NAA浸种对镉胁迫下玉米种子萌发和幼苗生长的影响

(菏泽学院农业与生物工程学院/植物生物学重点实验室， 山东 菏泽 274015)

随着工业废气、废水和废弃物排放的日益增加、矿产资源被过度开发，矿物肥料被不合理使用，导致镉成为环境中的主要重金属污染物之一。Cd2+污染对土壤生态安全和农业可持续发展造成了一定的影响。农业部调查表明，中国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1 000万t，被重金属污染的粮食多达1 200万t，合计经济损失至少200亿元[1]。镉具有较强的移动性、化学活性和生物毒性，易被植物根吸收并积累，并容易被运输到植物地上部[2-3]。镉污染对植物的生长发育造成一系列的伤害，使植物的根长、株高和生物量降低[4-5]。过量的镉不仅影响植物生长发育，还可以通过作物的可食部分进入食物链从而进入人体。镉进人人体后，不能发生分解，因此在人体内积蓄，引起致畸、致癌、突变等[6]。种子萌发阶段是种子植物生活史中的重要阶段，是衡量植物抗性强弱的关键时期，也是种子植物栽培群体构建的重要时期，研究植物种子萌发和幼苗生长阶段的生长状况具有重要意义[7-8]。近年来，植物生长调节物质在植物种子萌发和幼苗生长中的作用越来越受重视，α-萘乙酸(1-Naphthaleneacetic acid，NAA)是一种广谱型植物生长调节剂，可促进植物细胞分裂与扩大，诱导不定根的形成[9]。研究表明，一定浓度的NAA预处理能够提高植物种子的发芽势、发芽率，增强幼苗的整齐度，还能增强其抗逆性，并能够缓解高温、低温对植物种子萌发和幼苗生长的影响[10-12]。也有研究表明，NAA浸种抑制植物种子的萌发[13]。

玉米(ZeamaysL.)属于世界性作物，在全球范围种植广泛。作为粮饲兼用型的主要农作物，玉米在我国种植面积已超2 400万hm2，远超小麦和水稻，成为了第一大粮食作物，在国民经济中占有重要地位[14-15]。目前，关于NAA浸种对玉米种子萌发和幼苗生长的研究未见报道。因此，本试验以郑单958玉米种子为材料，研究镉胁迫对玉米种子萌发和幼苗生长的影响及NAA浸种的缓解作用，旨在为玉米镉胁迫的缓解提供理论依据，为NAA在作物生产中的合理应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

玉米种子郑丹958，购自菏泽市种子公司。CdCl2购自天津科密欧化学试剂有限公司；NAA购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 方 法

在前期试验的基础上，确定CdCl2处理浓度为100 mg·L-1。精选无病虫害、均匀饱满的玉米种子，用5%的次氯酸钠消毒10 min，蒸馏水冲洗5次。用浓度分别为1，5，10，15 mg·L-1的NAA溶液浸种24 h，以蒸馏水浸种为对照(ck)。浸种结束后，蒸馏水冲洗5次。将种子均匀摆放于铺有2层浸湿不同溶液滤纸的培养皿中，处理如下：

注：图中不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。图1 NAA浸种对Cd2+胁迫下玉米种子发芽势(A)和发芽率(B)的影响

1) 蒸馏水浸种，滤纸用蒸馏水浸湿(ck)；

2) 蒸馏水浸种，滤纸用100 mg·L-1的CdCl2溶液浸湿(下同)；

3) 1 mg·L-1NAA浸种；

4) 5 mg·L-1NAA浸种；

5) 10 mg·L-1NAA浸种；

6) 15 mg·L-1NAA浸种。每组30粒种子，3次重复。

为保持Cd2+浓度的稳定，每2 d更换1次滤纸。置光/暗周期为14 h/10 h、温度为25 ℃/22 ℃的人工智能气候箱中培养，每天记录种子的发芽数，第3天统计发芽势，第7天统计发芽率，第8天测量苗长、根长并计数根数和称量鲜重。

1.3 测定指标

1.3.1种子萌发指标

发芽势(%)=(第3天供试种子的发芽数/供试种子总数)×100%；

发芽率(%)=(第7天供试种子的发芽数/供试种子总数)×100%。

1.3.2生长指标

苗高：从根茎相接处到叶片尖部的长度(cm)；

根长：最长根长度(mm)；

根数：计数每株玉米根数；

鲜重：玉米幼苗用吸水纸吸干表面水分，用电子天平称量(g)。

2 结果与分析

2.1 NAA浸种对镉胁迫下玉米种子萌发的影响

由图1-A可以看出，与对照相比，100 mg·L-1Cd2+处理后，玉米种子的发芽势显著降低，降幅为18.88%，说明100 mg·L-1Cd2+处理显著抑制了玉米种子的萌发速度。与单独Cd2+处理相比，不同浓度NAA浸种后，玉米种子的发芽势呈先升高后降低趋势。NAA浓度为1 mg·L-1、5 mg·L-1，玉米种子的发芽势显著增加，增幅分别为13.89%和23.45%，说明1 mg·L-1、5 mg·L-1NAA浸种提高了镉胁迫下玉米种子的萌发速度，以NAA浓度为5 mg·L-1效果最好。NAA浓度为10 mg·L-1、15 mg·L-1时，玉米种子的发芽势显著降低，降幅分别为18.57%和49.80%，说明过高浓度的NAA抑制玉米种子的萌发速度。

由图1-B可以看出，与对照相比，100 mg·L-1Cd2+处理后，玉米种子的发芽率显著降低，降幅为21.74%，说明100 mg·L-1Cd2+处理抑制了玉米种子的萌发。与单独Cd2+处理相比，不同浓度NAA浸种后，玉米种子的发芽率呈先升高后降低趋势。NAA浓度为1 mg·L-1，玉米种子的发芽率增加，增幅为8.02%，与单独Cd2+处理相比不存在显著性差异。NAA浓度为5 mg·L-1时，玉米种子的发芽率显著增加，增幅22.45%，说明5 mg·L-1NAA浸种显著促进了镉胁迫下玉米种子的萌发。NAA浓度为10 mg·L-1、15 mg·L-1时，玉米种子的发芽率降低，降幅分别为14.58%和50.94%，说明过高浓度的NAA抑制玉米种子的萌发，且随着NAA浓度的增加，抑制作用增强。

2.2 NAA浸种对镉胁迫下玉米幼苗苗高和根长的影响

由图2-A可以看出，与对照相比，100 mg·L-1Cd2+处理后，玉米幼苗的苗高显著降低，降幅为37.45%，说明100 mg·L-1Cd2+处理显著抑制了玉米幼苗的生长。与单独Cd2+处理相比，不同浓度NAA浸种后，玉米种子的苗高呈先基本不变后增加再降低趋势。1 mg·L-1的NAA浸种后，玉米幼苗的苗高与单独Cd2+处理时相比不存在显著性差异，说明1 mg·L-1NAA没有显著影响Cd2+处理下玉米幼苗的生长。5 mg·L-1的NAA浸种后，玉米幼苗的苗高显著增加，增幅为38.43%，说明5 mg·L-1NAA浸种处理显著促进了镉胁迫下玉米幼苗的生长。10 mg·L-1、15 mg·L-1的NAA浸种后，玉米幼苗的苗高显著降低，降幅分别为18.57%和49.80%，说明过高浓度的NAA抑制玉米幼苗的生长。

图2 NAA浸种对Cd2+胁迫下玉米幼苗苗高(A)和根长(B)的影响

图3 NAA浸种对Cd2+胁迫下玉米幼苗根数(A)和鲜重(B)的影响

由图2-B可以看出，与对照相比，100 mg·L-1Cd2+处理后，玉米幼苗的根长显著降低，降幅为40.69%，说明100 mg·L-1Cd2+处理显著抑制了玉米幼苗根的生长。与单独Cd2+处理相比，不同浓度NAA浸种后，玉米幼苗的根长呈先增加后降低趋势。NAA浓度为1 mg·L-1、5 mg·L-1，玉米幼苗的根长显著增加，增幅分别为19.73%和47.53%，说明1 mg·L-1、5 mg·L-1的NAA浸种促进了Cd2+胁迫下玉米幼苗根的生长。NAA浓度为10 mg·L-1、15 mg·L-1时，玉米幼苗的根长显著降低，降幅分别为15.25%和56.95%，说明过高浓度的NAA抑制玉米幼苗根的生长，且随着NAA浓度的增加，抑制作用增强。

2.3 NAA浸种对镉胁迫下玉米幼苗根数和鲜重的影响

由图3-A可以看出，与对照相比，100 mg·L-1Cd2+处理后，玉米幼苗的根数显著降低，降幅为81.64%，说明100 mg·L-1Cd2+处理显著抑制了玉米侧根的发生。与单独Cd2+处理相比，不同浓度NAA浸种后，玉米幼苗的根数呈先增加后降低趋势。NAA浓度为1 mg·L-1、5 mg·L-1、10 mg·L-1时，玉米幼苗的根数显著增加，增幅分别为96.88%、179.17%和104.17%，说明1 mg·L-1、5 mg·L-1、10 mg·L-1NAA浸种显著促进了Cd2+处理下玉米幼苗侧根的发生，以NAA浓度为5 mg·L-1效果最好。NAA浓度为15 mg·L-1时，玉米幼苗的根数显著减少，降幅为19.79%，说明过高浓度的NAA抑制玉米幼苗侧根的发生。

由图3-B可以看出，与对照相比，100 mg·L-1Cd2+处理后，玉米幼苗的鲜重显著降低，降幅为35.78%，说明100 mg·L-1Cd2+处理显著抑制了玉米幼苗的生长。与单独Cd2+处理相比，1 mg·L-1的NAA浸种后，玉米幼苗的鲜重降低，但与单独Cd2+处理时不存在显著性差异，说明1mg·L-1NAA没有显著影响Cd2+处理下玉米幼苗的生长。5 mg·L-1的NAA浸种后，玉米幼苗的鲜重显著增加，增幅分别为16.43%，说明5 mg·L-1NAA浸种显著促进了镉胁迫下玉米幼苗的生长，使其鲜重降低。10 mg·L-1、15 mg·L-1的NAA浸种后，玉米幼苗的鲜重显著降低，降幅分别为21.01%和35.00%，说明过高浓度的NAA抑制玉米幼苗的生长，使其鲜重降低。

3 讨 论

种子的发芽势和发芽率通常用来反映种子的发芽速度、发芽整齐度和出苗情况，是评价种子发芽情况的常用指标。玉米种子的萌发及幼苗的生长状况直接影响玉米后期的生长和产量。有研究表明，较低浓度的重金属处理能够促进作物种子萌发及幼苗生长，而较高浓度则表现出抑制效应[16]。周缘娣等研究表明，100～200 mg·L-1Cd2+处理抑制玉米种子萌发[16]。本试验结果表明，100 mg·L-1Cd2+处理抑制了玉米种子萌发，使其发芽势和发芽率降低，这与周缘娣等[16]、王文斌等[17]研究结果一致，所需Cd2+浓度不同可能是因为试验材料不同。1～5 mg·L-1的NAA浸种可以提高100 mg·L-1Cd2+胁迫下玉米种子的发芽势和发芽率，缓解Cd2+胁迫对玉米种子萌发的抑制作用，而过高浓度NAA浸种则抑制玉米种子萌发。

在玉米幼苗阶段，苗高和生长量是衡量其生长状况的常用指标，生根数目及主根长度是幼苗活力水平的重要表征之一[18]。作为单子叶植物，玉米根系发育情况对幼苗生长有重要影响。本试验结果表明，100 mg·L-1Cd2+处理显著抑制玉米幼苗生长，使玉米幼苗的苗高、根长、根数和鲜重显著降低，根数降幅最大，为81.64%，其次是根长，说明100 mg·L-1Cd2+处理对根的抑制作用较大。1 mg·L-1NAA浸种可以缓解100 mg·L-1Cd2+处理对玉米幼苗生长的抑制作用，使其根长和根数增加，但不能显著影响其苗高和鲜重。5 mg·L-1NAA浸种可以缓解100 mg·L-1Cd2+处理对玉米幼苗生长的抑制作用，使其根长、根数、苗高和鲜重显著增加，其中根数和根长增幅较大，分别为47.53%和179.17%。10 mg·L-1NAA浸种加重了100 mg·L-1Cd2+处理对玉米幼苗生长的抑制作用，使玉米幼苗的苗高、根长和鲜重显著降低，但促进了根数的增加，15 mg·L-1NAA浸种使玉米幼苗的苗高、根长、根数和鲜重显著降低，说明过高浓度NAA浸种对玉米幼苗的生长有抑制作用。

本研究结果表明，一定浓度NAA浸种主要是通过促进根的生长和侧根发生来缓解Cd2+对玉米幼苗根的生长的抑制作用，促进玉米种子萌发和幼苗生长。