铜胁迫对亚麻萌发的影响

向魏，彭定祥，刘立军

(华中农业大学植物科学技术学院，湖北 武汉 430070)

亚麻(Linum usitatissimumL.)属于亚麻科(Linaceae)亚麻属(Linum)，为一年生草本植物，被人类栽培和利用有8000多年的历史[1]。亚麻作为纤维作物和油料作物具有极高的经济价值，同时其也是一种修复重金属污染土壤的良好作物。随着我国现代工农业的发展，铜已经成为我国土壤，尤其是铜矿开采区重金属污染的主要元素之一。全国土壤污染状况调查中，铜的点位超标率达到2.1%，矿区土壤含铜量普遍高出正常值，有的地区甚至高达7325 mg/kg，因此，对铜污染土壤的修复刻不容缓[2-6]。Angelova等[7]研究发现，相对于大麻和棉花对重金属的吸附能力，亚麻的吸附能力更强。王玉富等[8]研究表明，亚麻对重金属胁迫具有较强的耐受性。通过对23个亚麻品种进行种子发芽的重金属毒性试验，Soudek等[9]发现重金属对亚麻的毒性顺序为:As3+＞As5+＞Cu2+＞Cd2+＞Co2+＞Cr6+＞Ni2+＞Pb2+＞Cr3+＞Zn2+，尽管没有一个亚麻品种对所有的重金属表现出耐受性或是抗性，但是不同亚麻品种对不同重金属的耐受性各有不同。低浓度的Cu2+对种子萌发会表现出一定的促进作用，而高浓度的Cu2+会显著降低大豆、黑麦草和海州香薷等植物种子的发芽率[10-14]。Cu2+胁迫会抑制植物幼苗的生长，使其芽长、根长和幼苗鲜重均降低，抑制作用随着Cu2+浓度的升高而加强，且根对Cu2+的敏感性高于芽[15-16]。

目前，国外主要培育的亚麻品种为低亚麻酸含量品种和环保型品种，低亚麻酸品种可用于亚麻食品的开发，环保型品种可从土壤中大量吸收镉和铅等重金属，在净化土壤方面发挥作用[17]。目前还没有铜胁迫对亚麻影响的相关研究，本试验为亚麻修复利用铜污染土壤提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

亚麻种子萌发期耐铜性研究选用9个亚麻品种:云亚1号、云亚3号、派克斯、同升福、陇亚10号、伊亚3号、伊亚4号、伊亚5号、天鑫3号(中国农业科学院麻类研究所、云南省农业科学院经济作物研究所、黑龙江农业科学院经济作物研究所、新疆伊犁州农业科学研究所等单位友情馈赠。)

1.2 试验设计

本试验设置3个重复，每个重复选择50粒成熟饱满且大小适中、均匀一致的种子进行发芽试验。

铜胁迫环境采用CuSO4·5H2O(分析纯)模拟。 设置0、50、100、150、200 mg/L 5个铜浓度。 将选好的9个亚麻品种的种子用75%乙醇消毒2 min，用蒸馏水冲洗干净后置于放有两张发芽纸的发芽盒中，加入铜溶液10 mL，置于25℃恒温培养箱中发芽7 d。

1.3 测定项目及方法

以萌发的幼芽达到种子长度的1/2为发芽标准，每24 h调查一次发芽情况，连续调查7次。第3天统计发芽势，第7天统计发芽率、发芽指数、活力指数，随机取10株测量根长(主根)、芽长、鲜重。相关指标计算方法如下:

(1)鲜重:将10株亚麻幼苗表面水分吸干，用天平称取重量，求出单株鲜重平均值。

(2)根长(主根):测量10株根长(第一个侧根以下)，求其平均值。

(3)芽长:测量10株芽长(子叶节以上)，求其平均值。

(4)发芽势(%)＝(第3天发芽数/供试种子数)×100%

(5)发芽率(%)＝(第7天发芽数/供试种子总数)×100%

(6)发芽指数GI＝∑Gt/Dt

其中:GI—发芽指数；Gt—指定时间(d)的发芽种子数；Dt—相应的发芽试验时间(d)。

(7)活力指数＝发芽指数×幼苗鲜重(g/10株)

(8)根长(芽长)抑制指数＝(对照-处理)/对照

对9个亚麻品种进行耐铜性评价。首先将各项指标值换算成相对值(相对值＝处理值/对照值)，然后按下面公式计算隶属函数值。如果各指标相对值与亚麻耐性呈正相关，就代入(1)式进行计算，反之则代入(2)式进行计算。将各品种亚麻各指标的耐性隶属函数值累加起来，求其平均值[18-20]。隶属函数值计算公式如下:

式中:Xij表示i品种j个相对指标的隶属函数值；Xj为第j个指标的隶属函数值；Xjmax和Xjmin分别表示所有品种第j个相对指标的最大值和最小值。

再根据平均隶属函数X值的大小对9个品种进行耐性鉴定，即X≥0.70为1级高耐型；0.50≤X＜0.70为2级中耐型；0.30≤X＜0.50为3级低耐型；X＜0.30为4级敏感型[21]。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理，SPSS 20.0进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 铜胁迫对不同亚麻品种种子萌发的影响

2.1.1 铜胁迫对亚麻发芽势的影响

不同浓度铜溶液处理下亚麻发芽势如表1所示。9个亚麻品种的发芽势均随着铜浓度的升高而降低。陇亚10号发芽势在铜溶液浓度为50 mg/L时较0 mg/L稍有上升，但并未达到显著水平。当铜溶液浓度为50 mg/L时，云亚1号、云亚3号、同升福、伊亚3号、伊亚4号、伊亚5号的发芽势显著低于0 mg/L时的发芽势。当铜溶液浓度为100 mg/L时，9个亚麻品种的发芽势均显著低于0 mg/L时的发芽势。在铜溶液浓度达到200 mg/L时，陇亚10号的发芽势最高，为20.67%，云亚3号和派克斯的发芽势最低，为0.67%。

表1 不同Cu2+浓度溶液对亚麻发芽势的影响Table 1 Effects of different Cu2+concentration on the germination potential of flax seeds %

2.1.2 铜胁迫对亚麻发芽率的影响

不同亚麻品种在不同铜溶液浓度处理下的发芽率如表2所示。9个亚麻品种的发芽率均随着铜溶液浓度的升高而逐渐降低。派克斯与陇亚10号的发芽率在50 mg/L较0 mg/L有所上升，但并未达到显著水平。当铜浓度为50 mg/L时，云亚1号、伊亚5号的发芽率显著低于铜浓度为0 mg/L时的发芽率。当铜浓度为100 mg/L时，9个亚麻品种的发芽率均显著低于铜浓度为0 mg/L时的发芽率。当铜浓度为200 mg/L时，陇亚10号的发芽率最高，为41.33%，云亚1号的发芽率最低，为4.67%。

表2 不同Cu2+浓度溶液对亚麻发芽率的影响Table 2 Effects of different Cu2+concentration on the germination rate of flax seeds %

2.1.3 铜胁迫对亚麻发芽指数的影响

发芽指数是种子的活力指标。发芽指数高，种子活力就高。9个亚麻品种的发芽指数(表3)均随着铜浓度的升高而降低。当铜浓度为50 mg/L时，云亚1号、云亚3号、派克斯、陇亚10号、伊亚3号、伊亚4号、伊亚5号、天鑫3号的发芽指数显著低于铜浓度为0 mg/L时的发芽指数；当铜浓度为100 mg/L时，9个亚麻品种的发芽指数均显著低于铜浓度为0 mg/L时的发芽指数；当铜浓度为200 mg/L时，陇亚10号的发芽指数最高，为16.88，云亚1号的发芽指数最低，为2.08。

表3 不同Cu2+浓度溶液对亚麻发芽指数的影响Table 3 Effects of different Cu2+concentration on the germination index of flax seeds

2.1.4 铜胁迫对亚麻种子活力指数的影响

不同品种的亚麻种子活力指数(表4)随着铜胁迫浓度的升高而降低。当铜浓度为50 mg/L时，9个亚麻品种的种子活力指数均显著低于铜浓度为0 mg/L的。当铜浓度为200 mg/L时，陇亚10号的种子活力指数最高，为3.84，云亚1号和同升福的种子活力指数最低，为0.39。

表4 不同Cu2+浓度溶液对亚麻种子活力指数的影响Table 4 Effects of different Cu2+concentration on the vigor index of flax seeds

2.2 铜胁迫对亚麻芽苗生长的影响

2.2.1 铜胁迫对亚麻根长(主根)的影响

不同浓度铜溶液对亚麻根长(主根)影响见表5。铜溶液对亚麻主根生长有明显的抑制作用。在铜浓度为50 mg/L的处理下，9个亚麻品种的根长均显著低于0 mg/L处理，铜对云亚3号的根抑制作用最明显，在50 mg/L时无主根产生。伊亚4号主根对铜胁迫表现出较好的抗性，在200 mg/L铜浓度处理下仍有少量主根产生。

表5 不同Cu2+浓度溶液对亚麻根长(主根)的影响Table 5 Effects of different Cu2+concentration on the root length of flax germination cm

2.2.2 铜胁迫对亚麻芽长的影响

不同浓度铜溶液对亚麻芽长影响见表6。不同亚麻品种的芽对铜的敏感性有所不同。低浓度铜处理促进了部分亚麻品种芽的生长，派克斯、伊亚5号和天鑫3号芽长在铜溶液浓度50 mg/L处理下显著高于0 mg/L处理。其他品种芽长随铜溶液浓度的升高而逐渐降低。

表6 不同Cu2+浓度溶液对亚麻芽长的影响Table 6 Effects of different Cu2+concentration on the shoot length of flax germination cm

2.2.3 不同浓度铜对亚麻品种根长(主根)、芽长抑制指数的影响

不同浓度铜对亚麻根长(主根)抑制指数的影响如表7所示。铜对亚麻根长(主根)抑制指数与铜浓度呈正相关，随着铜浓度的升高，根长抑制指数也随之升高。在铜溶液浓度为50 mg/L时，不同亚麻品种根长抑制指数均达0.96以上，受到严重抑制。云亚3号根对铜最敏感，伊亚4号根对铜最不敏感。

民办高校可向政府申请财政支持，或者向当地政府申请制定资助政策，通过政府帮助解决民办高校的财政压力，促进民办高校的发展。例如：向政府申请“互联网+教育”推广专项基金，专门用于采购和维护“互联网+教育”必备硬件设施。同时，民办高校可以借助自身市场运作灵活机制，寻求获得市场资金的投入与支持，通过股份分担制与企业合作、与国外联合办学等各种形式引进资金，吸引国际优质教学资源来增强民办高校的资金与实力；也可以建立社会捐赠制度，大力宣传鼓励捐赠教育事业的优惠政策。

表7 不同Cu2+浓度溶液对亚麻根长(主根)抑制指数的影响Table 7 Effects of different Cu2+concentration on the inhibition index of root length of flax

不同浓度铜对亚麻芽长抑制指数的影响如表8所示。亚麻芽长抑制指数与铜浓度呈正相关，随着铜溶液浓度的升高，对亚麻芽长抑制效果也越发明显。在铜溶液浓度为50 mg/L时，云亚3号、派克斯、伊亚5号和天鑫3号的芽长抑制指数分别为-0.41、-0.17、-0.12和-0.05，而后随铜浓度的升高芽长抑制指数逐渐变为正数，芽长受到抑制，说明低浓度的铜可以促进部分亚麻品种芽长的生长。

表8 不同Cu2+浓度溶液对亚麻芽长抑制指数的影响Table 8 Effects of different Cu2+concentration on the inhibition index of shoot length of flax

2.2.4 铜胁迫对亚麻芽苗鲜重的影响

不同浓度铜对亚麻苗鲜重的影响如表9所示。亚麻苗鲜重与铜浓度呈负相关，随着铜浓度的升高而降低。当铜溶液浓度≥50 mg/L时，亚麻苗鲜重显著低于对照，且随着铜浓度的升高不断下降。

表9 不同Cu2+浓度溶液对亚麻苗鲜重的影响Table 9 Effects of different Cu2+concentration on the fresh weight of flax germination g/10株

2.3 不同亚麻品种耐铜性评价

选择对亚麻生长具有显著抑制作用的铜浓度(50 mg/L)，以相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对根长、相对芽长作为评价指标，采用隶属函数法对各品种耐铜性进行评价，结果如表10所示。派克斯和陇亚10号平均隶属函数值最大，为0.76，伊亚5号为0.64，云亚3号、同升福和天鑫3号为0.55，伊亚3号为0.53，伊亚4号为0.46，云亚1号为0.07。根据平均隶属函数值的大小，得到9个品种耐铜性强弱:派克斯＞陇亚10号＞伊亚5号＞云亚3号＞同升福＞天鑫3号＞伊亚3号＞伊亚4号＞云亚1号。

表10 铜(50 mg/L)胁迫下亚麻各相对指标的隶属函数值Table 10 The subordinative values of relative values germination indexes under Cu2+(50 mg/L)

根据平均隶属函数值将9个亚麻品种耐铜性分为4个等级:X≥0.70的派克斯和陇亚10号为高耐型；0.50≤X＜0.70的伊亚5号、云亚3号、同升福、天鑫3号、伊亚3号为中耐型；0.30≤X＜0.50的伊亚4号为低耐型；X＜0.30的云亚1号为敏感型。

3 讨论

发芽势和发芽率是反映植物种子质量优劣的主要指标。发芽势强、发芽率高，表示种子出苗又快又整齐，幼苗健壮；如果发芽势弱、发芽率高，则表示种子发芽弱苗较多、出苗不整齐。

亚麻的发芽势、发芽率、活力指数、发芽指数、根长和苗鲜重等均随着铜浓度的升高而下降，与铜浓度呈负相关。在50 mg/L的铜浓度处理下，部分亚麻品种的发芽势和发芽率有增加的趋势。铜对亚麻根的抑制作用强于对芽的抑制作用，亚麻根在50 mg/L铜处理下均表现出显著抑制作用，而芽长在50 mg/L铜处理下部分亚麻品种表现出促进作用，直至150 mg/L铜处理才均表现出显著抑制作用。已有研究[15，22-27]表明，当铜浓度到达某个临界值时，会显著抑制小麦、水稻、黄瓜、豆类和玉米等作物种子的萌发，显著降低幼苗的根长以及生物量，在临界值之下的铜浓度对种子的萌发具有一定的促进作用，但是对幼苗后续的生长不利。与本试验的结果表现一致。

用隶属函数值计算，将9个亚麻品种的萌发期耐铜性进行分级。高耐型:派克斯、陇亚10号；中耐型:伊亚5号、云亚3号、同升福、天鑫3号、伊亚3号；低耐型:伊亚4号；敏感型:云亚1号。派克斯与陇亚10号可以作为亚麻修复铜污染土壤的理想品种。