鋁脅迫對苦蕎種子萌發及幼苗生長特性的影響

閆小紅　尤云菲　周兵　馮關萍　王寧

摘要：以黔威3號苦蕎為試驗材料，研究鋁（Al）脅迫對苦蕎種子萌發及幼苗生長特性的影響，以探討苦蕎對鋁的耐受性。結果表明，與對照相比，低濃度的AlCl3溶液（100 μg/mL）促進了苦蕎種子的萌發，而較高濃度的AlCl3溶液（1 600～6 400 μg/mL）則在一定程度上抑制了其種子的萌發，延緩了種子萌發進程，但是僅在6 400 μg/mL AlCl3濃度下對苦蕎種子最終萌發率的抑制作用達到顯著水平（P<0.05）。與對照相比，100 μg/mL AlCl3溶液對苦蕎植株的株徑、株高、根長、分枝數及葉面積產生促進作用，且對株高、葉面積的促進作用達到顯著水平（P<0.05），而400～6 400 μg/mL AlCl3溶液則對相應指標產生抑制作用，且在6 400 μg/mL濃度下對株高及葉面積的抑制作用達顯著水平（P<0.05）。與對照相比，除100 μg/mL濃度處理外，AlCl3溶液對苦蕎的生物量積累和分配不產生顯著影響。由以上結果可見，苦蕎對鋁脅迫具有一定的耐受性。

關鍵詞：鋁脅迫;苦蕎;種子萌發;幼苗;生長特性;生物量

中圖分類號： Q945.78;S517.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）08-0068-04

鋁（Al）脅迫是酸性土壤中影響作物產量的最重要的因素之一[1]。當土壤pH值小于5時，非水溶性的固態鋁主要以Al3+的形態存在于土壤溶液中，直接對植物根系產生傷害作用，進而影響整個植株的生長發育[2-3]。在我國，以紅壤為代表的酸性土壤廣泛存在，主要分布在長江中下游及其以南的廣大區域，占全國耕地面積的21%[1]。因此，探討植物對酸鋁的適應性一直以來是生態環境領域的研究熱點。目前，大量研究表明，鋁脅迫對大豆（Glycine max）、水稻（Oryza sativa）、油菜（Brassica napus）、西瓜（Citrullus lanatus）、玉米（Zea mays）及大麥（Hordeum vulgare）等作物的生長和生理活性產生抑制作用[4-8]，但不同作物種類、同種作物的不同品種對鋁的耐受性存在差異[9-11]。在耐受性機制方面，主要是鋁脅迫導致植物根冠細胞壁溶解斷裂，細胞基質成為分散的碎塊，淀粉粒堆的重心偏向不明顯，甚至消失[12]，從而使其細胞壁彈性下降[13]，根結構破壞，嚴重降低了植物對水分、無機鹽的吸收能力[8-9];同時，鋁脅迫導致植物葉綠素含量下降，光合作用能力降低，干物質的積累受到抑制[14-16]。由此可見，雖然目前針對鋁脅迫對植物生長的影響已經開展了大量研究，然而目前的研究主要集中在鋁脅迫對植物種子萌發、幼苗生長及生理活性的影響方面，關于鋁脅迫對植物生長繁殖的影響還少見報道，缺乏系統的認知。

蕎麥是我國干旱區的主要糧食作物之一，因具有較高的營養價值和保健藥用功能而倍受人們關注，被廣泛種植[17-18]。目前，人們栽培的蕎麥種類包括甜蕎（Fagopyrum esculentum）和苦蕎（F. tataricum）2種。有研究表明，低濃度（20 μmol/L）的鋁鹽溶液促進了甜蕎品種春紅1號根的生長[19]。在高濃度鋁的脅迫下，甜蕎的發芽指數下降，幼苗根的伸長受到抑制，并且隨著鋁濃度的升高，抑制作用更顯著;但是蕎麥可以通過提高過氧化物酶（POD）活性、增加可溶性糖（SS）和脯氨酸（Pro）含量來增強其耐鋁性[20]。同時，甜蕎一方面通過根系向外分泌草酸，使土壤中離子型的Al形成不溶的草酸鋁，另一方面吸收一部分溶解的Al，通過木質部運輸到植株的葉片等部位，從而提高其耐鋁性[21-24]。由此可見，甜蕎具有較強的耐鋁能力。而關于苦蕎耐鋁特性的報道相對較少，僅Yang等通過比較8種苦蕎品種在鋁脅迫下的根伸長的情況并評價了其耐鋁性，結果表明，不同苦蕎品種間的耐鋁性存在差異，其中川蕎的耐鋁性較強，六苦2對鋁脅迫比較敏感;同時Yang等研究認為，品種間耐鋁性的差異與其根尖排斥鋁的能力密切相關[25]。然而，目前鋁脅迫對苦蕎種子萌發及其植株生長發育產生的影響還不清楚。為此，本研究以黔威3號苦蕎為材料，研究在不同AlCl3濃度下苦蕎種子的萌發特性及其植株生長特性、生物量分配特性，以期揭示苦蕎在鋁脅迫下的種子萌發、植株生長響應規律，同時也為苦蕎在酸鋁性土壤上的種植提供理論基礎。

1材料與方法

1.1植物材料

本試驗在井岡山大學生物園開展。黔威3號苦蕎種子，由貴州師范大學蕎麥產業技術研究中心提供，在實驗室中以低溫（4 ℃）儲存，于2015年7月將苦蕎種子播種于苗床中，當幼苗株高為15～20 cm時，選擇大小較一致的種苗，移栽至大小為21 cm×21 cm的黑色塑料營養種植袋中，栽培基質配比為 V園土 ∶V草炭土 ∶V河沙=3 ∶1 ∶1。恢復10 d后，進行試驗處理。

1.2種子萌發測定

選擇50粒籽粒飽滿的苦蕎種子，置于鋪有濾紙的直徑為9 cm的玻璃培養皿中，加入10 mL不同濃度的AlCl3溶液（濃度分別設為0、100、400、1 600、6 400 μg/mL），pH值為4.5，然后置于溫度為（25±1） ℃、光—暗周期（L—D）為12 h—12 h的培養箱中進行培養，之后以胚根突破種皮1 mm為萌發標準，每天統計種子的萌發情況，并計算相應的萌發率，連續3 d無種子發芽視為發芽結束。每個處理重復5次，每個培養皿視為1個重復。

1.3鋁脅迫下苦蕎植株生長性狀的測定

按處理濃度將移植的苦蕎植株分成5組，每組進行相應的濃度處理，每天、每盆加入10 mL不同濃度的AlCl3溶液，將溶液澆灌在植株半徑5 cm的范圍內，并進行正常的水肥管理，加AlCl3溶液和水肥管理間的時間間隔不少于3 h，15 d后將植株完整地挖出，測定相關數據，包括株徑、株高、根長、分枝數及葉面積等。每個處理4個重復。