重金属对植物种子萌发的影响

重金属对植物种子萌发的影响

姓名：温仰浩

指导教师：沈高峰

专业：农产品质量检测

二O一二年四月

重金属对植物种子萌发的影响

10农检温仰浩

摘要：重金属在自然环境下很难被降解，环境中的重金属污染往往会影响到植物的生长、发育以及种子的萌发。一些重金属在低浓度时对某些种子的萌发有促进作用，但是基本所有的重金属在超过一定的浓度范围后都抑制种子的萌发，本文对Hg、Pd、Cd和C r等重金属在影响种子萌发方面所做的研究进行了概述。

关键词：重金属；种子；萌发。

前言：重金属是指密度在4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。重金属通过火山、岩石风化、工业生产、矿业、煤和石油的燃烧、污水排放等途径源源不断地进入到生物圈中，环境中的重金属对每一种生物都是一种威胁，尽管有些重金属对于动植物和微生物是必须的有益的微量元素（如锰、铜、锌、钼等），但是当浓度很高时，几乎所有的重金属都具有很高的毒性作用，对环境中的生物构成威胁。

当然生物圈中的初级生产者植物将首先通过被污染的土壤受到威胁。重金属胁迫对植物的影响和机制等问题许多学者都进行了研究和探讨，许多研究已经证明重金属对种子的萌发和植被生长有不同的抑制作用，下面就Hg 、Pd、Cd、Cr 等几种重金属在影响种子萌发方面进行分析：

1. Hg对种子萌发的影响：

汞（Hg)是重金属的一种，毒性剧烈。是环境污染的重要因素。据估计全世界每年大约有1600吨的汞是通过煤和其它石化燃料而排放到大气中的，土壤中的主要以金属Hg、无机化合态Hg和有机化合态Hg的形式存在；有机化合态的Hg主要是有机Hg (甲基Hg和乙基Hg等）和有机络合态的Hg，且有机Hg中的甲基Hg 易被植物吸收；土壤中的无机Hg则很难被吸收;进入土壤中的Hg除一部分能被土壤迅速吸附或固定，还有一部分Hg可通过土壤侵蚀、淋溶、植物吸收及元素的形式发生水、气、生物迁移[1]。

1.1Hg对稻米种子萌发的影响：

有关Hg对种子萌发和植物生长发育的影响及危害机制已有相关报道。Hg对大多数植物种子的萌发具有明显的抑制作用：Anita Mishra&M.A.Choudhuri研究了Hg对两种稻米（IR-36和Ratna）的萌发影响，在2ppmHg2+胁迫下，两种稻米的萌发率分别降低了20%和30%，试验结果表明：Hg主要通过抑制水稻胚乳的淀粉水解从而大大的降低了可溶性的碳水化合物的含量，这样就使得在存在相对多的淀粉的环境中的碳水化合物相对较少，从而抑制了胚对生长所必需的糖等营养物质的吸收，进而抑制了种子的萌发。

1.2H g对小麦和黄瓜种子萌发的影响：

Hg严重抑制小麦和黄瓜种子的萌发，实验证明，当H g的浓度(以H g纯计）≧1.5mM(对黄瓜)和≧1.7mM(对小麦）时，这两种作物种子的萌发就基本被完全抑制了。小麦种子在不同汞离子浓度下,发芽率的变化是先升后降。在0.01-0.1mmol/L 浓度下,小麦种子发芽率下降不明显，在0.01mmol/L下,发芽率反而有所上升，到0.1mmol/L时,略有下降,但差异不显著。以后，随着处理浓度升高，发芽率下降迅速,到5.0mmol/L时,发芽率被完全抑制。试验结果表明:小麦种子在萌发时,对汞离子的反应分成两步,极低浓度下,对发芽率影响不显著,且有一定的刺激作用，随着浓度升高, 发芽率迅速下降，直至完全被抑制。

1.3H g对小白菜种子萌发的影响：

当培养液中H g（H g C l2）的体积浓度为0.01%时，小白菜种子的萌发率仅降低了4个百分点，然而，当浓度达到0.05%时，小白菜的萌发率仅有44%，当H g 的浓度达到0.25%时，小白菜的萌发基本被完全抑制[2]。

2 Pd对种子萌发的影响：

铅和可溶性铅盐都是有毒的，Pd通过矿业、冶炼、农药、交通煤的燃烧以及工业废弃物等释放到环境中，一般认为Pd并没有任何生物积极作用，许多实验和分析已经证明：Pd可以通过植物的根和茎等组织器官在植物体内达到积聚，而这种积聚的程度与周围生境中的含量密切相关，超量的Pd的积聚必然将对植物产生毒害作用，导致萌发率降低、生物量降低、叶绿素合成等受到抑制以及细胞活性紊乱和染色体等遗传基因受到破坏。

2.1 Pd对小麦和黄瓜种子萌发的影响：

对小麦和黄瓜种子萌发的影响，当Pd（以纯Pd计）浓度在以8mM下时，对两种作物种子的萌发抑制均小于25%。，但是当Pd的浓度≤5mM时就已经很明显的延缓小麦和黄瓜种子的萌发；在较高浓度(20mM) 小麦和小扁豆的萌发率被抑制了大约60%。对乌麦和小麦种子萌发的影响，当Pd的浓度小于10mg/L时，对两种种子的萌发表现出轻微的刺激作用，但是当浓度超过20mg/L时，对两种种子的萌发表现出抑制作用，其中对乌麦种子的抑制作用强于对小麦的抑制。当浓度达到100mg/L二时，对乌麦和小麦种子的萌发表现为极显著和显著的抑制作用[3]。

2.2Pd对水稻种子萌发的影响：

当Pd2+浓度为2ppm时，对IR-36的萌发抑制率为16%，对R n tn a的抑制率为25%，但如果向培养液中加入2%的蔗糖溶液则可以基本抑制Pd对这两种水稻种子萌发的抑制，分析认为：Pd可能通过破坏胚乳蛋白的水解而抑制萌发，并没有从根本上破坏胚的发育，当加入蔗糖溶液时，蔗糖提供了萌发所需的养分从而

使萌发并没有被完全抑制；尽管关于Pd抑制种子萌发在其它水稻品种和其它植物种子上都有相关研究和报导,但是关于Pd抑制种子萌发的根本机理仍不清楚。2.3对玉米种子萌发的影响：

Pd对玉米的萌发抑制明显，Pd对玉米种子的萌发有较强的抑制作用，但是当浓度较低(≤200ppm)时，48小时内还起到一定的促进萌发作用，但是当时间进一步延长时，几乎所有浓度的Pd对玉米的萌发都起抑制作用[4]。

3 Cd对种子萌发的影响：

金属Cd无毒性，但Cd的化合物毒性极大，而且属于积蓄型。土壤中的Cd有水溶性(离子态和络合态)及非水溶性(化学沉淀和难溶络合态)两种，它们随环境条件的变动而互相转化。对作物起危害作用的主要是水溶性Cd。在酸性条件下，Cd化合物的溶解度增大，毒性增强；在碱性条件下，则形成氢氧化Cd沉淀。土壤的氧化还原条件是促使Cd化物形态转化的重要因素。在氧化条件下，Cd的活性或毒性增强。Cd在土壤中常会与羟基、氯化物形成络合离子而提高活性。Cd可通过食物链进入动物和人体，Cd对植物的危害表现在其破坏叶绿素，从而降低光合作用，还能使花粉败育，影响植物生长、发育和繁殖。水中含Cd0.1mg/L时，可轻度抑制地表水的自净作用。用含Cd0.04ma/L的水进行农业灌溉时，土壤和稻米就会受到明显的污染。

3.1Cd对棉花和水稻种子萌发的影响：

Cd对棉花种子的萌发有一定的影响，但是对种子的发芽率影响不大，实验选用湘棉15号和转Bt基因棉为供试种子，结果表明Cd对湘棉15号基本没有抑制作用，对转81基因棉的抑制也是很弱的，20mg/L时抑制率也只有10个百分点，但是对幼苗有待进一步研究。

3.2Cd对玉米种子萌发的影响：

通过不同浓度的Cd2+对玉米萌发影响的测试，当Cd2+浓度为0.5mg/L 〜

1.0mg/L时，Cd2+可以促进玉米种子的萌发，提高玉米的发芽势和发芽率，促进玉米芽与幼根的生长；高浓度的Cd2+不利于玉米萌发和生长。Cd2+对玉米根生长的影响大于对芽生长的影响[5]。

4. Cr对种子萌发的影响：

三价的Cr对植物是没有毒性的，但是六价的Cr却具有很高的毒性。土壤中的有机质可促进对Cr的吸附与螯合作用，同时还有助于土壤中六价Cr还原为三价Cr。有机质对六价Cr的还原作用随土壤pH值的升高而减弱。土壤中粘土矿物对Cr有较强的吸附作用，粘土矿物对三价Cr的吸附能力为六价Cr的30-300倍，且这种吸附作用随pH的升高而减弱。土壤pH值及氧化还原电位均可改变的Cr化