萘乙酸對(duì)錳脅迫下甘蔗生長(zhǎng)及鐵錳含量的影響

鄧淑冰 何卿姮 黃智剛

摘 要 近年來(lái)，廣西地區(qū)的甘蔗多出現(xiàn)黃化失綠現(xiàn)象，對(duì)甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)造成了嚴(yán)重影響。現(xiàn)有研究表明甘蔗黃化失綠癥狀是由于土壤中錳離子過(guò)多引起的錳中毒現(xiàn)象，而植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑生長(zhǎng)素對(duì)錳脅迫下甘蔗生長(zhǎng)發(fā)育有一定調(diào)控作用。探討不同濃度的生長(zhǎng)素萘乙酸（0、50、1 000 μmol·L-1 NAA）對(duì)錳脅迫下甘蔗的生長(zhǎng)情況及鐵錳含量的影響。結(jié)果表明，外施生長(zhǎng)素能有效緩解錳對(duì)植物的毒害作用，生長(zhǎng)素施用組的甘蔗根系生長(zhǎng)狀況（如根長(zhǎng)、根表面、根尖數(shù)等）比對(duì)照組好;外施萘乙酸能顯著影響甘蔗根系鐵、錳含量及鐵錳膜中鐵錳含量，可減少甘蔗對(duì)錳離子的吸收，增加對(duì)鐵離子的吸收，顯著降低甘蔗根部鐵錳膜中鐵錳含量，緩解錳脅迫作用。

關(guān)鍵詞 甘蔗;錳脅迫;萘乙酸;生長(zhǎng);錳含量;鐵含量

中圖分類(lèi)號(hào)：S566.1;S482.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.22.010

生長(zhǎng)素（auxin）是最早被發(fā)現(xiàn)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，不直接參與細(xì)胞代謝，在細(xì)胞分裂、分化中傳遞調(diào)節(jié)信號(hào)[1]。國(guó)內(nèi)外已有研究表明，生長(zhǎng)素、赤霉素等可以調(diào)節(jié)鉻、砷、鉛等重金屬離子脅迫下土壤中的植物生長(zhǎng)，合理使用生長(zhǎng)素可以調(diào)控植物對(duì)重金屬的吸收，提高植株的耐重金屬性，減輕重金屬毒害[2-3]。

化肥加劇了土壤酸化，導(dǎo)致錳離子等在土壤中大量積累，誘導(dǎo)甘蔗幼苗黃化，嚴(yán)重降低了甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究報(bào)道較少。本研究在錳脅迫誘導(dǎo)甘蔗黃化的基礎(chǔ)上，在錳脅迫下外施生長(zhǎng)素萘乙酸（NAA），監(jiān)測(cè)甘蔗在不同濃度萘乙酸下的生長(zhǎng)狀況，研究萘乙酸對(duì)甘蔗錳毒的緩解作用。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

采用水培方式，供試甘蔗品種為桂糖32號(hào)。選擇生長(zhǎng)正常、無(wú)病蟲(chóng)害、莖粗、莖芽飽滿(mǎn)無(wú)傷的種莖，洗凈附著物，放入清水中浸泡12 h。隨后放入稀釋100倍的次氯酸鈉溶液的消毒水中，浸泡30 min，水洗后平行直立放入墊有濕潤(rùn)海綿和毛巾的塑料箱中催芽。待蔗根長(zhǎng)4～5 cm時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)一樣的蔗莖轉(zhuǎn)移至覆蓋黑色塑料布的塑料桶上。蔗根浸入0.5 mmol·L-1 CaCl2溶液中培養(yǎng)。培養(yǎng)液每隔2 d換一次，一周后以霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液（pH值=5.5）培養(yǎng)，在每個(gè)培養(yǎng)盆中加入充氧器，充氧器設(shè)置成每隔15 min通氣一次。兩周后選取地上部和地下部長(zhǎng)勢(shì)一樣的幼苗作供試材料。

1.2? 試驗(yàn)方法

為探究萘乙酸（NAA）對(duì)錳脅迫下甘蔗生長(zhǎng)情況及鐵錳含量的影響，將選取的供試幼苗放入50 mmol·L-1 MnCl2+0.5 mmol·L-1 CaCl2溶液中培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)液中施加萘乙酸濃度的不同，設(shè)3個(gè)處理，即對(duì)照組（0 μmol·L-1 NAA）、低濃組（50 μmol·L-1 NAA）、高濃組（1 000 μmol·L-1 NAA）。處理3 d后，用干凈剪刀沿著育苗桶的兩端剪下，收獲的甘蔗幼苗分為地上部分和根兩部分，分別稱(chēng)重，而后裝入做好記號(hào)的干凈信封中。分別用去離子水洗滌三次，在鹿皮巾上擦干水分。用不銹鋼剪刀分別將葉片和部分根剪成約0.5 cm大小的碎片，混勻。地上部分重量和地下部分重量用百分之一天平稱(chēng)出其重量;用千分之一天平稱(chēng)取新鮮碎根1.000 g，經(jīng)HNO3高溫消煮后用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鐵、錳含量。甘蔗根表面鐵、錳膜選用根表鐵錳膜DCB提取法，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其含量。清洗后的植株，將完全展開(kāi)葉、葉鞘剪碎后，用千分之一天平稱(chēng)取2.000 g的鮮樣，放入干燥的小白瓶中，加入20 mol 1.5%鄰非羅琳（pH值=3），避光浸提24 h，而后放入分光光度計(jì)中測(cè)定葉片中二價(jià)鐵含量。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS軟件（鄧肯檢驗(yàn)法）進(jìn)行顯著性分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 萘乙酸對(duì)甘蔗生長(zhǎng)的影響

錳是植物生長(zhǎng)所必需的微量元素。錳含量過(guò)高會(huì)誘導(dǎo)植株失綠，葉尖發(fā)黃干枯，根系呈褐色，嚴(yán)重時(shí)植株發(fā)白甚至死亡[5]。有研究表明，生長(zhǎng)素對(duì)甘蔗幼苗的錳脅迫具有一定的緩解作用。施加外源萘可以促進(jìn)甘蔗幼苗根部細(xì)胞分裂和分化，主根伸長(zhǎng)及側(cè)根、不定根的發(fā)育。

圖1的3張圖片從左到右分別是不施用萘乙酸的對(duì)照組（0 μmol·L-1 NAA）、低濃組（50 μmol·L-1 NAA）、高濃組（1 000 μmol·L-1 NAA）的甘蔗幼苗生長(zhǎng)情況。可以看出，三組處理的甘蔗生長(zhǎng)情況有明顯差異，對(duì)照組沒(méi)有添加萘乙酸，表現(xiàn)出錳脅迫的明顯特征，植株不高，葉片易折斷，且葉面生有大小不一的褐色斑點(diǎn)，葉尖卷曲失綠發(fā)黃，蔗根為褐色，大部分比較短，根部懸掛水珠不多表示根活性不強(qiáng);與對(duì)照組相比，低濃組的甘蔗幼苗略高，葉片折斷現(xiàn)象減少，葉片較寬且長(zhǎng)，葉尖發(fā)黃較少，蔗根長(zhǎng)短較為一致，呈現(xiàn)正常的白色，根活性較好;高濃組的甘蔗幼苗莖粗，葉片細(xì)長(zhǎng)，下部分葉片多數(shù)彎曲折斷，有明顯的黃化現(xiàn)象且黃化程度較對(duì)照組嚴(yán)重，根系相比于前兩組較為分散，呈淺褐色，根的數(shù)量較少，長(zhǎng)短根相差較大。

根是植物的主要營(yíng)養(yǎng)器官，起到支撐固定、吸收外界水分和溶解水中礦物質(zhì)，將礦物質(zhì)和水分直接輸送到莖便于儲(chǔ)藏的作用[6]。當(dāng)主根發(fā)展到一定程度便會(huì)產(chǎn)生不定根，反復(fù)分支形成根系。根系直接接觸營(yíng)養(yǎng)液，十分敏感，能夠?qū)ν饨缑{迫做出快速反應(yīng)，根重就是反映作物根系生長(zhǎng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)。

從表1可以看出，3個(gè)處理中，根重最大的是低濃度萘乙酸處理組，其次為對(duì)照組，根重最小的是高濃度萘乙酸處理組，高濃組與對(duì)照組、低濃組之間存在顯著差異（P<0.05），但對(duì)照組與低濃組之間的差異不顯著。結(jié)果表明，施用不同濃度的萘乙酸對(duì)甘蔗地下部分的生長(zhǎng)重量有影響，低濃度萘乙酸減少了甘蔗根對(duì)培養(yǎng)液中錳元素的吸收，相比于對(duì)照組，地下部分重量有所增加;高濃度的生長(zhǎng)素在一定程度上促進(jìn)了甘蔗根部對(duì)培養(yǎng)液中錳元素的吸收，抑制了地下部分的生長(zhǎng)發(fā)育，因而其甘蔗根重顯著減小。

表中測(cè)得數(shù)據(jù)用[X±s]表示;同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著（P<0.05），下同

2.2? 萘乙酸對(duì)甘蔗根部鐵錳含量影響

植株的根是十分敏感的器官，也是植物感受生命介質(zhì)中各種脅迫信號(hào)的主要器官[7]。在錳脅迫下，根系會(huì)迅速做出反應(yīng)。試驗(yàn)在50 μmol·L-1 MnCl2中分別加入0、50、1 000 μmol·L-1 NAA，3 d后根系中錳含量分別為23.039、21.090、18.687 mg·kg-1（見(jiàn)表2）。可以看出，施加不同濃度的萘乙酸進(jìn)行甘蔗培養(yǎng)，蔗根中鐵錳含量有所差異。高錳條件下，蔗根中錳離子含量在18.687～23.039 mg·kg-1，外施萘乙酸后，根中錳離子含量出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，如添加1 000 μmol·L-1萘乙酸的高濃組，錳離子含量比對(duì)照組顯著減少了18.89%（P<0.05）。不同濃度萘乙酸下根系對(duì)鐵離子的吸收也不一樣，根系鐵離子含量隨著萘乙酸濃度增加也出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，與對(duì)照組相比，高濃組的蔗根吸收鐵離子能力顯著提升（P<0.05）。結(jié)果表明，鐵錳離子之間存在一定的拮抗作用，外施萘乙酸可減少甘蔗對(duì)錳離子的吸收，增加甘蔗對(duì)鐵離子的吸收，緩解錳毒脅迫作用。

2.3? 萘乙酸對(duì)甘蔗鐵錳膜中鐵錳含量的影響

植株長(zhǎng)期處于一個(gè)漬水環(huán)境下，為使自身更好地生長(zhǎng)發(fā)育，植株的葉片和根部會(huì)發(fā)生一些變化。葉片通過(guò)呼吸作用將大氣中的氧氣輸送到根部，根部將這部分氧氣和其他氧化物釋放到根際，使得周?chē)h(huán)境中含有的大量還原性物質(zhì)Fe3+、Mn2+氧化，形成一個(gè)紅棕色鐵錳氧化物于根表面。

從表3中可以看出，對(duì)照組甘蔗根表面鐵錳膜中錳鐵含量均為最高;與對(duì)照組相比，低濃組鐵錳膜中鐵、錳含量分別下降了11.86%、39.84%，高濃組鐵錳膜中鐵、錳含量比對(duì)照組下降了15.98%、59.42%，低濃組與高濃組鐵錳膜中鐵錳含量略有差異，但是差異達(dá)不到顯著水平。結(jié)果表明，外施生長(zhǎng)素萘乙酸能顯著降低甘蔗根部鐵錳膜中鐵錳含量（P<0.05），其含量隨著萘乙酸濃度增加呈降低趨勢(shì)。

2.4? 萘乙酸對(duì)植株葉片中亞鐵的影響

礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素直接參與植物的生長(zhǎng)代謝過(guò)程，鐵是植物生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的微量元素。植物對(duì)鐵元素的利用主要體現(xiàn)在光合作用上，葉片中二價(jià)鐵含量高低在一定程度上可以反映植株光合作用的強(qiáng)弱。

從表4可以看出，外施0、50、1 000 μmol·L-1 萘乙酸處理，植株葉片中二價(jià)鐵含量隨著萘乙酸濃度增加表現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)，葉片中亞鐵含量排序?yàn)楦邼饨M>對(duì)照組>低濃組，但三個(gè)處理組間差異不顯著，表明萘乙酸濃度并未顯著影響植株葉片中的二價(jià)鐵含量。因此我們可以推斷，外施萘乙酸并未顯著影響錳毒脅迫下葉片對(duì)鐵離子的吸收。

3? 小結(jié)

生長(zhǎng)素參與植物體內(nèi)多種生物代謝，是多種酶的活化基因或者活化劑。生長(zhǎng)素在影響植物重金屬抗性能力方面，如對(duì)鉻、鉛、鋁毒害的作用國(guó)內(nèi)已有大量研究[8-9]，但在生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)植物錳毒作用方面卻鮮有報(bào)道。重金屬錳會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響，在植物體內(nèi)積累到一定量就會(huì)造成植物死亡。本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外施生長(zhǎng)素能有效緩解錳對(duì)植物的毒害作用。外施生長(zhǎng)素處理組的甘蔗根系生長(zhǎng)狀況（如根長(zhǎng)、根表面、根尖數(shù)等）比不施用生長(zhǎng)素的對(duì)照組要好，并且外施萘乙酸能顯著影響甘蔗根系鐵、錳含量及鐵錳膜中鐵錳含量。

生長(zhǎng)素和錳離子對(duì)植物生長(zhǎng)的影響是復(fù)雜多樣的。不同種類(lèi)、不同濃度的生長(zhǎng)素施加在植株不同部位會(huì)對(duì)植株體內(nèi)的重金屬含量造成不同影響。重金屬是植株生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的微量元素，但過(guò)量就會(huì)產(chǎn)生毒害。農(nóng)業(yè)面源污染的加重和工業(yè)廢棄物不合理排放使土壤中重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，錳離子引起的甘蔗黃化現(xiàn)象在種植區(qū)也越來(lái)越普遍，利用生長(zhǎng)素來(lái)調(diào)控植物對(duì)重金屬的吸收，從這個(gè)點(diǎn)切入并深入研究不失為一種很好的解決方法。

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（責(zé)任編輯：易? 婧）