MnSO4浸种对小麦芽苗菜生长和生理活性物质的影响

马 茹，薛建福，张慧芋，祁泽伟，刘凯凯，徐 伟，刘昌斌，赵文欣，高志强

(山西农业大学农学院，作物生态与旱作栽培生理山西省重点实验室，山西 太谷 030801)

“隐性饥饿”严重威胁人体健康[1]。据统计，全球目前有将近20亿人口处于隐性饥饿状态，其体内缺乏一种或多种微量元素[2]。锰(Mn)是人体内多种酶的组成元素，在能量代谢、蛋白质代谢、延缓衰老和提高免疫力等方面具有重要作用[3]。人体缺Mn会导致发育不良、食欲不振和机体衰老等各种疾病[4]。但摄入过量Mn则会引起Mn中毒[5]。据中国营养学会推荐[6]，成年人每人每日Mn的适宜摄入量为4.5～11 mg，由于日常摄入的食物中Mn含量较少[7]，无法满足人体对Mn元素的需求，因此通过营养强化手段提高食物中Mn含量对保证人体每日必要的Mn摄入量，解决“隐性饥饿”有重要意义。

Mn也是植物生长所必需的微量元素之一[8]。适量Mn可以提高植物抗氧化酶活性，降低丙二醛(MDA)含量[9]。但缺Mn会导致植物生物量降低[10]，Mn浓度过高则会对细胞产生氧化胁迫，抑制植物生长，破坏叶绿素合成[11-12]。侯典云等[13]研究表明，适宜浓度的MnCl2溶液可以促进小麦种子萌发和幼苗生长，提高其叶绿素含量。

芽苗菜培养过程中不添加化肥农药，具有较高的营养成分[17]，因而作为一种绿色保健食品开始逐渐被人们所接受[14]。其富含叶绿素、维生素C等生物活性物质，具有良好的抗氧化和保健功能[15]，并可以清除体内毒素，提高人体免疫力。

目前，市面上多为豆类芽苗菜，小麦芽苗菜较为少见[16]，且研究大多集中于锰肥对小麦植株生长及生理活性[13]的影响，对小麦芽苗菜方面研究较少。本试验旨在通过研究不同浓度的MnSO4溶液浸种处理对小麦芽苗菜生长状况、生物活性物质以及Mn元素积累量的影响，明确最佳的MnSO4溶液浸种浓度，为促进小麦芽苗菜生长，提高其生理活性及实现功能性生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2019年4月在山西农业大学(山西省农业科学院)进行。供试小麦品种为运旱618，采用单因素随机区组设计，设置不同MnSO4溶液浓度分别为0(CMn 0)、0.1 g·L-1(CMn 0.1)、0.2 g·L-1(CMn 0.2)、0.4 g·L-1(CMn 0.4)、0.8 g·L-1(CMn 0.8)和1.6g·L-1(CMn 1.6)共6个处理，重复3次。浸种24 h后，选取50粒均匀饱满、无破损及病虫害的小麦籽粒，于清水中浸泡24 h后取出，将种子表面水分吸干，用镊子整齐地摆放在垫有托盘和纱布的塑料培养盒中(14 cm×8 cm×7 cm)在室温下培养，并于每日18：00时喷施蒸馏水，保持湿润环境，培养10 d后收获小麦芽苗菜。

1.2 测定项目及方法

1.2.1种子发芽特性的测定[18]

从开始培育小麦芽苗菜起，每天记录发芽种子数，用于计算发芽势、发芽率和发芽指数，结合芽苗菜鲜重计算活力指数。

GF=(G3/G)×100%；

GR=(G7/G)×100%；

GI=∑(Gt/Dt)；

VI=S×∑(Gt/Dt)；

式中，GF为发芽势，G3为在第3天内发芽种子数，G为供试种子总数。GR为发芽率，G7为在第7天内发芽种子数。GI为发芽指数，Gt为在t日内的发芽种子数，Dt为发芽日数。VI为活力指数，S为一定时期内幼苗生长势，用萌发结束时每株苗的平均鲜重表示。

1.2.2苗长及根长的测定

发芽第10天，各处理选取15株长势一致的小麦发芽植株，利用刻度尺测定其苗长和根长。

1.2.3鲜重和干重的测定

发芽第10天，各处理选取长势均匀的15株小麦发芽植株，测量鲜重后于105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒重，称量干重。

1.2.4生理活性物质和Mn元素积累量的测定

分光光度法测定小麦芽苗菜维生素C含量，采用丙酮-分光光度计法提取叶绿素，硫代巴比妥酸-分光光度计法测定MDA含量和可溶性糖含量，愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性[19]。采用火焰原子吸收分光光度法测定Mn元素含量[20]，并根据Mn含量和芽苗菜干鲜重计算干重Mn元素积累量及鲜重Mn元素积累量。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2011软件进行数据常规处理，SAS 9.3软件进行显著性分析(LSD方法，α=0.05)，Microsoft Excel 2011软件和R 4.0.3软件制作相关性气泡图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度MnSO4溶液浸种对小麦芽苗菜生长的影响

小麦芽苗菜的发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数均随MnSO4溶液浓度的增加呈先增大后减小的趋势(图1)，小麦芽苗菜发芽势介于84.0%～99.3%之间。与CMn 0处理相比，CMn 0.2和CMn 0.8处理下小麦芽苗菜发芽势分别显著提高了16.7%和18.3%(p<0.05)，其他处理与之差异不显著。此外，CMn 0.2和CMn 0.8处理下小麦芽苗菜发芽势较CMn 1.6处理分别显著提高了14.0%和15.5%(p<0.05)。各处理下小麦芽苗菜发芽率为92.7%～100.0%。与CMn 0处理相比，CMn 0.2和CMn 0.8处理下小麦芽苗菜发芽率分别显著提高了5.7%和6.4%(p<0.05)。CMn 0.1、CMn 0.2、CMn 0.4、CMn 0.8处理较CMn 1.6处理显著提高了小麦芽苗菜发芽势，且4个处理间差异不显著。与CMn 0处理相比，浓度为CMn 0.1、CMn 0.2、CMn 0.4处理显著提高了小麦芽苗菜的发芽指数，为7.0%～13.9%(p<0.05)，CMn 1.6处理下发芽指数显著降低了9.1%(p<0.05)。CMn 0.1和CMn 0.2处理下小麦芽苗菜发芽指数显著高于其他处理。与CMn 0处理相比，CMn 0.1、CMn 0.2、CMn 0.4处理下小麦芽苗菜活力指数显著提高了21.5%～44.7%，CMn 1.6处理较之显著降低了25.7%(p<0.05)。CMn 0.2和CMn 0.4处理较其他处理显著提高了小麦芽苗菜活力指数。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上差异显著。下同。A、B、C和D分别代表不同浓度MnSO4溶液下小麦芽苗菜发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。图1 不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜的发芽特性Fig.1 Comparison of germination characteristics of wheat sprouts under different concentrations of MnSO4 solution

随着MnSO4溶液浓度的升高，小麦芽苗菜苗长和根长均呈先升高后降低的变化趋势(图2)，与CMn 0处理相比，CMn 0.4处理下小麦芽苗菜的苗长及根长分别显著提高了14.0%和57.3%，而CMn 1.6处理下苗长则显著降低了9.8%(p<0.05)。CMn 0.1、CMn 0.2、CMn 0.4、CMn 0.8处理下苗长和根长均较CMn 1.6处理下显著提高，CMn 0.4较CMn 0.8处理下苗长显著增加了9.8%。此外，CMn 0.1和CMn 0.2处理与CMn 0.4、CMn 0.8处理下小麦芽苗菜的苗长和根长差异均不显著。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上的统计差异。图2 不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜的苗长和根长Fig.2 Comparison of seedling length and root length of wheat sprouts under different concentrations of MnSO4 solution

小麦芽苗菜单株的鲜重和干重均随MnSO4溶液浓度的升高呈先增加后减少的趋势(图3)，与CMn 0处理相比，CMn 0.1和CMn 0.2处理下小麦芽苗菜鲜重分别显著增加了11.0%和27.1%，干重则分别显著增加9.0%和25.4%；而CMn 1.6处理下鲜重和干重则分别显著降低了18.3%和17.3%。CMn 0.2处理下小麦芽苗菜干重和鲜重显著高于CMn 0、CMn 0.1、CMn 0.8、CMn 1.6处理，与CMn 0.4差异不显著；且CMn 0.4处理下干重和鲜重显著高于CMn 0、CMn 0.8、CMn 1.6处理。

注：A和B分别代表不同浓度MnSO4溶液下小麦芽苗菜的鲜重和干重。图3 不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜单株的鲜重和干重Fig.3 Comparison of fresh weight and dry weight of wheat sprouts under different concentrations of MnSO4 solution

2.2 不同浓度MnSO4溶液浸种对小麦芽苗菜生理活性物质的影响

随着MnSO4溶液浓度的升高，小麦芽苗菜叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量、叶绿素a/b(表1)、POD含量(图4 A)和维生素C含量(图5)均呈先升高后降低的趋势。而MDA含量和可溶性糖含量则表现为先降低后升高的变化趋势(图4 B、图4 C)。

注：A、B和C分别代表不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜POD活性、MDA含量和可溶性糖含量。图4 不同浓度MnSO4溶液下小麦芽苗菜的抗氧化活性物质的影响Fig.4 Effects of different concentrations of MnSO4 solution on antioxidant activity of wheat sprouts

与CMn 0处理相比，CMn 1.6处理下小麦芽苗菜的叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量及叶绿素a/b分别降低了34.9%、31.7%、34.2%和4.6%，差异达显著水平，其他处理间没有显著差异(表1)；与CMn 0.8和CMn 1.6处理相比，CMn 0.2处理下叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量及叶绿素a/b显著增加，增幅分别为31.3%～74.8%、27.7%～65.8%、30.5%～72.8%和2.8%～5.4%，但是与其他处理间差异不显著，且CMn 0、CMn 0.1、CMn 0.2和CMn 0.4各处理间差异均不显著。

表1 不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜的叶绿素含量Table 1 Comparison of chlorophyll content in wheat sprouts under different concentrations of MnSO4 solution

小麦芽苗菜POD活性于CMn 0.2处理下达最大值，364.3 U·(g·min)-1(图4 A)，与其他处理相比显著提高了24.7%～56.7%。与CMn 0处理相比，CMn 0.2和CMn 0.4处理下POD活性分别显著提高了58.5%和19.4%，而CMn 1.6处理较之显著降低了31.4%。

小麦芽苗菜MDA和可溶性糖含量分别为2.2～3.6 μmol·g-1和10.7～13.9 mg·g-1(图4 B、图4 C)。对于MDA含量，与CMn 0处理相比，CMn 0.2处理显著降低了25.7%，而CMn 1.6处理则显著提高了22.3%，其他处理与之差异不显著。MDA含量于CMn 0.2处理下达最小值，且较CMn 0、CMn 0.8和CMn 1.6处理显著降低了25.7%～39.3%。CMn 1.6处理下MDA含量最高，且较CMn 0、CMn 0.1、CMn 0.2和CMn 0.4处理显著增加了22.2%～64.7%。对于小麦芽苗菜的可溶性糖含量，CMn 0处理与其他各处理间差异均不显著，CMn 0.2处理下可溶性糖含量较CMn 0.8处理显著降低了23.4%，较其他处理差异不显著。

在不同浓度MnSO4溶液处理下，小麦芽苗菜的维生素C含量为0.3～0.5 mg·g-1(图5)。与CMn 0处理相比，CMn 0.1、CMn 0.2和CMn 0.4处理下维生素C含量显著提高了21.7%～41.5%，而CMn 1.6处理则显著降低了21.5%。CMn 0.2处理下维生素C含量达到最大值，与CMn 0.1处理差异不显著，较其他处理显著提高了14.0%～44.5%。

图5 不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜维生素C含量Fig.5 Effects of different concentrations of MnSO4 solution on vitamin C content in wheat sprouts

2.3 不同浓度MnSO4溶液浸种对小麦芽苗菜Mn元素积累量的影响

小麦芽苗菜鲜重Mn元素积累量和干重Mn元素积累量均随Mn浓度的增加而增加(图6)。与CMn 0处理相比，CMn 0.1、CMn 0.2、CMn 0.4、CMn 0.8和CMn 1.6处理下小麦芽苗菜鲜重的Mn元素积累量分别显著增加了7.5、10.9、13.8、20.6、29.3倍，干重的Mn元素积累量分别显著增加了7.3、10.7、13.4、20.0、29.7倍。

注：A和B分别代表不同浓度MnSO4溶液下小麦芽苗菜鲜重Mn元素积累量和干重Mn元素积累量图6 不同浓度MnSO4溶液处理下小麦芽苗菜的Mn元素积累量Fig.6 Effects of Different concentrations of MnSO4 solution on Mn accumulation in wheat sprouts

小麦芽苗菜生长状况、生理活性物质和Mn元素积累量的相关分析表明(图7)，小麦芽苗菜发芽势和发芽指数与发芽率呈显著正相关(p<0.05)。发芽指数、活力指数、叶绿素含量和POD活性之间均呈显著正相关，且均与维生素C含量呈显著正相关，而与MDA含量呈显著负相关。MDA含量与维生素C含量呈显著负相关，与可溶性糖含量呈显著正相关(p<0.05)。鲜重Mn元素积累量和干重Mn元素积累量与其他指标间无显著相关。

注：图中×代表在0.05水平上不显著。图7 不同浓度MnSO4溶液下小麦芽苗菜生长状况、生理活性物质和Mn元素积累量的关系Fig.7 Relationship between growth status, physiological active substances and Mn accumulation of wheat sprouts under different concentrations of MnSO4 solution

3 讨 论

3.1 不同浓度MnSO4溶液浸种对小麦芽苗菜生长的影响

种子活力常用来衡量植物对环境因子的适应程度，据报道，采用MnSO4浸种可提高种子发芽率和发芽势，从而提高种子活力[21-22]。本研究结果表明，不同浓度MnSO4溶液浸种下小麦发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数不同，整体上表现为较低浓度(0.2～0.8 g·L-1)促进，较高浓度(0.8～1.6 g·L-1)抑制，这种变化规律与侯典云等[13]的研究结果类似，原因可能是锰胁迫环境下种子内部储存物质的分解及转化受到抑制，进而影响种子萌发[23]。有研究表明，小麦芽苗菜苗长、根长、鲜重和干重均表现为“低促高抑”[23]。较高浓度Mn溶液浸种会对小麦植株根系生长造成显著的抑制作用[24]，本研究结果与之基本一致。本试验条件下，与对照相比MnSO4溶液浸种浓度在0.1～0.8 g·L-1之间时，小麦芽苗菜的4个发芽指标和根系长度有促进作用，在浓度为1.6 g·L-1时则表现为抑制作用。而小麦芽苗菜的鲜重则在MnSO4溶液浸种浓度为0.1～0.4 g·L-1和0.8～1.6 g·L-1时分别表现为升高和降低趋势。

3.2 不同浓度MnSO4溶液浸种对小麦芽苗菜生理活性物质的影响

Mn是叶绿体的结构成分，是维持叶绿体结构所必需的元素。有研究表明，随着Mn溶液浓度升高，小麦幼苗叶绿素含量呈先升高后降低的趋势，在浓度为0.06 g·L-1时光合特性最佳[25]；而MnSO4过量(≥200 mol·L-1)则会显著降低柱花草叶绿素含量[26]，本研究结果与之一致，即MnSO4溶液浓度为0.8～1.6 g·L-1时降低了小麦芽苗菜的叶绿素含量，MnSO4溶液浓度较低时(0.1～0.4 g·L-1)增加了叶绿素含量。俞慧娜等[27]研究表明，随着Mn浓度的增加，POD活性先增加后减小，MDA含量先降低后升高，可溶性糖含量先升高后降低再升高。还有研究表明，随着Mn浓度增加，野大豆幼苗POD活性先增加后减小，MDA含量先降低后升高，可溶性糖含量增加[28]，本研究结果与之有所不同。本研究结果表明，随着MnSO4溶液浓度升高，小麦芽苗菜POD活性先升高后降低，MDA含量和可溶性糖含量先降低后升高。这可能是由于不同品种小麦和不同类型的作物对MnSO4溶液耐受性不同，低浓度激发了小麦芽苗菜自身防御性反应，未对其产生毒害作用；同时低浓度MnSO4溶液还有利于清除叶片产生的活性氧，减少膜脂过氧化损伤。与ck相比，本试验条件下较低浓度MnSO4溶液(0.1～0.4 g·L-1)提高了小麦芽苗菜POD活性，降低了MDA含量；较高浓度MnSO4溶液表现则相反。本研究结果中的MnSO4溶液浸种最适浓度可能与作物类型和供试的生长条件有关，本试验为水培培养，因此有待进一步研究。

3.3 不同浓度MnSO4溶液浸种对小麦芽苗菜Mn积累的影响

Mn是植物和动物生长发育必需的微量元素之一，无论植物还是动物，体内Mn含量缺乏或者过高都会对个体健康造成威胁。本研究结果表明，随着Mn浓度的增加，小麦籽粒Mn积累量上升，与曾建国等[29]研究类似。小麦芽苗菜的Mn积累量为33.9～58.5 μg·g-1，《中国居民膳食营养素参考摄入量》(2013)[6]推荐成人每天的Mn摄入量为4.5～11.0 mg。为满足人体的需求又不至于食用超标，按照饮食习惯，如果每日摄入100 g鲜食小麦芽苗菜，则本试验条件下浓度为0.1 g·L-1及0.2 g·L-1的MnSO4溶液对小麦籽粒进行浸种，可实现小麦芽苗菜Mn含量的最佳富集以供食用。

4 结 论

本试验研究条件下，较低浓度(0.1～0.8 g·L-1)MnSO4溶液浸种对小麦的发芽指标、根长和苗长均有促进作用；且低浓度(0.1～0.4 g·L-1)对小麦芽苗菜的干鲜重、POD活性和维生素C含量等有显著的促进作用，而对MDA含量和可溶性糖含量有一定抑制作用。高浓度(1.6 g·L-1)MnSO4溶液浸种会抑制小麦芽苗菜生长和生理活性。在MnSO4溶液浓度为0.1 g·L-1和0.2 g·L-1时培育出的小麦芽苗菜既可以满足人体的需求又不至于食用超标。综上，本研究中MnSO4溶液浓度为0.2 g·L-1时有利于小麦芽苗菜生长及促进Mn元素的积累，为小麦芽苗菜栽培最佳浸种浓度。