鋁浸種對(duì)黑豆種子萌發(fā)的影響

趙雨云+鄧新星

摘 要：該研究以永州本地黑豆品種為試驗(yàn)材料，分析了不同濃度的鋁浸種后黑豆種子萌發(fā)和幼苗生理特性的變化。結(jié)果表明：10～5000mg/L的鋁浸種對(duì)黑豆的發(fā)芽率無(wú)明顯影響，5000mg/L鋁處理降低了黑豆種子的發(fā)芽勢(shì)；較高濃度（1000mg/L以上）的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根和莖的生長(zhǎng)。鋁浸種提高了黑豆幼苗葉片中MDA的含量，中高濃度的鋁浸種處理對(duì)黑豆幼苗造成了傷害。而過(guò)氧化氫酶（POD）活性在鋁濃度為10mg/L、100mg/L、1000mg/L時(shí)受鋁脅迫的影響較小，但在鋁濃度為2000mg/L、5000mg/L時(shí)顯著增加了POD活性。POD活性的升高有助于提高黑豆幼苗對(duì)鋁的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：鋁浸種；黑豆；種子萌發(fā)；生理響應(yīng)

中圖分類號(hào) Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）18-0009-03

Effect of Seed Soaking with Aluminum on Seed Germination of Black Bean

Zhao Yuyun et al.

（Life Science & Chemical Engineering Department，Hunan University of Science and Technology，Yongzhou 425199，China）

Abstract：Black bean seeds，planted locally in Yongzhou，were soaked in aluminum （Al） solutions （0，10，100，1000，5000 mg/L） for 15 hours to study the effects of Al on seed germination and seedling physiology.It was found soaking with 10-1000 mg/L Al3+did not significantly change the germination rate of black beans，but soaking with 5000 mg/L Al3+ significantly decreased the germination energy.Thus，soaking with above 1000 mg/L Al3+ inhibited the growth of roots and stems of black bean seedlings.Al soaking increased the malonaldehyde contents in seedling leaves，but the medium and high concentration soaking damaged the seedlings of black beans.Peroxidase activity was not largely affected by soaking with 10～1000 mg/L Al3+，but was significantly increased by soaking with 2000～5000 mg/L Al3+.The improvement of peroxidase activity contributes to higher Al adaptability of black bean seedlings.

Key words：Aluminum；Black bean；Seed germination；Seedling physiology

鋁是土壤中含量最豐富的金屬元素之一，通常以難溶性的硅酸鹽或其他沉淀物形式存在，對(duì)植物并沒(méi)有毒害，但在酸性條件下（pH<5）原固定于晶格中的鋁可以逐漸解離，以離子形態(tài)Al3+的形式釋放到溶液中，并在微摩爾濃度級(jí)水平下對(duì)植物產(chǎn)生毒害[1]。我國(guó)南方分布著大面積的酸性土壤，約占全國(guó)土地總面積的21%[2]。近年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境酸化的問(wèn)題日益嚴(yán)重，酸雨的頻繁沉降及農(nóng)業(yè)化肥的大量使用，土壤中的富鋁作用大大增強(qiáng)，鋁毒害已成為酸性土壤中抑制作物生長(zhǎng)和導(dǎo)致作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降的主要因素之一[3]。由于大多數(shù)的作物對(duì)鋁毒較敏感，因此研究鋁對(duì)作物的影響具有較大的理論和實(shí)際意義。

黑豆富含蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并富含多種生物活性物質(zhì)，具有抗氧化性、抗腫瘤活性和保護(hù)心血管的作用，是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食兩用食品[4]。本研究以永州本地黑豆品種為試驗(yàn)材料，采用不同濃度鋁浸種處理，探索鋁浸種對(duì)黑豆種子萌發(fā)的影響，為進(jìn)一步研究黑豆耐鋁的生理生化機(jī)制及其豐產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 永州本地黑豆品種八月爆Soybean （Glycine max var）。

1.2 種子處理 首先對(duì)種子進(jìn)行風(fēng)選、水漂、剔除機(jī)械碾軋損傷及蟲(chóng)蛀、發(fā)霉、過(guò)小的種子。水漂時(shí)要用手輕輕地反復(fù)搓洗，反復(fù)撇撈雜質(zhì)劣豆。然后將黑豆撈入篩子中控去水分。將精選后的黑豆用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡5min，再用蒸餾水清洗3次后，分別置于裝有不同濃度的鋁溶液的已恒溫的（38℃）燒杯中浸泡。浸種15h后，將種子從燒杯中取出瀝干，轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，用培養(yǎng)液在一定溫度的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)發(fā)芽水洗滌10min。

1.3 鋁濃度設(shè)計(jì)和浸種 試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)鋁濃度浸種液，以Al2（SO4）3·18H2O的形式加入，濃度分別為0（對(duì)照）、10mg/L、100mg/L、1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L共6個(gè)組，每個(gè)處理重復(fù)3次，浸種時(shí)間為15h，浸泡溫度為38℃。

1.4 播種 以培養(yǎng)皿（Ф12cm）作發(fā)芽床，底部鋪2層紗布，18個(gè)培養(yǎng)皿，并將已浸種處理過(guò)的種子每皿100粒均勻擺放在紗布上，種子上方鋪一層濕潤(rùn)的紗布，每個(gè)處理重復(fù)3次。在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，每日噴適量的蒸餾水，使種子保持濕潤(rùn)狀態(tài)。培養(yǎng)的條件為：溫度32℃，濕度90%。endprint

1.5 測(cè)定的指標(biāo)及方法 5d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，8d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。幼苗生理指標(biāo)，萌發(fā)結(jié)束后7d，取黑豆幼苗完全展開(kāi)葉測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法。過(guò)氧化物酶活性采用愈創(chuàng)木酚法?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬╗5]。

1.6 數(shù)據(jù)處理 利用SPSS 13.0 For Windows和Microsoft Excel數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。采用配對(duì)t檢驗(yàn)（Paired Samples T test）法進(jìn)行比較，論文中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均以平均值±樣本值標(biāo)準(zhǔn)誤差（Mean±SE）表示，其中P<0.05被視為存在顯著性差異，P<0.01被視為存在極顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁處理對(duì)黑豆種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響 由表1可以看出，不同濃度的鋁浸種后黑豆的發(fā)芽率有所降低，但與對(duì)照組相比并未達(dá)到顯著水平。10mg/L、100mg/L、1000mg/L、2000mg/L濃度的鋁浸種后黑豆的發(fā)芽勢(shì)有所變化，但與對(duì)照組相比并未達(dá)到顯著水平，而5000mg/L濃度的鋁浸種處理后發(fā)芽勢(shì)降低，與對(duì)照組相比達(dá)到了顯著水平（P<0.05），降低了28.4%。說(shuō)明10～5000mg/L的鋁浸種對(duì)黑豆的發(fā)芽率無(wú)明顯影響，高濃度（5000mg/L）的鋁處理降低了黑豆種子的發(fā)芽勢(shì)。

2.2 鋁處理對(duì)黑豆幼苗生長(zhǎng)的影響 由表2可以看出，10mg/L、100mg/L濃度的鋁浸種處理對(duì)黑豆幼苗根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的抑制作用并不明顯，而1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L濃度的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根的正常生長(zhǎng)，與對(duì)照組相比達(dá)到了顯著水平（P<0.05），根長(zhǎng)分別減少了24.92%、42.82%、56.30%。1000mg/L、2000mg/L濃度的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗莖的正常生長(zhǎng)，與對(duì)照組相比達(dá)到了顯著水平（P<0.05），莖長(zhǎng)與對(duì)照相比分別減少了24.03%、25.24%，5000mg/L濃度的鋁浸種處理與對(duì)照組相比達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），莖長(zhǎng)與對(duì)照相比減少了24.51%。說(shuō)明較高濃度（1000mg/L以上）的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根和莖的生長(zhǎng)。

注：表中小寫(xiě)字母表示P<0.05差異水平，大寫(xiě)字母表示P<0.01差異水平。

2.3 鋁處理對(duì)黑豆幼苗葉片中丙二醛含量的影響 從表3可以看出，10mg/L、100mg/L、1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L濃度的鋁浸種處理對(duì)黑豆幼苗葉片MDA含量都有提高，但是10mg/L、100mg/L濃度的鋁浸種處理與對(duì)照組相比并未達(dá)到顯著水平，當(dāng)鋁處理濃度為1000mg/L、5000mg/L時(shí)，黑豆幼苗葉片中的MDA含量與對(duì)照組相比達(dá)到顯著水平（P<0.05），分別增加了14.61%、30.96%，當(dāng)鋁處理濃度為2000mg/L時(shí)，黑豆幼苗葉片中的MDA含量與對(duì)照組相比達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），MDA含量增加了26.67%。說(shuō)明鋁浸種提高了黑豆幼苗葉片中MDA的含量，中高濃度的鋁浸種處理對(duì)黑豆幼苗造成了傷害。

2.4 鋁處理對(duì)黑豆幼苗葉片中過(guò)氧化物酶活性的影響

由表4可以看出，10mg/L、100mg/L、1000mg/L濃度的鋁浸種處理對(duì)黑豆幼苗葉片中的POD活性與對(duì)照組相比有增加趨勢(shì)，但是并未達(dá)到顯著水平，當(dāng)鋁處理濃度為2000mg/L、5000mg/L時(shí)，黑豆幼苗葉片中的POD活性與對(duì)照組相比達(dá)到了顯著水平（P<0.05），與對(duì)照組相比分別增加了61.34%、72.78%。說(shuō)明中高濃度的鋁浸種處理黑豆種子，使得黑豆幼苗的POD增加，即其抗逆性增強(qiáng)。

3 討論與結(jié)論

10～5000mg/L濃度的鋁浸種處理降低了黑豆種子的發(fā)芽率，但與對(duì)照組相比并未達(dá)到顯著水平，這與在小白菜[6]、蕎麥[7]上取得的研究結(jié)果相一致，而低濃度的鋁處理則顯著降低油菜[8]、益母草[9]種子的發(fā)芽率，抑制了其正常生長(zhǎng)。表明黑豆種子在萌發(fā)期對(duì)鋁脅迫有較高的耐性。5000mg/L濃度的鋁浸種處理降低了黑豆種子的發(fā)芽勢(shì)，與對(duì)照組相比達(dá)到了顯著水平，這與在火龍果[3]、小白菜[6]上取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。表明高濃度鋁處理對(duì)黑豆種子前期萌發(fā)有較大的抑制作用。

10mg/L、100mg/L濃度的鋁處理浸種對(duì)黑豆幼苗的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的影響并不顯著，但1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L濃度的鋁處理則抑制了黑豆幼苗的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的正常生長(zhǎng)，并且與對(duì)照相比達(dá)到了顯著水平，這與小白菜[6]的研究結(jié)果一致。中高濃度的鋁處理抑制了黑豆幼苗根和莖的正常生長(zhǎng)，表明黑豆生長(zhǎng)早期較種子萌發(fā)期對(duì)鋁脅迫更為敏感。而造成這種現(xiàn)象的原因可能與黑豆幼苗生長(zhǎng)期鋁離子通過(guò)抑制跟細(xì)胞的伸長(zhǎng)與分裂，影響了根系的發(fā)育和對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收，從而對(duì)幼苗地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了相應(yīng)的抑制作用，造成植物生理代謝與形態(tài)建成的變化相關(guān)[10]，具體表現(xiàn)在幼苗的根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)下降幅度隨鋁處理濃度的升高而增大。

逆境條件下，有毒害作用的活性氧自由基在細(xì)胞內(nèi)往往大量積累，極易導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化作用、蛋白質(zhì)變性等生理生化紊亂現(xiàn)象，從而影響植物的正常生長(zhǎng)[11]。在本實(shí)驗(yàn)中，中高濃度（1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L）的鋁處理顯著提高了黑豆幼苗葉片中的MDA含量。由于MDA是活性氧自由基攻擊膜脂過(guò)氧化作用的主要降解產(chǎn)物[12]，表明該濃度下鋁脅迫使黑豆受到的傷害與細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的大量積累有關(guān)。

與此同時(shí)，植物體內(nèi)也相應(yīng)存在保護(hù)酶系統(tǒng)，這對(duì)于及時(shí)清除細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基，保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有重要意義[6]。POD是細(xì)胞內(nèi)重要的自由基清除系統(tǒng)的保護(hù)酶之一，可有效分解細(xì)胞內(nèi)的H2O2，降低其對(duì)膜脂的損傷[13]。本實(shí)驗(yàn)中，小白菜幼苗葉片POD活性在中高濃度鋁處理（2000～5000mg/L）時(shí)較對(duì)照顯著升高，表明POD活性的升高在提高黑豆幼苗適應(yīng)中高濃度鋁中起著重要作用。endprint

由本次研究可知，10～5000mg/L的鋁浸種對(duì)黑豆的發(fā)芽率無(wú)明顯影響，5000mg/L鋁處理降低了黑豆種子的發(fā)芽勢(shì)；較高濃度（1000mg/L以上）的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根和莖的生長(zhǎng)。鋁浸種提高了黑豆幼苗葉片中MDA的含量，中高濃度的鋁浸種處理對(duì)黑豆幼苗造成了傷害。而過(guò)氧化氫酶（POD）活性在鋁濃度為10mg/L、100mg/L、1000mg/L時(shí)受鋁脅迫的影響較小，但在鋁濃度為2000mg/L、5000mg/L時(shí)顯著增加了POD活性。POD 活性的升高有助于提高黑豆幼苗對(duì)鋁的適應(yīng)性。

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（責(zé)編：張宏民）endprint