三种常见作物幼苗期耐铜性评价

赵红 杨锌

(上饶师范学院生命科学学院，江西 上饶 334001)

随着工业化、城镇化和农村集约化的快速发展,矿山的开采与加工，工业废水、生活污水以及禽畜粪便的随意排放，含重金属的农药和除草剂的大量使用，导致土壤生态系统中重金属的累积不断增加[1]。重金属在土壤中很难降解，容易通过土壤造成农作物污染，最终通过食物链的方式，影响人类和动物的健康[2,3]。

铜是一种重金属，其具有双重作用，对植物具有有益作用，是植物生长必需的微量元素，在植物生理代谢过程中起着不可缺少的作用；但是，铜对植物又具有毒害作用，过量的铜会对植物造成毒害。近十几年，铜对植物生长的危害已经受到了许多学者的关注，姬俊华等研究了铜胁迫对小麦种子萌发及遗传损伤的影响，结果显示，随着铜浓度的升高，小麦种子的发芽率、芽长、根长及有丝分裂指数均呈下降的趋势[4]；高扬等探讨了铜对大蒜根尖细胞有丝分裂影响，获得了铜对大蒜根尖细胞具有明显的细胞毒性和遗传毒性的结论[5]；丁园等报道了铜胁迫对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，结果证明，铜胁迫下会对水稻幼苗生物量、株高、叶绿素、蛋白质、根系活力以及根伸长产生抑制作用，铜浓度越高，抑制作用越强[6]。但目前在常见作物对铜的敏感性及耐受性方面还缺乏研究。因此，本试验选取豌豆、萝卜、水稻3种日常食用量较大的作物作为供试材料，采用水培方法，研究不同浓度铜对3种作物幼苗生长的影响，并通过隶属函数法和根长耐性指数来分析判断耐铜性作物及铜敏感作物，为土壤铜污染的监测植物及抗铜植物的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

豌豆(Pisum sativum L.)、萝卜(Raphanus sativus L.)、水稻(Oryza sativa L.)3种常见作物种子购于江西省上饶市种子市场。重金属铜采用无水硫酸铜(分析纯)，购于安徽雨轩科技有限公司。

1.2 试验方法

挑选大小一致、饱满完整、无缺陷的豌豆种子、萝卜种子、水稻种子，消毒后分别用蒸馏水浸种24h，在培养皿内底部垫入2层滤纸，每皿均放50粒种子，称取一定量的硫酸铜，分别配置成浓度为0.1mg·L-1、1mg·L-1、10mg·L-1、100mg·L-1、200mg·L-1的Cu2+溶液，用蒸馏水作对照处理，3种作物的培养分别各设置6个处理，3次重复，每皿加对应处理液10mL，每天更换1次处理液，室温条件下进行培养；培养至第10天，每皿挑选长势最好的幼苗10株，测定单株根长、苗高、根鲜重及苗鲜重,计算3种作物根长耐性指数，以及各指标的相对值。

根长耐性指数(%)=各处理组根系的平均长度×100/对照组根系的平均长度[7]

相对值=处理值/对照值

1.3 耐性综合评价

应用隶属函数法对3种常见物幼苗期耐Cu2+进行综合评价。隶属函数值的计算公式[8]：

Xi=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X为某种作物某一指标的相对值；Xmax、Xmin为该指标的相对值在3种作物中最大值和最小值。先分别求出3种作物某一指标在不同浓度铜下隶属函数值累加后的平均值，再计算每种作物所有指标的平均隶属函数值，根据3种作物平均隶属函值的大小确定其幼苗期耐铜性的强弱；平均值越大，耐铜性越强，反之，耐铜性越弱。

1.4 数据处理

利用SPSS 13.0软件对试验数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 铜对3种作物幼苗生长的影响

由表1可知，随着铜浓度的增加，豌豆及萝卜幼苗的根长、苗高、根鲜重及苗鲜重呈先升后降趋势，而水稻幼苗4项指标均呈下降趋势。铜浓度为1mg·L-1时，豌豆幼苗的根长、苗高、根鲜重及苗鲜重均为最大值，分别比对照组显著上升了16.67%、25.99%、34.45%、18.80%；铜浓度为10～200mg·L-1时，豌豆各处理的苗高与苗鲜重与对照组间均差异不显著，但在铜浓度为100mg·L-1时，根长及根鲜重就开始显著低于对照组，表明铜溶液显著抑制豌豆幼苗根生长的浓度为100mg·L-1。铜浓度为0.1mg·L-1时，萝卜幼苗的根长及根鲜重显著高于对照组，而且根长、苗高、根鲜重及苗鲜重均达到峰值，分别是对照组的1.42倍、1.05倍、1.19倍、1.14倍；萝卜幼苗4项指标开始显著低于对照组的铜浓度分别是10mg·L-1、100mg·L-1、10mg·L-1、100mg·L-1，表明铜溶液显著抑制萝卜幼苗根生长的浓度为10mg·L-1。对于水稻幼苗，4项指标开始显著低于对照组的铜浓度分别是0.1mg·L-1、100mg·L-1、0.1mg·L-1、100mg·L-1，并且铜浓度为10～200mg·L-1时，根长及根鲜重均为0，根完全不能生长，表明铜溶液显著抑制水稻幼苗根生长的浓度为0.1mg·L-1。

表1 不同铜处理浓度下3种作物幼苗生长状况

2.2 3种作物耐铜性综合评价

隶属函数值反映了作物的综合耐铜能力的大小，数值越大，耐铜能力越强，反之对铜的耐性越弱。由表2可知，豌豆的隶属函数值最大，其次为萝卜，最小为水稻，表明豌豆对铜耐受性最强，萝卜次之，水稻最差。由表2的数据还可以计算出3种作物相对根长、相对苗高、相对根鲜重、相对苗鲜重的隶属函数值，累加后的平均值分别是0.464、0.607、0.492、0.675，相对根长的平均隶属函数值是最小的，说明在3种作物幼苗生长过程中对铜最敏感的指标是根长，因此确定以根长作为3种作物对铜敏感性的首要筛选指标。

表2 3种作物的隶属函数值和综合评价值

2.3 不同铜处理浓度下3种作物根长耐性指数的比较

根系耐性指数是用来反映作物对重金属耐性大小的一个重要指标[7]。通过计算3种作物在不同铜浓度下的根长耐性指数发现，豌豆和萝卜的耐性指数随着铜浓度的逐渐上升均呈现先升后降趋势，同时铜浓度小于100mg·L-1时，豌豆的耐性指数均大于100，但铜浓度只有在低于10mg·L-1时，萝卜的耐性指数才会都大于100。水稻的耐性指数随着铜浓度的逐渐增大均呈现下降的现象。豌豆、萝卜和水稻的平均耐性指数分别是98.44、75.45、40.02。由此表明，豌豆的耐性指数是最大的，说明豌豆是3种作物中对铜最不敏感作物；水稻的耐性指数是最小的，说明水稻是3种作物中对铜最敏感作物。

表3 3种作物根系耐性指数

3 讨论

苟本富研究表明，低浓度的铜对蚕豆生长有促进作用，铜离子浓度过高则会产生毒害作用[9]。张艳英等研究发现，在铜浓度低于1mg·L-1时,烟草叶绿素含量及生物量的积累都有所增加,但当铜浓度高于1mg·L-1时,叶绿素含量及生物量的积累均会下降[10]。盛积贵等试验证明，当硫酸铜浓度为0～100mg·L-1时，能增加辣椒幼苗的株高、单株鲜重、根长以及叶绿素含量，但当硫酸铜浓度大于100mg·L-1时，则使这几项指标数据明显下降[11]。本试验中，豌豆和萝卜幼苗生长过程中各项指标均呈现出低促高抑现象，这与以上学者的研究结论相似，但水稻幼苗生长各项指标却是随着铜浓度的逐渐上升呈下降趋势，此现象与上述学者的研究结论是不同的。田如男等研究了不同浓度铜对荻种子萌发及幼苗生长的影响，结果显示，随着铜浓度的增大，铜对荻种子萌发和幼苗生长的抑制作用增强[12]；本试验中水稻的试验结果与此结论相似，说明即使在相同的铜处理浓度下作物品种不同，作物对铜的反应也会不一样。

隶属函数法对3种作物耐铜性综合分析表明，豌豆的平均隶属函数值最大，耐铜能力最强，说明豌豆对铜污染土壤具有一定的耐受能力和修复能力。在本试验条件下，3种作物对铜所表现出来的敏感性也有很大差异。通过计算3种作物对铜最敏感的指标根长的平均耐性指数发现，豌豆耐性指数为98.44，属于铜不敏感作物，可用于铜污染土壤的植物修复[13]。而水稻耐性指数为40.02，属于铜敏感作物，可以作为土壤和植物中铜毒害临界值的生态毒性受体以及土壤铜污染的监测作物[14]。