摘 要：铜已成为我国南方地区重金属污染土壤中主要的元素之一，土壤铜污染问题亟待解决。亚麻对重金属有较强耐受性，可作为重金属污染土壤修复的候选作物。试验采用CuSO4·5H2O模拟铜胁迫环境，设置0、50、100、150、200mg/L5个铜浓度，研究铜胁迫对9个亚麻品种萌发特性的影响。结果表明，铜浓度≥50mg/L时对亚麻萌发具有抑制作用，显著降低了亚麻的发芽率。采用隶属函数法对9个亚麻品种进行耐铜性分级，派克斯和陇亚10号为高耐型，伊亚5号、云亚3号、同升福、天鑫3号、伊亚3号为中耐型，伊亚4号为低耐型，云亚1号为敏感型。
关键词：亚麻；铜污染；铜胁迫；萌发；隶属函数
亚麻(Linum usitatissimum L.)属于亚麻科(Linaceae)亚麻属(Linum)，为一年生草本植物，被人类栽培和利用有8000多年的历史［1］。亚麻作为纤维作物和油料作物具有极高的经济价值，同时其也是一种修复重金属污染土壤的良好作物。随着我国现代工农业的发展，铜已经成为我国土壤，尤其是铜矿开达到2.1%，矿区土壤含铜量普遍高出正常值，有的地区甚至高达7325mg/kg，因此，对铜污染土壤的修复刻不容缓［2－6］。Angelova等［7］研究发现，相对于大麻和棉花对重金属的吸附能力，亚麻的吸附能力更强。王玉富等［8］研究表明，亚麻对重金属胁迫具有较强的耐受性。通过对23个亚麻品种进行种子发芽的重金属毒性试验，Soudek等［9］发现重金属对亚麻的毒性顺序为：As3+＞As5+＞Cu2+＞Cd2+＞Co2+＞Cr6+＞Ni2+＞Pb2+＞Cr3+＞Zn2+，尽管没有一个亚麻品种对所有的重金属表现出耐受性或是抗性，但是不同亚麻品种对不同重金属的耐受性各有不同。低浓度的Cu2+对种子萌发会表现出一定的促进作用，而高浓度的Cu2+会显著降低大豆、黑麦草和海州香薷等植物种子的发芽率［10－14］。Cu2+胁迫会抑制植物幼苗的生长，使其芽长、根长和幼苗鲜重均降低，抑制作用随着Cu2+浓度的升高而加强，且根对Cu2+的敏感性高于芽［15－16］。
目前，国外主要培育的亚麻品种为低亚麻酸含量品种和环保型品种，低亚麻酸品种可用于亚麻食品的开发，环保型品种可从土壤中大量吸收镉和铅等重金属，在净化土壤方面发挥作用［17］。目前还没有铜胁迫对亚麻影响的相关研究，本试验为亚麻修复利用铜污染土壤提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料
亚麻种子萌发期耐铜性研究选用9个亚麻品种：云亚1号、云亚3号、派克斯、同升福、陇亚10号、伊亚3号、伊亚4号、伊亚5号、天鑫3号(中国农业科学院麻类研究所、云南省农业科学院经济作物研究所、黑龙江农业科学院经济作物研究所、新疆伊犁州农业科学研究所等单位友情馈赠。)
1.2试验设计
本试验设置3个重复，每个重复选择 50 粒成熟饱满且大小适中、均匀一致的种子进行发芽试验。
铜胁迫环境采用CuSO4·5H2O(分析纯)模拟。设置0、50、100、150、200mg/L5个铜浓度。将选好的9个亚麻品种的种子用75%乙醇消毒2min，用蒸馏水冲洗干净后置于放有两张发芽纸的发芽盒中，加入铜溶液10mL，置于25℃恒温培养箱中发芽7d。
1.3测定项目及方法
以萌发的幼芽达到种子长度的1/2为发芽标准，每24h调查一次发芽情况，连续调查7次。第3天统计发芽势，第7天统计发芽率、发芽指数、活力指数，随机取10株测量根长(主根)、芽长、鲜重。相关指标计算方法如下：
(1)鲜重：将10株亚麻幼苗表面水分吸干，用天平称取重量，求出单株鲜重平均值。
(2)根长(主根)：测量10株根长(第一个侧根以下)，求其平均值。
(3)芽长：测量10株芽长(子叶节以上)，求其平均值。
(4)发芽势(%)=(第3天发芽数/供试种子数)×100%
(5)发芽率(%)=(第7天发芽数/供试种子总数)×100%
(6)发芽指数GI=∑Gt/Dt
其中：GI—发芽指数；Gt—指定时间(d)的发芽种子数；Dt—相应的发芽试验时间(d)。
(7)活力指数=发芽指数×幼苗鲜重(g/10株)
(8)根长(芽长)抑制指数=(对照－处理)/对照
对9个亚麻品种进行耐铜性评价。首先将各项指标值换算成相对值(相对值=处理值/对照值)，然后按下面公式计算隶属函数值。如果各指标相对值与亚麻耐性呈正相关，就代入(1)式进行计算，反之则代入(2)式进行计算。将各品种亚麻各指标的耐性隶属函数值累加起来，求其平均值［18－20］。隶属函数值计算公式如下：
式中：Xij表示i品种j个相对指标的隶属函数值；Xj为第j个指标的隶属函数值；Xjmax和Xjmin分别表示所有品种第j个相对指标的最大值和最小值。
再根据平均隶属函数X值的大小对9个品种进行耐性鉴定，即X≥0.70为1级高耐型；0.50≤X＜0.70为2级中耐型；0.30≤X＜0.50为3级低耐型；X＜0.30为4级敏感型［21］。
1.4统计分析
采用Microsoft Excel 2013进行数据整理，SPSS 20.0进行方差分析和显著性检验。
2结果与分析
2.1铜胁迫对不同亚麻品种种子萌发的影响
2.1.1铜胁迫对亚麻发芽势的影响
不同浓度铜溶液处理下亚麻发芽势如表1所示。9个亚麻品种的发芽势均随着铜浓度的升高而降低。陇亚10号发芽势在铜溶液浓度为50mg/L时较0mg/L稍有上升，但并未达到显著水平。当铜溶液浓度为50mg/L时，云亚1号、云亚3号、同升福、伊亚3号、伊亚4号、伊亚5号的发芽势显著低于0mg/L时的发芽势。当铜溶液浓度为100mg/L时，9个亚麻品种的发芽势均显著低于0mg/L时的发芽势。在铜溶液浓度达到200mg/L时，陇亚10号的发芽势最高，为20.67%，云亚3号和派克斯的发芽势最低，为0.67%。
表1 不同Cu2+浓度溶液对亚麻发芽势的影响
注：不同小写字母表示 5%显著水平差异。
2.1.2铜胁迫对亚麻发芽率的影响
不同亚麻品种在不同铜溶液浓度处理下的发芽率如表2所示。9个亚麻品种的发芽率均随着铜溶液浓度的升高而逐渐降低。派克斯与陇亚10号的发芽率在50mg/L较0mg/L有所上升，但并未达到显著水平。当铜浓度为50mg/L时，云亚1号、伊亚5号的发芽率显著低于铜浓度为0mg/L时的发芽率。当铜浓度为100mg/L时，9个亚麻品种的发芽率均显著低于铜浓度为0mg/L时的发芽率。当铜浓度为200mg/L时，陇亚10号的发芽率最高，为41.33%，云亚1号的发芽率最低，为4.67%。
2.1.3铜胁迫对亚麻发芽指数的影响
发芽指数是种子的活力指标。发芽指数高，种子活力就高。9个亚麻品种的发芽指数(表3)均随着铜浓度的升高而降低。当铜浓度为50mg/L时，云亚1号、云亚3号、派克斯、陇亚10号、伊亚3号、伊亚4号、伊亚5号、天鑫3号的发芽指数显著低于铜浓度为0mg/L时的发芽指数；当铜浓度为100mg/L时，9个亚麻品种的发芽指数均显著低于铜浓度为0mg/L时的发芽指数；当铜浓度为200mg/L时，陇亚10号的发芽指数最高，为16.88，云亚1号的发芽指数最低，为2.08。
2.1.4铜胁迫对亚麻种子活力指数的影响
不同品种的亚麻种子活力指数(表4)随着铜胁迫浓度的升高而降低。当铜浓度为50mg/L时，9个亚麻品种的种子活力指数均显著低于铜浓度为0mg/L的。当铜浓度为200mg/L时，陇亚10号的种子活力指数最高，为3.84，云亚1号和同升福的种子活力指数最低，为0.39。
表2 不同Cu2+浓度溶液对亚麻发芽率的影响
表3 不同Cu2+浓度溶液对亚麻发芽指数的影响
表4 不同Cu2+浓度溶液对亚麻种子活力指数的影响
2.2铜胁迫对亚麻芽苗生长的影响
2.2.1铜胁迫对亚麻根长(主根)的影响
不同浓度铜溶液对亚麻根长(主根)影响见表5。铜溶液对亚麻主根生长有明显的抑制作用。
在铜浓度为50mg/L的处理下，9个亚麻品种的根长均显著低于0mg/L处理，铜对云亚3号的根抑制作用最明显，在50mg/L时无主根产生。伊亚4号主根对铜胁迫表现出较好的抗性，在200mg/L铜浓度处理下仍有少量主根产生。
表5 不同Cu2+浓度溶液对亚麻根长(主根)的影响
2.2.2铜胁迫对亚麻芽长的影响
不同浓度铜溶液对亚麻芽长影响见表6。不同亚麻品种的芽对铜的敏感性有所不同。低浓度铜处理促进了部分亚麻品种芽的生长，派克斯、伊亚5号和天鑫3号芽长在铜溶液浓度50mg/L处理下显著高于0mg/L处理。其他品种芽长随铜溶液浓度的升高而逐渐降低。
表6 不同Cu2+浓度溶液对亚麻芽长的影响
2.2.3不同浓度铜对亚麻品种根长(主根)、芽长抑制指数的影响
不同浓度铜对亚麻根长(主根)抑制指数的影响如表7所示。铜对亚麻根长(主根)抑制指数与铜浓度呈正相关，随着铜浓度的升高，根长抑制指数也随之升高。在铜溶液浓度为50mg/L时，不同亚麻品种根长抑制指数均达0.96以上，受到严重抑制。云亚3号根对铜最敏感，伊亚4号根对铜最不敏感。
不同浓度铜对亚麻芽长抑制指数的影响如表8所示。亚麻芽长抑制指数与铜浓度呈正相关，随着铜溶液浓度的升高，对亚麻芽长抑制效果也越发明显。在铜溶液浓度为50mg/L时，云亚3号、派克斯、伊亚5号和天鑫3号的芽长抑制指数分别为－0.41、－0.17、－0.12和－0.05，而后随铜浓度的升高芽长抑制指数逐渐变为正数，芽长受到抑制，说明低浓度的铜可以促进部分亚麻品种芽长的生长。
表7 不同Cu2+浓度溶液对亚麻根长(主根)抑制指数的影响
表8 不同Cu2+浓度溶液对亚麻芽长抑制指数的影响
2.2.4铜胁迫对亚麻芽苗鲜重的影响
不同浓度铜对亚麻苗鲜重的影响如表9所示。亚麻苗鲜重与铜浓度呈负相关，随着铜浓度的升高而降低。当铜溶液浓度≥50mg/L时，亚麻苗鲜重显著低于对照，且随着铜浓度的升高不断下降。
表9 不同Cu2+浓度溶液对亚麻苗鲜重的影响
2.3不同亚麻品种耐铜性评价
选择对亚麻生长具有显著抑制作用的铜浓度(50mg/L)，以相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对根长、相对芽长作为评价指标，采用隶属函数法对各品种耐铜性进行评价，结果如表10所示。派克斯和陇亚10号平均隶属函数值最大，为0.76，伊亚5号为0.64，云亚3号、同升福和天鑫3号为0.55，伊亚3号为0.53，伊亚4号为0.46，云亚1号为0.07。根据平均隶属函数值的大小，得到9个品种耐铜性强弱：派克斯＞陇亚10号＞伊亚5号＞云亚3号＞同升福＞天鑫3号＞伊亚3号＞伊亚4号＞云亚1号。
表10 铜(50mg/L)胁迫下亚麻各相对指标的隶属函数值
根据平均隶属函数值将9个亚麻品种耐铜性分为4个等级：X≥0.70的派克斯和陇亚10号为高耐型；0.50≤X＜0.70的伊亚5号、云亚3号、同升福、天鑫3号、伊亚3号为中耐型；0.30≤X＜0.50的伊亚4号为低耐型；X＜0.30的云亚1号为敏感型。
3讨论
发芽势和发芽率是反映植物种子质量优劣的主要指标。发芽势强、发芽率高，表示种子出苗又快又整齐，幼苗健壮；如果发芽势弱、发芽率高，则表示种子发芽弱苗较多、出苗不整齐。
亚麻的发芽势、发芽率、活力指数、发芽指数、根长和苗鲜重等均随着铜浓度的升高而下降，与铜浓度呈负相关。在50mg/L的铜浓度处理下，部分亚麻品种的发芽势和发芽率有增加的趋势。铜对亚麻根的抑制作用强于对芽的抑制作用，亚麻根在50mg/L铜处理下均表现出显著抑制作用，而芽长在50mg/L铜处理下部分亚麻品种表现出促进作用，直至150mg/L铜处理才均表现出显著抑制作用。已有研究［15，22－27］表明，当铜浓度到达某个临界值时，会显著抑制小麦、水稻、黄瓜、豆类和玉米等作物种子的萌发，显著降低幼苗的根长以及生物量，在临界值之下的铜浓度对种子的萌发具有一定的促进作用，但是对幼苗后续的生长不利。与本试验的结果表现一致。
用隶属函数值计算，将9个亚麻品种的萌发期耐铜性进行分级。高耐型：派克斯、陇亚10号；中耐型：伊亚5号、云亚3号、同升福、天鑫3号、伊亚3号；低耐型：伊亚4号；敏感型：云亚1号。派克斯与陇亚10号可以作为亚麻修复铜污染土壤的理想品种。
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文章摘自：向魏,彭定祥,刘立军.铜胁迫对亚麻萌发的影响[J].中国麻业科学,2022,44(04)：232-239.
