鋁浸種對黑豆種子萌發的影響

趙雨云+鄧新星

摘 要：該研究以永州本地黑豆品種為試驗材料，分析了不同濃度的鋁浸種后黑豆種子萌發和幼苗生理特性的變化。結果表明：10～5000mg/L的鋁浸種對黑豆的發芽率無明顯影響，5000mg/L鋁處理降低了黑豆種子的發芽勢；較高濃度（1000mg/L以上）的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根和莖的生長。鋁浸種提高了黑豆幼苗葉片中MDA的含量，中高濃度的鋁浸種處理對黑豆幼苗造成了傷害。而過氧化氫酶（POD）活性在鋁濃度為10mg/L、100mg/L、1000mg/L時受鋁脅迫的影響較小，但在鋁濃度為2000mg/L、5000mg/L時顯著增加了POD活性。POD活性的升高有助于提高黑豆幼苗對鋁的適應性。

關鍵詞：鋁浸種；黑豆；種子萌發；生理響應

中圖分類號 Q945.78 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）18-0009-03

Effect of Seed Soaking with Aluminum on Seed Germination of Black Bean

Zhao Yuyun et al.

（Life Science & Chemical Engineering Department，Hunan University of Science and Technology，Yongzhou 425199，China）

Abstract：Black bean seeds，planted locally in Yongzhou，were soaked in aluminum （Al） solutions （0，10，100，1000，5000 mg/L） for 15 hours to study the effects of Al on seed germination and seedling physiology.It was found soaking with 10-1000 mg/L Al3+did not significantly change the germination rate of black beans，but soaking with 5000 mg/L Al3+ significantly decreased the germination energy.Thus，soaking with above 1000 mg/L Al3+ inhibited the growth of roots and stems of black bean seedlings.Al soaking increased the malonaldehyde contents in seedling leaves，but the medium and high concentration soaking damaged the seedlings of black beans.Peroxidase activity was not largely affected by soaking with 10～1000 mg/L Al3+，but was significantly increased by soaking with 2000～5000 mg/L Al3+.The improvement of peroxidase activity contributes to higher Al adaptability of black bean seedlings.

Key words：Aluminum；Black bean；Seed germination；Seedling physiology

鋁是土壤中含量最豐富的金屬元素之一，通常以難溶性的硅酸鹽或其他沉淀物形式存在，對植物并沒有毒害，但在酸性條件下（pH<5）原固定于晶格中的鋁可以逐漸解離，以離子形態Al3+的形式釋放到溶液中，并在微摩爾濃度級水平下對植物產生毒害[1]。我國南方分布著大面積的酸性土壤，約占全國土地總面積的21%[2]。近年來，隨著工業的發展，環境酸化的問題日益嚴重，酸雨的頻繁沉降及農業化肥的大量使用，土壤中的富鋁作用大大增強，鋁毒害已成為酸性土壤中抑制作物生長和導致作物減產、品質下降的主要因素之一[3]。由于大多數的作物對鋁毒較敏感，因此研究鋁對作物的影響具有較大的理論和實際意義。

黑豆富含蛋白質、脂肪、氨基酸等營養物質，并富含多種生物活性物質，具有抗氧化性、抗腫瘤活性和保護心血管的作用，是我國傳統的藥食兩用食品[4]。本研究以永州本地黑豆品種為試驗材料，采用不同濃度鋁浸種處理，探索鋁浸種對黑豆種子萌發的影響，為進一步研究黑豆耐鋁的生理生化機制及其豐產提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 永州本地黑豆品種八月爆Soybean （Glycine max var）。

1.2 種子處理 首先對種子進行風選、水漂、剔除機械碾軋損傷及蟲蛀、發霉、過小的種子。水漂時要用手輕輕地反復搓洗，反復撇撈雜質劣豆。然后將黑豆撈入篩子中控去水分。將精選后的黑豆用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡5min，再用蒸餾水清洗3次后，分別置于裝有不同濃度的鋁溶液的已恒溫的（38℃）燒杯中浸泡。浸種15h后，將種子從燒杯中取出瀝干，轉移到培養皿中，用培養液在一定溫度的恒溫恒濕培養箱中培養發芽水洗滌10min。

1.3 鋁濃度設計和浸種 試驗共設置6個鋁濃度浸種液，以Al2（SO4）3·18H2O的形式加入，濃度分別為0（對照）、10mg/L、100mg/L、1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L共6個組，每個處理重復3次，浸種時間為15h，浸泡溫度為38℃。

1.4 播種 以培養皿（Ф12cm）作發芽床，底部鋪2層紗布，18個培養皿，并將已浸種處理過的種子每皿100粒均勻擺放在紗布上，種子上方鋪一層濕潤的紗布，每個處理重復3次。在恒溫培養箱中進行萌發實驗，每日噴適量的蒸餾水，使種子保持濕潤狀態。培養的條件為：溫度32℃，濕度90%。endprint

1.5 測定的指標及方法 5d統計發芽勢，8d統計發芽率。幼苗生理指標，萌發結束后7d，取黑豆幼苗完全展開葉測定各項生理指標。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法。過氧化物酶活性采用愈創木酚法。可溶性糖含量采用蒽酮比色法[5]。

1.6 數據處理 利用SPSS 13.0 For Windows和Microsoft Excel數據處理軟件進行數據的統計和分析。采用配對t檢驗（Paired Samples T test）法進行比較，論文中的各項數據均以平均值±樣本值標準誤差（Mean±SE）表示，其中P<0.05被視為存在顯著性差異，P<0.01被視為存在極顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 鋁處理對黑豆種子發芽率和發芽勢的影響 由表1可以看出，不同濃度的鋁浸種后黑豆的發芽率有所降低，但與對照組相比并未達到顯著水平。10mg/L、100mg/L、1000mg/L、2000mg/L濃度的鋁浸種后黑豆的發芽勢有所變化，但與對照組相比并未達到顯著水平，而5000mg/L濃度的鋁浸種處理后發芽勢降低，與對照組相比達到了顯著水平（P<0.05），降低了28.4%。說明10～5000mg/L的鋁浸種對黑豆的發芽率無明顯影響，高濃度（5000mg/L）的鋁處理降低了黑豆種子的發芽勢。

2.2 鋁處理對黑豆幼苗生長的影響 由表2可以看出，10mg/L、100mg/L濃度的鋁浸種處理對黑豆幼苗根長和莖長的抑制作用并不明顯，而1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L濃度的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根的正常生長，與對照組相比達到了顯著水平（P<0.05），根長分別減少了24.92%、42.82%、56.30%。1000mg/L、2000mg/L濃度的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗莖的正常生長，與對照組相比達到了顯著水平（P<0.05），莖長與對照相比分別減少了24.03%、25.24%，5000mg/L濃度的鋁浸種處理與對照組相比達到了極顯著水平（P<0.01），莖長與對照相比減少了24.51%。說明較高濃度（1000mg/L以上）的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根和莖的生長。

注：表中小寫字母表示P<0.05差異水平，大寫字母表示P<0.01差異水平。

2.3 鋁處理對黑豆幼苗葉片中丙二醛含量的影響 從表3可以看出，10mg/L、100mg/L、1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L濃度的鋁浸種處理對黑豆幼苗葉片MDA含量都有提高，但是10mg/L、100mg/L濃度的鋁浸種處理與對照組相比并未達到顯著水平，當鋁處理濃度為1000mg/L、5000mg/L時，黑豆幼苗葉片中的MDA含量與對照組相比達到顯著水平（P<0.05），分別增加了14.61%、30.96%，當鋁處理濃度為2000mg/L時，黑豆幼苗葉片中的MDA含量與對照組相比達到了極顯著水平（P<0.01），MDA含量增加了26.67%。說明鋁浸種提高了黑豆幼苗葉片中MDA的含量，中高濃度的鋁浸種處理對黑豆幼苗造成了傷害。

2.4 鋁處理對黑豆幼苗葉片中過氧化物酶活性的影響

由表4可以看出，10mg/L、100mg/L、1000mg/L濃度的鋁浸種處理對黑豆幼苗葉片中的POD活性與對照組相比有增加趨勢，但是并未達到顯著水平，當鋁處理濃度為2000mg/L、5000mg/L時，黑豆幼苗葉片中的POD活性與對照組相比達到了顯著水平（P<0.05），與對照組相比分別增加了61.34%、72.78%。說明中高濃度的鋁浸種處理黑豆種子，使得黑豆幼苗的POD增加，即其抗逆性增強。

3 討論與結論

10～5000mg/L濃度的鋁浸種處理降低了黑豆種子的發芽率，但與對照組相比并未達到顯著水平，這與在小白菜[6]、蕎麥[7]上取得的研究結果相一致，而低濃度的鋁處理則顯著降低油菜[8]、益母草[9]種子的發芽率，抑制了其正常生長。表明黑豆種子在萌發期對鋁脅迫有較高的耐性。5000mg/L濃度的鋁浸種處理降低了黑豆種子的發芽勢，與對照組相比達到了顯著水平，這與在火龍果[3]、小白菜[6]上取得的實驗結果相一致。表明高濃度鋁處理對黑豆種子前期萌發有較大的抑制作用。

10mg/L、100mg/L濃度的鋁處理浸種對黑豆幼苗的根長和莖長的影響并不顯著，但1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L濃度的鋁處理則抑制了黑豆幼苗的根長和莖長的正常生長，并且與對照相比達到了顯著水平，這與小白菜[6]的研究結果一致。中高濃度的鋁處理抑制了黑豆幼苗根和莖的正常生長，表明黑豆生長早期較種子萌發期對鋁脅迫更為敏感。而造成這種現象的原因可能與黑豆幼苗生長期鋁離子通過抑制跟細胞的伸長與分裂，影響了根系的發育和對水分、養分的吸收，從而對幼苗地上部分的生長發育產生了相應的抑制作用，造成植物生理代謝與形態建成的變化相關[10]，具體表現在幼苗的根長、莖長下降幅度隨鋁處理濃度的升高而增大。

逆境條件下，有毒害作用的活性氧自由基在細胞內往往大量積累，極易導致膜脂過氧化作用、蛋白質變性等生理生化紊亂現象，從而影響植物的正常生長[11]。在本實驗中，中高濃度（1000mg/L、2000mg/L、5000mg/L）的鋁處理顯著提高了黑豆幼苗葉片中的MDA含量。由于MDA是活性氧自由基攻擊膜脂過氧化作用的主要降解產物[12]，表明該濃度下鋁脅迫使黑豆受到的傷害與細胞內活性氧自由基的大量積累有關。

與此同時，植物體內也相應存在保護酶系統，這對于及時清除細胞內活性氧自由基，保護細胞膜的結構穩定性具有重要意義[6]。POD是細胞內重要的自由基清除系統的保護酶之一，可有效分解細胞內的H2O2，降低其對膜脂的損傷[13]。本實驗中，小白菜幼苗葉片POD活性在中高濃度鋁處理（2000～5000mg/L）時較對照顯著升高，表明POD活性的升高在提高黑豆幼苗適應中高濃度鋁中起著重要作用。endprint

由本次研究可知，10～5000mg/L的鋁浸種對黑豆的發芽率無明顯影響，5000mg/L鋁處理降低了黑豆種子的發芽勢；較高濃度（1000mg/L以上）的鋁浸種處理抑制了黑豆幼苗根和莖的生長。鋁浸種提高了黑豆幼苗葉片中MDA的含量，中高濃度的鋁浸種處理對黑豆幼苗造成了傷害。而過氧化氫酶（POD）活性在鋁濃度為10mg/L、100mg/L、1000mg/L時受鋁脅迫的影響較小，但在鋁濃度為2000mg/L、5000mg/L時顯著增加了POD活性。POD 活性的升高有助于提高黑豆幼苗對鋁的適應性。

參考文獻

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（責編：張宏民）endprint