不同浓度的CaCl2、MnCl2胁迫对赤小豆种子发芽生根的影响

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。