不同浓度的CaCl2、MnCl2胁迫对赤小豆种子发芽生根的影响

2022-05-30 06:59张小明龙青王健健
南方农业·上旬 2022年7期
关键词:生理指标生根

张小明 龙青 王健健

摘 要 研究CaCl2胁迫、MnCl2胁迫及两者混合胁迫环境下赤小豆种子的发芽生根情况,揭示赤小豆种子萌发对不同CaCl2浓度和MnCl2浓度响应的差异,为赤小豆的农业栽培提供科学依据。设置4个梯度(0、0.2、0.4、0.6 g·L-1)的MnCl2、CaCl2及两者的混合溶液胁迫处理,在温度25 ℃、湿度90%的智能培养箱内培养赤小豆种子,记录下每天的发芽数,并根据公式计算出赤小豆的发芽势、发芽率、发芽指数、耐盐指数和种子萌发抑制率等指标。结果表明:1)随着MnCl2、CaCl2及两者混合溶液浓度的升高,赤小豆种子的发芽率、发芽势、发芽指数均显著降低。2)等浓度MnCl2、CaCl2处理下,MnCl2胁迫强于CaCl2胁迫。3)MnCl2单独处理时对赤小豆种子萌发抑制程度最高,两者混合处理次之,CaCl2单独处理对赤小豆种子萌发抑制程度最低。

关键词 赤小豆种子;CaCl2胁迫;MnCl2胁迫;发芽;生根;生理指标

中图分类号:S643.4 文献标志码:A DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.13.022

钙离子是维持植物生长必需的大量矿质元素之一,不仅能够调节植物生长发育,参与组成植物的细胞壁,而且也是植物细胞重要的信号分子和渗透保护物质[1]。钙离子是植物细胞感知外界环境变化的重要信号分子,但是浓度过高会使植物细胞正常的生理功能发生紊乱,所以植物细胞质中钙离子浓度需维持在较低的水平。土壤中钙离子浓度越高,植物细胞吸收的钙离子就越多,因此植物生长在钙离子含量极其丰富的土壤中,其钙离子吸收量会大于本身生长所需的量[2]。

贵州是喀斯特地貌地区,其主要特征是裸露的石灰岩,喀斯特地区土壤中的钙离子含量极其丰富,其高钙的特点严重影响了植物的生长发育。目前随着锰矿开采、冶炼等工业活动的增加,锰污染程度不断加深、面积逐渐扩大,严重影响矿区植物的生长和人们的生产生活[3],而在贵州的铜仁、遵义等地,由于锰矿的开采导致当地的植物在受到锰胁迫的同时也受到钙胁迫,严重影响了当地的农业生产。因此,降低矿区锰污染、修复矿区生态环境成为目前急需解决的问题。

本试验以贵州本地栽种的赤小豆种子为材料,设置4种不同梯度的MnCl2溶液、CaCl2溶液及两者混合溶液模拟培养环境,探究MnCl2胁迫、CaCl2胁迫及两者混合胁迫的环境对种子活力各项指标的影响,揭示赤小豆种子萌发对不同CaCl2浓度和MnCl2浓度处理响应的差异,为赤小豆的农业栽培提供理论支持,为喀斯特地貌地区和锰矿开采地区的农业生产提供理论参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验用的赤小豆(Vigna umbellata)种子为贵州本地栽种品种,从供选的赤小豆种子中挑选出颗粒饱满、完整无损、形状大小基本一致的赤小豆种子作为试验材料。

1.2  主要仪器

主要的试验仪器为GZ-250-GSⅡ型智能人工气候箱、AUY-120电子天平。

1.3  试验设计

本试验设计了4种不同浓度梯度(0、0.2、0.4、0.6 g·L-1)的MnCl2、CaCl2及两者混合溶液来模拟不同程度的胁迫,其中0(CK)为对照组,用蒸馏水处理,其他浓度的处理均为试验组,混合溶液配制体积比例为MnCl2∶CaCl2=1∶1,一共设置10个处理试验组合,每个处理重复4次。

1.4  试验方法

1.4.1  种子处理

挑选出赤小豆种子1 600粒,用10%的过氧化氢溶液消毒5 min左右,消毒完毕后用无菌水清洗4~6次,将洗净的种子放入25~35 ℃水中浸泡12 h后,再用于发芽试验。

1.4.2  发芽试验

将处理过的赤小豆种子置于不同浓度(0、0.2、0.4、0.6 g·L-1)的MnCl2、CaCl2及两者混合溶液中进行发芽试验。放置于长34 cm、宽25 cm、高4.5 cm的无盖育苗盘中,每个盘80粒种子,每40粒种子为一组,分别加入250 mL不同浓度的MnCl2、CaCl2及两者混合溶液,重复4次。放置于25 ℃、湿度90%的GZ-250-GSⅡ型智能人工气候箱中培养。为了防止出现因水分蒸发而使溶液浓度发生改变,影响本次试验的结果,需每隔2 d换一次溶液和蒸馏水。每天观察种子的发芽情况并做好记录,第4天统计不同浓度MnCl2、CaCl2及混合溶液处理下的发芽势,共处理8 d。第8天统计种子的发芽数,根据公式计算种子的发芽势、发芽率、发芽指数、耐盐指数、种子萌发抑制率,并测量芽长、根长,称量根重和芽重。计算公式如下:

发芽率=(种子发芽总数/供试种子总数)×100%

发芽势=(培養4 d后供试种子的发芽数/供试种子总数)×100%

发芽指数=∑(各日正常发芽种粒数/对应的发芽天数)

种子萌发抑制率=[ (对照发芽率-盐处理发芽率) /对照发芽率]×100%

1.5  数据处理

试验数据用 Microsoft Excel 2016软件和GraphPad Prism软件进行图表处理和单因素方差分析。

2  结果与分析

2.1  对赤小豆种子发芽率的影响

从表1中可以看出,低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的CaCl2对赤小豆种子的发芽率影响皆明显,且随着浓度的升高对发芽率的抑制作用增强。低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的MnCl2胁迫对赤小豆种子发芽率的影响与CaCl2胁迫趋势一致。低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的CaCl2和MnCl2混合溶液胁迫对赤小豆种子发芽率的影响与CaCl2趋势一致。其中,以MnCl2的胁迫作用更为强烈一些。

2.2  对赤小豆种子发芽势的影响

从表1可以看出,低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的CaCl2对赤小豆种子的发芽势影响皆明显,且随着浓度的升高对发芽势的抑制作用增强。低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的MnCl2胁迫对赤小豆种子发芽势的影响与CaCl2胁迫趋势一致。低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的CaCl2和MnCl2混合溶液胁迫对赤小豆种子发芽势的影响与CaCl2趋势一致。在低浓度(0.2 g·L-1)胁迫时,CaCl2、MnCl2及混合溶液对赤小豆种子发芽势就已经表现出很强的抑制作用。

2.3  对赤小豆种子发芽指数的影响

从表1可以看出,低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的CaCl2对赤小豆种子的发芽指数影响皆明显,且随着浓度的升高对发芽指数的抑制作用增强。低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的MnCl2胁迫对赤小豆种子发芽指数的影响与CaCl2胁迫趋势一致。低浓度(0.2 g·L-1)、中等浓度(0.4 g·L-1)和高浓度(0.6 g·L-1)的CaCl2和MnCl2混合溶液胁迫对赤小豆种子发芽指数的影响与CaCl2趋势一致。在低浓度(0.2 g·L-1)胁迫时,CaCl2、MnCl2及混合溶液对赤小豆种子发芽指数就已经表现出很强的抑制作用。

2.4  对赤小豆幼苗生长的影响

由表2可知,MnCl2处理对赤小豆根长的抑制最明显,混合处理次之,CaCl2处理抑制效果最弱。

低浓度的CaCl2、MnCl2及混合溶液对赤小豆的芽长影响明显,而且溶液浓度越高,赤小豆幼苗芽长越短。说明低浓度的CaCl2、MnCl2及混合溶液对赤小豆幼苗的芽长具有强烈的抑制作用,且MnCl2处理对赤小豆芽长的抑制效果最明显,混合处理次之,CaCl2处理抑制效果最弱。

3  小结

在本试验中,赤小豆的发芽率随着CaCl2、MnCl2及混合溶液浓度的增加而下降,但下降的趋势不同,说明赤小豆受到了不同程度的抑制,在不同溶液的处理下,赤小豆种子的活性也有所不同。与对照相比,当CaCl2、MnCl2及混合溶液浓度较低(0.2 g·L-1)时,赤小豆种子的发芽率显著下降,说明低浓度的CaCl2、MnCl2及混合溶液就已经严重影响了赤小豆的发芽。其中,以MnCl2处理对赤小豆种子发芽的抑制作用更为强烈一些。随着MnCl2、CaCl2、混合溶液浓度增加,赤小豆种子萌发抑制率均呈现出逐渐增加的趋势,在不同浓度溶液的处理下,赤小豆受到的抑制表现出一定的差异。在溶液浓度为0.2 g·L-1时,CaCl2处理下的赤小豆萌发抑制率为10%,MnCl2处理下的赤小豆萌发抑制率为26.25%,而CaCl2和MnCl2混合处理下的赤小豆萌发抑制率为11.25%,可见赤小豆种子对MnCl2胁迫更敏感。因此认为,MnCl2胁迫对赤小豆种子萌发的抑制最强,CaCl2和MnCl2混合胁迫次之,CaCl2胁迫对赤小豆种子萌发的抑制最弱。

参考文献:

[1]  檀龙颜,马洪娜.植物响应钙离子胁迫的研究进展[J].植物生理学报,2017,53(7): 1150-1158.

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

[3]  劉丽云,王明友.CaCl2对盐胁迫下小麦种子萌发及生理效应的影响[J].河南农业科学,2010(1):5-7.

收稿日期:2022-03-22

基金项目:国家自然科学基金项目“喀斯特地区典型药用植物对气候变化的响应及其气候调控机制研究”(31760155)。

作者简介:张小明(1973—),男,贵州贵阳人,硕士,高级工程师,从事农业技术推广。E-mail:1060920820@qq.com。

*为通信作者,E-mail:wangjj33209@163.com。

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