李樂樂　吳大付　馬學(xué)軍　李浩　王靜童　殷金忠　李中陽　唐蛟

摘要 [目的]探究不同濃度重金屬鎳（Ni）、鉛（Pb）處理對常見蔬菜種子萌發(fā)及生長的影響。[方法]采用盆栽土培方式，分別設(shè)定6個不同濃度的Ni和Pb溶液對散葉生菜種子進(jìn)行脅迫處理。[結(jié)果]與空白對照組相比，低濃度的Ni處理（6.25 mg/kg）對散葉生菜的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均起促進(jìn)作用，當(dāng)濃度增高為12.50～75.00 mg/kg，則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔茫覞舛?75.00 mg/kg時抑制作用越明顯，甚至出現(xiàn)絕收的現(xiàn)象。當(dāng)土壤Pb含量為2.58～10.30 mg/kg時，可以促進(jìn)其萌發(fā)過程;當(dāng)濃度為31.02～51.49 mg/kg時，萌發(fā)受到明顯的抑制作用。同時重金屬Ni對散葉生菜生長狀況的影響程度要大于Pb。[結(jié)論]該研究為設(shè)施蔬菜種植和重金屬污染防治提供一定參考。

關(guān)鍵詞 鎳;鉛;種子萌發(fā);幼苗生長;影響;散葉生菜

中圖分類號 X173文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）21-0061-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.019

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Heavy Metal Ni and Pb Stress on Seed Germination and Seedling Growth of Lactuca sativa

LI Lele1，WU Dafu1，MA Xuejun2 et al

（1.School of Resource and Environment，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang，Henan 453003;2.Agricultural Technology Promotion Station of Muye District，Xinxiang，Henan 453003）

Abstract [Objective]The research aimed to explore the effects of heavy metals （Ni and Pb） stress on the common vegetable seed germination and growth.[Method]6 different concentrations of solutions with Ni and Pb were sprinkled on Lactuca sativa by the pot culture method.[Result]Compared with control treatment，low concentration of Ni （6.25 mg/kg） in the soil would promote germination rate，germination potential and germination index of Lactuca sativa，when the concentration increased to 12.50～75.00 mg/kg，it gradually changed into inhibition，and the inhibition effect was more obvious when the concentration exceeded 75.00 mg/kg，and even lead to death.Germination was promoted when the concentration of Pb was 2.58-10.30 mg/kg.And obvious inhibitions were discovered within 31.02-51.49 mg/kg.The effect of heavy metal Ni on the growth of Lactuca sativa was greater than that of heavy metal Pb.[Conclusion]The research provided some reference for facility vegetable planting and prevention of heavy metal pollution.

Key words Nickel （Ni）;Lead （Pb）;Seed germination;Seedling growth;Effect;Lactuca sativa

基金項(xiàng)目 十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0801103-2）。

作者簡介 李樂樂（1994—），男，河南靈寶人，碩士研究生，研究方向：重金屬污染修復(fù)。通信作者，教授，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的教學(xué)與研究工作。

收稿日期 2019-05-27

土壤是人類賴以生存的最寶貴資源[1]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國重金屬污染土地已經(jīng)達(dá)到2 000萬hm2，其中污染最為嚴(yán)重的土地已超過70萬hm2。土壤重金屬污染日益突出、食品安全問題頻繁發(fā)生引起了人們的高度重視[2-3]。為了實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對于重金屬污染問題的防治和治理已迫在眉睫。蔬菜是人們生活中不可或缺的一種副食品，同時也是非常重要的經(jīng)濟(jì)作物。蔬菜中含有人體所需要的多種維生素和各種營養(yǎng)物質(zhì)，對于保持身體健康具有重要作用[4]。隨著我國經(jīng)濟(jì)和人們生活水平的提高，越來越多的人注意養(yǎng)生，選擇合理膳食，增加了蔬菜的消耗。蔬菜種植也成為我國發(fā)展最快的行業(yè)之一。因此蔬菜的安全問題，特別是重金屬污染問題受到人們的特別關(guān)注。大多數(shù)菜地集中在城鎮(zhèn)的周邊，容易受到工業(yè)“三廢”的排放，農(nóng)藥、化肥的不合理使用，汽車尾氣，城市垃圾、污泥等污染物的影響，這些污染物進(jìn)入土壤對于蔬菜造成影響。污染物在蔬菜食用部位積累，通過食物鏈對人體健康構(gòu)成威脅[5]。

鎳（Ni）是一種銀白色金屬，具有一定的耐腐蝕性，不溶于水。通常情況下土壤中含鎳量極低，但是鎳元素是構(gòu)成植物營養(yǎng)元素中微量元素之一 [6-7]。植物生長過程中，土壤中較低濃度的鎳元素對植物生長具有一定的促進(jìn)作用，但如果超過植物臨界值時會對植物生長產(chǎn)生抑制或毒害作用，主要表現(xiàn)為幼苗萎縮、生長遲緩、產(chǎn)量下降，甚至出現(xiàn)絕收等現(xiàn)象[8]。鉛（Pb）也是一種銀白色金屬，具有不可降解和不溶于水的特性，并可長期累積，是土壤中的重要污染物之一[9]。在植物生長的過程中，土壤中較低濃度的鉛同樣具有一定的促進(jìn)作用，過高濃度的鉛會對植物生長產(chǎn)生抑制或毒害的作用，最終主要表現(xiàn)在植物的產(chǎn)量和質(zhì)量上的影響[8]。

目前國內(nèi)外關(guān)于鎳和鉛對植物生長發(fā)育影響的研究較多，但是主要集中對植物群體產(chǎn)量、生物有效性分布特征及規(guī)律方面[9]。而種子萌發(fā)及幼苗生長過程是植物對于外界環(huán)境最為敏感的階段，其對于重金屬脅迫的響應(yīng)研究還較為缺乏。散葉生菜是一種常見的蔬菜品種，被譽(yù)為“蔬菜皇后”，富含各種維生素、微量元素和干擾素誘生劑，可刺激人體產(chǎn)生抗病毒蛋白，有抑制病毒的功效。該研究通過Ni和Pb脅迫處理探究其對散葉生菜的種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為設(shè)施蔬菜種植和重金屬污染防治提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試蔬菜種子為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所選育出的優(yōu)質(zhì)散葉生菜（Lactuca saliva）種子，葉卵圓形、散生且葉面具有褶皺。試驗(yàn)土壤取自河南科技學(xué)院院內(nèi)花房。試驗(yàn)在河南科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

將供試土壤烘干過篩，防止病原菌和其他種子影響。在每個花盆底部平鋪2張報(bào)紙，防止?jié)B漏，加入450 g土壤。挑選籽粒大小相當(dāng)?shù)姆N子播于已取好土的花盆內(nèi)，每盆播種25顆，播種時采用5行5列等間隔進(jìn)行種植，以便后期觀察出苗率和苗的生長狀況。按照試驗(yàn)設(shè)定的處理依次貼好標(biāo)簽，分別加入不同濃度的重金屬液（表1），各處理均設(shè)置6個重復(fù)。然后，在溫室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)期間，每天按時澆水保持一定的濕度，種子種植次日開始觀察記錄正常萌發(fā)種子數(shù)目。試驗(yàn)共持續(xù)30 d，試驗(yàn)期間每10 d對于各處理隨機(jī)選取6株幼苗，測量幼苗株高，其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的計(jì)算。

發(fā)芽率是決定種子品質(zhì)和種子實(shí)用價(jià)值的依據(jù)。發(fā)芽率=實(shí)際發(fā)芽的種子數(shù)目/供試驗(yàn)種子數(shù)目×100%。

種子發(fā)芽勢是判別種子質(zhì)量優(yōu)劣、出苗整齊與否的重要標(biāo)志，也與幼苗強(qiáng)弱和產(chǎn)量有密切關(guān)系。發(fā)芽勢高的種子，出苗迅速，整齊健壯。發(fā)芽勢=3 d發(fā)芽種子數(shù)目/供試驗(yàn)種子數(shù)目×100%。

發(fā)芽指數(shù)Gi=（Gt/Dt），其中Gi為發(fā)芽指數(shù)，Gt為在t日的發(fā)芽個數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3.2 生理指標(biāo)的測定。幼苗收割之后，用電子天平測其地上部分鮮生物量。

1.3.3 統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel和STST軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）顯著性分析和LSD多重比較，置信限為95%。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎳和鉛處理對散葉生菜種子萌發(fā)的影響

2.1.1 對發(fā)芽率的影響。單因素方差分析結(jié)果顯示Ni處理下F=68.14>F0.05，說明土壤中不同濃度的鎳對散葉生菜發(fā)芽率具有顯著影響。由圖1可知，在Ni含量為6.25 mg/kg（處理A）時散葉生菜發(fā)芽率為60%，D、E處理發(fā)芽率為0;CK與處理A無顯著性差異（P>0.05），與其余各處理之間均存在顯著差異（P<0.05）。同時單因素方差分析結(jié)果也顯示Pb處理下F=2.63>F0.05，說明土壤中不同濃度的Pb對散葉生菜發(fā)芽率具有顯著影響。由圖1可知，當(dāng)Pb的含量為2.58 mg/kg（處理A）時，散葉生菜發(fā)芽率為83%;CK與A、B、C以及E處理無顯著性差異（P>0.05），發(fā)芽率最低維持在66%，與處理D之間存在顯著性差異（P<0.05）。

2.1.2 對發(fā)芽勢的影響。

單因素方差分析結(jié)果顯示Ni處理下F=219.88>F0.05，說明不同濃度的鎳對散葉生菜發(fā)芽勢存在一定的顯著性影響。由圖2可知，在鎳含量為0（CK）和6.25 mg/kg （處理A）時，散葉生菜發(fā)芽勢為18%，且處理間無顯著性差異（P>0.05）;當(dāng)濃度>25.08 mg/kg（處理C）時，散葉生菜發(fā)芽勢為0。然而，單因素方差分析結(jié)果顯示Pb處理下F=2.54

2.1.3 對發(fā)芽指數(shù)的影響。

單因素方差分析結(jié)果表明Ni處理下F=21.31>F0.05，說明土壤中不同濃度的鎳處理對散葉生菜發(fā)芽指數(shù)具有顯著影響。由圖3可知，在Ni含量為0和6.25 mg/kg（處理A）時，散葉生菜發(fā)芽指數(shù)分別為2.47和2.61，與其余各處理之間均存在顯著差異（P<0.05）。同樣單因素方差分析結(jié)果也表明Pb處理下F=5.41>F0.05，故不同濃度的鉛處理對散葉生菜發(fā)芽指數(shù)具有顯著影響。由圖3可知，在Pb含量為5.15 mg/kg（處理B）時，散葉生菜發(fā)芽指數(shù)為2.51;在Pb含量為51.49 mg/kg （處理E）時，散葉生菜發(fā)芽指數(shù)為2.42;CK與A，CK與D處理之間無顯著性差異（P>0.05），與其余各處理之間均存在顯著性差異（P<0.05）。

2.2 鎳和鉛處理對散葉生菜地上生物量的影響

單因素方差分析結(jié)果表明Ni處理下F=90.82>F0.05，說明土壤中不同濃度的鎳處理對散葉生菜地上生物量具有顯著影響。由圖4可知，不同處理之間散葉生菜地上生物量均存在顯著差異（P<0.05）;在6.25 mg/kg（處理A）時，散葉生菜的地上生物

量達(dá)到最大，為151.8 mg，后隨著Ni濃度的增加，散葉生菜地上生物量減小。同樣單因素方差分析結(jié)果也表明Pb處理F=137.38>F0.05，故不同濃度的鉛處理對散葉生菜地上生物量具有顯著影響。由圖4可知，散葉生菜地上生物量隨著Pb濃度的增加呈現(xiàn)波動;Pb濃度為2.58 mg/kg（處理A）和5.15 mg/kg（處理B）時，散葉生菜的地上生物量與其他各處理之間存在顯著差異（P<0.05）。

3 討論

3.1 土壤中重金屬Ni和Pb對散葉生菜種子萌發(fā)的影響

發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)是表征種子萌發(fā)能力的重要參數(shù)[10]。工業(yè)“三廢”的不合理排放，農(nóng)藥、化肥的不合理使用等容易造成土壤重金屬含量超標(biāo)，對蔬菜生產(chǎn)造成影響。在散葉生菜種子萌發(fā)過程中，與空白對照相比，當(dāng)土壤中的鎳含量為6.25 mg/kg時，種子的萌發(fā)過程受到抑制。當(dāng)鎳含量大于12.54 mg/kg時，萌發(fā)過程受到抑制，發(fā)芽率降低，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)下降。陳丁紅[11]對于種子發(fā)芽勢對作物田間出苗率的重要性的研究表明，當(dāng)濃度大于75.08 mg/kg時，甚至還會出現(xiàn)絕收等現(xiàn)象。該研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉛濃度低于2.58 mg/kg時，對散葉生菜的萌發(fā)過程（發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)）具有一定的促進(jìn)作用。鉛濃度超過5.15 mg/kg時，對種子萌發(fā)過程產(chǎn)生影響，但抑制性較低，超過10.30 mg/kg時會對種子萌發(fā)產(chǎn)生明顯的抑制性作用。

47卷21期李樂樂等 重金屬鎳和鉛處理對散葉生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

3.2 土壤中重金屬Ni和Pb對散葉生菜幼苗生長的影響

不同品種蔬菜對不同重金屬吸附累積能力也各不相同。該試驗(yàn)表明植物在吸收重金屬的過程中，鎳和鉛對蔬菜種子萌發(fā)、鮮重影響中，對種子萌發(fā)過程影響最小。對植物生長發(fā)育而言，幼苗生長時期對重金屬毒性更為敏感，而根對外界變化最為顯著，主要是因?yàn)橹参锔凳俏?、運(yùn)輸水分和各種養(yǎng)分的主要器官，是植株最早接觸到重金屬的部位[12]。當(dāng)植物根系吸收重金屬不斷積累達(dá)到一定量后，對植物根系生長造成影響[8]。過量的重金屬會阻礙植物葉綠素的合成與分解，降低細(xì)胞內(nèi)葉綠素的含量，對幼苗生長初期正常的光合作用造成損害[13]。該試驗(yàn)表明一定濃度的重金屬Ni（6.25 mg/kg）和Pb（2.58和5.15 mg/kg）可以促進(jìn)散葉生菜地上生物量的積累。魯艷等[14]利用鎳脅迫對7種旱生植物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響研究鎳對幼苗生長產(chǎn)生抑制作用，而且濃度越高，抑制作用就越明顯，這與該研究的結(jié)論基本一致。

土壤中過量的重金屬鎳和鉛能夠抑制散葉生菜種子萌發(fā)和幼苗生長，同時也會影響產(chǎn)量和人體健康。因此，在設(shè)施蔬菜種植過程中需要嚴(yán)格控制鎳和鉛等重金屬的含量，建立長期有效的監(jiān)測預(yù)警機(jī)制，同時對于已產(chǎn)生毒害效果的蔬菜采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，減輕損失，降低風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）低濃度的Ni處理（6.25 mg/kg）對于散葉生菜的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均起促進(jìn)作用，當(dāng)濃度增高為12.50～75.00 mg/kg，則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔?，且濃?>75.00 mg/kg時抑制作用更明顯，甚至出現(xiàn)絕收的現(xiàn)象。

（2）當(dāng)土壤Pb含量為2.58～10.30 mg/kg時，可以促進(jìn)其萌發(fā)過程。當(dāng)濃度為31.02～51.49 mg/kg時，萌發(fā)受到明顯的抑制作用。同時重金屬Ni對散葉生菜生長狀況的影響程度要大于Pb。

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