镉对不同种源树番茄种子萌发及幼苗生长的影响

摘    要：研究不同种源树番茄种子萌发及幼苗生长对镉添加的响应，探讨不同种源树番茄对镉的耐受能力，以期筛选耐镉性较强的优良种源。以5个树番茄种源XS、PE、DH、BS、LC种子为试材，采用单因素完全随机试验设计，设置5个镉浓度（土壤含镉量w计：0、5、10、20、50 mg·kg^-1）水平，观测不同种源树番茄种子萌发及幼苗生长情况。结果表明，XS种源发芽率、发芽指数和活力指数在5 mg·kg^-1 Cd²⁺处理时有促进作用，BS种源发芽势、发芽指数和活力指数在5 mg·kg^-1 Cd²⁺处理时有促进作用，LC种源发芽势和活力指数均在5 mg·kg^-1 Cd²⁺处理时有促进作用。随Cd2+浓度的升高，XS、PE、BS和LC种源幼苗的根长、苗高和鲜质量均受到抑制，5 mg·kg-1的镉处理对各种源的叶长起促进作用，10～50 mg·kg^-1显著抑制PE和DH的根长、XS和BS的苗高、PE的叶长和鲜质量。5个不同种源的树番茄对Cd²⁺的耐受能力不同，隶属函数结果为LC对Cd²⁺的耐受性最强。

关键词：镉；树番茄；种子萌发；幼苗生长；隶属函数

中图分类号：S641.9 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）05-125-06

Effect of cadmium on seed germination characteristics and seeding growth of Cyphomandra betacea from different seed sources

JIN Youfan， LI Shimin， LI Shupin， ZHANG Mei， DONG Qiong

（Key Laboratory of Biodiversity Resources Conservation in Southwest China， National Forestry and Grassland Administration/Southwest Forestry University， Kunming 650224， Yunnan， China）

Abstract： We investigated the response of seed germination and seedling growth of Cyphomandra betacea from different seed sources to cadmium addition， and explored the cadmium tolerance of C. betacea from different seed sources， in order to screen out good seed sources with better cadmium tolerance. The seeds of five C. betacea seeds XS， PE， DH， BS， and LC were used as test materials， and five Cd concentrations（soil Cd content： 0， 5， 10， 20， and 50 mg·kg^-1）were set in a one-way completely randomized experimental design to observe the seed germination and seedling growth of different seeds of C. betacea. The results show that： Seed germination indexes were promoted at 5 mg·kg^-1 for XS seed source， germination potential， germination index and vigor index for BS seed source， and germination potential， germination index and vigor index for LC seed source， all at 5 mg·kg^-1. With increasing Cd²⁺ concentration， root length， seedling height and fresh weight of seedlings of XS， PE， BS and LC species were inhibited. 5 mg·kg^-1 of Cd treatment promoted leaf length of various sources， and 10-50 mg·kg^-1 significantly inhibited root length of PR and DH， seedling height of XS and BS， and leaf length and fresh weight of PR. C. beracea from five different seed sources differed in their tolerance to Cd²⁺， and the affiliation function resulted in the best tolerance of LC to Cd²⁺.

Key words： Cadmium; Cyphomandra betacea; Seed germination; Seeding growth; Affiliation functions

镉（Cd）是一种非必需的重金属元素，毒性强、水溶性高、迁移性大，易被植物及其他生物吸收，继而通过食物链在人畜体内累积，对环境和人体生命健康构成严重威胁[1]。近年来，随着现代工农业生产的发展和人类活动的急剧增加，大量重金属镉进入土壤环境，镉污染日益严重。研究发现，镉能抑制植物生长发育，其特点表现为植株矮小、叶片黄萎卷曲、根叶坏死导致植物死亡[2]。目前，已有镉对植物种子萌发及幼苗生长指标影响的研究报道，如重金属Cd对小麦、玉米的发芽率、幼苗生长和根的伸长均有抑制作用[3-5]。Moya等[6]、Verma等[7]研究认为，Cd抑制植物生长是由于细胞内贮藏的物质不断积累影响细胞生长和伸长。因此，研究镉处理对种子萌发和幼苗生长的影响具有重要的现实意义[8]。

树番茄（Cyphomandra beracea）为茄科（Solanaceae）树番茄属（Cyphomandra）多年生常绿小乔木或灌木，在我国西南等地均有栽培，果实风味独特，富含多种矿物质、果胶及维生素C，具有极高的观赏和食用价值[9]。前人研究表明，我国镉污染现状突出，从镉分布来看，南方土壤的镉污染问题尤其突出，在一定程度上限制了南方果树的生产及发展[10]。目前，树番茄的研究主要集中在引种栽培[11]、组培[12]以及混种富集植物嫁接后代对幼苗镉积累的影响[13]等方面。土壤中镉对树番茄种子萌发及幼苗生长的影响尚不清楚。为此，笔者的研究选择不同镉浓度处理5个种源的树番茄种子，探讨镉对5个种源种子萌发及幼苗生长的影响，并进一步比较对镉的耐受能力，筛选出耐镉能力较强的种源。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省昆明市西南林业大学格林温室，地处昆明市东北，位于海拔约1891 m，年平均气温约15 ℃，年降雨量1031 mm，有明显的干、湿两季，5－10月为雨季，降水量占全年的85%左右，属于北亚热带气候类型。

1.2 材料

供试材料为5个不同种源树番茄果实（每份质量不少于2 kg）（表1），于2020年11月中旬分别从云南省普洱市思茅区、临沧市耿马县、德宏傣族景颇族自治州芒市市、保山市龙陵县、西双版纳傣族自治州景洪市等5个树番茄分布区采集树番茄果实，带回实验室后剥出种子进行初步净种，去除畸形、发霉、不饱满的种子，将种子摊放在阴凉通风处，风干后贮存备用。

供试土壤取自云南省昆明市西南林业大学树木园，地处云贵高原中部，土壤基本理化性质为：pH值5.45、总容质量1.26 g·cm^-3、总氮含量（w，后同）1.44 g·kg^-1、总磷含量0.83 g·kg^-1、总钾含量8.82 g·kg^-1、总钙含量0.56 g·kg^-1、镁含量0.12 g·kg^-1、铁含量41.10 g·kg^-1，未检测出镉[18]。

1.3 方法

试验于2021年4月16日在西南林业大学格林温室进行。以5个树番茄种源XS、PE、DH、BS、LC种子为试材，采用单因素完全随机试验设计，设置5个镉浓度（以土壤含镉量w记：即0、5、10、20、50 mg·kg^-1）水平。具体做法如下：用烘箱将基质烘干，精确称取450 g风干土装于8.5 cm×17.5 cm（高×直径）的塑料盆中。每个塑料盆加入150 mL（ρ为0、15、30、60、150 mg·L^-1）溶液，搅拌基质将其混匀，使土壤的镉浓度分别为0、5、10、20、50 mg·kg^-1。将其在温室棚内放置30 d，不定期翻土混合，使土壤充分混合均匀[19]。1个月后，将树番茄种子均匀播种在不同镉浓度的土壤里，每盆20粒种子，设3个重复，每处理60粒种子，共使用1500粒种子定期观测树番茄种子的生长发芽状况。每隔1～2 d浇1次水，统计种子发芽数，计算发芽率、发芽势、发芽指数等，连续5 d种子没有萌发为发芽结束的标志，待实验结束时第43天对不同种源的树番茄种子进行破坏性取样，将各种镉浓度下生长的树番茄幼苗每次重复随机选取4株，用蒸馏水反复冲洗，对不同种源的树番茄幼苗进行晾干，带回实验室测量幼苗的生长指标。

1.4 项目测定

观察树番茄种子的发芽情况，详细记录树番茄种子每天的发芽个数，计算种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

发芽率/%＝正常发芽种子粒数/供检种子总粒数×100；    （1）

发芽势/%＝发芽达到顶峰时正常发芽种子粒数/供检种子总粒数×100；    （2）

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）。                        （3）

式中：Gt为t天内的发芽数；Dt为对应的发芽时间（d）。

活力指数：VI＝S∑（Gt/Dt）。                       （4）

式中：VI为活力指数，S为幼苗根长（cm），Gt为t天内的萌发数，Dt为发芽时间（d）。

1.5 耐性综合评价

采用隶属函数法对不同种源的树番茄种子耐Cd²⁺进行综合评价。先利用公式U（Ｘ）＝（Ｘ-Ｘ_min）/（Ｘ_max-Ｘ_min）分别计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗高、叶长和鲜质量在不同Cd²⁺浓度下的隶属函数值[U（Ｘ）]。式中，Ｘ为各指标统计或测得的数值，Ｘ_max和Ｘ_min分别为最大值和最小值，把每一指标在不同Cd²⁺浓度下的隶属值累加求平均值，最后把各项指标隶属函数值累加求平均值，平均值越大，耐性越强；平均值越小，耐性越弱。