盐地碱蓬种子(上海源叶生物科技有限公司提供), Pb(NO₃)₂、ZnSO₄、CdCl₂均为分析纯。

1.2.1 种子的选取与预处理

盐地碱蓬种子具有二型性, 本实验采用的是黑色的籽粒。用镊子挑选大小相近、无破损、发黑发亮的种子, 用2% NaClO浸泡30 min, 除去种子表面的杂菌。再用蒸馏水反复冲洗, 洗净残留在表面的NaClO, 风干备用。

1.2.2 处理设计

分别配置浓度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.6、3.2 g· L^-1的ZnSO₄工作液^[10], 0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1.2 g· L^-1的Pb(NO₃)₂工作液^[11]和0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g· L^-1的CdCl₂工作液^[12]。

向经高压蒸汽灭菌的培养皿中放入滤纸, 分别加入上述不同浓度和种类的工作液, 排出滤纸内气泡并均匀放入处理好的种子50粒, 盖好培养皿, 于25 ℃恒温培养箱中培养^[13]。每组处理做3个重复。

1.2.3 指标测定

测定指标包括发芽率、发芽势、发芽指数、根长和芽长及根系活力^{[14, 15]}。以胚根突破种皮1 mm视为发芽, 发芽指数计算到14 d。发芽14 d时, 测定根长和芽长, 以种子开始变色且翘起的位置至最长叶叶尖的长度为芽长, 剩余的位置至最长根根尖的长度为根长, 每皿选取长度接近的10株进行测量, 取平均值^[16]。

根系活力测定采用TTC还原法, 制作TTC标准曲线, 以空白实验样品液为参比, 在485 nm波长下测定剪取的根尖样品处理液的吸光度, 根据吸光度查标准曲线, 即求出TTC还原量, 按照以下公式即可求出根系活力^[17]:

TTC还原强度(mg· g^-1· h^-1)=m/(m₀· t)

式中:m为从标准曲线查得的TTC还原量(mg); m₀为根尖样品质量(g); t为反应时间(h)。

2.1.1 Pb²⁺

不同浓度Pb²⁺对种子发芽率和发芽势的影响如图1所示, 不同浓度处理组之间发芽势差异均显著, 其中, Pb²⁺浓度为0.05和0.10 g· L^-1时, 发芽势与对照组相比差异极显著, 可知0.05 g· L^-1Pb(NO₃)₂胁迫就可以对盐地碱蓬的发芽势产生抑制作用。将其处理分为低浓度组(0.05、0.1 g· L^-1)、中浓度组(0.2、0.3、0.5 g· L^-1)和高浓度组(0.8、1.2 g· L^-1), 数据分析表明, 组间差异极显著, 组内差异显著。不同浓度处理组之间的发芽率差异显著性分析结果表明, 与对照相比, 低浓度组内Pb²⁺对发芽率影响显著, 中浓度组内及高浓度组内差异不显著, 但组间差异显著。

图1

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	图1 Pb2+、Zn2+、Cd2+胁迫对盐地碱蓬发芽势和发芽率的影响

不同浓度Pb²⁺胁迫下, 发芽势的波动幅度大于发芽率的波动幅度, 说明Pb²⁺对发芽势影响更大, 即对种子萌发前期的影响更为明显。

2.1.2 Zn²⁺

从发芽势来看, 对照组与低浓度处理(0.1 g· L^-1)和中等浓度处理组内(0.2、0.4、0.6 g· L^-1)差异不显著, 但组间差异极显著。从发芽率来看, Zn²⁺浓度为0.1 g· L^-1时, 发芽率极显著低于对照组; 另外, 在相邻浓度的处理中, 即0.2 g· L^-1和0.4 g· L^-1、0.6 g· L^-1和0.8 g· L^-1以及0.8 g· L^-1和1.6 g· L^-1之间, 发芽率表现出极显著差异, 其他相邻处理组之间差异均显著, 其中0.1 g· L^-1和0.2 g· L^-1处理组的发芽率差异不显著。ZnSO₄在低浓度下对发芽势具有抑制作用, 但中高浓度相比中低浓度呈上下波动状态。随ZnSO₄浓度的升高发芽率呈降低趋势。比较发芽势和发芽率变化趋势可知, 低浓度Zn²⁺对发芽势影响更加明显, 而高浓度Zn²⁺对发芽率影响更明显。

2.1.3 Cd²⁺

0.05 g· L^-1处理组与0.01 g· L^-1处理组发芽势差异显著, 而0.01 g· L^-1处理组与对照组差异不显著, 说明CdCl₂从0.05 g· L^-1开始对盐地碱蓬的发芽势产生抑制作用。CdCl₂超过0.05 g· L^-1后, 每个处理组都和相邻低浓度处理组之间差异显著, 其中, 0.2 g· L^-1的处理组与0.3 g· L^-1的处理组之间发芽势差异极显著。发芽率数据分析表明, CdCl₂浓度为0.01 g· L^-1时, 发芽率极显著低于对照组, 表明从该浓度起, Cd²⁺就对发芽率产生了明显的影响。从0.2 g· L^-1到0.4 g· L^-1, 每个处理组的发芽率均与前一个处理组差异极显著, 其余处理组之间发芽率无显著性差异。不同浓度Cd²⁺胁迫下:发芽势整体呈波动下降趋势, 其中, 0.05 g· L^-1处理组与前一组比较, 作用最为明显; 发芽率呈持续下降趋势。

Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺胁迫下盐地碱蓬发芽指数的变化趋势如图2所示, Pb(NO₃)₂胁迫下盐地碱蓬种子发芽指数持续下降, 说明随着Pb(NO₃)₂浓度的升高, 能使种子在失去发芽力之前持续劣变, 种子活力持续下降; 随ZnSO₄浓度的升高, 发芽指数整体呈下降趋势, 在0.1~0.6 g· L^-1时, 下降趋势更为明显。随着CdCl₂浓度的升高, 发芽指数也呈整体下降趋势, 在0.1~0.5 g· L^-1时, 下降趋势最明显。

图2

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	图2 Pb2+、Zn2+、Cd2+胁迫对盐地碱蓬发芽指数的影响

2.3.1 Pb²⁺

由图3可知, 从0.2 g· L^-1开始, Pb²⁺对根长有显著抑制作用; Pb²⁺浓度高于0.5 g· L^-1时, 根长显著小于0.2 g· L^-1的处理组。Pb²⁺浓度为0.05 g· L^-1时, 芽长显著小于对照组, 说明0.05 g· L^-1的Pb²⁺就开始抑制盐地碱蓬芽的生长; 随着Pb²⁺浓度的升高, 中低浓度处理组芽长差异显著, 而高浓度组之间差异不显著。Pb²⁺胁迫对根长和芽长的影响趋势大致相同, 均表现为随浓度增加而下降, 尤其是在中等浓度变化范围内, 下降趋势更为明显。

图3

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	图3 Pb2+、Zn2+、Cd2+胁迫对盐地碱蓬根长和芽长的影响

2.3.2 Zn²⁺

Zn²⁺浓度为0.2 g· L^-1的处理组盐地碱蓬根长显著低于0.1 g· L^-1和对照组, 说明Zn²⁺浓度达到0.2 g· L^-1时, 开始对根尖细胞分裂产生明显的抑制作用; Zn²⁺浓度高于0.8 g· L^-1的处理组之间根长均无显著差异。0.2 g· L^-1处理组与0.6 g· L^-1处理组之间差异显著, 且均与0.4 g· L^-1处理组之间差异不显著。随胁迫Zn²⁺浓度的增加, 盐地碱蓬根长和芽长均呈现明显的下降趋势, 根长的下降趋势随Zn²⁺浓度增加比较稳定, 而在较低的浓度下即可强烈抑制盐地碱蓬芽的细胞分裂。

2.3.3 Cd²⁺

Cd²⁺胁迫下, 盐地碱蓬根长和芽长的变化趋势一致, 0.01 g· L^-1处理组与对照组及0.05 g· L^-1处理组之间差异显著, 说明低浓度Cd²⁺处理已经对根尖和芽的细胞分裂产生了显著的抑制作用; 而Cd²⁺高于0.05 g· L^-1的处理组之间根长、芽长差异不显著, 这可能是低浓度Cd²⁺的抑制效应几乎已经达到极限, 从而使高浓度抑制增强的作用不明显。

2.4.1 Pb²⁺

盐地碱蓬的根系活力随Pb²⁺浓度的增加而呈现持续下降趋势, Pb²⁺浓度超过0.3 g· L^-1时, 根系活力下降趋势更大, 说明实验中设置的高浓度处理组对根系中各种脱氢酶的抑制作用更加明显(图4)。

图4

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	图4 Pb2+、Zn2+、Cd2+胁迫对盐地碱蓬根系活力的影响

2.4.2 Zn²⁺

与Pb²⁺胁迫的结果不同, 低浓度Zn²⁺胁迫可以提高盐地碱蓬根系活力, 而高浓度Zn²⁺胁迫强烈抑制根系活力, 推测这与锌是植物生长的必要元素有关。研究表明, 锌是甘油醛-3-磷酸脱氢酶的活化剂, 低浓度Zn²⁺胁迫能够促进根系活力, 而高浓度Zn²⁺的抑制作用可能与重金属引起胞内蛋白变性或对某些根系活力指标中脱氢酶的抑制作用有关。

2.4.3 Cd²⁺

盐地碱蓬的根系活力随Cd²⁺浓度增加呈现持续下降趋势, Cd²⁺浓度为0.05~0.3 g· L^-1时, 随浓度增加, 根系还原酶活力下降最为明显。