刘健晖１，２，蒋伍玖２，周东升１，曹丽敏１，任永霞３
（１．衡阳师范学院生命科学系，湖南 衡阳 ４２１００８；２．功能金属有机材料湖南省普通高校重点实验室，湖南 衡阳 ４２１００８；
３．宁乡县环境保护局， 湖南 宁乡 ４１０６００）
摘要：以莴苣（Ｌａｃｔｕｃａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）种子为材料，采用水培方法研究了重金属Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明，低浓度（１０ ｍｇ／Ｌ）的Ｃｕ能促进莴苣种子萌发和幼苗生长，在高浓度时对莴苣生长有抑制作用。Ｃｒ对莴苣种子萌发和幼苗生长表现出的抑制作用最为明显，且随其浓度的升高，抑制作用急剧上升。Ｐｂ对莴苣种子萌发有延迟作用，对幼苗生长抑制作用明显。经３种不同重金属处理后的莴苣种子，幼苗根长、芽长随着重金属浓度的增加而降低（10 mg/L Cu处理除外），３种重金属对其毒害作用从大到小的顺序为Cr、Pb、Cu。
关键字：莴苣（Ｌａｃｔｕｃａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）；重金属；种子萌发；幼苗生长
中图分类号：Ｓ６３６．２；Ｑ９４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０１－００90－０4
ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０１．０23
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌｓ ｏｎ Ｓｅｅｄｌｉｎｇ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｓｅｅｄ Ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｅｔｔｕｃｅ Ｓｅｅｄｓ
ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｈｕｉ１，２，ＪＩＡＮＧ Ｗｕ－ｊｉｕ２，ＺＨＯＵ Ｄｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ１，ＣＡＯ Ｌｉ－ｍｉｎ１，ＲＥＮ Ｙｏｎｇ－ｘｉａ３
（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｈｅｎｇｙａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈｅｎｇｙａｎｇ ４２１００８， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ；
２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｈｅｎｇｙａｎｇ ４２１００８， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ；
３． Ｎｉｎｇｘｉａｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ， Ｎｉｎｇｘｉａｎｇ ４１０６００， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｌｅｔｔｕｃｅ ｓｅｅｄｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ Ｃｕ， Ｃｒ ａｎｄ Ｐｂ ｏｎ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ with ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ （10 ｍｇ／Ｌ） ｏｆ Ｃｕ ｐｒｏｍｏｔｅd ｌｅｔｔｕｃｅ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ and ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ． Ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｃｕ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｌｅｔｔｕｃｅ． Ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｒ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｏｂｖｉｏｕｓ. With ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ increased ｓｈａｒｐｌｙ． Ｐｂ ｈａｄ ａ ｄｅｌａｙｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｌｅｔｔｕｃｅ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ. Tｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ． Ｔｈｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ of ｓｅｅｄｌｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ of ｓｈｏｏｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓａｌｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ（except the treatment of 10 mg/L Cu）． Tｈｅ ｔｏｘｉｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｓａｌｔｓ ｗａｓ in order of Ｃｒ＞Ｐｂ＞Ｃｕ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｌａｃｔｕｃａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ； ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ
收稿日期：２０１４－０５－１５
基金项目：国家自然科学基金项目（３１２０１７５０）；功能金属有机材料湖南省普通高校重点实验室开放基金资助项目（１３Ｋ０８）；
衡阳师范学院自然科学产学研合作类项目（14CXYY04）
作者简介：刘健晖（１９７９－），男，湖南衡阳人，讲师，硕士，主要从事植物生理生态学研究，（电话）１３８７５７８５０６６（电子信箱）ｌｉｕｊｉａｎｈｕｉｌｉｕ＠１６３．ｃｏｍ。
近年来，重金属污染问题日益加剧，铜、铬、铅作为主要的重金属污染成分已被国内外广泛关注［１－４］。铜是植物生长发育必需的营养元素之一，但过量的铜会抑制植物光合作用，且引发叶色失绿，从而抑制植株生长［５－７］。铬有强氧化性，是环境污染中的“五毒”元素之一，其在土壤中存在三价和六价２种，六价铬比三价铬毒性高１００倍，且易被人体吸收且在体内蓄积［８，９］。铅是常见的有毒元素，它阻碍植物生长发育，主要表现在叶片表面的黄化、枯萎和植株的矮小，从而降低作物产量和质量［１０］。
莴苣（Ｌａｃｔｕｃａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）为菊科一年生或二年生草本植物，其营养价值高，含丰富的钙、磷、铁，亦含维生素Ａ原、ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＣ、尼克酸、糖类及微量元素和食物纤维等。莴苣在中国栽培面积大，是深受大家喜欢的蔬菜。莴苣有增加产乳量、利尿治水肿、增进骨骼发育、白牙齿明眼目等作用［１１］。试验以莴苣种子为材料，研究Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ三种重金属对莴苣种子萌发和幼苗生长的影响，以期为研究重金属对莴苣的毒害和治理重金属污染提供依据。
１ 材料与方法
１．１ 材料
供试莴苣种子为“意大利皇冠生菜”，购自衡阳蔬菜种子公司。
１．２ 方法
挑选均匀一致、色泽明亮的饱满种子用体积分数７０％的乙醇消毒３ ｍｉｎ，去离子水洗干净，最后用滤纸吸干水分。分别置于内铺２层滤纸、含有不同浓度重金属溶液、直径９ ｃｍ的培养皿中，每皿５０粒种子，于２５ ℃恒温培养箱内培养。每天喷去离子水，使培养皿内保持湿润，保证种子的正常发育。其中Ｃｕ以ＣｕＳＯ４、Ｃｒ以ＫＣｒ２Ｏ３、Ｐｂ以Ｐｂ（ＮＯ３）２的形式提供，浓度梯度设置为０、１０、５０、１００、１５０、２００ ｍｇ／Ｌ，每处理３次重复。每天观察和记录种子发芽情况。７ ｄ后计算总发芽率、发芽势和发芽指数。总发芽率（ＧＰ）＝７ ｄ已发芽的种子数／种子总数×１００％；发芽势（ＧＥ）＝发芽初期４ ｄ已发芽种子数的和／种子总数×１００％；发芽指数（ＧＩ）＝∑Ｇｔ／Ｄｔ，Ｄｔ为发芽时间（ｄ），Ｇｔ为与Ｄｔ相对应的每天发芽种子数。活力指数（ＶＩ）＝发芽指数（ＧＩ）×芽长（ｃｍ）。１４ ｄ时测定萌发幼苗的根长、芽长和胚芽重。
数据采用ＳＰＳＳ １９．０软件进行统计分析。
２ 结果与分析
２．１ 重金属Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣种子萌发的影响
２．１．１ Ｃｕ对莴苣种子萌发的影响 由表１可知，与对照相比，Ｃｕ处理浓度<１００ ｍｇ／Ｌ时，对莴苣种子发芽率、发芽势没有显著影响，且在浓度为１０ ｍｇ／Ｌ时表现出轻微的促进作用，发芽率升至８６．３％。当Ｃｕ处理浓度≥１５０ ｍｇ／Ｌ时，对莴苣种子萌发产生一定的抑制作用，且随着Ｃｕ浓度的升高，抑制作用更明显。Ｃｕ处理浓度在１５０、２００ ｍｇ／Ｌ时其发芽率分别降至７３．０％、５９．３％，与对照相比差异显著（Ｐ＜０．０５）。发芽势、发芽指数和活力指数也呈现与发芽率相同的趋势，即Ｃｕ处理浓度为１０ ｍｇ／Ｌ时表现为促进作用，而高浓度时则呈现抑制作用。这是由于莴苣种子在萌发过程中，主要依赖于种子内部的营养物质，对外源的其他物质的利用率较低；另外，由于种皮的保护作用，只有少量的Ｃｕ２＋进入种子，而Ｃｕ又是植物种子萌发必需的微量元素之一［１２］，因此，在试验设置的低浓度下对植物种子的萌发不具有毒害作用。
２．１．２ Ｃｒ对莴苣种子萌发的影响 由表１可知，与对照相比，当Ｃｒ处理浓度为１０ ｍｇ／Ｌ时，就表现出对莴苣种子萌发的抑制作用，其发芽率、发芽势下降幅度分别为１２．４、１１．７个百分点，与对照差异显著。随着Ｃｒ处理浓度的增加，莴苣种子的发芽率、发芽势均呈明显的下降趋势，与对照相比抑制作用显著。在Ｃｒ处理浓度≥１５０ ｍｇ／Ｌ时，与对照相比，其发芽率、发芽势降幅将近６０个百分点。发芽指数和活力指数也是随Ｃｒ浓度的升高而显著降低，且活力指数下降最明显。在Ｃｒ处理浓度为２００ ｍｇ／Ｌ时，其活力指数仅为３．４，为对照的３．５％。因此，随着Ｃｒ处理浓度的增加，Ｃｒ对莴苣种子萌发的抑制作用更加明显。
２．１．３ Ｐｂ对莴苣种子萌发的影响 由表１可以看出，与对照相比，Ｐｂ对莴苣种子发芽率的影响总体呈现出浓度≤５０ ｍｇ／Ｌ时促进，浓度≥１００ ｍｇ／Ｌ时出现抑制的现象。在１０、５０ ｍｇ／Ｌ的Ｐｂ处理浓度时，其发芽率均为８６．３％，与对照相比上升１．６个百分点，但差异不显著。随着Ｐｂ处理浓度的升高，对莴苣种子的萌发开始呈现出抑制作用。当Ｐｂ处理浓度上升至１５０、２００ ｍｇ／Ｌ时，发芽率分别下降至６７．７％、６５．７％，降幅明显，抑制作用显著。随着Ｐｂ处理浓度的增加，发芽指数和活力指数逐渐降低。Ｐｂ处理浓度为２００ ｍｇ／Ｌ时，发芽势、发芽指数和活力指数分别降至４０．３％、１８．４和１７．３，且均与对照差异显著。
与不同浓度Ｃｕ处理相比，相对于发芽率，不同浓度Ｐｂ处理莴苣种子的发芽势变化较大，说明Ｐｂ对莴苣种子萌发具有较强的延迟作用。３种重金属中，Ｃｒ对莴苣种子萌发的抑制作用最明显。
２．２ 重金属Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣幼苗生长的影响
２．２．１ 重金属Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣幼苗根长和芽长的影响 表２为不同浓度Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣根长、芽长的影响。从表２可以看出，除了Ｃｕ在１０ ｍｇ／Ｌ的浓度时有不明显的促进作用外，其他不同浓度的Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣幼苗的生长均有抑制作用，且与对照差异显著。Ｃｕ在５０、１００、１５０、２００ ｍｇ／Ｌ处理浓度时，其根长分别为对照的７９．４％、５１．０％、４８．１％、３１．４％，芽长分别为对照的９１．３％、８７．７％、８０．１％、６３．４％。Ｃｒ在不同处理浓度时，其根长分别为对照的８３．３％、７０．６％、３３．３％、２２．５％、１４．７％，芽长分别为对照的９１．４％、８９．７％、７０．４％、２５．５％、１６．９％。Ｐｂ在不同处理浓度时，其根长分别为对照的８４．３％、７０．６％、４１．２％、３４．３％、２２．５％，芽长分别为对照的８５．６％、７６．１％、６６．３％、６５．０％、３８．７％。从以上结果可知，根受到重金属的抑制程度高于芽。从表２中根毛的形态和发生描述可以看出，在高浓度的重金属处理下，莴苣幼苗根部受毒害状况比较严重。
从图１可以看出，莴苣幼苗根长变化明显，根的生长受到严重的抑制。在高浓度重金属处理下，有些幼苗几乎无法辨认根部。芽也有抑制现象，如子叶张开程度受到抑制，幼叶上出现黑黄的斑点等。幼苗生长过程中，吸收水分和溶液中重金属的主要是根，故毒害作用首先发生在根部。因此，在高浓度重金属处理下，其幼苗几乎只能看到子叶，根十分短小。从以上分析结果可以看出，重金属对莴苣幼苗根的抑制作用比对芽的抑制更加显著。其受毒害现象表现为根毛脱落，根尖萎缩发黑，且有些根呈现腐烂状态。
２．２．２ 重金属Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣幼苗鲜重的影响
１４ ｄ后，对经过不同浓度Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ处理的已萌发的莴苣幼苗称重，结果见图２。由图２可知，Ｃｕ处理浓度为１０ ｍｇ／Ｌ时，鲜重与对照无显著差异。在Ｃｕ浓度≥５０ ｍｇ／Ｌ的条件下，鲜重降幅显著。Ｃｒ、Ｐｂ胁迫下，在低浓度其鲜重与对照相比就差异显著，随着重金属浓度的升高鲜重逐渐降低。Ｃｒ、Ｐｂ处理在相同浓度下，对幼苗鲜重的影响无显著差异，但与同浓度的Ｃｕ处理以及对照比较，其幼苗鲜重降幅大，存在明显差异。说明Ｃｒ、Ｐｂ对莴苣幼苗的生长有严重的抑制作用，且两者相对于Ｃｕ胁迫作用更加明显。
３ 小结与讨论
从试验结果可以看出，Ｃｕ在低浓度下促进莴苣种子萌发，高浓度的情况下则抑制；Ｃｒ对莴苣种子萌发抑制作用最为明显，且随其浓度的升高，抑制作用急剧上升；Ｐｂ对莴苣种子萌发有延迟作用。Ｃｕ、Ｇｒ、Ｐｂ对幼苗生长均呈现抑制作用（10 mg/L Cu处理除外），且浓度越高抑制作用越明显。总体分析，3种重金属对莴苣的毒害作用从大到小为Ｃｒ、Ｐｂ、Ｃｕ；就重金属胁迫下莴苣各部分受毒害程度而言，根部大于芽。
菀丽霞等［１３］的研究表明，低浓度的Ｃｕ处理能促进油菜种子萌发、幼苗生长，而浓度≥１００ ｍｇ／Ｌ时对油菜生长有抑制作用，结果与本试验结果基本一致。王翰等［１４］的试验结果得出，Ｃｕ处理浓度变化并不影响萝卜种子萌发率，但对幼苗根长、根毛的生长都产生了一定的抑制作用；与试验中Ｃｕ对幼苗生长的影响结果相同，但其对种子发芽率的影响与试验结果不同，选材的不同应该是导致这种差异的原因。王丹等［１５］的研究得出Cr对小白菜种子萌发的影响；耿广东等［１６］研究得出Ｃｒ对竹叶菜种子萌发及幼苗生长都有抑制作用；康维钧等［１７］研究得出Ｃｒ胁迫对萝卜生长具有毒害作用。与该试验研究的Ｃｒ对莴苣种子抑制作用都具有相同趋势。张睿等［１８］研究得出低浓度Ｐｂ胁迫可提高苦荞种子的发芽率，随着Ｐｂ浓度的增加，其发芽率、发芽势逐渐降低，其结论与试验结果基本一致。
由以上可以得出，高浓度的Ｃｕ、Ｇｒ、Ｐｂ不仅对莴苣种子萌发及其幼苗生长有抑制作用，而且对其他的经济作物也具有极大的影响。因此，为提高经济作物的产量和质量，以及考虑到人体的健康，不仅需要严格控制各种重金属污染物的排放，还需要对于不同的重金属，依据其不同浓度对植物的毒害效果，制定不同的污染检测指标。
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（责任编辑 王晓芳）