摘要：以中国春小麦为材料，研究了重金属Pb对小麦种子萌发和幼苗生长的影响。结果发现，低浓度的Pb胁迫对小麦种子的萌发有促进作用，5 mg／LPb对发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数有促进作用；50 mg／L Pb对小麦种子的苗高、根长及5 mm的胚芽鞘伸长表现出明显的增效效应。随着Pb处理浓度的升高，小麦种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗高、根长、平均鲜干重及胚芽鞘的伸长度逐渐降低，幼苗生长受到严重的抑制。Pb对小麦种子根的抑制作用大于对芽的抑制。

关键词： 小麦；种子萌发；幼苗生长；铅胁迫

重金属对土壤的污染一直是环境生物学研究的热点，土壤中的重金属污染不仅导致农作物产量下降，且进入到食物链中会对人类健康产生有害影响。铅是对农作物生长产生严重危害的重金属之一，铅对农作物生长早期影响的研究是近年来国内外生态环境领域关注的焦点。

种子萌发是植物生长的起点，也是对外界环境反应敏感的阶段。研究铅对种子萌发胁迫的影响，可以较早反应农作物在重金属土壤环境中的危害，也可作为土壤污染的重要参考指标。本研究旨在研究重金属铅对小麦种子萌发和幼苗生长的影响，为重金属污染的环境监测及土壤修复提供理论参考。

1 材料与方法

1．1 材料

供试材料小麦品种中国春由河南科技大学农学院小麦遗传育种研究室提供。

1．2 方法

精选中国春小麦种子，经0．1 mol／L汞溶液消毒15 min，再用蒸馏水反复冲洗数次，放人直径为10 cm的培养皿内，每皿均匀放入20粒小麦种子，再分别加人浓度5、50、200、300、400、500 mg／L和600 mg／L的Pb溶液，每个处理设置3个重复。然后放在温度(25±2)℃，光照12 h／d，光照强度10 000 lx的培养箱中培养。

定期记录种子萌发数。发芽期间每隔24 h记录1次，第4天统计发芽势，第7天统计发芽率，并计算发芽指数，第9天测其幼苗的鲜重和干重，每盆随机挑选10株幼苗，先测其鲜重，然后用纸包好后于105 ℃烘箱中杀青30min后，降至80℃烘至恒重，冷却后，称干重。

芽长=发芽的所有幼苗高度的总和／发芽的幼苗总数；

根长=发芽的所有幼苗的总根长／发芽的幼苗总数；

发芽率(％)=7天内供试种子的发芽数／供试种子数×100％ ；

发芽势(％)=4天内供试种子的发芽数／供试种子数×100％。

发芽指数(GI)=Σ Gt／Dt，公式中Gt为在t日的发芽数，Dt为发芽天数。

活力指数(VI)=GI X S，公式中GI为发芽指数，S为幼苗高度。

胚芽鞘长度测量：选用胚芽鞘伸长 25—35 mm时，分别切取5 mm和10 mm各10段放在不同铅浓度的培养皿中，于25℃下避光培养，然后在24、48 h和72 h测量芽鞘切段长度。

2 结果与分析

2．1 Pb胁迫对小麦种子萌发的影响

从图1(略)可知，当Pb浓度为5、50 mg／L和200 mg／L时发芽势及发芽率显著高于对照，分别是对照的105％、104％、102％ ；当Pb浓度为300 mg／L时发芽势及发芽率与对照接近；当Pb浓度为400、500 mg／L和600 mg／L时发芽势分别是对照的98．2％ 、98．2％和94．7％ ，随Pb浓度继续增大，发芽势及发芽率明显下降。从发芽势和发芽率的变化规律可看出，高浓度的Pb可延缓和抑制小麦种子的萌发，其抑制作用可能是通过抑制淀粉酶活性来实现的。

由图2、3（略）可知，在5 mg／LPb时，发芽指数是对照的106．8％ ，随着Pb浓度的增大，发芽指数的数值逐渐降低，说明Pb对小麦发芽指数有影响，但是幅度不大；在5 mg／L Pb时，活力指数是对照的104．5％，随着Pb浓度的增大，活力指数逐渐降低，且降低幅度较大。总之，对于发芽指数和活力指数，均表现出低浓度促进、高浓度抑制。

2．2 Pb对小麦种子5 mm胚芽鞘的影响

不同Pb浓度处理胚芽鞘，在24、48 h和72 h测量胚芽鞘的长度，结果发现，小麦胚芽鞘长度与Pb浓度呈显著的负相关。图4（略）可以看出，低浓度对5 mm胚芽鞘有一定促进生长的作用，随着浓度逐渐的变大，对胚芽鞘长度的抑制作用也越明显。浓度为5 mr,／L处理24 h的胚芽鞘长，为8．45 mm；浓度为50 mg／L处理48 h和72 h后胚芽鞘达最大值，分别为8．20 mm和8．85 mm，而高浓度则严重抑制胚芽鞘的伸长。在24、48 h和72 h后分别测定胚芽鞘伸长与Pb浓度的相关系数，分别为一0．920一、一0．946一和一0．782 。

2．3 Pb对小麦种子10 mm胚芽鞘的影响

不同铅浓度处理胚芽鞘，在24、48 h和72 h测量胚芽鞘的长度，结果发现，小麦胚芽鞘长度与Pb浓度都呈负相关。由图5（略）可以看出，10 mm胚芽鞘在Pb浓度梯度溶液中，随着浓度逐渐的变大，对胚芽鞘的长度抑制作用愈加明显。在较低浓度时影响不大，但在200—300 mg／L时，变化最为明显，之后影响趋于稳定。在24、48 h和72 h后测定的长度与铅浓度呈极显著相关，相关系数分别为一0．924一、一0．918一和一0．933一。由此可知，随着Pb浓度逐渐的变大，对10 mm胚芽鞘的抑制作用越大。

2．4 Pb胁迫对小麦幼苗生长的影响

由图6（略）可以看出，小麦种子的芽长在第1、2、3、6天总体上均呈现出随着Pb浓度的增大而逐渐降低的趋势。低浓度的Pb(50 mg／L)对小麦种子的萌发有促进作用。随着Pb浓度的增加(大于200 mg／L)，对小麦种子的芽长抑制作用愈加明显。形态观察发现，从第3天开始，随着Pb浓度增大，幼苗的苗尖颜色逐渐由白亮变为微黄。

由图7（略）可以看出，小麦种子的根长在第1、2天总体上均呈现出随着Pb浓度的增大而逐渐降低的趋势。低浓度的Pb(50 mg／L)对小麦种子的萌发有促进作用。随着Pb浓度的增加(大于200 mg／L)，对小麦种子的根长生长抑制作用越来越大。形态观察发现，当浓度大于400 mg／L时，小麦种子甚至不发根，且根尖逐渐从微黄变至黄，直至枯萎；在高浓度条件下第1天就表现出明显的毒害作用。

由图8（略）可以看出，Pb胁迫对小麦中国春的平均鲜干重有一定的抑制作用。Pb浓度为5、50、200 mg／L时，小麦平均鲜重及干重与对照的差异不显著，当Pb浓度为300、400、500 mg／L和600 mg／L时，单株鲜重分别为0．0206、0．016 9、0．021 2 g和0．0200 g，分别为对照的28．6％ 、23．5％ 、29．5％和27．8％ ，单株干重分别为0．003 7、0．003 0、0．003 7 g和0．003 3 g，分别为对照的34．o9％ 、27．97％ 、34．09％ 和30．O3％ ，小麦的鲜干重均明显低于对照。由此说明，随着Pb浓度的逐渐升高，重金属Pb对小麦幼苗的有机物积累和水分吸收具有一定的抑制作用。

3 讨论

重金属对作物种子萌发及幼苗生长的影响，一般认为存在较低浓度下的刺激效应和高浓度下的抑制效应。Pb影响植物种子萌发的主要原因可能是抑制种子内醇脱氢酶、蛋白酶、淀粉酶和酸性磷酸酶活性。直接影响种子内储藏淀粉和蛋白质的分解，从而影响种子萌发所需的物质和能量，致使种子萌发受到抑制 。

不同浓度的Pb处理对小麦种子萌发的影响程度不同。低浓度处理时，对小麦种子萌发有促进作用，但随着浓度的升高，种子发芽受到明显的抑制。本实验中，在5、50 mg／L及200 mg／L Pb处理浓度下，小麦种子萌发受到明显的促进，发芽率高于对照，出现增效效应。随着Pb胁迫浓度的升高，发芽率逐渐下降。因此，Pb胁迫对小麦种子发芽的毒害作用在一定范围内表现不明显，只有当重金属离子严重污染时，种子发芽才被严重抑制。种子发芽后，在重金属的作用下，种子幼苗、幼根的生长受到不同程度的抑制。重金属与植物作用时，总是最先接触到根部，根起吸收重金属的作用，根是植物体中最重要的络合重金属的部位，也是最易受重金属毒性影响的部位。从本实验的结果来看，小麦种子幼根的受抑程度大于幼芽，这与多人的研究结果类似 J。种子萌发以后，小麦对重金属的抗性有所降低，其生长受到严重的抑制，低浓度的重金属虽然可以促进小麦种子萌发，但是却抑制了其生长。至于重金属对根的抑制大于对芽的抑制作用，可能是由于种子萌发后，根最先突破种皮吸收，使根内重金属积累以及受胁迫时间均比芽大有关。

重金属对植物的伤害是一个复杂的生理生化过程。Pb是植物的非必需元素，当它与植物接触后，就会对植物产生一定的毒害作用。如破坏叶绿体的结构，使叶绿素的合成受阻；干扰植物正常的生理代谢；导致植物体内元素失调，影响植物生长发育。

本实验中，低浓度的Pb对小麦幼苗芽长、根长较对照有升高，但随着Pb浓度的增大，小麦幼苗芽长、根长较对照明显减小。说明高浓度的Pb对小麦的芽长、根长有抑制作用。随着Pb浓度的升高，植株的平均鲜干重也明显降低。原因是Pb为植物的非必需元素，当它与植物接触后，就会对植物产生一定的毒害作用，轻则使植物生长发育受到抑制，重则导致植物死亡。但是Pb对根的毒害作用较芽强。这可能与根一开始就直接接触重金属污染环境有关，因此根对重金属污染的反应最敏感，是最先、最直接受害的器官。铅对植物根系的毒害主要是通过破坏根细胞的结构、抑制根细胞的有丝分裂，从而抑制根的生长。

小麦胚芽鞘的生长只表现为细胞的伸长，原理为生长素作用的结果，而生长素最基本的作用是促进细胞的伸长生长，细胞若要伸长生长即增加其体积，细胞壁就必须相应扩大。细胞壁要扩大，就首先需要软化与松弛，使细胞壁可塑性加大，同时合成新的细胞壁物质，并增加原生质。实验证明，生长素所诱导的生长是通过细胞壁可塑性的增加而实现的。生长素促进细胞壁可塑性增加，并非单纯的物理变化，而是代谢活动的结果。本实验中，低浓度的Pb对5 mm的胚芽鞘有促进作用，高浓度时有抑制作用，而对于10 mm的胚芽鞘则都是抑制作用。由此可推测到，铅离子胁迫导致了胚芽鞘伸长区内的生长素含量降低，从而抑制了胚芽鞘的伸长。

基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目(2011 A 180011)。1 121021 1007