不同濃度的CaCl2、MnCl2脅迫對赤小豆種子發芽生根的影響

張小明 龍青 王健健

摘 要 研究CaCl2脅迫、MnCl2脅迫及兩者混合脅迫環境下赤小豆種子的發芽生根情況，揭示赤小豆種子萌發對不同CaCl2濃度和MnCl2濃度響應的差異，為赤小豆的農業栽培提供科學依據。設置4個梯度（0、0.2、0.4、0.6 g·L-1）的MnCl2、CaCl2及兩者的混合溶液脅迫處理，在溫度25 ℃、濕度90%的智能培養箱內培養赤小豆種子，記錄下每天的發芽數，并根據公式計算出赤小豆的發芽勢、發芽率、發芽指數、耐鹽指數和種子萌發抑制率等指標。結果表明：1）隨著MnCl2、CaCl2及兩者混合溶液濃度的升高，赤小豆種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均顯著降低。2）等濃度MnCl2、CaCl2處理下，MnCl2脅迫強于CaCl2脅迫。3）MnCl2單獨處理時對赤小豆種子萌發抑制程度最高，兩者混合處理次之，CaCl2單獨處理對赤小豆種子萌發抑制程度最低。

關鍵詞 赤小豆種子;CaCl2脅迫;MnCl2脅迫;發芽;生根;生理指標

中圖分類號：S643.4 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.13.022

鈣離子是維持植物生長必需的大量礦質元素之一，不僅能夠調節植物生長發育，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[1]。鈣離子是植物細胞感知外界環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生紊亂，所以植物細胞質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，其主要特征是裸露的石灰巖，喀斯特地區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育。目前隨著錳礦開采、冶煉等工業活動的增加，錳污染程度不斷加深、面積逐漸擴大，嚴重影響礦區植物的生長和人們的生產生活[3]，而在貴州的銅仁、遵義等地，由于錳礦的開采導致當地的植物在受到錳脅迫的同時也受到鈣脅迫，嚴重影響了當地的農業生產。因此，降低礦區錳污染、修復礦區生態環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環境，探究MnCl2脅迫、CaCl2脅迫及兩者混合脅迫的環境對種子活力各項指標的影響，揭示赤小豆種子萌發對不同CaCl2濃度和MnCl2濃度處理響應的差異，為赤小豆的農業栽培提供理論支持，為喀斯特地貌地區和錳礦開采地區的農業生產提供理論參考。

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，再用于發芽試驗。

1.4.2? 發芽試驗

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。為了防止出現因水分蒸發而使溶液濃度發生改變，影響本次試驗的結果，需每隔2 d換一次溶液和蒸餾水。每天觀察種子的發芽情況并做好記錄，第4天統計不同濃度MnCl2、CaCl2及混合溶液處理下的發芽勢，共處理8 d。第8天統計種子的發芽數，根據公式計算種子的發芽勢、發芽率、發芽指數、耐鹽指數、種子萌發抑制率，并測量芽長、根長，稱量根重和芽重。計算公式如下：

發芽率=（種子發芽總數/供試種子總數）×100%

發芽勢=（培養4 d后供試種子的發芽數/供試種子總數）×100%

發芽指數=∑（各日正常發芽種粒數/對應的發芽天數）

種子萌發抑制率=[ （對照發芽率-鹽處理發芽率） /對照發芽率]×100%

1.5? 數據處理

試驗數據用 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? 結果與分析

2.1? 對赤小豆種子發芽率的影響

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對赤小豆種子的發芽率影響皆明顯，且隨著濃度的升高對發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。

2.2? 對赤小豆種子發芽勢的影響

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對赤小豆種子的發芽勢影響皆明顯，且隨著濃度的升高對發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芽勢就已經表現出很強的抑制作用。

2.3? 對赤小豆種子發芽指數的影響

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對赤小豆種子的發芽指數影響皆明顯，且隨著濃度的升高對發芽指數的抑制作用增強。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芽指數的影響與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芽指數的影響與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芽指數就已經表現出很強的抑制作用。

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。

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

在本試驗中，赤小豆的發芽率隨著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，赤小豆種子的發芽率顯著下降，說明低濃度的CaCl2、MnCl2及混合溶液就已經嚴重影響了赤小豆的發芽。其中，以MnCl2處理對赤小豆種子發芽的抑制作用更為強烈一些。隨著MnCl2、CaCl2、混合溶液濃度增加，赤小豆種子萌發抑制率均呈現出逐漸增加的趨勢，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抑制率為10%，MnCl2處理下的赤小豆萌發抑制率為26.25%，而CaCl2和MnCl2混合處理下的赤小豆萌發抑制率為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的抑制最弱。

參考文獻：

[1]? 檀龍顏，馬洪娜.植物響應鈣離子脅迫的研究進展[J].植物生理學報，2017，53（7）： 1150-1158.

[2]? White P J， Broadley M R. Calcium in Plants[J]. Annals of Botany， 2003（4）：487-511.

[3]? 劉麗云，王明友.CaCl2對鹽脅迫下小麥種子萌發及生理效應的影響[J].河南農業科學，2010（1）：5-7.

收稿日期：2022-03-22

基金項目：國家自然科學基金項目“喀斯特地區典型藥用植物對氣候變化的響應及其氣候調控機制研究”（31760155）。

作者簡介：張小明（1973—），男，貴州貴陽人，碩士，高級工程師，從事農業技術推廣。E-mail：1060920820@qq.com。

*為通信作者，E-mail：wangjj33209@163.com。