史沉魚，曾小婷

（河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西宜州 546300）

21 世紀(jì)以來(lái)，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，大自然中遺留有許許多多的重金屬(如Al、Pb 等)，這些重金屬既有植物進(jìn)行正常生理活動(dòng)的必須微量元素，也有非必須元素。隨著全球經(jīng)濟(jì)及各個(gè)不同行業(yè)的高速發(fā)展，如交通運(yùn)輸業(yè)、重工業(yè)等的提升，或者人為因素使農(nóng)林業(yè)遭到大量的破壞和摧毀等，在我國(guó)產(chǎn)生的真實(shí)重金屬污染鉛，面積大約20000000hm2[1]。據(jù)資料顯示，重金屬包括汞、鎘、鉛、砷，微弱毒害性金屬元素也一樣屬于重金屬，金屬As 因其化學(xué)性質(zhì)和毒害性等都與重金屬的性質(zhì)相類似，也歸為重金屬[2]，而每年由于重金屬污染削減約10 萬(wàn)t 糧食，損失人民幣達(dá)到200 億元以上[3]，而鉛（Pb）在大自然環(huán)境中屬于持久性的污染物[4]，是土壤累積率最高的元素[5-6]，重金屬鉛污染還可以隨著介質(zhì)移動(dòng)，因?yàn)橥寥乐写蠖鄶?shù)的微生物不能降解該重金屬，從而人們的健康會(huì)受到多數(shù)重金屬直接或間接的影響[7]，由此可見(jiàn)，當(dāng)今高含量的鉛對(duì)植物的生長(zhǎng)影響非常嚴(yán)重。

黃瓜（Cucumis sadvus L.）作為家喻戶曉的蔬菜，是我國(guó)發(fā)展蔬菜栽培的主要產(chǎn)品種類之一[8]，在人們的生活中必不可少。近年來(lái)，園藝類行業(yè)不斷發(fā)展，黃瓜產(chǎn)業(yè)逐漸成為周年供應(yīng)的生產(chǎn)模式[9]，其幼苗的生長(zhǎng)影響最終產(chǎn)量，而高濃度的重金屬鉛抑制黃瓜幼苗的生長(zhǎng)，低濃度時(shí)作用相反[10]，其生長(zhǎng)會(huì)受到重金屬積累的影響。農(nóng)作物肥料的類型一般有化學(xué)肥料、農(nóng)家肥、飼料發(fā)酵、沼氣發(fā)酵等[11-14]，在我國(guó)眾多的有機(jī)肥中，雞糞具有易獲得、成本較低、施用便捷的特點(diǎn)，施用雞糞肥料可提高土壤中有機(jī)物的含量[15]，改良土壤性質(zhì)，使植物在生長(zhǎng)過(guò)程中得到充足的養(yǎng)分，提高生產(chǎn)品質(zhì)。雞糞肥作為農(nóng)家肥中用量之最，其Pb 含量處于較低水平[16]，雖然重金屬含量不高，但是盲目施用糞肥將會(huì)弊多利少[17]。適當(dāng)施用有機(jī)肥料，能提高土壤中的礦質(zhì)元素含量和緩沖能力等，還能降低土壤的微生物含量[18]，當(dāng)前有學(xué)者研究表明，適量的雞糞施用量可增加辣椒的可溶性蛋白含量、維生素C 含量以及可溶性糖含量，對(duì)土壤性質(zhì)也起到改良作用[19]，除此之外，正確施用雞糞肥還能改良土壤的酸性，降低黑麥草對(duì)Pb 的積累[20]，有效提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。雞糞肥料化的關(guān)鍵在于糞肥的無(wú)害化處理，可更大程度地利用資源，減少浪費(fèi)。本研究采用0g/kg、20g/kg、40 g/kg、60 g/kg、80g/kg 和100g/kg 消毒干雞糞肥混土，種植400mg/L 的重金屬Pb 污染的果香水果黃瓜種子，研究其對(duì)種子和幼苗的生長(zhǎng)影響，探究施用糞肥對(duì)重工業(yè)金屬環(huán)境污染下土壤的改良和植物的抗逆性，對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量和安全水平具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

果香水果黃瓜種子，購(gòu)于宜州城北種子市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)定果香水果黃瓜最適醋酸鉛含量的脅迫濃度。選取外形飽滿、生長(zhǎng)均勻的果香水果黃瓜種子若干，55℃蒸餾水浸種15 min，再換為30℃蒸餾水中浸泡6～ 8h，用0.1%HgCl2消毒3min，用無(wú)菌水沖洗干凈，吸水紙吸去表面水分。從中挑選完好且大小一致的種子20 粒，分別用不同濃度的醋酸鉛溶液浸種，每皿溶液大約5mL，不超過(guò)種子的1/3，覆蓋濾紙。共設(shè)6 個(gè)處理，重復(fù)3 次，每天更換處理液并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，以胚根長(zhǎng)≥1/2 種長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，第3d 測(cè)量發(fā)芽勢(shì)，種植前測(cè)量發(fā)芽率（見(jiàn)表1）。

表1 不同處理的醋酸鉛溶液濃度

第4d 后將所有種子種植于裝有250g 土的塑料花盆中，每盆5 粒，每個(gè)濃度12 盆，共72 盆。25d 左右在每個(gè)濃度隨機(jī)選取30 株水果黃瓜幼苗測(cè)量各指標(biāo)，具體天數(shù)視真葉情況而定，根據(jù)各指標(biāo)的顯著差異選出重金屬Pb 的最適脅迫濃度(指標(biāo)：根長(zhǎng)、株高、單葉面積、單株葉面積、真葉數(shù))。

1.2.2 測(cè)定最適雞糞肥的含量。試驗(yàn)選用規(guī)格長(zhǎng)×寬×高為10cm×7cm×8.5cm 的花盆，共設(shè)6 個(gè)處理，每處理3 盆，每盆5 株苗，重復(fù)6 次，共計(jì)108 盆。消毒干雞糞添加含量為0（對(duì)照）、20、40、60、80 以及100g/kg。

將土壤與各種添加量的消毒干雞糞混合均勻裝入塑料花盆中，每盆凈重250g，隨機(jī)排列于實(shí)驗(yàn)室架子上。土壤經(jīng)吸附沉淀10d 后進(jìn)行播種，每盆播種5 粒（此處種子經(jīng)過(guò)400mg/L 醋酸鉛溶液浸種），每天用稱重法加入去離子水補(bǔ)充水分，不添加多余的物質(zhì)。果香水果黃瓜種植35d 后隨機(jī)選擇各處理中的3 個(gè)重復(fù)，測(cè)定水果黃瓜的生長(zhǎng)指標(biāo)，以及葉片的葉綠素相對(duì)含量、可溶性糖含量、葉片可溶性蛋白含量；每個(gè)指標(biāo)至少重復(fù)測(cè)量10 次，最后以平均數(shù)記錄其顯著差異。采用丙酮提取方法測(cè)定葉綠素含量[21]，采用蒽酮顯色法測(cè)定可溶性糖含量[22]，用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定可溶性蛋白[23]。

1.2.3 種植環(huán)境。(1)雞糞為東臺(tái)市旺德福肥料有限公司生產(chǎn)的消毒發(fā)酵干雞糞肥；（2) 種植器皿規(guī)格：10 cm×7cm×8.5cm；（3)土壤理化性：pH 值7，偏堿性，內(nèi)含腐葉土、酒糟、椰糠、珍珠巖和蛭石；（4)溫度條件：室溫26℃；（5)光照條件：每天7：00-19：00 給予光照12 h，光照強(qiáng)度為750Lux。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb 脅迫下果香水果黃瓜幼苗的生長(zhǎng)分析

2.1.1 重金屬Pb 對(duì)種子萌發(fā)的影響。由表2 可知，當(dāng)Pb 濃度≥200mg/L 時(shí)，其對(duì)應(yīng)的溶液都可顯著抑制果香水果黃瓜的種子發(fā)芽勢(shì)；在大于200mg/L 的鉛溶液浸種下，果香水果黃瓜的平均發(fā)芽率顯著下降；與對(duì)照組相比，400mg/L 的鉛溶液浸種后，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均達(dá)到顯著差異；因此本試驗(yàn)后續(xù)處理選用鉛脅迫濃度為400mg/L。

表2 Pb 對(duì)黃瓜種子萌發(fā)影響

2.1.2 重金屬Pb 對(duì)幼苗外形的影響。生物生長(zhǎng)的抑制或促進(jìn)，以及外觀形態(tài)變化是外界脅迫下最明顯可見(jiàn)的癥狀之一[24-25]，根作為受不良外界環(huán)境毒害的第一部位，是非常好的測(cè)量指標(biāo)。由表3 可知，與對(duì)照相比，施用一定濃度的Pb 溶液處理，可引起黃瓜幼苗的根長(zhǎng)和株高均呈現(xiàn)顯著差異(P ＜0.05)，在500mg/L 濃度的鉛溶液下，平均根長(zhǎng)和平均株高分別為2.12cm 和4.29cm，達(dá)到最小值；當(dāng)鉛溶液濃度為400mg/L 時(shí)，根長(zhǎng)和株高的抑制明顯。

表3 Pb 對(duì)黃瓜幼苗外觀的影響

比較不同鉛溶液濃度浸種后的幼苗單葉面積和單株葉面積，當(dāng)Pb 溶液濃度為0mg/L 時(shí)，單葉面積和單株葉面積分別為10.45cm2、15.77cm2，當(dāng)濃度持續(xù)增加至200mg/L 時(shí)，與對(duì)照組（濃度為0mg/L）之間不存在顯著差異，單株葉面積不因添加Pb 而受到影響；持續(xù)增加Pb 濃度達(dá)400mg/L 時(shí)，單株葉面積為最低值；在400mg/L 的鉛濃度處理下真葉數(shù)目明顯被抑制，葉片的數(shù)目一旦呈現(xiàn)顯著性減少，將會(huì)對(duì)其本身的生理功能造成一定的影響。

2.2 消毒干雞糞肥對(duì)Pb 脅迫的修復(fù)效應(yīng)

2.2.1 消毒干雞糞肥對(duì)植物外觀的效應(yīng)。由表4 可知，添加不同濃度的消毒干雞糞肥，對(duì)株高的促進(jìn)作用均不明顯。當(dāng)消毒干雞糞施用量為80g/kg 時(shí)，單葉面積顯著增大，為8.80cm2，與添加量為0 的植株單葉面積差異顯著(P ＜0.05)，施用一定量的消毒干雞糞肥會(huì)對(duì)植物起到促進(jìn)葉片面積增長(zhǎng)的作用。

表4 消毒干雞糞對(duì)幼苗外觀的影響

2.2.2 消毒干雞糞對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響。光合作用必不可少的就是葉綠素，能量轉(zhuǎn)換具有吸收效應(yīng)，其含量可影響光合作用的光合效率，進(jìn)一步控制植物體內(nèi)能量物質(zhì)的多少等[26]。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加一定量的消毒干雞糞肥，隨濃度的升高，總?cè)~綠素含量總體呈上升趨勢(shì)，當(dāng)消毒干雞糞添加量超過(guò)80g/kg 時(shí)，與對(duì)照相比，葉綠素a，葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量均表現(xiàn)出顯著差異(P ＜0.05)，在80 g/kg 和100g/kg 時(shí)達(dá)道最高（見(jiàn)圖1-A）。即在本試驗(yàn)中，當(dāng)消毒干雞糞添加量為80g/kg 時(shí)，就既能促進(jìn)葉綠素a 的合成，又能增加葉綠素b 的含量，使葉綠素總含量達(dá)最高值，表現(xiàn)出顯著差異(P＜0.05)。當(dāng)添加一定濃度的消毒干雞糞施添加量時(shí)，果香水果黃瓜幼苗的葉片的可溶性糖含量與對(duì)照組有不同程度的降低（見(jiàn)圖1-B），當(dāng)施用量高于40g/kg時(shí)，黃瓜幼苗葉片的可溶性糖含量和對(duì)照組之間顯著差異，總之，添加消毒干雞糞并可引起黃瓜幼苗可溶性糖含量降低?？扇苄缘鞍缀康拇笮Q定植物葉片的功能和衰老，具有調(diào)節(jié)和提供營(yíng)養(yǎng)的功能，可提高細(xì)胞的保水能力，對(duì)細(xì)胞膜也可起到支持和保護(hù)作用，免受活氧的傷害[27]，探究果香水果黃瓜的可溶性蛋白含量能較快了解其特性。由圖1-C 可知，與對(duì)照相比，添加一定濃度的消毒干雞糞施添加量時(shí)，均能引起黃瓜葉片的可溶性蛋白含量升高，當(dāng)消毒干雞糞添加量大于80g/kg的時(shí)，可溶性含量超過(guò)0.54mg/g。

圖1 雞糞對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響

3 討論

目前關(guān)于施用消毒干雞糞肥對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的研究主要為微生物發(fā)酵、微生物降解技術(shù)、沼氣發(fā)酵以及畜牧業(yè)，還有的是分析研究各地不同雞糞肥的含量，有關(guān)雞糞肥是否對(duì)種植于重金屬污染土壤的植物有修復(fù)作用的研究較少，薛同宣等[28]用無(wú)抗養(yǎng)殖雞糞與化肥混施研究了玉米的生長(zhǎng)，研究表明，40%無(wú)抗養(yǎng)殖雞糞與60%化肥一起施用效果最好。在湘西地區(qū)常用發(fā)酵雞糞堆肥，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，對(duì)于該地需求量高的黑麥草種植而言，施用發(fā)酵雞糞能更有效地降低其對(duì)Pb 積累，施用發(fā)酵雞糞對(duì)土壤堿性磷酸酶活性、脫氫酶活性和脲酶活性有顯著的促進(jìn)作用等[29]。植物的各項(xiàng)指標(biāo)能有效表示該地土壤的存在問(wèn)題，重金屬污染植物的修復(fù)問(wèn)題正在進(jìn)一步收到重視。

在本試驗(yàn)中，以果香水果（Cucumis sadvus L.）為試驗(yàn)材料，醋酸鉛的濃度代表重金屬Pb 的污染程度，消毒干雞糞肥作為“修復(fù)劑”，研究不同濃度的消毒干雞糞混土后，對(duì)最適Pb 脅迫下果香水果黃瓜幼苗的生長(zhǎng)影響，預(yù)試驗(yàn)后的研究結(jié)果表明，0mg/L、100mg/L、200 mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L 濃度的Pb 溶液對(duì)果香水果黃瓜的種子和幼苗都不同程度的影響，隨著Pb濃度的增加，其發(fā)芽勢(shì)，發(fā)芽率，株高，葉面積等整體呈下降趨勢(shì)。已有研究表明，鉛脅迫對(duì)水果黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響可從幼苗根長(zhǎng)、株高、葉片面積上反應(yīng)出來(lái)[30]，與本實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果還顯示，400 mg/L 的鉛濃度脅迫對(duì)幼苗的生長(zhǎng)變化表現(xiàn)出較明顯抑制效應(yīng)。隨著消毒干雞糞的添加量增加，不影響果香水果黃瓜的株高，但單葉面積和單株葉面積呈逐漸增加的趨勢(shì)，添加量為80g/kg 時(shí)葉面積達(dá)到最大。

消毒干雞糞肥的使用對(duì)水果黃瓜幼苗的生理特性的影響主要體現(xiàn)在水果黃瓜幼苗可溶性蛋白的含量[30]、葉綠素含量以及可溶性糖的含量。在探究葉綠素含量的試驗(yàn)中，和對(duì)照相比，在消毒干雞糞添加量高于80g/kg后，葉綠素的合成具有促進(jìn)作用，使葉綠素總含量達(dá)最大值，分析葉綠素含量升高原因，可能是施加適量的消毒干雞糞肥能促進(jìn)相關(guān)酶作用，加速葉綠素前體的合成，促進(jìn)葉綠素合成，從而增加了葉綠素含量。

已有研究表明，可溶性糖不僅是植物代謝的重要產(chǎn)物之一，它還作為植物感知信號(hào)與Ca2+調(diào)節(jié)的蛋白激酶參與不同途徑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，其含量的高低也影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)研究表明，消毒干雞糞肥能引起黃瓜幼苗葉片可溶性糖含量的降低，這與閆艷華等[31]的研究結(jié)果一致。在消毒干雞糞肥添加量濃度高于80g/kg 時(shí)，果香水果黃瓜可溶性蛋白含量與對(duì)照組差異顯著。分析產(chǎn)生以上結(jié)果的原因可能是可溶性蛋白的增加和積累能提高細(xì)胞的保水能力，對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用，從而通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)可溶性糖的含量。推測(cè)原因可能是該濃度下雞糞改善土壤肥力效果佳，其含有的養(yǎng)分豐富，不僅能夠?yàn)楣闼S瓜提供養(yǎng)分來(lái)源，還可以提高土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加微生物的活動(dòng)，為其生長(zhǎng)提供了良好的土壤環(huán)境，從而促進(jìn)水果黃瓜的生長(zhǎng)，對(duì)吸收的重金屬產(chǎn)生“稀釋效應(yīng)”[32]，減輕重金屬Pb 脅迫，但消毒干雞糞肥對(duì)果香水果黃瓜的具體影響機(jī)制有待研究，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用需進(jìn)一步挖掘。

4 結(jié)論

在探究果香水果黃瓜最適脅迫濃度時(shí)，400mg/L 的鉛濃度溶液能顯著抑制種子的發(fā)芽、幼苗的根長(zhǎng)、株高、真葉數(shù)目、葉片面積，水果黃瓜幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)影響光合作用以及蛋白質(zhì)的合成等；添加消毒干雞糞后，不同濃度對(duì)果香水果黃瓜的株高沒(méi)有影響；隨著消毒干雞糞混合土壤的濃度升高，黃瓜幼苗葉片葉面積，葉綠素含量、可溶性蛋白含量總題呈上升趨勢(shì)，葉片可溶性糖的含量有降低趨勢(shì)。其中80g/kg 的添加量即能有效促進(jìn)幼苗本身的生理生長(zhǎng)，也能引起葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的顯著變化以緩解逆境脅迫引起的損傷。因此，添加一定量的消毒干雞糞對(duì)重金屬Pb 脅迫下的果香水果黃瓜生長(zhǎng)和生理功能起到修復(fù)作用，為糞肥對(duì)重工業(yè)金屬環(huán)境污染下土壤的改良和植物的抗逆性，對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量和安全水平具有重要意義。