锌和镉胁迫对萝卜种子萌发及幼苗生长的影响

郑 升，向成丽，叶媛丽，吴章桥，陈小军，张 璐，邝 曦，龙治坚*

（1 西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010；2 西南科技大学竹类研究所）

土壤重金属污染程度的加剧不仅影响土壤肥力与蔬菜作物的产量，还通过食物链而影响人类的健康[1]。镉的富集对人体健康危害巨大，可引起一系列的疾病[2]。锌是植物体内许多重要酶类的组分或辅基，一定锌浓度可调节酶的活性，提高植物的抗逆能力[3]。目前，重金属胁迫对蔬菜生长发育影响的研究主要集中在小白菜[4-5]，而对萝卜的研究较少。鉴于此，研究镉、锌胁迫对萝卜种子萌发及幼苗生长的影响，以期为镉、锌污染地区的萝卜种植和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的萝卜品种为“花樱萝卜”，购于天津市津科力丰种苗有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计。根据文献报道，对试验进行设计。Cd设置了6 个浓度水平，即0、2、5、10、20 和40mg/kg；Zn设置了3 个浓度水平，即0、75 和150mg/kg（见表1）。

表1 试验设计表

1.2.2 种子萌发和幼苗生长。分别选取大小均匀一致、整齐饱满的萝卜种子30 粒，置于铺有双层滤纸的培养皿，加入10mL 不同组合的处理液。在25℃恒温环境、光照/黑暗周期为12h/12h、光照强度为2000Lx 的条件下培养。试验结束后，统计相应数据。

1.2.3 指标测定与数据处理。每24h 统计种子发芽数。试验结束后，测定种子根长、芽长及鲜重等指标。同时，测定幼苗的SOD[6]、POD[7]、CAT[8]等抗氧化酶活性和可溶性蛋白活性的含量[9]。利用Microsoft Excel 2010、SPSS24.0 等软件进行数据统计分析，用GraphPad Prism 8.0 作图。

2 结果与分析

2.1 锌和镉胁迫对种子萌发的影响

Zn、Cd 胁迫下，萝卜种子萌发受到不同程度的抑制（表2）。Cd 单独作用时，其存在低剂量刺激效应；而种子的发芽率与镉浓度呈负相关趋势。Zn 单独作用时，种子的发芽率和浓度呈正相关。而Zn、Cd 互作下，Zn 缓解了Cd 的毒害作用，种子的发芽率较Cd 单独作用下提高；随着Zn、Cd 的浓度达到150 和40mg/kg 时，出现了毒害作用。同时，随着镉浓度的逐渐升高，发芽指数表现出抑制作用；而随着锌浓度的升高,发芽指数相比CK 有很大的回升。这说明Zn 具有缓解镉胁迫毒害的作用。

表2 Zn、Cd 胁迫对萝卜种子发芽率、活力指数的影响

2.2 锌和镉胁迫对幼苗抗氧化酶活性的影响

超氧化物歧化酶（SOD）作为植物体内抗氧化系统的重要酶类，能够催化伤害极强的氧自由基离子歧化H2O2，从而降低自由基对细胞的伤害升高。由图1 可以得出，幼苗SOD 的活性总体表现出降低的趋势。在Zn、Cd 互作，或Cd 单独作用下，随着Cd 浓度的升高，SOD 的活性呈现先升高后降低的趋势。当Zn 为75mg/kg 不变情况下，Cd 浓度为2mg/kg 时（即T8 处理），SOD 的活性最高；而当Cd 浓度大于2mg/kg 时，SOD 的活性便开始降低。

图1 Zn 和Cd 胁迫对幼苗SOD 活性的影响

过氧化氢酶（CAT）是植物体内的抗氧化物酶类，具有清除植物体内活性氧自由基及维持细胞膜稳定性的功能。单因素作用下，CAT 的活性均先升高后降低。在Zn 单独作用下，T7处理（Zn 为75mg/kg）的CAT 活性达到最高，是CK 的1.57 倍。在Cd 单独作用下，T2处理（Cd 为2mg/kg）的CAT 的活性达到最高，是CK 的1.82 倍。Zn、Cd 互作下，幼苗的CAT 活性受到不同程度的影响，且T12 处理的CAT 活性最高（见图2）。

图2 Zn 和Cd 胁迫对幼苗CAT 活性的影响

图3 Zn 和Cd 胁迫对幼苗可溶性蛋白含量的影响

2.3 锌和镉胁迫对幼苗可溶性蛋白含量的影响

在Zn、Cd 单独作用下，随重金属浓度的升高，可溶性蛋白的含量大体呈现出逐渐降低的趋势（图3）。Cd 的单独胁迫下，T3 处理（5mg/kg）的可溶性蛋白含量高于T2 处理（2mg/kg），但低于CK。Zn、Cd 互作下，T8处理（Zn 浓度为75mg/kg、Cd 为2mg/kg）时，幼苗可溶性蛋白含量最高，比CK 增长了17.16%。T15 处理（Zn浓度为150mg/kg）的可溶性蛋白含量最低，比CK 降低了44.17%。这说明重金属胁迫，影响了幼苗的生长和发育。

3 讨论和结论

Cd 是植物体内的非必需元素，低浓度的Cd 对植物的影响不明显，而浓度过高会对植物体产生一定的损伤[10]。Zn 是植物体内的必需元素，但也存在着低促高抑的现象[11]。在本试验中，随着Zn 浓度的升高，Cd的胁迫作用减弱。这表明Zn 具有缓解Cd 胁迫毒害的作用。这和汪鹏合[12]，郭晓音[13]的研究结果相类似。

通过研究Zn、Cd 单独作用及二者互作下，萝卜种子的萌发及幼苗的生长发现。重金属的作用存在低剂量刺激效应，但随着浓度的升高则产生抑制作用。而Cd 对萝卜的毒害作用较大，Zn 作为各类酶的辅基或者活性中心，可以有效地缓解Cd 的毒害作用。这表明施用适量的锌肥，可以促进萝卜对逆境的抵抗，促进其生长发育。试验为进一步研究蔬菜对重金属的耐受性提供借鉴。