芽率、发芽势和发芽指数均为最大值，随着砷处理液质量浓度的增加，萝卜的各项生理指标均呈下降趋势，这是由于重金属离子与种子萌发时所必须的酶反应，产生了刺激性物质或抑制酶等，因为萝卜对砷较敏感，所以砷对萝卜的生长和发育影响较明显.通常认为，金属离子对种子的萌发期产生了影响，过量的砷会干扰植物组织的生理代谢过程，干扰植物根和芽的生长，甚至可以导致它的坏死[23].

表2 不同质量浓度砷溶液对萝卜种子萌发及幼苗生长的影响

2.2 不同质量浓度的砷溶液对黄瓜株高的影响

为研究砷溶液对黄瓜株高的影响，在种子发芽后的第8天对黄瓜的株高进行测量并记录.砷溶液对黄瓜株高的影响如图1所示.由图1可知：在第8天时，当砷溶液质量浓度为0.1 mg/L时，株高比对照组高28 %；当砷溶液质量浓度为0.5 mg/L时，株高达到最高值74.8 mm，高出对照组98 %.在低质量浓度时，促进株高的增长，随着砷溶液质量浓度的增加，抑制作用逐渐加强，当As5+质量浓度高达10 mg/L时，抑制作用较明显.低质量浓度的重金属离子可以提高植株的活性，促进株高的生长；高质量浓度的重金属离子对芽高、株高等产生了一定的伤害抑制作用，这与杨志敏[24]的实验结果相一致.

图1 不同质量浓度的砷溶液对黄瓜株高的影响

2.3 不同质量浓度的砷溶液对萝卜株高的影响

为研究砷溶液对萝卜株高的影响，在种子发芽后的第8天对萝卜的株高进行测量并记录.结果如图2所示.由图2可以看出：当溶液中不含砷时，植株生长最快，株高最长；当溶液质量浓度在0.1 mg/L和0.5 mg/L时株高没有太大的变化；当增加到1 mg/L时萝卜株高有了明显的变化，随着质量浓度的增加影响越来越明显.这可能是由于萝卜种子抗砷的胁迫作用较小，不能有效地抵抗砷离子对株高的影响.萝卜更易受到砷离子的影响，影响株高的生长.

图2 不同质量浓度的砷溶液对萝卜株高的影响

2.4 不同质量浓度的砷溶液对黄瓜根长的影响

为探究不同质量浓度的砷对黄瓜根长的影响，在第8天对其根长进行测量并记录，结果如图3所示.

图3 不同质量浓度的含砷溶液对黄瓜根长的影响

由图3可以看出：当砷溶液在0.5 mg/L以下时，根长抑制率为负值，即促进根长的生长；随着质量浓度的升高根长抑制率逐渐增加，在10 mg/L时根长抑制率达到最大.由此可见，不同质量浓度的砷溶液对根长生长具有不同的作用，在低浓度时对种子的根长起到一定的促进作用，然而在高浓度时具有较强的抑制作用.这与秦天才等[25]所得出的实验结果相一致.高质量浓度的As5+产生了对根尖细胞有毒害的物质，进而影响根尖细胞分裂和生长，导致根的生长伸长受阻，最终导致根长抑制[26].

2.5 不同质量浓度的砷溶液对萝卜根长的影响

为探究不同质量浓度的砷对萝卜根长的影响，在第8天对其根长进行测量并记录，结果如图4所示.由图4可知：随着含砷溶液质量浓度的增加，根的生长逐渐受到抑制，根长抑制率逐渐增大，即溶液浓度越大对萝卜的胁迫作用越大，影响越明显；通过对根长长势的观察，发现经高质量浓度胁迫后的萝卜幼苗的根粗而短，且根系的颜色从最初的淡黄色转变为褐色，最后根长生长缓慢[27].

图4 不同质量浓度的砷溶液对萝卜根长的影响

3 结 论

(1) 低质量浓度的砷对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响不显著，当砷质量浓度在一定范围时，对黄瓜种子萌发及幼苗生长有明显地刺激作用，当砷质量浓度高于0.5 mg/L时，开始抑制黄瓜种子的萌发与生长，且随着质量浓度的增加抑制效果越来越明显；低浓度的砷对萝卜种子的影响较明显，当浓度为0.1 mg/L时，就有一定程度的抑制.高质量浓度砷对黄瓜种子和萝卜种子的萌发和幼苗生长均表现为明显的抑制作用,且随着砷质量浓度的增加,抑制作用越明显.

(2) 本文所做的萝卜种子的发芽实验，还需要进一步探究出较低质量浓度对萝卜种子发芽的影响和植株中相应物质的变化，进而找到砷离子影响萝卜种子发芽和幼苗生长的直接原因.

(3) 后续将探究砷离子对其他植物种子发芽和幼苗生长的影响.找到最佳的植物，用于高砷污染区的治理和某一地区砷含量的测定.

(4) 本文种子发芽实验可以为砷污染区的蔬菜种植业的安全生产提供理论依据.

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Effects of As on Seed Germination and Seedling Growth of Cucumber and Radish

FANG Zhi-hao, ZANG Shu-yan, MA Yuan, YU Bo

(Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142， China)

A hydroponic experiment was carried to study the effects of arsenic in the water on the germination and seedling growth of radish seeds and cucumber seeds.The results showed that low concentration of As has a certain role in promoting cucumber seed germination rate,germination potential,germination index and seedling root length.High concentration of As significantly inhibited cucumber seed germination and seedling growth and with the enhancement of As stress,the inhibition increased.As pollution has obvious effects on radish and the presence of As can influence the germination and seedling growth of radish.

As; cucumber; radish; seed germination; seedling growth

2015-10-19

国家自然科学基金项目(41373127)；沈阳市科技计划项目(F16-205-1-12)

房志浩(1987-)，男，山东潍坊人，硕士研究生在读，主要从事环境中金属的治理和机理探究.

臧淑艳(1973-)，女，吉林四平人，副教授，博士，主要从事环境中金属的治理和机理探究.

2095-2198(2017)02-0138-05

10.3969/j.issn.2095-2198.2017.02.009

X523

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