熊晶華，章潔瓊，陳 弘，張 超，常莉麗

(1.貴州師范大學(xué)，貴陽 550025；2.貴州省農(nóng)作物技術(shù)推廣總站，貴陽 550001)

隨著工業(yè)與科技的不斷發(fā)展，數(shù)量龐大的工廠所產(chǎn)生的“三廢”、汽車尾氣的排放、工業(yè)冶煉、化石燃料的燃燒、農(nóng)業(yè)上化肥的使用和污水灌溉等人為活動(dòng)都是導(dǎo)致重金屬污染加劇的原因[1-3]。農(nóng)田土壤安全問題與人類糧食生產(chǎn)安全問題息息相關(guān)，因此土壤污染問題成為了全人類都廣泛關(guān)注的、極為重要的問題之一[4]。蔬菜含有豐富的營養(yǎng)元素，是人類必不可少的食物，但由于土壤受到了嚴(yán)重的重金屬污染，致使蔬菜植株內(nèi)重金屬的富集，而可食用部分重金屬富集的情況更為嚴(yán)重[5]。重金屬含量超標(biāo)的蔬菜供給人類食用后，重金屬會經(jīng)過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)對人體健康造成危害[6]。已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬污染情況中受Cd的污染最為嚴(yán)重，其次是Pb[7]。Cd、Pb都是植物生長的非必需元素，Cd是毒性最強(qiáng)的金屬元素之一，具有致癌作用，對人體危害甚大。Pb的毒性較強(qiáng)且具有蓄積性[8]，能夠引各種生理異常。隨著土壤中重金屬污染問題的日益加劇，在受重金屬污染的土壤中篩選Pb、Cd低累積蔬菜品種具有重要意義[9]。

莧菜(AmaranthustricolorL.)原產(chǎn)自我國，在我國南北部都有栽培，尤其在長江流域普遍栽培[10]。莧菜可藥食兩用,具有豐富的營養(yǎng)和藥用價(jià)值[11]。油麥菜(Lactucasativavarlongifoliaf.Lam)是菊科萵苣屬的一種苦荬菜，具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，是易于栽培益于食用的一種天然無公害的“綠色蔬菜”[12]。菜心(BrassicacampestrisL.ssp.chinensisvar.utilis Tsen et Lee)又名白菜薹，水白菜花，是華南地區(qū)栽培的特產(chǎn)蔬菜之一，營養(yǎng)豐富具有非常高的食用價(jià)值[13]。本實(shí)驗(yàn)采用四季抗熱甜脆油麥17號、80天粗條菜心、白圓莧菜為研究材料，對重金屬Pb、Cd及其復(fù)合物的脅迫對葉菜種子萌發(fā)的影響進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料：四季抗熱甜脆油麥17號、80天粗條菜心、白圓莧菜，試驗(yàn)試劑：0.1%次氯酸鈉、無水氯化鉛、無水氯化鎘、蒸餾水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選大小一致、健康飽滿的3種葉菜種子，用濃度為1%的次氯酸鈉分別消毒，后用蒸餾水將葉菜種子清洗3～4次，以每皿50粒的數(shù)量將3種葉菜種子分別置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中，用無水氯化鉛、無水氯化鎘分別配制出濃度分別為10.0、20.0、50.0、100.0、200.0 mg/L的Pb單一溶液，濃度為0.5、5.0、15.0、50.0、100.0 mg/L的Cd單一溶液處理以及濃度為(0.5+10.0)、(5.0+20.0)、(15.0+50.0)、(50.0+100)、(100+200)mg/L的復(fù)合溶液，溶液配制完成后分別倒入培養(yǎng)皿中，每個(gè)處理3次重復(fù)(用馬克筆在培養(yǎng)皿上做好標(biāo)記以便記錄)，以蒸餾水處理為對照。最后將處理完成后的種子放在溫度24 ℃，光照時(shí)間24 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。從24 h后開始記錄種子的萌發(fā)數(shù)(以胚根突破種皮為標(biāo)準(zhǔn)，記錄露白粒數(shù))，直到第7天。萌發(fā)第3天記算發(fā)芽勢，萌發(fā)第7天計(jì)算發(fā)芽率。

1.2.2種子萌發(fā)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)

種子萌發(fā)特性分析軟件包GERMINATOR中的方法[14]，用以下6個(gè)萌發(fā)參數(shù)來衡量種子發(fā)芽特性：

3 d發(fā)芽勢(%)=(2 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/每皿總種子數(shù))×100%；

7 d發(fā)芽率(%)=(4 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/每皿總種子數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為萌發(fā)的第t天；

AUC(發(fā)芽曲線下面積)：將1～7 d的值連接起來，看覆蓋的面積，作為生活力指標(biāo)；

T 50：發(fā)芽率達(dá)到50%所需要的時(shí)間；

U 7525：發(fā)芽一致性，即25%～75%發(fā)芽所需的時(shí)間。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。運(yùn)用R 3.6.3統(tǒng)計(jì)軟件基于離差平方和法(Ward)的聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb、Cd及其復(fù)合脅迫對葉菜種子萌發(fā)的影響

Pb、Cd及其復(fù)合脅迫對葉菜種子萌發(fā)的影響見圖1～圖3。

2.2 葉菜種子萌發(fā)參數(shù)相關(guān)性分析

通過表1～表3萌發(fā)參數(shù)Pearson相關(guān)性分析可知，在重金屬Pb脅迫下，葉菜種子萌發(fā)參數(shù)中有3個(gè)參數(shù)間表現(xiàn)出相關(guān)，其中發(fā)芽率與發(fā)芽勢在0.01水平上呈顯著相關(guān)，AUC與發(fā)芽勢在0.05水平上也呈顯著相關(guān)，并且這3種萌發(fā)參數(shù)之間的關(guān)系為正相關(guān)；在Cd脅迫下，除了T 50以外，其他4個(gè)萌發(fā)參數(shù)間表現(xiàn)相關(guān)，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和AUC四個(gè)萌發(fā)指數(shù)均在0.01水平上呈顯著相關(guān)，并且4個(gè)萌發(fā)參數(shù)之間的關(guān)系為正相關(guān)；在Pb、Cd復(fù)合脅迫下，萌發(fā)參數(shù)除了T 50之外，其他4個(gè)萌發(fā)參數(shù)之間呈顯著相關(guān)，其中發(fā)芽勢與發(fā)芽率在0.01水平上顯著相關(guān)，發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽勢、發(fā)芽率在0.05水平上顯著相關(guān)，AUC與發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)在0.01水平上顯著相關(guān)，并且相關(guān)的萌發(fā)參數(shù)間的關(guān)系都是正相關(guān)。

表1 Pb脅迫下蔬菜種子萌發(fā)參數(shù)的相關(guān)系分析

表3 Pb、Cd復(fù)合脅迫下蔬菜種子萌發(fā)參數(shù)的相關(guān)系分析

2.3 葉菜種子極端種質(zhì)的初步篩選

綜合葉菜種子的萌發(fā)參數(shù)對3種蔬菜種質(zhì)進(jìn)行聚類分析，并對不同類群的萌發(fā)參數(shù)進(jìn)行分析(表4)。對在Pb脅迫萌發(fā)下將種質(zhì)劃分成3個(gè)大的類群(圖4)，3個(gè)類群間的6個(gè)萌發(fā)參數(shù)(發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、AUC、T 50、U 7525)均存在差異，其中Pb-Ⅱ群種受Cd影響現(xiàn)象較明顯，與對照相比，Pb-Ⅱ在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、AUC上均有顯著降低。在Cd脅迫萌發(fā)時(shí)也將種質(zhì)劃分成3個(gè)大類群(圖5)，3個(gè)不同類群間發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、AUC、T 50、u 7525也都存在差異，類群Cd-Ⅲ的6個(gè)萌發(fā)參數(shù)數(shù)值均低于其他兩個(gè)類群。Pb、Cd復(fù)合脅迫時(shí)，同樣將種質(zhì)分為三大類群(圖6)，如表4所示，F(xiàn)-Ⅱ受復(fù)合脅迫影響較大，該類群的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、AUC均呈現(xiàn)出顯著降低。

表4 不同重金屬脅迫處理下葉菜種質(zhì)聚類分析和萌發(fā)參數(shù)的差異分析

表5 編號說明

3 討 論

因蔬菜的生長容易受重金屬的污染，所以重金屬對蔬菜生長影響的研究是非常有意義的。在過去也有不少學(xué)者涉及此類研究[15-19]。在對植物生長研究中發(fā)現(xiàn)，在植物種子萌發(fā)的初階段，對萌發(fā)環(huán)境較為敏感，易受重金屬干擾，導(dǎo)致種子萌發(fā)產(chǎn)生異常甚至基因突變[20]。

3.1 重金屬鉛、鎘及其復(fù)合物脅迫對種子萌發(fā)的影響

本研究表明重金屬Pb單一脅迫時(shí)，在低濃度(10.0、20.0 mg/L)表現(xiàn)出較明顯的促進(jìn)作用，隨著濃度增高對種子萌發(fā)的影響變得不顯著，最后在最高濃度(200.0 mg/L)時(shí)種子的萌發(fā)參數(shù)明顯降低，表現(xiàn)出較明顯的抑制作用。在重金屬Cd單一脅迫中，濃度為0.5 mg/L時(shí)葉菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率較對照略微提高，說明低濃度的Cd對葉菜種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)激活作用，從濃度升高至5.0 mg/L開始，隨著鎘離子溶液的濃度增高，種子的萌發(fā)受到抑制作用愈發(fā)明顯，在100 mg/L濃度下萌發(fā)率達(dá)到最低。與Pb脅迫相比較，相同濃度下Cd對葉菜種子萌發(fā)的抑制作用更明顯。重金屬復(fù)合脅迫中也表現(xiàn)出低促高抑的影響，但較單一脅迫相比，復(fù)合脅迫對葉菜種子的影響比Pb大，比Cd小。從總體看，Pb、Cd對葉菜種子萌發(fā)的影響為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制，此結(jié)果與季麗英調(diào)幅等[21]，徐芬芬等[22]，劉俊華等[23]，曾維超等[24]的研究結(jié)果相似。

3.2 基于復(fù)合萌發(fā)參數(shù)對極端種質(zhì)篩選

為了解Pb、Cd及其復(fù)合物對葉菜種子影響，基于種子萌發(fā)的6個(gè)參數(shù)指標(biāo)，將3種葉菜種子在5種濃度梯度脅迫萌發(fā)下進(jìn)行聚類分析，從類群間的方差分析得出，Pb-Ⅱ在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、AUC上均有顯著降低；Cd-Ⅲ的6個(gè)萌發(fā)參數(shù)數(shù)值較其他2個(gè)類群相比更低；F-Ⅱ類群的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、AUC均呈現(xiàn)出顯著降低。此3個(gè)類群對重金屬脅迫敏感，不適宜在受Pb、Cd污染的地區(qū)種植。