镉对米荞一号种子萌发与幼苗生长的影响

时小东， 孙梦涵， 赵 钢(.成都大学 农业农村部杂粮加工重点实验室， 四川 成都 6006；2. 成都大学 药学与生物工程学院， 四川 成都 6006)

0 引 言

镉是广泛存在于自然界的重金属元素，是典型的土壤污染物，其主要来自于矿物开采、工业废弃物排放、农田化肥农药使用等多方面[1].相关调查显示，镉是我国重金属污染中最严重污染物之一，也是对动植物毒害最强的痕量重金属元素之一[2].镉可通过植物根系进入植物体内，当土壤中镉浓度超过一定阈值时，能够对作物生长发育产生重要影响，并进一步通过食物链进入人体，危及人类健康.

种子萌发和幼苗生长是作物生活周期的起点，也是感受外界环境变化的最初阶段，分析作物此阶段对镉的耐受性具有重要意义.米荞一号为成都大学、西昌学院等单位选育的苦荞品种，2008年通过四川省农作物品种审定委员会审定[3].米荞一号具有种壳薄，易脱壳等优点，是目前苦荞品种中唯一能脱壳获得生制苦荞米的品种[4]，其作为加工专用品种得到市场认可，在西南地区，尤其是四川凉山地区得到大面积推广.凉山地区作为攀西成矿带的重要部分，土壤重金属污染问题较为突出.例如，汪春华[5]对西昌地区农村土壤中常见重金属进行分析表明，该地区镉污染指数已经超过相关土壤环境质量标准数据，为中度镉污染.目前，关于镉对米荞一号种子萌发和生长发育的影响还鲜有报道.对此，本研究采用水培法，以不同浓度镉胁迫对米荞一号种子萌发和幼苗生长的指标为参数，探讨米荞一号对镉胁迫的影响，拟为米荞一号安全生产提供参考.

1 材料与方法

1.1 材 料

实验所用材料包括：米荞一号，由成都大学农业农村部杂粮加工重点实验室提供，来自于四川省美姑县；氯化镉(分析纯)，购自山东西亚化学工业有限公司.

1.2 方 法

挑选大小均一、籽粒饱满、无病虫害的米荞一号种子，清洗消毒，播种于铺有滤纸和纱布的培养皿上，氯化镉浓度设置为0.1、0.5、2.5、5.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0、320.0 mg/L，以蒸馏水作为对照，重复3次.光照培养箱温度设置为25 ℃，光照时间为16 h/d，湿度80%.每天补充等量相应浓度的溶液，定期记录每个培养皿中米荞一号种子的萌发和生长情况.处理3 d后统计种子发芽情况，10 d后统计苗长、苗鲜重等指标.

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对米荞一号种子萌发的影响

不同镉浓度处理对米荞一号种子萌发的影响如图1所示.

图1 不同镉浓度对米荞一号种子萌发的影响

由图1可知，米荞一号种子萌发率介于96.03%～98.73%.在蒸馏水处理下(对照组)，米荞一号萌发率为98.73%±0.04%，萌发率最高，表明实验中选择的米荞一号种子活力较好，萌发率高，选择实验材料可靠性强；在镉处理下，米荞一号萌发率相比对照均有所降低，表现出抑制作用，但萌发率均大于96%；当镉浓度小于20 mg/L时，米荞一号萌发率表现为波动变化；当镉浓度大于40 mg/L时，米荞一号萌发率维持在96%；而萌发后，当镉浓度大于80.0 mg/L时，米荞一号种子生长受到严重的抑制作用，造成无法正常生根及伸长，同时萌发芽发生卷曲(见图2).实验结果表明，镉对米荞一号种子的萌发抑制作用不明显，但对米荞一号种子胚产生一定毒害.

图2 高浓度镉对米荞一号萌发后生长的影响

2.2 镉胁迫对米荞一号幼苗生长的影响

不同镉浓度处理对米荞一号幼苗生长的影响如图3所示.

由图3可知，镉处理对米荞一号萌发后的幼苗生长产生不同的影响.在镉浓度为0.1 mg/L、0.5 mg/L时，芽长分别为对照组的1.27倍和1.18倍，表明低浓度镉处理对米荞一号生长可产生促进作用；当镉浓度为2.5 mg/L时，米荞一号幼苗芽长与对照长度基本一致，未表现出差异(p>0.05)；当镉浓度为10.0 mg/L时，米荞一号幼苗芽长为对照组的86.59%，表现为极显著差异(p<0.01)；当镉浓度达到40.0 mg/L时，米荞一号幼苗生长受到严重的抑制作用，部分萌发幼苗不能够正常伸长(见图4)；在镉浓度达到80.0 mg/L时，虽然米荞一号种子能够萌发，但萌发后因受到严重毒害作用，而出现无法生根等抑制生长的现象发生，从而造成无法正常生长.

图3 不同镉浓度对米荞一号芽长度的影响

图4 不同镉浓度对米荞一号幼苗生长的影响

2.3 镉胁迫对米荞一号幼苗鲜重的影响

不同镉浓度处理对米荞一号幼苗鲜重的影响如图5所示.

图5 不同镉浓度对米荞一号幼苗鲜重的影响

由图5可知，当镉浓度为0.1 mg/L和0.5 mg/L时，米荞一号幼苗鲜重分别为对照组的96.93%和99.01%，与对照相比，米荞一号幼苗芽鲜重未发生显著变化(p>0.05)；当镉浓度增加到2.5 mg/L时，幼苗鲜重为对照组的1.08倍，比对照组幼苗鲜重有所增加，但也未表现出显著差异(p>0.05)；当镉浓度为5.0 mg/L时，米荞一号幼苗鲜重仅为对照组的88.41%，与对照组之间为极显著差异(p<0.01)；随着镉浓度的增加，米荞一号幼苗鲜重逐渐降低，对其生长作用越来越明显.实验结果表明，镉浓度低于2.5 mg/L时对米荞一号生物量具有一定的促进作用，而当镉浓度达到5.0 mg/L时，则对萌发后的生物量积累具有一定的抑制作用，且随着镉处理浓度的增加，对米荞一号幼苗鲜重的抑制作用显著加强，从而造成显著性差异.

3 讨 论

本研究利用含镉溶液对米荞一号进行培养，对其萌发情况、幼苗芽长和幼苗鲜重等指标进行测定，结果表明：当镉浓度小于2.5 mg/L时，米荞一号幼苗芽长和幼苗鲜重与对照组均未产生显著性差异，部分指标存在促进作用，说明低浓度镉对米荞一号的生长存在一定的促进作用.杨柳青等[6]以荞麦750A为研究材料进行镉胁迫研究，结果表明低浓度镉处理(1.0 mg/L)，对荞麦生长产生促进作用；而高浓度镉处理(5.0 mg/L)对荞麦种子生长产生抑制作用，且随着镉浓度升高对生长抑制作用越明显.这与本文研究结果一致.

米荞一号品种种子表面粗糙、壳薄、易爆裂，相比其他苦荞品种，不需要经过高温熟化等处理，可直接机械挤压和摩擦就能够脱壳获得整粒苦荞米[7].因米荞一号制米过程不需要高温等过程，其营养和药用成分也最大限度地保留，不仅节约了生产成本，也保证了苦荞米及制品的营养功效.因此，米荞一号品种在苦荞精深加工和产业化生产中发挥着不可替代的作用.由于适生性等问题，目前，米荞一号种植主要集中在四川的西昌、美姑、布拖等地区[8].镉作为该地区土壤中主要重金属污染物之一，不仅降低土壤生产力，也对作物生长发育、产量和品质产生影响.本研究结果表明，米荞一号具有一定的重金属镉耐受性，其能够在低浓度镉胁迫下正常生长，但仍需进一步对镉胁迫下米荞一号种子产量和品质进行深入研究.此外，随着现代分子生物学技术的发展，以苦荞基因组为代表的分子生物学数据逐渐丰富，为苦荞性状形成机理分析提供了科学依据[9-10].在此基础上，利用分子生物学研究方法探究米荞一号对镉吸收及运输机理，从而保障苦荞产品生产和精深加工的原料安全具有重要意义.