不同濃度鋁脅迫對蘆筍種子萌發(fā)的影響

葉艷英，張冰冰，湯泳萍，周勁松，羅紹春，尹玉玲

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200）

江西屬于典型的南方酸性土壤省區(qū)之一。造成酸性土壤的主要原因有：含氨和氨化物的生理酸性化肥用量的增加、工業(yè)污染引發(fā)酸沉降的加重、土壤中豆科植物的固氮作用、工廠排污對土壤的直接酸蝕等。當(dāng)土壤pH值下降到 5.5 以下時(shí)，土壤中鋁逐漸解離并以離子態(tài)釋放到溶液中，成為作物生長的毒害因子［1-2］。鋁對作物的毒害表現(xiàn)為破壞作物的微觀結(jié)構(gòu)，阻礙作物根系生長，抑制其對營養(yǎng)元素的吸收，導(dǎo)致作物內(nèi)部生理代謝失調(diào)，使葉綠素合成受阻和光合能力下降，導(dǎo)致一些對作物正常生理活動至關(guān)重要的酶的活性發(fā)生改變［3］。目前，鋁毒對作物影響的相關(guān)研究主要集中在水稻［4］、玉米［5］、油菜［6］、芝麻［7］、大豆［8］、豌豆［9］、花生［10］、蘿卜［11］等上，而有關(guān)酸性土壤的鋁毒對蘆筍種植影響的研究鮮有報(bào)道。

蘆筍（Asparagus officinalis L.）又名石刁柏，其嫩莖質(zhì)嫩味美，風(fēng)味獨(dú)特，是一種深受消費(fèi)者喜愛的營養(yǎng)保健型高檔蔬菜，被譽(yù)為“蔬菜之王”［12］。蘆筍富含甾體皂苷、黃酮類、維生素、膳食纖維及植物多糖等多種活性成分，具有很好的藥用價(jià)值和保健功能［13-14］。近年來，隨著國內(nèi)蘆筍產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，中國已成為世界上蘆筍第一大生產(chǎn)和出口國，蘆筍的播種面積和出口量均超過世界總量的50%，年產(chǎn)值達(dá)數(shù)百億元。本試驗(yàn)研究了不同鋁濃度對蘆筍種子萌發(fā)特性的影響，探討了蘆筍對鋁毒的耐受程度，旨在為后期篩選耐鋁性的蘆筍種質(zhì)資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

蘆筍品種井岡紅和井岡111均為江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所選育的品種；京綠蘆1號為北京市農(nóng)林科學(xué)院選育的品種。

1.2 試驗(yàn)方法

以A1Cl3·6H2O為鋁源，設(shè)置7個(gè)鋁離子濃度處理，分別為25 mg/L （處理T1）、50 mg/L （T2）、100 mg/L （T3）、200 mg/L （T4）、400 mg/L （T5）、800 mg/L （T6）和1600 mg/L （T7），各處理溶液的pH值均為4.6；設(shè)置鋁離子濃度0 mg/L作為對照（CK）。選擇飽滿、大小一致的蘆筍種子進(jìn)行鋁毒脅迫試驗(yàn)，先于500倍多菌靈溶液中處理30 min，然后用清水洗3~4次，每次清洗2~3 min；再加入適量清水（以充分淹沒種子為準(zhǔn)），于室溫下進(jìn)行吸脹作用。24 h后將種子擺放在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿（直徑為90 mm）中，每皿30粒。向各處理的培養(yǎng)皿中加入10 mL相應(yīng)濃度的鋁離子溶液，各處理設(shè)置3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿放在光照培養(yǎng)箱中，溫度為（26±1）℃，每天光照/黑暗時(shí)間為16 h/8 h。每隔1 d清洗種子1次，更換培養(yǎng)皿中濾紙并補(bǔ)充10 mL相應(yīng)濃度的鋁離子溶液。逐日觀察記載發(fā)芽種子數(shù)；在種子萌發(fā)后的第8天，每皿測量10株胚根長和胚芽長，以及10株幼苗的總鮮重（包括種子在內(nèi)）。

1.3 各指標(biāo)的計(jì)算和分析

各指標(biāo)的計(jì)算公式如下：發(fā)芽勢（%）=（種子發(fā)芽數(shù)達(dá)到高峰時(shí)的發(fā)芽數(shù)量/總種子數(shù)）×100%；發(fā)芽率（%）=（試驗(yàn)結(jié)束時(shí)萌發(fā)的種子數(shù)/總種子數(shù)）×100%；相對發(fā)芽率（%）=（處理的發(fā)芽率/對照的發(fā)芽率）×100%；相對發(fā)芽勢（%）=（處理的發(fā)芽勢/對照的發(fā)芽勢）×100%；發(fā)芽指數(shù)=∑（Gt/Dt），其中Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)量，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽試驗(yàn)天數(shù)；活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×根長；相對發(fā)芽指數(shù)（%）=處理的發(fā)芽指數(shù)/對照的發(fā)芽指數(shù)×100%；相對活力指數(shù)（%）=處理的活力指數(shù)/對照的活力指數(shù)×100%；胚根毒害指數(shù)（%）=（對照的胚根長-處理的胚根長）/對照的胚根長×100%；胚芽毒害指數(shù)（%）=（對照的胚芽長-處理的胚芽長）/對照的胚芽長×100%。

所有測量和計(jì)算數(shù)據(jù)最后保留兩位小數(shù)。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析主要通過軟件SPSS 20.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Al3+對蘆筍種子相對發(fā)芽指數(shù)和相對活力指數(shù)的影響

由表1可以看出：不同處理的井岡紅、井岡111和京綠蘆1號的相對發(fā)芽指數(shù)均與CK無顯著性差異；隨著鋁離子濃度的升高，3個(gè)品種的相對發(fā)芽指數(shù)均呈先升高后下降而后再升高的趨勢；井岡紅、井岡111和京綠蘆1號分別在鋁濃度為1600、100和50 mg/L時(shí)相對發(fā)芽指數(shù)最高，較CK分別上升了27.08%、8.75%、27.49%；井岡紅、井岡111和京綠蘆1號的相對發(fā)芽指數(shù)均在鋁濃度為400 mg/L時(shí)最低，分別為93.82%、95.29%、66.84%。

表1 不同濃度Al3+對蘆筍種子相對發(fā)芽指數(shù)和相對活力指數(shù)的影響

井岡紅與京綠蘆1號的種子的相對活力指數(shù)變化趨勢相同，都隨著鋁脅迫程度加劇而呈輕微上升而后再下降的趨勢，井岡紅的相對活力指數(shù)峰值出現(xiàn)在鋁濃度為25 mg/L時(shí)，而京綠蘆1號的峰值出現(xiàn)在50 mg/L時(shí)。井岡111的相對活力指數(shù)隨著鋁濃度的升高呈下降趨勢。3個(gè)品種的相對活力指數(shù)在鋁離子低濃度（25、50、100、200 mg/L）處理下均與CK無顯著性差異。在鋁濃度為400 mg/L時(shí)，井岡紅和井岡111的相對活力指數(shù)與CK表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）；而京綠蘆1號的相對活力指數(shù)在鋁濃度為800 mg/L時(shí)與CK差異顯著。

2.2 不同濃度Al3+對種子相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的影響

由表2可以看出：井岡紅和京綠蘆1號的相對發(fā)芽率最高值分別出現(xiàn)在鋁濃度為1600和50 mg/L時(shí)，比對照分別提高了7.69%和29.27%；井岡紅和井岡111的相對發(fā)芽率最低值均出現(xiàn)在鋁濃度為400 mg/L時(shí)，分別比對照降低了7.69%和17.65%；京綠蘆1號的相對發(fā)芽率最低值出現(xiàn)在鋁濃度為800 mg/L時(shí)，比對照降低了36.59%。

表2 不同濃度Al3+對蘆筍種子相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的影響

隨著鋁離子濃度的升高，3個(gè)品種的相對發(fā)芽勢總體上均呈先升高后下降的趨勢。在不同濃度鋁離子脅迫下，井岡紅和井岡111的相對發(fā)芽勢與CK均沒有顯著差異。井岡紅的相對發(fā)芽勢最高值出現(xiàn)在鋁濃度為25 mg/L時(shí)，比對照提高了7.32%。井岡111和京綠蘆1號的相對發(fā)芽勢最高值均出現(xiàn)在鋁濃度為50 mg/L時(shí)，分別比對照提高了17.50%和16.67%。

2.3 不同濃度Al3+對種子胚根的影響

從表3可以看出：隨著處理的鋁離子濃度的增大，3個(gè)品種的胚根長總體上均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢；鋁離子濃度為25、50、100和200 mg/L的處理對3個(gè)品種的種子胚根長均無顯著抑制作用，當(dāng)濃度為25和50 mg/L時(shí)鋁離子甚至對京綠蘆1號的胚根長有略微的促進(jìn)作用。當(dāng)鋁離子濃度達(dá)到400 mg/L時(shí)，3個(gè)品種的胚根長和胚根毒害指數(shù)均與CK差異顯著（P＜0.05），并且井岡紅和井岡111的胚根長明顯比京綠蘆1號長些。當(dāng)鋁離子濃度達(dá)到1600 mg/L時(shí)，井岡紅、井岡111、京綠蘆1號的胚根長分別較對照降低了88.91%、87.72%、75.92%。在高濃度鋁離子脅迫下，3個(gè)品種的胚根生長明顯受到了抑制，種子在露白后胚根不伸長，且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長胚根顏色由白色逐漸加深至褐色，且胚根極易斷裂。

表3 不同濃度Al3+對蘆筍種子胚根的影響

2.4 不同濃度Al3+對種子胚芽的影響

由表4可知，不同濃度鋁離子脅迫處理對3個(gè)蘆筍品種的胚芽生長均有抑制作用，胚芽長隨著鋁脅迫濃度的增大而縮短。當(dāng)鋁離子濃度達(dá)到400 mg/L時(shí)，井岡紅和井岡111的胚芽長與CK具有顯著性差異（P＜0.05），而京綠蘆1號的胚芽長在鋁離子濃度為200 mg/L時(shí)與CK具有顯著性差異（P＜0.05）。當(dāng)鋁離子濃度達(dá)到1600 mg/L時(shí)，井岡紅、井岡111、京綠蘆1號的胚芽長分別較對照縮短了96.01%、92.14%、100.00%，說明在高濃度的鋁離子脅迫下，蘆筍胚芽的生長幾乎完全受到了抑制。

表4 不同濃度Al3+對蘆筍種子胚芽的影響

2.5 不同濃度Al3+對幼苗鮮重的影響

從表5可以看出，鋁脅迫對3個(gè)蘆筍品種幼苗的生長具有抑制作用，隨著鋁脅迫程度的加劇，3個(gè)品種的幼苗鮮重呈遞減趨勢。當(dāng)鋁離子濃度為400 mg/L時(shí)，井岡紅和井岡111的幼苗鮮重與CK具顯著性差異（P＜0.05）。京綠蘆1號的幼苗鮮重在鋁離子濃度為1600 mg/L時(shí)才與CK表現(xiàn)出顯著差異性（P＜0.05）。在最大濃度1600 mg/L處理下，3個(gè)品種的相對鮮重分別較CK下降了44.28%、44.90%和32.54%，其中井岡111的相對鮮重的降幅最大，京綠蘆1號的降幅最小。

表5 不同濃度Al3+對蘆筍幼苗鮮重的影響

2.6 Al3+濃度與蘆筍種子萌發(fā)指標(biāo)間的相關(guān)性

由表6可以看出：除相對發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率外，相對活力指數(shù)、胚根長、胚根毒害指數(shù)、胚芽長、胚芽毒害指數(shù)、鮮重、相對鮮重均與鋁離子濃度呈極顯著相關(guān)，其中胚根毒害指數(shù)和胚芽毒害指數(shù)為正相關(guān)，其余指標(biāo)均為負(fù)相關(guān)，因此，這些指標(biāo)均可以作為評價(jià)蘆筍品種耐鋁性強(qiáng)弱的指標(biāo)。井岡紅、井岡111、京綠蘆1號的胚根長與鋁離子濃度間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.94、-0.94、-0.74。

表6 Al3+濃度與蘆筍種子萌發(fā)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

2.7 蘆筍種子耐鋁的臨界濃度值

以在不同鋁離子濃度脅迫下的蘆筍種子胚根毒害指數(shù)（%）為自變量，以鋁離子濃度（mg/L）為因變量，建立回歸方程。以胚根毒害指數(shù)下降到50%時(shí)的鋁離子濃度作為蘆筍種子存活的臨界濃度。從表7中的回歸方程可以分別計(jì)算得出井岡紅、井岡111和京綠蘆1號的耐鋁臨界濃度，分別為512.70、604.07、507.55 mg/L。

表7 Al3+濃度（Y）與蘆筍種子胚根毒害指數(shù)（X）的回歸關(guān)系

3 結(jié)論與討論

蘆筍是一年種植多年收獲的多年生宿根性蔬菜，因此選用適合的蘆筍種苗對于蘆筍種植十分重要。我國酸性土壤遍及南方多個(gè)省區(qū)，以往大多通過施用石灰對表層土壤進(jìn)行改良，治標(biāo)不治本。利用和選育耐鋁的作物品種是提高酸性、具鋁毒土壤的生產(chǎn)力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條經(jīng)濟(jì)有效的重要途徑。在種子萌發(fā)期對耐鋁毒種質(zhì)資源進(jìn)行篩選簡便、易行。

本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：蘆筍種子的相對活力指數(shù)、胚根長、胚根毒害指數(shù)、胚芽長、胚芽毒害指數(shù)、鮮重、相對鮮重均與鋁離子濃度呈極顯著相關(guān)；低濃度鋁脅迫對蘆筍種子萌發(fā)的影響較小，甚至對京綠蘆1號的相對活力指數(shù)、胚根長、鮮重等指標(biāo)有略微的促進(jìn)作用，這與劉鵬等［15］對大豆的研究結(jié)果一致；在不同濃度鋁溶液處理下，蘆筍種子的相對發(fā)芽率無明顯的變化規(guī)律，這可能與種子發(fā)芽時(shí)主要依靠種子胚提供營養(yǎng)，外界金屬對其影響較弱有關(guān)；在高濃度鋁脅迫條件下，蘆筍種子的胚根長、胚芽長及鮮重均顯著下降，這與姚春娟等［2］對決明子的研究結(jié)果一致；當(dāng)鋁離子濃度達(dá)到1600 mg/L時(shí)，蘆筍種子的胚根停止生長，即種子露白后胚根不伸長，這可能與鋁脅迫使細(xì)胞外積累胼胝質(zhì)和鋁抑制細(xì)胞分裂有關(guān)。本研究通過回歸方程計(jì)算，得到井岡紅、井岡111和京綠蘆1號的臨界鋁離子濃度分別為512.70、604.07、507.55 mg/L，這可以為今后開展大量蘆筍種質(zhì)資源的耐鋁性篩選提供依據(jù)。