镉、铅单一及复合污染对黑麦草种子萌发特征的影响

洪燕 杨宁宁 周粉 张军

摘要：文章以黑麦草种子作为研究对象，采用水培法研究了不同浓度的镉、铅单一及其复合污染对黑麦草种子根长、芽长、发芽率及发芽势的影响，为超富集植物种子的筛选、重金属污染治理等提供依据。结果表明：单一重金属污染下，黑麦草种子发芽率和发芽势与对照组无明显差异，不同处理中，随着浓度的升高对黑麦草芽长、根长的抑制作用增加;复合污染条件下，当Cd2+/Pb2+复合浓度小于（2+20） mg/L时，重金属对黑麦草芽长、根长的生长具有促进作用，反之则抑制黑麦草的生长，对照组与Cd2+/Pb2+复合浓度为（2+20）mg/L无显著差异，与其他各组间存在显著差异（p<0.05）。

Abstract： Taking ryegrass seeds as the research object， the effects of single and combined pollution of cadmium and lead at different concentrations on root length， bud length， germination rate and germination potential of ryegrass seeds were studied by hydroponics， which provided the basis for the selection of super-enriched plant seeds and the treatment of heavy metal pollution. The results showed that under single heavy metal pollution， the germination rate and germination potential of ryegrass seeds were not significantly different from those of the control group. In different treatments， the inhibition of ryegrass germination length and root length increased with the increase of concentration. Under compound pollution conditions， when the combined concentration of Cd2+/Pb2+ was less than （2+20） mg/L， heavy metal promoted the growth of ryegrass germination length and root length， and vice versa， inhibited the growth of ryegrass. There was no significant difference in ryegrass growth between control group and Cd 2+/Pb 2+ compound concentration of （2+20 ）mg/L， but there was significant difference between control group and other groups （p < 0.05）.

關键词：镉;铅;黑麦草;萌发特征

Key words： cadmium;plumbum;perennial ryegrass;germination characteristics

中图分类号：Q945.78                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）15-0154-04

0  引言

随着我国工业化和城市化的迅速发展，造成了许多环境问题，其中重金属污染已成为污染面积最大、危害最大的环境问题之一[1-2]，工业废水未达标排放、污水灌溉、汽车废气排放等造成的土壤重金属污染也日益严重;重金属污染不仅能够引起土壤组成、结构和功能的变化，还能够抑制植物根系生长和光合作用，对人和动物造成一定的毒害[3-4]，造成了严重的生态问题;并且土壤重金属污染具有隐蔽性和不可逆性。镉作为一种毒性重金属污染物，对植物的生长有抑制作用。铅是人体的非必需元素，在土壤中不被降解且难去除，对植物会产生较大的毒害性。目前，重金属复合污染问题普遍，镉铅复合污染更是受到国内外专家的重视[5-6]。

因此，有许多学者致力于土壤重金属修复的研究，为我国土壤重金属治理提供依据。丁园等研究了铜、锌、镉对黑麦草种子萌发的影响，发现单一条件下当重金属达到一定浓度时对黑麦草的根长有明显的抑制作用，与对照组存在明显差异;复合条件下，铜和锌有明显的交互作用，镉会加剧胁迫作用[7]。余小军等[8]研究了铜、镉、铅对7种豆科种子萌发和幼苗生长的影响，李富荣等[9]研究了重金属污染对11个空心菜品种种子萌发和幼苗生长效应的影响，这些研究对比植物对重金属的耐性，都筛选出能够吸附土壤重金属的植物。然而，诸多研究均是针对单一重金属元素污染情况下植物的反应差异，但对研究镉、铅单一及复合条件下对黑麦草萌发影响的研究少见报道。黑麦草作为1年生禾本科单子叶植物，是中国种植较普遍的优质牧草和各地常用的优质草坪草[10]，也是一种潜在的超富集植物[11]。因此，本试验研究镉、铅单一及复合污染对黑麦草种子萌发特征的影响，比较镉、铅单一污染及镉铅复合污染对黑麦草萌发特征的影响及其显著性差异，为土壤重金属修复提供科学性参考和依据。

1  材料与方法

1.1 材料

供试种子是黑麦草种子，试验时挑选颗粒饱满、大小相当的种子，用70%的乙醇溶液浸泡90秒，去掉浮起的种子，试验室晾8h。取大小、规格一致的培养皿若干个清洗干净，晾干备用。试验所用重金属试剂 Pb（NO3）2和Cd（NO3）2均为分析纯。

1.2 试验方法

将 Pb（NO3）2和Cd（NO3）2按表1试验中各处理重金属元素浓度，以去离子水做对照，本试验设计13个处理，每个处理3次重复，共39个样。试验期间黑麦草种子放在培养皿中，置于生化恒温培养箱中培育，均匀摆放，在光照条件下进行发芽，每天喷5mL去离子水（以5mL为辅，以培养皿内干湿程度[12，3]为准，干燥多添加1-2mL，湿润少添加1-2mL），保证培养皿内湿润种子正常发育。试验于2017年11月15日开始进行，每天观测黑麦草种子发芽状况、记录发芽数;7d后收取，测量并记录每根黑麦草幼苗根长、芽长。

1.3 分析方法

①发芽指标计算方法如下：

发芽率（%）=（7d内正常发芽的种子数/供试种子数）×100%

发芽势（%）=（萌发前3d发芽数之和/供试种子数）×100%

②采用Excel 2010进行数据统计，利用SPSS 22.0做多重比较方差分析（P<0.05）。

2  结果与讨论

2.1 Cd2+对黑麦草根长、芽长、发芽率、发芽势的影响

实验中Cd2+浓度为1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L，以去离子水为对照组。图1（a）反映出随着Cd2+浓度不断升高，黑麦草种子的芽长不断降低，当Cd2+浓度为1mg/L与对照组无明显差异，Cd2+浓度为2mg/L、5mg/L、10mg/L与对照组存在明显差异，且各个浓度间也有一定的差异。图1（b）中根长随Cd2+浓度升高抑制作用明显，各浓度之间存在明显差异，与对照组也存在明显差异;图1（c）中4种Cd2+浓度下黑麦草种子的发芽率均大于85%，且与对照组无显著差异，说明Cd2+浓度小于10mg/L时，对黑麦草发芽率没有显著影响;图1（d）中，对照组与10mg/L Cd2+浓度下有明显差异。实验表明：重金属Cd对黑麦草的芽长、根长生长有一定的抑制作用，且浓度越高对黑麦草生长的抑制作用越明显;在利用黑麦草修复单一镉污染的土壤时，避免修复过高浓度的土壤而导致黑麦草种子只能发芽而不能生长，影响修复结果。

2.2 Pb2+对黑麦草根长、芽长、发芽率、发芽势的影响

试验选用的 Pb2+浓度分别为10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L，以去离子水为空白对照试验。从整体来看，Pb2+对黑麦草在低浓度下生长具有促进作用，超过一定浓度后具有抑制作用，对根长具有抑制作用，但试验中所设置的Pb2+浓度对黑麦草的发芽率并无显著影响。图2（a）中可以看出，各个试验组之间存在显著差异，Pb2+浓度较低时，对芽长生长具有促进作用，当浓度不断升高，会对芽长生长产生抑制;在图2（b）中，Pb2+濃度为10mg/L时，与对照组之间并无明显差异，Pb2+浓度为20mg/L、50mg/L、100mg/L时，与对照组和10mg/L组之间存在了显著性差异，Pb2+对根长生长起抑制作用;图2（a）和图2（b）相对Pb2+对根长的抑制作用比对芽长的抑制作用更加明显。而图2（c）中，各试验组之间没有明显差异，发芽率均达到85%以上，所以Pb2+对种子的发芽率并无显著影响，图2（d）中随Pb2+浓度升高对黑麦草的发芽势无显著影响，与对照组无明显差异。实验表明：重金属铅对黑麦草种子发芽率、发芽势的影响与对照组无显著差异，但对其芽长、根长的影响与对照组有显著差异，表现为浓度越高抑制作用越明显。在黑麦草修复单一铅污染的土壤时，可利用芽的生长比根快，割去黑麦草来提高修复效率。

2.3 Cd2+/Pb2+复合对黑麦草根长、芽长、发芽率、发芽势的影响

试验用Cd2+/Pb2+复合浓度为（1+10） mg/L、（2+20）mg/L、（5+50）mg/L、（10+100）mg/L处理，以去离子水为对照组。图3（a）中黑麦草芽长随着Cd2+/Pb2+浓度升高而降低，且各浓度之间有明显显著性差异，但（2+20）mg/L的Cd2+/Pb2+复合浓度与对照组无明显差异，图3（b）中，黑麦草根长随Cd2+/Pb2+浓度而受到抑制，各组之间有明显差异，但（2+20）mg/L的Cd2+/Pb2+浓度与对照组无明显差异，说明低浓度（<2+20mg/L）的Cd2+/Pb2+对黑麦草芽长、根长的生长有促进作用，高过此浓度则抑制芽长、根长生长;图3（c）中各个浓度的发芽率均在85%以上，且与对照组无明显差异。图3（d）黑麦草前三天的发芽势均在50%以上，与对照组无明显差异。试验表明：镉铅复合污染对黑麦草种子的发芽率、发芽势与对照组相比无显著差异，对黑麦草的芽长、根长的生长情况表现为低促高抑。在修复复合污染的土壤时，可以用被修复的土壤培养至幼苗，然后进行移植，从而达到修复土壤污染的效果。

3  结论

①镉、铅单一重金属污染下，黑麦草种子发芽率和发芽势与对照组无明显差异，不同处理中，随着浓度的升高对黑麦草芽长、根长的抑制作用增加;②镉、铅复合污染条件下，当Cd2+/Pb2+复合浓度小于（2+20）mg/L时，重金属对黑麦草芽长、根长的生长具有促进作用，相反的条件下则抑制黑麦草的生长，对照组与Cd2+/Pb2+（2+20）mg/L无显著差异，与其他各组间存在显著差异。

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