铝胁迫对苦荞种子萌发及幼苗生长特性的影响

闫小红　尤云菲　周兵　冯关萍　王宁

摘要：以黔威3号苦荞为试验材料，研究铝（Al）胁迫对苦荞种子萌发及幼苗生长特性的影响，以探讨苦荞对铝的耐受性。结果表明，与对照相比，低浓度的AlCl3溶液（100 μg/mL）促进了苦荞种子的萌发，而较高浓度的AlCl3溶液（1 600～6 400 μg/mL）则在一定程度上抑制了其种子的萌发，延缓了种子萌发进程，但是仅在6 400 μg/mL AlCl3浓度下对苦荞种子最终萌发率的抑制作用达到显著水平（P<0.05）。与对照相比，100 μg/mL AlCl3溶液对苦荞植株的株径、株高、根长、分枝数及叶面积产生促进作用，且对株高、叶面积的促进作用达到显著水平（P<0.05），而400～6 400 μg/mL AlCl3溶液则对相应指标产生抑制作用，且在6 400 μg/mL浓度下对株高及叶面积的抑制作用达显著水平（P<0.05）。与对照相比，除100 μg/mL浓度处理外，AlCl3溶液对苦荞的生物量积累和分配不产生显著影响。由以上结果可见，苦荞对铝胁迫具有一定的耐受性。

关键词：铝胁迫;苦荞;种子萌发;幼苗;生长特性;生物量

中图分类号： Q945.78;S517.01文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）08-0068-04

铝（Al）胁迫是酸性土壤中影响作物产量的最重要的因素之一[1]。当土壤pH值小于5时，非水溶性的固态铝主要以Al3+的形态存在于土壤溶液中，直接对植物根系产生伤害作用，进而影响整个植株的生长发育[2-3]。在我国，以红壤为代表的酸性土壤广泛存在，主要分布在长江中下游及其以南的广大区域，占全国耕地面积的21%[1]。因此，探讨植物对酸铝的适应性一直以来是生态环境领域的研究热点。目前，大量研究表明，铝胁迫对大豆（Glycine max）、水稻（Oryza sativa）、油菜（Brassica napus）、西瓜（Citrullus lanatus）、玉米（Zea mays）及大麦（Hordeum vulgare）等作物的生长和生理活性产生抑制作用[4-8]，但不同作物种类、同种作物的不同品种对铝的耐受性存在差异[9-11]。在耐受性机制方面，主要是铝胁迫导致植物根冠细胞壁溶解断裂，细胞基质成为分散的碎块，淀粉粒堆的重心偏向不明显，甚至消失[12]，从而使其细胞壁弹性下降[13]，根结构破坏，严重降低了植物对水分、无机盐的吸收能力[8-9];同时，铝胁迫导致植物叶绿素含量下降，光合作用能力降低，干物质的积累受到抑制[14-16]。由此可见，虽然目前针对铝胁迫对植物生長的影响已经开展了大量研究，然而目前的研究主要集中在铝胁迫对植物种子萌发、幼苗生长及生理活性的影响方面，关于铝胁迫对植物生长繁殖的影响还少见报道，缺乏系统的认知。

荞麦是我国干旱区的主要粮食作物之一，因具有较高的营养价值和保健药用功能而倍受人们关注，被广泛种植[17-18]。目前，人们栽培的荞麦种类包括甜荞（Fagopyrum esculentum）和苦荞（F. tataricum）2种。有研究表明，低浓度（20 μmol/L）的铝盐溶液促进了甜荞品种春红1号根的生长[19]。在高浓度铝的胁迫下，甜荞的发芽指数下降，幼苗根的伸长受到抑制，并且随着铝浓度的升高，抑制作用更显著;但是荞麦可以通过提高过氧化物酶（POD）活性、增加可溶性糖（SS）和脯氨酸（Pro）含量来增强其耐铝性[20]。同时，甜荞一方面通过根系向外分泌草酸，使土壤中离子型的Al形成不溶的草酸铝，另一方面吸收一部分溶解的Al，通过木质部运输到植株的叶片等部位，从而提高其耐铝性[21-24]。由此可见，甜荞具有较强的耐铝能力。而关于苦荞耐铝特性的报道相对较少，仅Yang等通过比较8种苦荞品种在铝胁迫下的根伸长的情况并评价了其耐铝性，结果表明，不同苦荞品种间的耐铝性存在差异，其中川荞的耐铝性较强，六苦2对铝胁迫比较敏感;同时Yang等研究认为，品种间耐铝性的差异与其根尖排斥铝的能力密切相关[25]。然而，目前铝胁迫对苦荞种子萌发及其植株生长发育产生的影响还不清楚。为此，本研究以黔威3号苦荞为材料，研究在不同AlCl3浓度下苦荞种子的萌发特性及其植株生长特性、生物量分配特性，以期揭示苦荞在铝胁迫下的种子萌发、植株生长响应规律，同时也为苦荞在酸铝性土壤上的种植提供理论基础。

1材料与方法

1.1植物材料

本试验在井冈山大学生物园开展。黔威3号苦荞种子，由贵州师范大学荞麦产业技术研究中心提供，在实验室中以低温（4 ℃）储存，于2015年7月将苦荞种子播种于苗床中，当幼苗株高为15～20 cm时，选择大小较一致的种苗，移栽至大小为21 cm×21 cm的黑色塑料营养种植袋中，栽培基质配比为 V园土 ∶V草炭土 ∶V河沙=3 ∶1 ∶1。恢复10 d后，进行试验处理。

1.2种子萌发测定

选择50粒籽粒饱满的苦荞种子，置于铺有滤纸的直径为9 cm的玻璃培养皿中，加入10 mL不同浓度的AlCl3溶液（浓度分别设为0、100、400、1 600、6 400 μg/mL），pH值为4.5，然后置于温度为（25±1） ℃、光—暗周期（L—D）为12 h—12 h的培养箱中进行培养，之后以胚根突破种皮1 mm为萌发标准，每天统计种子的萌发情况，并计算相应的萌发率，连续3 d无种子发芽视为发芽结束。每个处理重复5次，每个培养皿视为1个重复。

1.3铝胁迫下苦荞植株生长性状的测定

按处理浓度将移植的苦荞植株分成5组，每组进行相应的浓度处理，每天、每盆加入10 mL不同浓度的AlCl3溶液，将溶液浇灌在植株半径5 cm的范围内，并进行正常的水肥管理，加AlCl3溶液和水肥管理间的时间间隔不少于3 h，15 d后将植株完整地挖出，测定相关数据，包括株径、株高、根长、分枝数及叶面积等。每个处理4个重复。