赤霉素對鉛脅迫下苦蕎種子萌發及幼苗生理特性的影響

王小松，萬 燕，樂梨慶，安 琪，公續霄

（成都大學農業農村部雜糧加工重點實驗室，四川成都610106）

隨著我國工業化不斷發展，重金屬鉛污染不斷加劇，我國西南、中南地區土壤鉛超標范圍較大[1]。目前我國受污染土壤中鉛的點位超標率為1.5%[2]。當土壤環境中鉛含量達到一定值時，會抑制作物生長，破壞正常的生理功能，而作物為維護體內生理代謝平衡，在遭受鉛毒害時，會通過調節保護酶系統活性來降低鉛對植物生長產生較大的毒害作用[3]。苦蕎（Fagopyrum esculentum）被譽為“五谷之王”[4]，具有較高的營養價值和藥用價值，是我國重要的雜糧作物。我國苦蕎主要種植在云南、貴州、四川等西南地區，而我國耕地土壤面積為1.35億hm2[5]，耕地總污染量為2 328萬hm2，耕地點位超標率為19.4%，約有1.3萬hm2耕地受到鉛等重金屬污染，包括云、貴、川、晉等苦蕎主要產出地均為我國耕地土壤鉛污染的重點區域[6]。鉛一旦進入人體將會對人體神經系統及大腦產生不可逆的傷害，并且難以通過新陳代謝排出人體[7]。所以，對鉛污染環境下苦蕎耐鉛性研究已成為現代社會亟待解決的問題，研究提高苦蕎耐鉛性將為我國苦蕎種植提供更有效的理論指導。

赤霉素作為一種重要的植物生長調節激素，被廣泛應用于解除種子休眠、促進萌發、促進葉芽生長[8]。目前，關于赤霉素緩解重金屬脅迫對種子萌發及幼苗生長的生理試驗在水稻、沙冬青等作物上已有諸多報道，但尚未有關于赤霉素緩解鉛脅迫下苦蕎種子萌發影響的報道。因此，深入了解赤霉素對苦蕎種子萌發的重金屬鉛脅迫緩解機制顯得尤為重要。

本試驗以苦蕎為材料，用不同質量濃度赤霉素對鉛脅迫下苦蕎種子進行浸種處理，誘導苦蕎抗鉛脅迫的可能性及機制，緩解鉛污染造成的毒害，為農業生產過程中提高作物抗鉛能力及植物修復技術提供新的途徑，為重金屬脅迫保護反應和農業生態環境保護提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為成都大學農業農村部雜糧加工重點實驗室提供的2018年采集儲存的川蕎一號苦蕎品種，以1%高錳酸鉀溶液浸泡種子30 min消毒，再用蒸餾水充分清洗種子表面備用。

1.2 試驗設計

試驗設置6個處理，每個處理30粒種子，6次重復。6個處理分別為：G0.清水浸種12 h；G1.5 mg/L赤霉素浸種12 h；G2.10 mg/L赤霉素浸種12 h；G3.20 mg/L赤霉素浸種12 h；G4.40 mg/L赤霉素浸種12 h；G5.100 mg/L赤霉素浸種12 h。經赤霉素處理后均放置于800 mg/L乙酸鉛水溶液培養盤中培養，乙酸鉛水溶液量以培養盤表面浸潤為佳。試驗以清水浸種12 h，并置于清水環境中培養作為對照（CK）。隨后，將處理好的培養皿放入恒溫培養箱中，恒溫25℃，每日觀察記錄種子萌發情況，以種子芽長超過種子1/2長度記為發芽，連續2 d不再發芽記為發芽結束。

1.3 測定項目及方法

培養11 d時，用游標卡尺測量幼苗根長、莖長；用根系掃描儀測量不定根數量。

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定；可溶性糖含量采用蒽酮法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑和核黃素法測定；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定；游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定。

1.4 數據分析

試驗采用Excel記錄整理數據，獲取數據平均值，并用SPSS 22.0軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度赤霉素處理對鉛脅迫下苦蕎種子形態指標的影響

2.1.1 不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎種子發芽率的影響 研究表明，當植物受到重金屬脅迫后，發芽率會出現顯著性降低，所以，發芽率可以作為植物受重金屬脅迫程度的一項重要指標。由圖1可知，與CK相比，苦蕎遭受鉛脅迫后發芽率明顯降低，通過赤霉素提前浸種處理后，苦蕎種子發芽率逐步提升，其中，G0處理的發芽率為67%，G4處理發芽率最高，達到76%，且與G5處理間差異顯著（P＜0.05），所以，40 mg/L赤霉素對鉛脅迫下苦蕎種子萌發具有促進作用。

2.1.2 不同濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗根長的影響 由圖2可知，苦蕎在沒有使用重金屬鉛溶液脅迫的CK中長勢最好，與CK相比，Pb脅迫抑制了苦蕎幼苗根生長，G0處理的主根長到1 cm左右后就停止生長，且經過不同質量濃度赤霉素浸泡后的苦蕎種子根長也沒有明顯差異，均在1 cm左右，僅G2處理稍有緩解，但效果不明顯。所以，種子在800 mg/L鉛溶液下根的生長嚴重受到抑制，使用赤霉素浸種后并無明顯緩解效果。

2.1.3不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗不定根數量的影響 由圖3可知，CK的不定根數量明顯小于鉛脅迫處理，僅為1條，結合根長變化分析可知，鉛脅迫會破壞植物原來的根系，抑制植物根系生長。通過比較不同質量濃度赤霉素處理后苦蕎的不定根數量可以看出，赤霉素處理G1～G5的不定根數量較G0處理有一定減少，在赤霉素100 mg/L的G5處理下不定根數量最少，為3條，與其他質量濃度赤霉素處理間差異顯著（P＜0.05）。說明種子在100 mg/L赤霉素浸種后，在800 mg/L鉛溶液下苦蕎不定根數最接近正常。

2.1.4 不同濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗莖長的影響 從圖4可以看出，與CK相比，Pb脅迫下不同處理苦蕎長勢緩慢，莖長普遍較低，在6 cm左右，而CK莖長可以達到12 cm以上。說明800 mg/L的鉛溶液顯著抑制了苦蕎的莖生長，只能達到正常值的1/2。通過不同濃度赤霉素浸種，僅40 mg/L赤霉素浸種下能使苦蕎莖長有所增長，且差異顯著，說明赤霉素浸種對鉛脅迫環境下苦蕎莖長具有一定作用，但一定質量濃度的赤霉素浸種才具有顯著促進作用。

2.2 不同質量濃度赤霉素處理對鉛脅迫下苦蕎幼苗生理指標的影響

2.2.1 不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗可溶性蛋白含量的影響 由圖5可知，CK下苦蕎幼苗的可溶性蛋白含量只有1 mg/g，與CK相比，Pb脅迫顯著提升了苦蕎幼苗可溶性蛋白含量，苦蕎受到鉛脅迫后可溶性蛋白含量均高于3 mg/g。通過比較不同質量濃度赤霉素處理后苦蕎可溶性蛋白含量可以發現，赤霉素浸種與未浸種G0處理中可溶性蛋白含量差異顯著（P＜0.05），呈先下降后上升的趨勢，可溶性蛋白含量最高可達5.2 mg/g。其中，G3處理的苦蕎在鉛溶液下可溶性蛋白含量最低，為2.9 mg/g，差異達到顯著水平（P＜0.05），這表明一定質量濃度赤霉素浸種對苦蕎鉛脅迫具有顯著緩解作用。

2.2.2 不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗可溶性糖含量的影響 由圖6可知，苦蕎受到800 mg/L重金屬鉛溶液脅迫后G0處理，與CK相比，Pb脅迫增加了苦蕎幼苗體內的可溶性糖含量，且增加了14.4 mg/g；而經赤霉素浸泡后的種子可溶性糖含量呈緩慢上升趨勢，20 mg/L赤霉素浸泡后苦蕎幼苗的可溶性糖含量達到峰值，為27.7 mg/g。說明當苦蕎受到重金屬鉛脅迫后會促進體內可溶性糖的積累，并且20 mg/L赤霉素浸種處理的積累量達到最大，植物的抗逆性最高；當用5 mg/L赤霉素浸種時，苦蕎幼苗的可溶性糖積累量最低，為19.9 mg/g，說明赤霉素在幫助鉛脅迫下苦蕎積累可溶性糖上具有促進作用。

2.2.3不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響 從圖7可以看出，與CK相比，Pb脅迫顯著增加了苦蕎幼苗體內的SOD活性，增加了965 U/（g·h），但使用外源赤霉素浸種后呈逐步下降趨勢，在40 mg/L赤霉素浸種下苦蕎SOD活性最低，且差異顯著，只有400 U/（g·h），說明赤霉素浸種能夠顯著降低鉛脅迫下苦蕎SOD活性，從而達到增強苦蕎耐鉛性的作用。

2.2.4 不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗丙二醛含量的影響 從圖8可以看出，與CK相比，Pb脅迫增加了苦蕎幼苗體內的丙二醛含量。CK下苦蕎幼苗的丙二醛含量為6.46 μmol/g，而經Pb脅迫后G0處理上升了1.55 μmol/g，說明鉛脅迫會使苦蕎質膜受損，導致丙二醛含量增加。通過赤霉素浸種后發現，低質量濃度赤霉素浸種對苦蕎質膜受損并無緩解作用，20 mg/L赤霉素處理的苦蕎幼苗丙二醛含量最低，為7.6 μmol/g，但隨著赤霉素質量濃度逐步增加，緩解作用降低，苦蕎丙二醛含量增加，說明經一定質量濃度赤霉素溶液浸種，可以有效提升苦蕎耐鉛性。

2.2.5 不同質量濃度赤霉素處理對苦蕎幼苗游離氨基酸含量的影響 由圖9可知，與CK相比，苦蕎受到重金屬鉛脅迫后會顯著增加苦蕎體內游離氨基酸的含量。G1、G2處理經過赤霉素浸種后游離氨基酸含量較G0處理分別下降了3.41、6.66 mg/g，G2處理下降至最低值，該處理的緩解脅迫效果最佳，接近CK處理的游離氨基酸含量，隨后又呈逐步上升趨勢，說明一定質量濃度赤霉素浸種后，可以顯著提升苦蕎耐鉛性。

3 結論與討論

3.1 鉛脅迫下赤霉素浸種對苦蕎形態指標的影響

重金屬鉛脅迫會對植物的生長發育造成一定程度的傷害，經赤霉素浸種后，可以一定程度提高植物耐鉛性。發芽率大小可作為苦蕎種子受到鉛脅迫程度的一個重要指標[9]。研究表明，種子在受到鉛脅迫時，發芽率會明顯降低。劉楓[10]的研究也表明，鉛脅迫對水稻種子的萌發具有較大的抑制作用。本試驗中，鉛溶液脅迫苦蕎會嚴重降低其發芽率，破壞根系生長，影響苦蕎莖長生長，經40 mg/L赤霉素水溶液浸種后可以有效提升苦蕎發芽率，但對苦蕎莖長的改善沒有明顯作用，此結果與前人研究結果一致[11]。張春雨等[12]研究發現，赤霉素可以使白楊或者擬南芥胚軸基部不能形成生長素峰值，達到抑制不定根生長的效果。由于重金屬鉛會誘導苦蕎不定根的生長，而赤霉素又可以抑制不定根的啟動。本試驗比較G0～G5處理，經過40 mg/L赤霉素浸種后苦蕎種子發芽率均可以達到70%以上，表明赤霉素可以抑制不定根生長，這與張煥欣等[13]的研究結果一致。

3.2 鉛脅迫下赤霉素浸種對苦蕎生理指標的影響

可溶性蛋白含量是用來衡量植物是否受到重金屬脅迫的重要指標。任秀娟等[14]研究表明，玉米在受到高濃度鉛污染后體內的可溶性蛋白含量會明顯升高。當植物遭受到重金屬脅迫后，組織細胞會積累可溶性糖，保持水分正常供應，以保證植物的正常生理活動[15]。為消除大量產生的氧自由基，SOD活性也會急劇上升。同時，鉛脅迫使得植物膜系統受到毒害，加重膜脂化情況，植物體內會積累大量丙二醛。本試驗結果表明，鉛脅迫可顯著提高苦蕎可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛和游離氨基酸含量，提升SOD活性，這與前人研究結果一致。

研究表明，低濃度的赤霉素可以降低鉛脅迫下苦蕎可溶性蛋白含量，而高濃度的赤霉素會使苦蕎可溶性蛋白含量升高[16]。本試驗結果表明，經赤霉素浸種后的苦蕎種子在鉛脅迫環境下，可溶性蛋白含量呈先下降后上升的趨勢；赤霉素質量濃度在5～10 mg/L時，可溶性糖含量得到抑制，但隨著赤霉素質量濃度增加，可溶性糖含量抑制效果不明顯，說明苦蕎在鉛脅迫下赤霉素對可溶性糖積累無明顯作用。SOD具有消除氧自由基的特殊生理活性，是生物體內去除氧自由基的關鍵物質[17]。經40 mg/L赤霉素浸種后的苦蕎在鉛脅迫環境下SOD活性會出現顯著性降低，說明當苦蕎受到鉛脅迫后，赤霉素可以緩解鉛對苦蕎脅迫的影響，減少體內氧自由基的含量，使苦蕎中SOD活性保持正常值。苦蕎受到高濃度重金屬鉛的毒害后，苦蕎細胞膜系統遭到了嚴重破壞，經赤霉素浸種也很難緩解這種傷害，導致本試驗中赤霉素浸種后苦蕎丙二醛含量仍然難以降低；苦蕎經10 mg/L赤霉素溶液浸種后可以降低游離氨基酸的含量至正常值，說明赤霉素具有抑制鉛脅迫的作用。在生理指標方面，本試驗結果與前人研究結果一致。