摘 要：銅已成為我國南方地區(qū)重金屬污染土壤中主要的元素之一，土壤銅污染問題亟待解決。亞麻對重金屬有較強耐受性，可作為重金屬污染土壤修復的候選作物。試驗采用CuSO4·5H2O模擬銅脅迫環(huán)境，設置0、50、100、150、200mg/L5個銅濃度，研究銅脅迫對9個亞麻品種萌發(fā)特性的影響。結果表明，銅濃度≥50mg/L時對亞麻萌發(fā)具有抑制作用，顯著降低了亞麻的發(fā)芽率。采用隸屬函數法對9個亞麻品種進行耐銅性分級，派克斯和隴亞10號為高耐型，伊亞5號、云亞3號、同升福、天鑫3號、伊亞3號為中耐型，伊亞4號為低耐型，云亞1號為敏感型。
關鍵詞：亞麻；銅污染；銅脅迫；萌發(fā)；隸屬函數
亞麻(Linum usitatissimum L.)屬于亞麻科(Linaceae)亞麻屬(Linum)，為一年生草本植物，被人類栽培和利用有8000多年的歷史［1］。亞麻作為纖維作物和油料作物具有極高的經濟價值，同時其也是一種修復重金屬污染土壤的良好作物。隨著我國現(xiàn)代工農業(yè)的發(fā)展，銅已經成為我國土壤，尤其是銅礦開達到2.1%，礦區(qū)土壤含銅量普遍高出正常值，有的地區(qū)甚至高達7325mg/kg，因此，對銅污染土壤的修復刻不容緩［2－6］。Angelova等［7］研究發(fā)現(xiàn)，相對于大麻和棉花對重金屬的吸附能力，亞麻的吸附能力更強。王玉富等［8］研究表明，亞麻對重金屬脅迫具有較強的耐受性。通過對23個亞麻品種進行種子發(fā)芽的重金屬毒性試驗，Soudek等［9］發(fā)現(xiàn)重金屬對亞麻的毒性順序為：As3+＞As5+＞Cu2+＞Cd2+＞Co2+＞Cr6+＞Ni2+＞Pb2+＞Cr3+＞Zn2+，盡管沒有一個亞麻品種對所有的重金屬表現(xiàn)出耐受性或是抗性，但是不同亞麻品種對不同重金屬的耐受性各有不同。低濃度的Cu2+對種子萌發(fā)會表現(xiàn)出一定的促進作用，而高濃度的Cu2+會顯著降低大豆、黑麥草和海州香薷等植物種子的發(fā)芽率［10－14］。Cu2+脅迫會抑制植物幼苗的生長，使其芽長、根長和幼苗鮮重均降低，抑制作用隨著Cu2+濃度的升高而加強，且根對Cu2+的敏感性高于芽［15－16］。
目前，國外主要培育的亞麻品種為低亞麻酸含量品種和環(huán)保型品種，低亞麻酸品種可用于亞麻食品的開發(fā)，環(huán)保型品種可從土壤中大量吸收鎘和鉛等重金屬，在凈化土壤方面發(fā)揮作用［17］。目前還沒有銅脅迫對亞麻影響的相關研究，本試驗為亞麻修復利用銅污染土壤提供參考。
1材料與方法
1.1試驗材料
亞麻種子萌發(fā)期耐銅性研究選用9個亞麻品種：云亞1號、云亞3號、派克斯、同升福、隴亞10號、伊亞3號、伊亞4號、伊亞5號、天鑫3號(中國農業(yè)科學院麻類研究所、云南省農業(yè)科學院經濟作物研究所、黑龍江農業(yè)科學院經濟作物研究所、新疆伊犁州農業(yè)科學研究所等單位友情饋贈。)
1.2試驗設計
本試驗設置3個重復，每個重復選擇 50 粒成熟飽滿且大小適中、均勻一致的種子進行發(fā)芽試驗。
銅脅迫環(huán)境采用CuSO4·5H2O(分析純)模擬。設置0、50、100、150、200mg/L5個銅濃度。將選好的9個亞麻品種的種子用75%乙醇消毒2min，用蒸餾水沖洗干凈后置于放有兩張發(fā)芽紙的發(fā)芽盒中，加入銅溶液10mL，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)芽7d。
1.3測定項目及方法
以萌發(fā)的幼芽達到種子長度的1/2為發(fā)芽標準，每24h調查一次發(fā)芽情況，連續(xù)調查7次。第3天統(tǒng)計發(fā)芽勢，第7天統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數，隨機取10株測量根長(主根)、芽長、鮮重。相關指標計算方法如下：
(1)鮮重：將10株亞麻幼苗表面水分吸干，用天平稱取重量，求出單株鮮重平均值。
(2)根長(主根)：測量10株根長(第一個側根以下)，求其平均值。
(3)芽長：測量10株芽長(子葉節(jié)以上)，求其平均值。
(4)發(fā)芽勢(%)=(第3天發(fā)芽數/供試種子數)×100%
(5)發(fā)芽率(%)=(第7天發(fā)芽數/供試種子總數)×100%
(6)發(fā)芽指數GI=∑Gt/Dt
其中：GI—發(fā)芽指數；Gt—指定時間(d)的發(fā)芽種子數；Dt—相應的發(fā)芽試驗時間(d)。
(7)活力指數=發(fā)芽指數×幼苗鮮重(g/10株)
(8)根長(芽長)抑制指數=(對照－處理)/對照
對9個亞麻品種進行耐銅性評價。首先將各項指標值換算成相對值(相對值=處理值/對照值)，然后按下面公式計算隸屬函數值。如果各指標相對值與亞麻耐性呈正相關，就代入(1)式進行計算，反之則代入(2)式進行計算。將各品種亞麻各指標的耐性隸屬函數值累加起來，求其平均值［18－20］。隸屬函數值計算公式如下：
式中：Xij表示i品種j個相對指標的隸屬函數值；Xj為第j個指標的隸屬函數值；Xjmax和Xjmin分別表示所有品種第j個相對指標的最大值和最小值。
再根據平均隸屬函數X值的大小對9個品種進行耐性鑒定，即X≥0.70為1級高耐型；0.50≤X＜0.70為2級中耐型；0.30≤X＜0.50為3級低耐型；X＜0.30為4級敏感型［21］。
1.4統(tǒng)計分析
采用Microsoft Excel 2013進行數據整理，SPSS 20.0進行方差分析和顯著性檢驗。
2結果與分析
2.1銅脅迫對不同亞麻品種種子萌發(fā)的影響
2.1.1銅脅迫對亞麻發(fā)芽勢的影響
不同濃度銅溶液處理下亞麻發(fā)芽勢如表1所示。9個亞麻品種的發(fā)芽勢均隨著銅濃度的升高而降低。隴亞10號發(fā)芽勢在銅溶液濃度為50mg/L時較0mg/L稍有上升，但并未達到顯著水平。當銅溶液濃度為50mg/L時，云亞1號、云亞3號、同升福、伊亞3號、伊亞4號、伊亞5號的發(fā)芽勢顯著低于0mg/L時的發(fā)芽勢。當銅溶液濃度為100mg/L時，9個亞麻品種的發(fā)芽勢均顯著低于0mg/L時的發(fā)芽勢。在銅溶液濃度達到200mg/L時，隴亞10號的發(fā)芽勢最高，為20.67%，云亞3號和派克斯的發(fā)芽勢最低，為0.67%。
表1 不同Cu2+濃度溶液對亞麻發(fā)芽勢的影響
注：不同小寫字母表示 5%顯著水平差異。
2.1.2銅脅迫對亞麻發(fā)芽率的影響
不同亞麻品種在不同銅溶液濃度處理下的發(fā)芽率如表2所示。9個亞麻品種的發(fā)芽率均隨著銅溶液濃度的升高而逐漸降低。派克斯與隴亞10號的發(fā)芽率在50mg/L較0mg/L有所上升，但并未達到顯著水平。當銅濃度為50mg/L時，云亞1號、伊亞5號的發(fā)芽率顯著低于銅濃度為0mg/L時的發(fā)芽率。當銅濃度為100mg/L時，9個亞麻品種的發(fā)芽率均顯著低于銅濃度為0mg/L時的發(fā)芽率。當銅濃度為200mg/L時，隴亞10號的發(fā)芽率最高，為41.33%，云亞1號的發(fā)芽率最低，為4.67%。
2.1.3銅脅迫對亞麻發(fā)芽指數的影響
發(fā)芽指數是種子的活力指標。發(fā)芽指數高，種子活力就高。9個亞麻品種的發(fā)芽指數(表3)均隨著銅濃度的升高而降低。當銅濃度為50mg/L時，云亞1號、云亞3號、派克斯、隴亞10號、伊亞3號、伊亞4號、伊亞5號、天鑫3號的發(fā)芽指數顯著低于銅濃度為0mg/L時的發(fā)芽指數；當銅濃度為100mg/L時，9個亞麻品種的發(fā)芽指數均顯著低于銅濃度為0mg/L時的發(fā)芽指數；當銅濃度為200mg/L時，隴亞10號的發(fā)芽指數最高，為16.88，云亞1號的發(fā)芽指數最低，為2.08。
2.1.4銅脅迫對亞麻種子活力指數的影響
不同品種的亞麻種子活力指數(表4)隨著銅脅迫濃度的升高而降低。當銅濃度為50mg/L時，9個亞麻品種的種子活力指數均顯著低于銅濃度為0mg/L的。當銅濃度為200mg/L時，隴亞10號的種子活力指數最高，為3.84，云亞1號和同升福的種子活力指數最低，為0.39。
表2 不同Cu2+濃度溶液對亞麻發(fā)芽率的影響
表3 不同Cu2+濃度溶液對亞麻發(fā)芽指數的影響
表4 不同Cu2+濃度溶液對亞麻種子活力指數的影響
2.2銅脅迫對亞麻芽苗生長的影響
2.2.1銅脅迫對亞麻根長(主根)的影響
不同濃度銅溶液對亞麻根長(主根)影響見表5。銅溶液對亞麻主根生長有明顯的抑制作用。
在銅濃度為50mg/L的處理下，9個亞麻品種的根長均顯著低于0mg/L處理，銅對云亞3號的根抑制作用最明顯，在50mg/L時無主根產生。伊亞4號主根對銅脅迫表現(xiàn)出較好的抗性，在200mg/L銅濃度處理下仍有少量主根產生。
表5 不同Cu2+濃度溶液對亞麻根長(主根)的影響
2.2.2銅脅迫對亞麻芽長的影響
不同濃度銅溶液對亞麻芽長影響見表6。不同亞麻品種的芽對銅的敏感性有所不同。低濃度銅處理促進了部分亞麻品種芽的生長，派克斯、伊亞5號和天鑫3號芽長在銅溶液濃度50mg/L處理下顯著高于0mg/L處理。其他品種芽長隨銅溶液濃度的升高而逐漸降低。
表6 不同Cu2+濃度溶液對亞麻芽長的影響
2.2.3不同濃度銅對亞麻品種根長(主根)、芽長抑制指數的影響
不同濃度銅對亞麻根長(主根)抑制指數的影響如表7所示。銅對亞麻根長(主根)抑制指數與銅濃度呈正相關，隨著銅濃度的升高，根長抑制指數也隨之升高。在銅溶液濃度為50mg/L時，不同亞麻品種根長抑制指數均達0.96以上，受到嚴重抑制。云亞3號根對銅最敏感，伊亞4號根對銅最不敏感。
不同濃度銅對亞麻芽長抑制指數的影響如表8所示。亞麻芽長抑制指數與銅濃度呈正相關，隨著銅溶液濃度的升高，對亞麻芽長抑制效果也越發(fā)明顯。在銅溶液濃度為50mg/L時，云亞3號、派克斯、伊亞5號和天鑫3號的芽長抑制指數分別為－0.41、－0.17、－0.12和－0.05，而后隨銅濃度的升高芽長抑制指數逐漸變?yōu)檎龜担块L受到抑制，說明低濃度的銅可以促進部分亞麻品種芽長的生長。
表7 不同Cu2+濃度溶液對亞麻根長(主根)抑制指數的影響
表8 不同Cu2+濃度溶液對亞麻芽長抑制指數的影響
2.2.4銅脅迫對亞麻芽苗鮮重的影響
不同濃度銅對亞麻苗鮮重的影響如表9所示。亞麻苗鮮重與銅濃度呈負相關，隨著銅濃度的升高而降低。當銅溶液濃度≥50mg/L時，亞麻苗鮮重顯著低于對照，且隨著銅濃度的升高不斷下降。
表9 不同Cu2+濃度溶液對亞麻苗鮮重的影響
2.3不同亞麻品種耐銅性評價
選擇對亞麻生長具有顯著抑制作用的銅濃度(50mg/L)，以相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數、相對活力指數、相對根長、相對芽長作為評價指標，采用隸屬函數法對各品種耐銅性進行評價，結果如表10所示。派克斯和隴亞10號平均隸屬函數值最大，為0.76，伊亞5號為0.64，云亞3號、同升福和天鑫3號為0.55，伊亞3號為0.53，伊亞4號為0.46，云亞1號為0.07。根據平均隸屬函數值的大小，得到9個品種耐銅性強弱：派克斯＞隴亞10號＞伊亞5號＞云亞3號＞同升福＞天鑫3號＞伊亞3號＞伊亞4號＞云亞1號。
表10 銅(50mg/L)脅迫下亞麻各相對指標的隸屬函數值
根據平均隸屬函數值將9個亞麻品種耐銅性分為4個等級：X≥0.70的派克斯和隴亞10號為高耐型；0.50≤X＜0.70的伊亞5號、云亞3號、同升福、天鑫3號、伊亞3號為中耐型；0.30≤X＜0.50的伊亞4號為低耐型；X＜0.30的云亞1號為敏感型。
3討論
發(fā)芽勢和發(fā)芽率是反映植物種子質量優(yōu)劣的主要指標。發(fā)芽勢強、發(fā)芽率高，表示種子出苗又快又整齊，幼苗健壯；如果發(fā)芽勢弱、發(fā)芽率高，則表示種子發(fā)芽弱苗較多、出苗不整齊。
亞麻的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數、發(fā)芽指數、根長和苗鮮重等均隨著銅濃度的升高而下降，與銅濃度呈負相關。在50mg/L的銅濃度處理下，部分亞麻品種的發(fā)芽勢和發(fā)芽率有增加的趨勢。銅對亞麻根的抑制作用強于對芽的抑制作用，亞麻根在50mg/L銅處理下均表現(xiàn)出顯著抑制作用，而芽長在50mg/L銅處理下部分亞麻品種表現(xiàn)出促進作用，直至150mg/L銅處理才均表現(xiàn)出顯著抑制作用。已有研究［15，22－27］表明，當銅濃度到達某個臨界值時，會顯著抑制小麥、水稻、黃瓜、豆類和玉米等作物種子的萌發(fā)，顯著降低幼苗的根長以及生物量，在臨界值之下的銅濃度對種子的萌發(fā)具有一定的促進作用，但是對幼苗后續(xù)的生長不利。與本試驗的結果表現(xiàn)一致。
用隸屬函數值計算，將9個亞麻品種的萌發(fā)期耐銅性進行分級。高耐型：派克斯、隴亞10號；中耐型：伊亞5號、云亞3號、同升福、天鑫3號、伊亞3號；低耐型：伊亞4號；敏感型：云亞1號。派克斯與隴亞10號可以作為亞麻修復銅污染土壤的理想品種。
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文章摘自：向魏,彭定祥,劉立軍.銅脅迫對亞麻萌發(fā)的影響[J].中國麻業(yè)科學,2022,44(04)：232-239.
