镍、镉单一胁迫对三种园林植物种子萌发和幼苗生长的影响

张俊玉，张海军，朱梦瑶，金 旭

（安康学院现代农业与生物科技学院，陕西 安康 725000）

随着工业的迅速发展，重金属污染问题日渐严重。中国重金属的主要来源是工业“三废”和矿山，20 世纪80 年代以来，国内采矿业粗放式发展，导致重金属生产区对周边土壤造成严重污染［1］。重金属土壤污染过程中具有长期性、不可降解和不可逆转的特点，导致土壤的肥力与作物产量、品质下降［2］。重金属对植物的影响较大，可以降低种子的发芽率和脂肪含量，降低植物体内一些酶的活性和叶绿素含量，以及抑制植物光合作用和阻滞植物生长发育等［3］。

重金属镉与其他重金属相比具有高毒性，对环境的破坏性较大，同时镉进入食物链对生物体的毒害具有隐蔽性和累积性［4］。土壤中微弱的镍会刺激植物的生长，但过量的镍会阻滞植物生长发育，最终导致植物生长不良甚至死亡［5］。2014 年《全国土壤污染状况调查公报》显示，镉与镍为耕地、草地和未利用地的主要污染物［6］。重金属具有难降解的特点，在土壤中不断积累会导致整个食物链受到污染，最后通过多种途径危害人类健康，因此治理土壤重金属问题已迫在眉睫［7，8］。随着工业化的进程和日常农药等的过度使用，城市中的土壤也受到不同程度的重金属污染危害。已有关于重金属对大田农作物类植物相关影响方面开展的研究较多，而园林植物的相关研究较少。因此，选择园林植物为研究对象，探究重金属对园林植物生长的影响，具有一定的现实意义。

许多学者就重金属对植物种子萌发、植物的生理生化等方面进行了深入研究，发现一定浓度的重金属会对植物产生显著影响。刘俊祥等［9］的研究表明，草本植物对重金属的富集能力高于灌木，与Landberg 等［10］的研究结论一致，这是本试验选择草本植物作为研究对象的主要依据。

本研究选择3 种花色鲜艳、景观效果优的园林草本植物，从形态指标方面分析重金属镍、镉单一胁迫对3 种园林植物的影响，旨在探索重金属镍、镉单一胁迫对3 种园林植物幼苗生长的影响程度以及对重金属镍、镉单一胁迫的耐性，分析这3 种园林植物在未来人们利用园林植物进行土壤重金属修复等方面是否具有一定的利用价值，同时提供一定的科学研究理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验所使用的材料蓝花鼠尾草（Salvia farinaceaBenth.）、凤仙花（Impatiens balsaminaL.）与金鸡菊［Coreopsis basalis（A.Dietr.）S.F.Blake］从外地购买，产地是甘肃省和山东省。试验中重金属的添加形式为氯化镍与氯化镉粉末。试验在安康学院江北校区现代农业与生物科技学院实验室和苗圃房内进行。

1.2 试验方法

2022 年4—5 月，挑选饱满均匀的蓝花鼠尾草、凤仙花与金鸡菊种子（蓝花鼠尾草种子提前用水浸泡24 h，凤仙花种子与金鸡菊种子提前用水浸泡4 h）用浓度为0.4%的高锰酸钾溶液对种子进行浸泡消毒，10 min 后取出，并用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干表面水分。取3 个规格为3×5 穴孔的育苗穴盘，用浓度为0.5%的高锰酸钾喷洒育苗穴盘进行消毒，然后再用清水冲洗干净，待穴盘风干后填充营养土并喷洒透水。撒好种子后在表层覆盖一层土，每穴20 粒，覆盖厚度为种子直径的1.0～1.5 倍。

重金属离子的处理浓度设置如表1 所示，重金属镍、镉溶液分别用氯化镍、氯化镉粉末配制而成。向各穴盘孔中分别加入配置好的重金属溶液，以蒸馏水培养为对照（CK）；培养7 d 后测定各项数据并记录。

表1 重金属Ni2+和Cd2+处理浓度

1.3 测定指标

记录幼苗培养7 d 的发芽数，用直尺测量3 种园林植物幼苗的根长、苗长并进行记录。

式中，Wf为叶片鲜重（g）；Wd为叶片干重（g）；Wt为叶片饱水重（g）。

1.4 数据分析

采用SPSS 26.0 统计软件对试验数据进行差异显著性分析，使用Excel 2016 软件整理数据并对试验最终数据进行隶属函数综合评价；采用Originpro 2022 软件绘制双Y 轴柱状图。

2 结果与分析

2.1 镍、镉单一胁迫对3 种园林植物种子相对发芽率的影响

不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对3 种园林植物种子相对发芽率的影响见表2。随着Ni2+浓度的增加，3 种园林植物的种子相对发芽率均小于100%，说明不同浓度的Ni2+对这3 种园林植物的种子萌发起到一定的抑制作用。随着Ni2+浓度的增加，3 种园林植物的种子相对发芽率均逐渐降低。当Ni2+浓度为200、500 mg∕L 时，凤仙花和金鸡菊的种子相对发芽率差异不显著，蓝花鼠尾草的种子相对发芽率差异显著；当Ni2+浓度为5、50 mg∕L 时，金鸡菊和蓝花鼠尾草的种子相对发芽率差异显著。当Ni2+浓度为500 mg∕L 时，凤仙花、金鸡菊和蓝花鼠尾草的种子相对发芽率分别降低至57.15%、38.54%和19.65%，说明Ni2+浓度越高，对这3 种园林植物种子萌发的抑制作用就越大。

表2 不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对3 种园林植物种子相对发芽率的影响

随着Cd2+浓度的增加，3 种园林植物种子的相对发芽率也均小于100%，说明不同浓度的Cd2+对这3种园林植物的种子萌发同样起到一定的抑制作用。随着Cd2+浓度的增加，3 种园林植物的种子相对发芽率总体呈降低趋势。当Cd2+浓度在25～100 mg∕L 时，凤仙花的种子相对发芽率差异不显著，当Cd2+浓度在150、200 mg∕L 时，随浓度升高3 种园林植物的种子相对发芽率均呈降低趋势；当Cd2+浓度在100、150 mg∕L 时，蓝花鼠尾草的种子相对发芽率差异不显著，当Cd2+浓度为200 mg∕L 时，蓝花鼠尾草的种子相对发芽率降至11.81%。

2.2 镍、镉单一胁迫对3 种园林植物幼苗叶片相对含水量的影响

不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对3 种园林植物幼苗叶片相对含水量的影响见表3。通过观察7 d幼苗的生长情况，发现添加了重金属Ni2+、Cd2+的穴盘中幼苗的生长状况与CK 相比，叶片相对较萎蔫。由表3 可知，随着Ni2+或Cd2+浓度的增加，3 种园林植物幼苗的叶片相对含水量整体呈降低趋势。

表3 不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对3 种园林植物幼苗叶片相对含水量的影响

凤仙花的叶片相对含水量随着Ni2+浓度的增加整体呈缓慢降低趋势；金鸡菊的叶片相对含水量在Ni2+浓度为100 mg∕L 时出现大幅度下降；蓝花鼠尾草的叶片相对含水量在Ni2+浓度为500 mg∕L 时下降幅度较大。

不同浓度的Cd2+处理下，蓝花鼠尾草的叶片相对含水量的差异较大，尤其是当Cd2+浓度为200 mg∕L时，蓝花鼠尾草的叶片相对含水量仅为58.75%；Cd2+浓度为200 mg∕L 时，金鸡菊的叶片相对含水量为62.97%，相较于同组CK，含水量显著降低。

总体上每组处理的叶片相对含水量均随着Ni2+与Cd2+处理浓度的升高而降低，说明重金属镍和镉对这3 种园林植物的含水量有明显的抑制作用。

2.3 镍、镉重金属单一胁迫对3 种园林植物幼苗相对根（苗）长的影响

由图1 可知，在Ni2+不同浓度处理下，凤仙花的相对根（苗）长均显著低于CK，Ni2+浓度为50 mg∕L 时凤仙花相对苗长显著低于Ni2+浓度为5 mg∕L 的相对苗长，相对根长差异不显著。随着Ni2+浓度的升高，对凤仙花根（苗）长的抑制作用逐渐增强，说明Ni2+对凤仙花幼苗根、苗的生长有抑制作用。在Cd2+处理下，浓度为25 mg∕L 时凤仙花的相对根长超过100%，对凤仙花有促进作用，浓度为50 mg∕L 时，相对根长与CK 无显著差异；相对苗长随浓度的增加整体呈下降趋势，且低于100%，与CK 差异显著。

图1 不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对凤仙花幼苗生长的影响

由图2 可知，在Ni2+不同浓度处理下，金鸡菊的相对根（苗）长均显著低于CK，随着Ni2+浓度的增加，相对根（苗）长整体呈下降的趋势，说明Ni2+对金鸡菊幼苗根系与幼苗的生长有抑制作用；在Ni2+浓度大于200 mg∕L 时，相对根（苗）长呈逐渐降低趋势。在Cd2+处理下，金鸡菊幼苗相对根（苗）长随Cd2+浓度的增加总体呈降低趋势，当Cd2+浓度为50 mg∕L时，相对苗长相较于Cd2+浓度为25 mg∕L 时有所上升，但仍然低于CK。

图2 不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对金鸡菊幼苗生长的影响

由图3 可知，在Ni2+处理下，蓝花鼠尾草的相对根（苗）长均显著低于CK。随着Ni2+浓度的增加，相对根（苗）长呈下降趋势，说明Ni2+对蓝花鼠尾草幼苗根苗的生长有抑制作用。在Cd2+处理下，蓝花鼠尾草的相对根（苗）长随Cd2+浓度的增加总体呈降低趋势，与CK 差异显著。

图3 不同浓度重金属Ni2+、Cd2+处理对蓝花鼠尾草幼苗生长的影响

2.4 隶属函数法综合评价结果分析

采用隶属函数评估法对3 种园林植物种子相对发芽率、幼苗叶片相对含水量、相对根长、相对苗长等数据进行综合评价，结果如表4、表5 所示。耐重金属镍由强到弱依次为金鸡菊、蓝花鼠尾草、凤仙花，耐重金属镉由强到弱依次是凤仙花、蓝花鼠尾草、金鸡菊。

表4 3 种园林植物种子萌发期对重金属镍的耐性隶属函数值及综合评价结果

表5 3 种园林植物种子萌发期对重金属镉的耐性隶属函数值及综合评价结果

3 讨论与小结

3.1 讨论

本试验中，2 种重金属离子在不同的浓度范围内对凤仙花、金鸡菊和蓝花鼠尾草3 种园林植物的种子相对发芽率、叶片相对含水量、相对根（苗）长有不同程度的抑制作用。

种子发芽率是反映种子发芽能力的重要参数，本试验中发现不同浓度的重金属镉对3 种园林植物种子的萌发产生了不同程度的抑制作用。随着Cd2+浓度的增加，抑制作用更加明显。李爽等［11］和池永清等［12］的试验均表明重金属镉对植物种子的发芽率有显著的抑制作用，与本研究结果一致。本试验中重金属镍胁迫对3 种园林植物种子萌发的影响也有显著的抑制作用，当Ni2+浓度为5 mg∕L 时，与CK相比，3 种园林植物种子的相对发芽率明显下降，随着Ni2+浓度的不断升高，抑制作用更加明显，而苗秀莲等［13］的试验中发现Ni2+胁迫对植物种子的萌发具有“低浓度促进、高浓度抑制”的作用。

植物叶片是植物进行蒸腾作用与光合作用的主要场所，叶片具有体积小和取样方便等特点，检测植物叶片的含水量已成为检测植物含水量的一个重要参数［14］。植物叶片含水量可反映植物生长的活跃性和代谢的旺盛性。本试验研究表明，在重金属镍和镉的单一胁迫下，与CK 相比，3 种园林植物幼苗叶片相对含水量均受到了不同程度的抑制作用。

重金属胁迫下植物幼苗的相对根（苗）长是反映植物不同器官耐性的重要参数指标。戴敏［15］的试验表明，随着Ni2+浓度的升高，对刺槐幼苗根（苗）长的抑制作用越显著，这与本研究结果一致。本试验表明在Cd2+胁迫下，当Cd2+浓度为0～25 mg∕L 时，对凤仙花的相对根（苗）长有着明显的促进作用，但随着Cd2+浓度的增加，抑制作用逐渐增强，与张晓宇［16］的结论一致，Cd2+胁迫对种子萌发有着“低促高抑”的作用；而Cd2+胁迫下金鸡菊和蓝花鼠尾草均有显著的抑制作用。

3.2 小结

1）在重金属镍、镉单一胁迫下，3 种园林植物的生长指标总体均呈随重金属离子浓度升高而下降的趋势。表明重金属镍、镉对3 种园林植物具有一定的毒害性，且浓度越大毒害性越强。

2）采用隶属函数评估法得出，3 种园林植物中金鸡菊对重金属镍的耐性最强，其次为蓝花鼠尾草和凤仙花，表明金鸡菊在土壤重金属镍污染的治理中有一定的潜力。3 种园林植物中凤仙花对重金属镉的耐性最强，其次为蓝花鼠尾草和金鸡菊，表明凤仙花在土壤重金属镉污染的治理中也有明显的生态修复作用。

3）不同园林植物对不同重金属镍、镉的单一胁迫存在不同程度的响应。在重金属污染土壤上进行园林植物种植，并开展生态修复与治理研究领域，可以发挥一定的生态效益与科学研究参考价值。

本试验的不足是仅进行了园林植物种子萌发期和幼苗期受重金属镍、镉的单一胁迫影响研究，未来可以从植物在重金属污染土壤中的生长情况与吸收重金属能力等方面进行更深入的研究。