ZnSO4和MnCl2 对黄芪幼苗形态建成及生理特性的影响

刘畅,王征,李海

(1.黑龙江省农科院牡丹江分院,黑龙江 牡丹江 157041;2.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院)

黄芪是名贵中药材,根据药典记载有补气固表、利尿之功效,民间还有冬季取黄芪配成滋补强身之食品的习惯。因此黄芪年消耗量十分庞大。而药用部分是根,一旦根部被刨取,整个植株不再存活。黄芪的野生资源在大量采挖的情况下日渐稀少,为此确定该植物为国家三级保护植物。为了满足大量的使用需求以及创造经济利润,现已有大面积人工种植黄芪。为了提高产量,增加效益,科研人员已经尝试了多种方法,如EM技术(EM是日本琉球大学比嘉照夫教授研制出来的新型复合微生物菌剂,EM技术是指EM活性菌剂合理利用的配套技术、措施和方法。)[1];氮、磷、钾对黄芪产量的影响[2]等。但是微量元素对黄芪的影响鲜见报道。本试验以不同浓度的ZnSO4和MnCl2对种子进行处理,研究不同浓度锌和锰对黄芪种子萌发及幼苗生长的影响,旨在说明这两种微量元素对黄芪发芽情况及幼苗形态建成方面的影响,为促进人工栽培黄芪提质增产提供实验基础。

1 材料与方法

1.1 供试品种

蒙古黄芪,购于种子公司。

1.2 发芽试验

本次实验使用直径为15cm的培养皿内垫滤纸进行,ZnSO4处理设定 50、150、250和 350mg/L 4个浓度,MnCl2处理设定 125、250、500、1000mg/L 4 个浓度,每皿摆种 50粒,各处理加入 6m L相应浓度的药品,对照组加清水6ml,每个处理3次重复。每天定时定量浇水、观察种子萌发情况并记录,直至种子萌发数量不再发生改变,停止浇水,进行下一阶段实验。

1.3 测定方法

1.3.1 发芽情况

每日观察记录黄芪种子萌发状况,直至每个培养皿内种子萌发数量不再变化,计算发芽率,发芽势及发芽指数。

注:Gt为在 t天的种子发芽数,Dt为相对应的种子发芽天数

1.3.2 形态指标测定方法

茎粗:每皿随机选取10株幼苗,用最小刻度为0.02mm的游标卡尺进行测量。

干重:每皿随机选取10株幼苗,将根、茎、叶分开,分别用牛皮纸包好,标记,105℃杀青15min,80℃烘干,电子天平称重。

1.3.3 叶绿素含量的测定

称取0.1g子叶,剪碎,放入装有10m L乙醇︰丙酮=1︰1混合液的试管中,置于暗处过夜,待组织变白,分别于663nm和645nm处测定OD值。把测得的光吸收值分别代入下列公式:

叶绿素a=12.7D663-2.59D645

叶绿素b=22.9D645-4.67D663

叶绿素(a+b)=20.3D645+8.04D663

计算出叶绿素a、b和总叶绿素含量。各处理均3次重复。

1.3.4 过氧化物酶(POD)活性测定

称取0.1g黄芪幼苗子叶,置入研钵中,加入预冷的20mg/L的KH2PO45m L进行冰浴研磨提取。将匀浆液于8500r低温离心15min,上清液为酶粗提液,定容到25m L备用。取比色杯2只,一只加入反应液3m L和20mg/L的KH2PO41m L作为调零管,另一只加入反应液3m L和提取的酶液1m L,立即开始计时,在470nm波长处进行比色,开始记录数据,然后每隔1min记录一次吸光度值,共测5min[4]。

1.3.5 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定

称取黄芪幼苗0.1g于预冷的研钵中,加入 1m L预冷的磷酸缓冲液冰上研磨成匀浆,继续加入缓冲液使终体积为 5m L。取 2m L于 1000r/min下离心20min,上清液即为SOD粗提液。取5m L指形管(要求透明度好)4支,2支为测定管,另2支为对照管,按下表加入各种溶液:

表1 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定参照表

混匀后将1支对照管置暗处,其他各管于4000 lx日光下反应20min(要求各管受光情况一致,温度高,时间缩短,温度低,时间延长),至反应结束后,以不照光的对照管作空白,分别测定其它各管的吸光值[4]。按照下式计算:

2 结果与分析

2.1 ZnSO 4和MnCl2对黄芪种子萌发性状的影响

从表2可以看出,50mg/L ZnSO4处理可增加黄芪发芽率和发芽指数,分别较对照高0.6%和0.57%,其余处理低于对照,说明低浓度(50mg/L)时ZnSO4对黄芪种子萌发有一定促进作用。

表2 不同浓度Zn SO 4对黄芪种子萌发性状的影响

表3 不同浓度Mn Cl2对黄芪种子萌发性状的影响

从表3可以看出,随着MnCl2浓度的增长,发芽率和发芽指数均呈上升趋势,当浓度达到1000mg/L时,较对照分别增加24.0%和6.55%。发芽势除500mg/L处理无促进作用外,其它均高于对照,可以推测,高浓度的MnCl2对黄芪种子萌发有促进作用。

2.2 ZnSO 4和MnCl2对黄芪幼苗生长的影响

表4 不同浓度Zn SO 4对黄芪幼苗生长的影响

从表4中可以看出,各浓度处理茎粗均高于对照,其中50mg/L最高,比对照组高19.3%。根干重为150mg/L最高,比对照组高40%。茎干重除了浓度为350mg/L以外,均比对照组高,其中浓度50mg/L最高,比对照组高42.9%。子叶干重于浓度50mg/L和150mg/L时最低,较对照低5.02%。综合各项指标来看,浓度为50mg/L的长势最好。

表5 不同浓度Mn Cl2对黄芪幼苗生长的影响

从表5中可以看出,试验组各浓度茎粗和茎干重均高于对照,其中 250mg/L茎粗值最大,高于对照10.7%,1000mg/L茎干重值最大,高于对照35.8%。叶干重各处理均低于对照,其中250mg/L低于对照13.8%。而根干重各处理亦低于对照,说明子叶中营养物质主要促进了黄芪地上部分的生长,对根的作用不明显。

2.3 ZnSO4和MnCl2对黄芪子叶叶绿素含量的影响

图1 不同浓度ZnSO4对黄芪子叶叶绿素含量的影响

从图1可以看出,与对照组相比,实验组叶绿素含量有明显提高。50mg/L和250mg/L处理总叶绿素含量均明显增加,分别比对照组高47.1%和,其中主要增加叶绿素a含量,分别增加50.9%和41.4%,而叶绿素b增加不明显。可以确定,一定浓度的ZnSO4能够提高子叶中叶绿素含量。

图2 不同浓度M nCl2对黄芪子叶叶绿素含量的影响

从图2可以看出,与对照组相比,125mg/L时总叶绿素含量增加,高于对照组14.1%,其中叶绿素a含量增加49.9%。其它浓度总叶绿素含量均低于对照组。从结果可以推测,低浓度MnCl2对子叶中叶绿素含量有促进作用。

2.4 ZnSO4和MnCl2对黄芪子叶POD活性的影响

图3 不同浓度ZnSO 4对黄芪子叶POD活性的影响

从图3中可以看出,与对照组相比,只有浓度为50mg/L的ZnSO4使 POD活性增强,高于对照组32.3%,其他三组随着浓度的增加而降低,说明低浓度ZnSO4对黄芪子叶POD活性有促进作用。

图4 不同浓度MnCl2对黄芪子叶POD活性的影响

从图4中可以看出,与对照组相比,125mg/L的MnCl2对POD活性有显著提高,比对照组高36.3%,250mg/L时,POD活性明显低于对照组,实验结果有待于进一步验证。

2.5 ZnSO4和MnCl2对黄芪子叶SOD活性的影响

图5 不同浓度Zn SO 4对黄芪子叶SOD活性的影响

图5可以看出,与对照组相比,50mg/L和250mg/L ZnSO4可增加黄芪子叶SOD活性,其中250mg/L浓度最明显,高于对照10.8%,其余两浓度略低于对照。

图6 不同浓度Mn Cl2对黄芪子叶SOD活性的影响

图6可以看出,与对照组相比,MnCl2在500mg/L和1000mg/L浓度下有明显提高,分别增加74.1%和167.0%,所以认为高浓度MnCl2有利于SOD活性的提高,增加抗逆性。

3 结论与讨论

微量元素对种子萌发的作用机理在于影响了酶的活性及代谢作用的进程[6]。锌的植物生理功能是多方面的,在植物体内含量少,但对植物生长发育影响很大,能够提高植物幼苗素质,增加抗逆能力[7]。锰是植物生长发育不可缺少的微量元素,在植物体内的含量为干物质的千分之几至十万分之几。锰也是叶绿体的结构成分,是许多酶的组成和活化剂,是维持叶绿体必须的营养元素,能促进作物光合作用和硝酸还原作用,参与吸收过程中的氧化还原作用,促进胡萝卜素、维生素、核黄素的形成。当作物吸收硝态氮时,就必须有作为还原剂的锰存在,否则硝态氮不能被还原为铵态氮,铵态氮与有机酸结合形成氨基酸,进一步形成蛋白质。锰还能增强作物体内许多酶的活性。施用锰肥后豆科作物的根瘤数增加,根瘤菌的固氮能力增强,根的重量和土壤耕层中的含氮量均有提高[8]。锰对小麦、水稻种子的萌发以及幼苗的生长十分有利,还能加速同化,尤其是蔗糖从叶部向根部或其它器官的转移[9]。棉花用锰肥不仅减轻蕾铃脱落,而且使收获较早的一级籽棉显著增多[10]。通过本试验,基本了解了锌和锰在黄芪生长过程中产生的影响。从试验结果可以看出,特定浓度的ZnSO4和MnCl2对黄芪的萌发和生长具有显著影响,综合各生理指标来看,50mg/L ZnSO4对黄芪幼苗萌发性状、叶绿素含量及POD和SOD活性的影响最明显。高浓度的M nCl2对黄芪幼苗萌发性状影响明显,125mg/L MnCl2增加叶绿素含量和SOD及POD活性最明显。因此,可以考虑在大规模的黄芪种植过程中通过合适的方法适量的向土壤中添加一定浓度的锌和锰,从而为黄芪增质提产奠定基础。

[1]白文杰.EM技术对黄芪产量的影响[J].华北农学报,2006,23(3):9-12.

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[3]潘瑞炽.植物生理学[M].5版.北京:高等教育出版社,2006.

[4]魏群.分子生物学试验指导[M].北京:高等教育出版社,2006.

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