錳脅迫對高粱種子萌發及幼苗生長的影響

吳 磊，滕昌何，張麗輝，趙驥民

（長春師范大學生命科學學院，吉林 長春 130032）

錳在植物的生長發育過程中起著重要作用，在對植物的光合作用釋放氧氣、維持細胞器的正常結構及活化酶的自然活性等方面具有不可替代的作用[1]。但是，錳元素過量也會對植物乃至人體造成毒害作用[2]。目前，我國受重金屬污染的耕地面積約為2000萬hm2，重金屬在土壤中積累給各種農作物生長帶來嚴重的危害，進而威脅人類健康[3]。

高粱（Sorghumvulgare）為禾本科高粱屬一年生草本，是被大眾譽為“鐵桿莊稼”的高產作物，在全球廣泛分布，在中國栽培面積較廣。高粱性喜溫暖，抗旱、耐澇[4]。目前，關于重金屬污染的研究越來越受到重視[5～7]，但對錳污染土壤中農作物安全方面的報道較少[8]。

本文以高粱為試驗材料，研究了在錳脅迫下高粱種子的萌發和幼苗生長的特性，以期為重金屬污染防控提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料

高粱種子吉雜83，市售。

1.1.2 主要儀器與試劑

GZP-750s型程控光照培養箱 (上海精宏實驗設備有限公司)；JJ323BC型電子天平(常熟市雙杰測試儀器廠)；氯化錳（分析純）。

1.2 方法

1.2.1 材料培養

采用紙上培養法進行種子萌發試驗。選取顆粒飽滿、大小均勻的種子，將種子每50粒一組，分別放入鋪2層濾紙和20mL培養液的培養皿中，培養液分別為含有 20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L 濃度的錳溶液，以去離子水為空白對照，設3次重復。將培養皿置于光照培養箱中培養，溫度25℃/15℃，光照14h/10h。培養期間每天定時噴灑相應培養液，以保持紙床濕潤。每天定時記錄發芽情況，將胚根長度為1mm確定為萌發。

1.2.2 數據測定

試驗結束后用精度為1mm的直尺對高粱根長、芽長進行測量，每皿測量10株，計算種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數。

2 結果與分析

2.1 錳脅迫對高粱種子萌發率的影響

從表1中可知，隨著錳溶液濃度的增加，高粱種子的發芽率、發芽勢、發芽指數呈現先升高后降低的趨勢。40mg/L錳脅迫下，種子發芽率、發芽勢、發芽指數均達到了最大值，與對照相比，分別增加了2.9%、3.18%、7.12%。在錳溶液濃度為80mg/L時，種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均為最小值，與對照相比，分別降低了10.14%、13.11%、9.16%。

表1 錳脅迫對高粱種子萌發率的影響

2.2 錳脅迫對高粱幼苗根長和芽長的影響

從圖1可以看出，隨著錳溶液濃度的增加，高粱幼苗根長和芽長指數均呈現先上升后下降的趨勢。當錳溶液濃度為60mg/L時，高粱幼苗的根長和芽長均達到最大值，表明錳濃度在低濃度時對高粱幼苗生長有促進作用，在高濃度時對高粱幼苗生長有抑制作用。

2.3 錳脅迫對高粱幼苗根重和芽重的影響

從圖2可以看出，隨著錳溶液濃度的增加，高粱幼苗的根重呈現先增加后降低的趨勢。錳溶液濃度為60mg/L時，其根重達到最大值；當錳濃度為80mg/L時，高粱幼苗的根重減小，但高于對照組。錳溶液濃度為60mg/L時，高粱幼苗的芽重達到最大值；當錳濃度為80mg/L時，高粱幼苗的芽重減小，且低于對照組。表明錳溶液濃度為60mg/L處理對高粱幼苗根重、芽重具有明顯促進作用。高濃度的錳脅迫對高粱幼苗的根重影響較小，但抑制芽的生長。

圖1 錳脅迫對高粱幼苗根長和芽長的影響

圖2 錳脅迫對高粱幼苗根重和芽重的影響

3 結論

本試驗結果表明，高粱種子的發芽率、發芽勢、發芽指數隨著錳溶液濃度的增加呈現先升高后降低的趨勢，說明重金屬錳對植物種子萌發及幼苗生長的影響存在低促高抑的效應。隨著錳脅迫濃度的增加，高粱幼苗的根長、芽長、根重、芽重呈現低促高抑的效應。高濃度的錳脅迫對高粱幼苗的根重影響較小，但抑制芽的生長。