不同濃度的CaCl2、MnCl2脅迫對赤小豆種子發(fā)芽生根的影響

張小明，龍 青，王健健*

（1.貴州省山地農(nóng)業(yè)機械研究所，貴州貴陽 550007；2.貴州大學生命科學學院，貴州貴陽 550025）

鈣離子是維持植物生長必需的大量礦質(zhì)元素之一，不僅能夠調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，參與組成植物的細胞壁，而且也是植物細胞重要的信號分子和滲透保護物質(zhì)[1]。鈣離子是植物細胞感知外界環(huán)境變化的重要信號分子，但是濃度過高會使植物細胞正常的生理功能發(fā)生紊亂，所以植物細胞質(zhì)中鈣離子濃度需維持在較低的水平。土壤中鈣離子濃度越高，植物細胞吸收的鈣離子就越多，因此植物生長在鈣離子含量極其豐富的土壤中，其鈣離子吸收量會大于本身生長所需的量[2]。

貴州是喀斯特地貌地區(qū)，其主要特征是裸露的石灰?guī)r，喀斯特地區(qū)土壤中的鈣離子含量極其豐富，其高鈣的特點嚴重影響了植物的生長發(fā)育。目前隨著錳礦開采、冶煉等工業(yè)活動的增加，錳污染程度不斷加深、面積逐漸擴大，嚴重影響礦區(qū)植物的生長和人們的生產(chǎn)生活[3]，而在貴州的銅仁、遵義等地，由于錳礦的開采導致當?shù)氐闹参镌谑艿藉i脅迫的同時也受到鈣脅迫，嚴重影響了當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，降低礦區(qū)錳污染、修復礦區(qū)生態(tài)環(huán)境成為目前急需解決的問題。

本試驗以貴州本地栽種的赤小豆種子為材料，設置4 種不同梯度的MnCl2溶液、CaCl2溶液及兩者混合溶液模擬培養(yǎng)環(huán)境，探究MnCl2脅迫、CaCl2脅迫及兩者混合脅迫的環(huán)境對種子活力各項指標的影響，揭示赤小豆種子萌發(fā)對不同CaCl2濃度和MnCl2濃度處理響應的差異，為赤小豆的農(nóng)業(yè)栽培提供理論支持，為喀斯特地貌地區(qū)和錳礦開采地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用的赤小豆（Vigna umbellata）種子為貴州本地栽種品種，從供選的赤小豆種子中挑選出顆粒飽滿、完整無損、形狀大小基本一致的赤小豆種子作為試驗材料。

1.2 主要儀器

主要的試驗儀器為GZ-250-GSⅡ型智能人工氣候箱、AUY-120電子天平。

1.3 試驗設計

本試驗設計了4 種不同濃度梯度（0、0.2、0.4、0.6 g·L-1）的MnCl2、CaCl2及兩者混合溶液來模擬不同程度的脅迫，其中0(CK)為對照組，用蒸餾水處理，其他濃度的處理均為試驗組，混合溶液配制體積比例為MnCl2∶CaCl2=1∶1，一共設置10 個處理試驗組合，每個處理重復4次。

1.4 試驗方法

1.4.1 種子處理

挑選出赤小豆種子1 600 粒，用10%的過氧化氫溶液消毒5 min 左右，消毒完畢后用無菌水清洗4～6次，將洗凈的種子放入25～35 ℃水中浸泡12 h后，再用于發(fā)芽試驗。

1.4.2 發(fā)芽試驗

將處理過的赤小豆種子置于不同濃度（0、0.2、0.4、0.6 g·L-1）的MnCl2、CaCl2及兩者混合溶液中進行發(fā)芽試驗。放置于長34 cm、寬25 cm、高4.5 cm 的無蓋育苗盤中，每個盤80 粒種子，每40 粒種子為一組，分別加入250 mL 不同濃度的MnCl2、CaCl2及兩者混合溶液，重復4 次。放置于25 ℃、濕度90%的GZ-250-GSⅡ型智能人工氣候箱中培養(yǎng)。為了防止出現(xiàn)因水分蒸發(fā)而使溶液濃度發(fā)生改變，影響本次試驗的結(jié)果，需每隔2 d 換一次溶液和蒸餾水。每天觀察種子的發(fā)芽情況并做好記錄，第4 天統(tǒng)計不同濃度MnCl2、CaCl2及混合溶液處理下的發(fā)芽勢，共處理8 d。第8 天統(tǒng)計種子的發(fā)芽數(shù)，根據(jù)公式計算種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、耐鹽指數(shù)、種子萌發(fā)抑制率，并測量芽長、根長，稱量根重和芽重。計算公式如下：

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2016 軟件和GraphPad Prism軟件進行圖表處理和單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對赤小豆種子發(fā)芽率的影響

從表1 中可以看出，低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的CaCl2對赤小豆種子的發(fā)芽率影響皆明顯，且隨著濃度的升高對發(fā)芽率的抑制作用增強。低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的MnCl2脅迫對赤小豆種子發(fā)芽率的影響與CaCl2脅迫趨勢一致。低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的CaCl2和MnCl2混合溶液脅迫對赤小豆種子發(fā)芽率的影響與CaCl2趨勢一致。其中，以MnCl2的脅迫作用更為強烈一些。

表1 不同濃度CaCl2、MnCl2脅迫及兩者混合脅迫對赤小豆種子發(fā)芽的影響

2.2 對赤小豆種子發(fā)芽勢的影響

從表1 可以看出，低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的CaCl2對赤小豆種子的發(fā)芽勢影響皆明顯，且隨著濃度的升高對發(fā)芽勢的抑制作用增強。低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的MnCl2脅迫對赤小豆種子發(fā)芽勢的影響與CaCl2脅迫趨勢一致。低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的CaCl2和MnCl2混合溶液脅迫對赤小豆種子發(fā)芽勢的影響與CaCl2趨勢一致。在低濃度（0.2 g·L-1）脅迫時，CaCl2、MnCl2及混合溶液對赤小豆種子發(fā)芽勢就已經(jīng)表現(xiàn)出很強的抑制作用。

2.3 對赤小豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

從表1 可以看出，低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的CaCl2對赤小豆種子的發(fā)芽指數(shù)影響皆明顯，且隨著濃度的升高對發(fā)芽指數(shù)的抑制作用增強。低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1） 的MnCl2脅迫對赤小豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響與CaCl2脅迫趨勢一致。低濃度（0.2 g·L-1）、中等濃度（0.4 g·L-1）和高濃度（0.6 g·L-1）的CaCl2和MnCl2混合溶液脅迫對赤小豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響與CaCl2趨勢一致。在低濃度（0.2 g·L-1）脅迫時，CaCl2、MnCl2及混合溶液對赤小豆種子發(fā)芽指數(shù)就已經(jīng)表現(xiàn)出很強的抑制作用。

2.4 對赤小豆幼苗生長的影響

由表2可知，MnCl2處理對赤小豆根長的抑制最明顯，混合處理次之，CaCl2處理抑制效果最弱。

表2 不同濃度CaCl2、MnCl2脅迫及兩者混合脅迫對赤小豆幼苗生長的影響

低濃度的CaCl2、MnCl2及混合溶液對赤小豆的芽長影響明顯，而且溶液濃度越高，赤小豆幼苗芽長越短。說明低濃度的CaCl2、MnCl2及混合溶液對赤小豆幼苗的芽長具有強烈的抑制作用，且MnCl2處理對赤小豆芽長的抑制效果最明顯，混合處理次之，CaCl2處理抑制效果最弱。

3 小結(jié)

在本試驗中，赤小豆的發(fā)芽率隨著CaCl2、MnCl2及混合溶液濃度的增加而下降，但下降的趨勢不同，說明赤小豆受到了不同程度的抑制，在不同溶液的處理下，赤小豆種子的活性也有所不同。與對照相比，當CaCl2、MnCl2及混合溶液濃度較低（0.2 g·L-1）時，赤小豆種子的發(fā)芽率顯著下降，說明低濃度的CaCl2、MnCl2及混合溶液就已經(jīng)嚴重影響了赤小豆的發(fā)芽。其中，以MnCl2處理對赤小豆種子發(fā)芽的抑制作用更為強烈一些。隨著MnCl2、CaCl2、混合溶液濃度增加，赤小豆種子萌發(fā)抑制率均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，在不同濃度溶液的處理下，赤小豆受到的抑制表現(xiàn)出一定的差異。在溶液濃度為0.2 g·L-1時，CaCl2處理下的赤小豆萌發(fā)抑制率為10%，MnCl2處理下的赤小豆萌發(fā)抑制率為26.25%，而CaCl2和MnCl2混合處理下的赤小豆萌發(fā)抑制率為11.25%，可見赤小豆種子對MnCl2脅迫更敏感。因此認為，MnCl2脅迫對赤小豆種子萌發(fā)的抑制最強，CaCl2和MnCl2混合脅迫次之，CaCl2脅迫對赤小豆種子萌發(fā)的抑制最弱。