不同浓度钙胁迫对金荞麦种子萌发的影响

檀龙颜，王海燕，黄丽容，徐殿英，安广琴

(贵州中医药大学药学院，贵阳 550025)

钙离子能够调节植物生长，是植物细胞壁的重要组分，同时也是植物细胞重要的渗透保护物质和信号分子[1]。土壤中高浓度的钙离子能够抑制种子萌发、影响植物的光合作用，进而抑制植物的生长。喀斯特地区土壤中钙离子含量很高，严重限制了农作物的产量、植物种类和群落的分布[1]。因此，研究喀斯特地区植物适应高钙胁迫的机制具有十分重要的意义[1]。

金荞麦[Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara]为蓼科多年生草本植物，主要分布于贵州、云南和四川等地[2]。金荞麦以根茎入药，富含黄酮类、萜类和酚类等，具有清热解毒、健脾利湿等功效[3]。现代药理学研究表明，金荞麦具有抗炎镇痛、抗氧化、抗肿瘤、抗菌和增强免疫力的作用，在临床上能够治疗呼吸系统疾病、肠道系统疾病和肿瘤等[3]。同时，金荞麦种子中富含蛋白质、脂类和维生素等，具有较高的营养价值和保健作用[4]。此外，金荞麦茎叶为牛羊等牲畜喜食，是一种优良牧草[5]。因此，金荞麦为一种具有较高经济价值的资源植物。

种子是种子植物的繁殖体，也是植被恢复和重建的物质基础。而种子萌发是植物生活史中重要的阶段。目前，关于金荞麦种子萌发的研究主要有温度、PEG、NaCl和植物激素(GA3、6-BA和IAA)对金荞麦种子发芽率、发芽势、发芽指数等的影响[6-9]。关于钙离子胁迫对金荞麦种子萌发的影响尚未见报道。因此，针对喀斯特地区土壤高浓度钙离子的特点，研究其对金荞麦种子萌发的影响，对喀斯特地区的生态植被恢复具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材 料

金荞麦种子采自贵州中医药大学药学院种质资源圃，经贵州中医药大学药学院檀龙颜副教授鉴定为金荞麦[Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara]种子，采种后阴干，于4 ℃保存备用。

1.2 方 法

分别考察光照、温度、发芽床对种子萌发的影响，找出金荞麦种子萌发的最佳条件。将金荞麦种子用75%酒精消毒1 min后，于无菌水中浸种30 min，置于直径12 cm的培养皿中，每个培养皿50粒种子。将培养皿置于人工气候箱中培养，每隔24 h统计萌发率，以胚根突破种皮且长度超过2 mm视为萌发，同时在发芽床内添加培养液，保持发芽床湿润。

1.2.1温 度

温度条件分别设为10 ℃，15 ℃，20 ℃，25 ℃，30 ℃。采用24 h光照条件，以滤纸为发芽床。

1.2.2光 照

光照条件设置模拟自然光照/黑暗(12 h/12 h)、全黑暗(0 h)和全光照(24 h)共3个水平。黑暗处理采取将培养皿放入不透光的纸箱中，以滤纸为发芽床，温度为20 ℃。

1.2.3发芽床

发芽床条件设置3层滤纸、3层医用纱布、3 mm厚细河沙，温度为20 ℃，光照为全光照。

1.2.4不同浓度CaCl2溶液处理

分别在培养皿内加入0、0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的CaCl2溶液，置于20 ℃全光照条件下，于人工气候箱中连续培养1周，分别统计萌发率、平均根长、平均芽长。

1.2.5萌发种子生理指标测定

含水量、总可溶性糖含量、 丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性等测定参考檀龙颜[10]的方法。

1.3 数据分析

利用SPSS 17.0软件和Excel 2010软件进行数据分析，p<0.05表示差异显著，p<0.01表示差异极显著，每组试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 金荞麦种子萌发最佳条件的确定

2.1.1温度对金荞麦种子萌发的影响

由图1可知，在10 ℃时，种子萌发率为40%，15 ℃时为62%，20 ℃时为89.3%，25 ℃时为85.3%，30 ℃时为74%。以20 ℃时种子萌发率最高，因此，20 ℃为金荞麦种子萌发的最佳温度(图1)。

图1 不同温度对金荞麦种子萌发率的影响

2.1.2光照对金荞麦种子萌发的影响

经模拟自然光全光照、光照/黑暗(12 h/12 h)和全黑暗条件，发现全光照条件下，种子萌发率为89.3%，光照/黑暗(12 h/12 h)条件下，种子萌发率为84.7%，而全黑暗条件下，种子萌发率仅为78.7%，因此，最佳光照条件为全光照(图2)。

图2 不同光照对金荞麦种子萌发率的影响

2.1.3发芽床对金荞麦种子萌发率的影响

对比滤纸、纱布和河沙等金荞麦种子的发芽床发现，滤纸发芽床的种子萌发率最高，其次是纱布发芽床，萌发率最低的为河沙，表明滤纸为最佳发芽床(图3)。

图3 不同发芽床对金荞麦种子萌发率的影响

2.2 不同浓度CaCl2溶液对金荞麦种子萌发，幼苗根长和芽长的影响

通过以上实验发现，金荞麦种子萌发的最佳条件为20 ℃、全光照和滤纸发芽床。在此条件下，考察了0、0.1%、0.5%、1%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%等浓度CaCl2处理下，金荞麦种子的萌发情况。由于在3.0%条件下，金荞麦种子萌发率不足10%，因而不作有效数据。从图4可看出，0至1%浓度条件下，种子萌发率无明显差异；1.5%和2.0%浓度条件下，萌发率显著低于0至1%浓度，但1.5%和2.0%浓度间无明显差异；而2.5%浓度条件下，萌发率最低。从不同浓度CaCl2溶液处理对金荞麦苗根长的影响发现，在0.1%浓度下苗的根长最长，其次是0浓度；0.5%和1%浓度下，根长比0浓度下短；1.5%浓度条件下比0.5%和1%浓度根长短；2.0%和2.5%的浓度下，根长最短(图5)。从不同浓度CaCl2溶液处理对金荞麦苗芽长的影响发现，在0.1%浓度下苗的芽长最长，其次是0浓度，再次是0.5%浓度，1%、1.5%和2.0%浓度之间苗的芽长无明显差异，但显著低于0.5%浓度处理下，2.5%的浓度下，芽长最短(图6)。综合以上结果，选择0、0.5%、1.5%和2.5%处理浓度对种子进行处理。

图4 不同浓度CaCl2对金荞麦种子萌发率的影响

图5 不同浓度CaCl2对金荞麦苗根长的影响

图6 不同浓度CaCl2对金荞麦苗芽长的影响

2.3 不同浓度CaCl2溶液对金荞麦萌发种子含水量的影响

从图7可以看出，随着处理浓度的增加，萌发种子的含水量逐渐下降。表明萌发种子受到渗透胁迫。

2.4 不同浓度CaCl2溶液对金荞麦萌发种子总可溶性糖含量的影响

从总可溶性糖含量来看，随着处理浓度的增加，萌发种子中总可溶性糖的含量逐渐升高(图8)，进一步证实萌发种子受到了渗透胁迫。

图7 不同浓度CaCl2对金荞麦萌发种子含水量的影响

图8 不同浓度CaCl2对金荞麦萌发种子 总可溶性糖含量的影响

2.5 不同浓度CaCl2溶液对金荞麦萌发种子MDA含量的影响

从图9可以看出，MDA的含量也随着处理浓度的增加而增加，表明发生了生物膜的氧化。

2.6 不同浓度CaCl2溶液对金荞麦萌发种子CAT、POD和SOD活性的影响

从图10可以看出，CAT活性在0、0.5%和1.5%浓度处理下，随处理浓度的增加活性增强，而当处理浓度达到2.5%时；CAT活性与1.5%处理浓度下相比下降，但活性与0.5%浓度处理下的活性无明显差异。在0、0.5%和1.5%浓度处理下，POD活性和SOD活性与CAT活性变化趋势类似；在2.5%浓度处理下，尽管POD活性和SOD活性与1.5%处理浓度下相比有所降低，但仍然高于0.5%处理浓度下的活性(图11，图12)。

图11 不同浓度CaCl2对金荞麦萌发 种子POD活性的影响

图12 不同浓度CaCl2对金荞麦萌发 种子SOD活性的影响

3 结论与讨论

确定种子萌发的最佳条件，是开展种子繁殖的关键因素，能为种子扩繁提供科学依据[11]。在适宜的温度、发芽床和光照条件下，才能完成种子的萌发过程。通过本实验发现，金荞麦种子萌发的最佳条件是全光照、20 ℃、滤纸。

低浓度钙处理产生渗透胁迫，较高浓度钙处理可能对萌发种子产生离子毒害。通过本实验对不同浓度的钙离子溶液处理金荞麦种子萌发过程的观察，含水量和可溶性糖含量的变化表明，在钙溶液的处理下对萌发种子产生了渗透胁迫，而MDA含量的增加则表明发生了生物膜的氧化，即自由基的产生。从CAT活性、POD活性和SOD活性的变化可以看出，金荞麦萌发种子主要通过抗氧化酶清除活性氧自由基，但是在较高浓度(2.5%)钙溶液处理时，几种酶活性均有所下降，可能过高浓度的钙离子对酶活性产生了抑制或者毒害作用。