檀龍顏，王海燕，黃麗容，徐殿英，安廣琴

(貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，貴陽 550025)

鈣離子能夠調(diào)節(jié)植物生長，是植物細(xì)胞壁的重要組分，同時也是植物細(xì)胞重要的滲透保護物質(zhì)和信號分子[1]。土壤中高濃度的鈣離子能夠抑制種子萌發(fā)、影響植物的光合作用，進(jìn)而抑制植物的生長?？λ固氐貐^(qū)土壤中鈣離子含量很高，嚴(yán)重限制了農(nóng)作物的產(chǎn)量、植物種類和群落的分布[1]。因此，研究喀斯特地區(qū)植物適應(yīng)高鈣脅迫的機制具有十分重要的意義[1]。

金蕎麥[Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara]為蓼科多年生草本植物，主要分布于貴州、云南和四川等地[2]。金蕎麥以根莖入藥，富含黃酮類、萜類和酚類等，具有清熱解毒、健脾利濕等功效[3]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，金蕎麥具有抗炎鎮(zhèn)痛、抗氧化、抗腫瘤、抗菌和增強免疫力的作用，在臨床上能夠治療呼吸系統(tǒng)疾病、腸道系統(tǒng)疾病和腫瘤等[3]。同時，金蕎麥種子中富含蛋白質(zhì)、脂類和維生素等，具有較高的營養(yǎng)價值和保健作用[4]。此外，金蕎麥莖葉為牛羊等牲畜喜食，是一種優(yōu)良牧草[5]。因此，金蕎麥為一種具有較高經(jīng)濟價值的資源植物。

種子是種子植物的繁殖體，也是植被恢復(fù)和重建的物質(zhì)基礎(chǔ)。而種子萌發(fā)是植物生活史中重要的階段。目前，關(guān)于金蕎麥種子萌發(fā)的研究主要有溫度、PEG、NaCl和植物激素(GA3、6-BA和IAA)對金蕎麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)等的影響[6-9]。關(guān)于鈣離子脅迫對金蕎麥種子萌發(fā)的影響尚未見報道。因此，針對喀斯特地區(qū)土壤高濃度鈣離子的特點，研究其對金蕎麥種子萌發(fā)的影響，對喀斯特地區(qū)的生態(tài)植被恢復(fù)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材 料

金蕎麥種子采自貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院種質(zhì)資源圃，經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院檀龍顏副教授鑒定為金蕎麥[Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara]種子，采種后陰干，于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方 法

分別考察光照、溫度、發(fā)芽床對種子萌發(fā)的影響，找出金蕎麥種子萌發(fā)的最佳條件。將金蕎麥種子用75%酒精消毒1 min后，于無菌水中浸種30 min，置于直徑12 cm的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿50粒種子。將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中培養(yǎng)，每隔24 h統(tǒng)計萌發(fā)率，以胚根突破種皮且長度超過2 mm視為萌發(fā)，同時在發(fā)芽床內(nèi)添加培養(yǎng)液，保持發(fā)芽床濕潤。

1.2.1溫 度

溫度條件分別設(shè)為10 ℃，15 ℃，20 ℃，25 ℃，30 ℃。采用24 h光照條件，以濾紙為發(fā)芽床。

1.2.2光 照

光照條件設(shè)置模擬自然光照/黑暗(12 h/12 h)、全黑暗(0 h)和全光照(24 h)共3個水平。黑暗處理采取將培養(yǎng)皿放入不透光的紙箱中，以濾紙為發(fā)芽床，溫度為20 ℃。

1.2.3發(fā)芽床

發(fā)芽床條件設(shè)置3層濾紙、3層醫(yī)用紗布、3 mm厚細(xì)河沙，溫度為20 ℃，光照為全光照。

1.2.4不同濃度CaCl2溶液處理

分別在培養(yǎng)皿內(nèi)加入0、0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的CaCl2溶液，置于20 ℃全光照條件下，于人工氣候箱中連續(xù)培養(yǎng)1周，分別統(tǒng)計萌發(fā)率、平均根長、平均芽長。

1.2.5萌發(fā)種子生理指標(biāo)測定

含水量、總可溶性糖含量、 丙二醛(MDA)含量、過氧化氫酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性等測定參考檀龍顏[10]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 17.0軟件和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，p<0.05表示差異顯著，p<0.01表示差異極顯著，每組試驗重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 金蕎麥種子萌發(fā)最佳條件的確定

2.1.1溫度對金蕎麥種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，在10 ℃時，種子萌發(fā)率為40%，15 ℃時為62%，20 ℃時為89.3%，25 ℃時為85.3%，30 ℃時為74%。以20 ℃時種子萌發(fā)率最高，因此，20 ℃為金蕎麥種子萌發(fā)的最佳溫度(圖1)。

圖1 不同溫度對金蕎麥種子萌發(fā)率的影響

2.1.2光照對金蕎麥種子萌發(fā)的影響

經(jīng)模擬自然光全光照、光照/黑暗(12 h/12 h)和全黑暗條件，發(fā)現(xiàn)全光照條件下，種子萌發(fā)率為89.3%，光照/黑暗(12 h/12 h)條件下，種子萌發(fā)率為84.7%，而全黑暗條件下，種子萌發(fā)率僅為78.7%，因此，最佳光照條件為全光照(圖2)。

圖2 不同光照對金蕎麥種子萌發(fā)率的影響

2.1.3發(fā)芽床對金蕎麥種子萌發(fā)率的影響

對比濾紙、紗布和河沙等金蕎麥種子的發(fā)芽床發(fā)現(xiàn)，濾紙發(fā)芽床的種子萌發(fā)率最高，其次是紗布發(fā)芽床，萌發(fā)率最低的為河沙，表明濾紙為最佳發(fā)芽床(圖3)。

圖3 不同發(fā)芽床對金蕎麥種子萌發(fā)率的影響

2.2 不同濃度CaCl2溶液對金蕎麥種子萌發(fā)，幼苗根長和芽長的影響

通過以上實驗發(fā)現(xiàn)，金蕎麥種子萌發(fā)的最佳條件為20 ℃、全光照和濾紙發(fā)芽床。在此條件下，考察了0、0.1%、0.5%、1%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%等濃度CaCl2處理下，金蕎麥種子的萌發(fā)情況。由于在3.0%條件下，金蕎麥種子萌發(fā)率不足10%，因而不作有效數(shù)據(jù)。從圖4可看出，0至1%濃度條件下，種子萌發(fā)率無明顯差異；1.5%和2.0%濃度條件下，萌發(fā)率顯著低于0至1%濃度，但1.5%和2.0%濃度間無明顯差異；而2.5%濃度條件下，萌發(fā)率最低。從不同濃度CaCl2溶液處理對金蕎麥苗根長的影響發(fā)現(xiàn)，在0.1%濃度下苗的根長最長，其次是0濃度；0.5%和1%濃度下，根長比0濃度下短；1.5%濃度條件下比0.5%和1%濃度根長短；2.0%和2.5%的濃度下，根長最短(圖5)。從不同濃度CaCl2溶液處理對金蕎麥苗芽長的影響發(fā)現(xiàn)，在0.1%濃度下苗的芽長最長，其次是0濃度，再次是0.5%濃度，1%、1.5%和2.0%濃度之間苗的芽長無明顯差異，但顯著低于0.5%濃度處理下，2.5%的濃度下，芽長最短(圖6)。綜合以上結(jié)果，選擇0、0.5%、1.5%和2.5%處理濃度對種子進(jìn)行處理。

圖4 不同濃度CaCl2對金蕎麥種子萌發(fā)率的影響

圖5 不同濃度CaCl2對金蕎麥苗根長的影響

圖6 不同濃度CaCl2對金蕎麥苗芽長的影響

2.3 不同濃度CaCl2溶液對金蕎麥萌發(fā)種子含水量的影響

從圖7可以看出，隨著處理濃度的增加，萌發(fā)種子的含水量逐漸下降。表明萌發(fā)種子受到滲透脅迫。

2.4 不同濃度CaCl2溶液對金蕎麥萌發(fā)種子總可溶性糖含量的影響

從總可溶性糖含量來看，隨著處理濃度的增加，萌發(fā)種子中總可溶性糖的含量逐漸升高(圖8)，進(jìn)一步證實萌發(fā)種子受到了滲透脅迫。

圖7 不同濃度CaCl2對金蕎麥萌發(fā)種子含水量的影響

圖8 不同濃度CaCl2對金蕎麥萌發(fā)種子 總可溶性糖含量的影響

2.5 不同濃度CaCl2溶液對金蕎麥萌發(fā)種子MDA含量的影響

從圖9可以看出，MDA的含量也隨著處理濃度的增加而增加，表明發(fā)生了生物膜的氧化。

2.6 不同濃度CaCl2溶液對金蕎麥萌發(fā)種子CAT、POD和SOD活性的影響

從圖10可以看出，CAT活性在0、0.5%和1.5%濃度處理下，隨處理濃度的增加活性增強，而當(dāng)處理濃度達(dá)到2.5%時；CAT活性與1.5%處理濃度下相比下降，但活性與0.5%濃度處理下的活性無明顯差異。在0、0.5%和1.5%濃度處理下，POD活性和SOD活性與CAT活性變化趨勢類似；在2.5%濃度處理下，盡管POD活性和SOD活性與1.5%處理濃度下相比有所降低，但仍然高于0.5%處理濃度下的活性(圖11，圖12)。

圖11 不同濃度CaCl2對金蕎麥萌發(fā) 種子POD活性的影響

圖12 不同濃度CaCl2對金蕎麥萌發(fā) 種子SOD活性的影響

3 結(jié)論與討論

確定種子萌發(fā)的最佳條件，是開展種子繁殖的關(guān)鍵因素，能為種子擴繁提供科學(xué)依據(jù)[11]。在適宜的溫度、發(fā)芽床和光照條件下，才能完成種子的萌發(fā)過程。通過本實驗發(fā)現(xiàn)，金蕎麥種子萌發(fā)的最佳條件是全光照、20 ℃、濾紙。

低濃度鈣處理產(chǎn)生滲透脅迫，較高濃度鈣處理可能對萌發(fā)種子產(chǎn)生離子毒害。通過本實驗對不同濃度的鈣離子溶液處理金蕎麥種子萌發(fā)過程的觀察，含水量和可溶性糖含量的變化表明，在鈣溶液的處理下對萌發(fā)種子產(chǎn)生了滲透脅迫，而MDA含量的增加則表明發(fā)生了生物膜的氧化，即自由基的產(chǎn)生。從CAT活性、POD活性和SOD活性的變化可以看出，金蕎麥萌發(fā)種子主要通過抗氧化酶清除活性氧自由基，但是在較高濃度(2.5%)鈣溶液處理時，幾種酶活性均有所下降，可能過高濃度的鈣離子對酶活性產(chǎn)生了抑制或者毒害作用。