萘乙酸对锰胁迫下甘蔗生长及铁锰含量的影响

邓淑冰 何卿姮 黄智刚

摘 要 近年来，广西地区的甘蔗多出现黄化失绿现象，对甘蔗产量和品质造成了严重影响。现有研究表明甘蔗黄化失绿症状是由于土壤中锰离子过多引起的锰中毒现象，而植物生长调节剂生长素对锰胁迫下甘蔗生长发育有一定调控作用。探讨不同浓度的生长素萘乙酸（0、50、1 000 μmol·L-1 NAA）对锰胁迫下甘蔗的生长情况及铁锰含量的影响。结果表明，外施生长素能有效缓解锰对植物的毒害作用，生长素施用组的甘蔗根系生长状况（如根长、根表面、根尖数等）比对照组好;外施萘乙酸能显著影响甘蔗根系铁、锰含量及铁锰膜中铁锰含量，可减少甘蔗对锰离子的吸收，增加对铁离子的吸收，显著降低甘蔗根部铁锰膜中铁锰含量，缓解锰胁迫作用。

关键词 甘蔗;锰胁迫;萘乙酸;生长;锰含量;铁含量

中图分类号：S566.1;S482.8 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.22.010

生长素（auxin）是最早被发现的植物生长调节剂，不直接参与细胞代谢，在细胞分裂、分化中传递调节信号[1]。国内外已有研究表明，生长素、赤霉素等可以调节铬、砷、铅等重金属离子胁迫下土壤中的植物生长，合理使用生长素可以调控植物对重金属的吸收，提高植株的耐重金属性，减轻重金属毒害[2-3]。

化肥加剧了土壤酸化，导致锰离子等在土壤中大量积累，诱导甘蔗幼苗黄化，严重降低了甘蔗产量和品质[4]。目前，国内相关研究报道较少。本研究在锰胁迫诱导甘蔗黄化的基础上，在锰胁迫下外施生长素萘乙酸（NAA），监测甘蔗在不同浓度萘乙酸下的生长状况，研究萘乙酸对甘蔗锰毒的缓解作用。

1  材料与方法

1.1  试验材料

采用水培方式，供试甘蔗品种为桂糖32号。选择生长正常、无病虫害、茎粗、茎芽饱满无伤的种茎，洗净附着物，放入清水中浸泡12 h。随后放入稀释100倍的次氯酸钠溶液的消毒水中，浸泡30 min，水洗后平行直立放入垫有湿润海绵和毛巾的塑料箱中催芽。待蔗根长4～5 cm时，选取长势一样的蔗茎转移至覆盖黑色塑料布的塑料桶上。蔗根浸入0.5 mmol·L-1 CaCl2溶液中培养。培养液每隔2 d换一次，一周后以霍格兰营养液（pH值=5.5）培养，在每个培养盆中加入充氧器，充氧器设置成每隔15 min通氣一次。两周后选取地上部和地下部长势一样的幼苗作供试材料。

1.2  试验方法

为探究萘乙酸（NAA）对锰胁迫下甘蔗生长情况及铁锰含量的影响，将选取的供试幼苗放入50 mmol·L-1 MnCl2+0.5 mmol·L-1 CaCl2溶液中培养，根据培养液中施加萘乙酸浓度的不同，设3个处理，即对照组（0 μmol·L-1 NAA）、低浓组（50 μmol·L-1 NAA）、高浓组（1 000 μmol·L-1 NAA）。处理3 d后，用干净剪刀沿着育苗桶的两端剪下，收获的甘蔗幼苗分为地上部分和根两部分，分别称重，而后装入做好记号的干净信封中。分别用去离子水洗涤三次，在鹿皮巾上擦干水分。用不锈钢剪刀分别将叶片和部分根剪成约0.5 cm大小的碎片，混匀。地上部分重量和地下部分重量用百分之一天平称出其重量;用千分之一天平称取新鲜碎根1.000 g，经HNO3高温消煮后用原子吸收分光光度计测定铁、锰含量。甘蔗根表面铁、锰膜选用根表铁锰膜DCB提取法，用原子吸收分光光度计测定其含量。清洗后的植株，将完全展开叶、叶鞘剪碎后，用千分之一天平称取2.000 g的鲜样，放入干燥的小白瓶中，加入20 mol 1.5%邻非罗琳（pH值=3），避光浸提24 h，而后放入分光光度计中测定叶片中二价铁含量。

1.3  数据处理

采用EXCEL软件进行数据整理，使用SPSS软件（邓肯检验法）进行显著性分析。

2  结果与分析

2.1  萘乙酸对甘蔗生长的影响

锰是植物生长所必需的微量元素。锰含量过高会诱导植株失绿，叶尖发黄干枯，根系呈褐色，严重时植株发白甚至死亡[5]。有研究表明，生长素对甘蔗幼苗的锰胁迫具有一定的缓解作用。施加外源萘可以促进甘蔗幼苗根部细胞分裂和分化，主根伸长及侧根、不定根的发育。

图1的3张图片从左到右分别是不施用萘乙酸的对照组（0 μmol·L-1 NAA）、低浓组（50 μmol·L-1 NAA）、高浓组（1 000 μmol·L-1 NAA）的甘蔗幼苗生长情况。可以看出，三组处理的甘蔗生长情况有明显差异，对照组没有添加萘乙酸，表现出锰胁迫的明显特征，植株不高，叶片易折断，且叶面生有大小不一的褐色斑点，叶尖卷曲失绿发黄，蔗根为褐色，大部分比较短，根部悬挂水珠不多表示根活性不强;与对照组相比，低浓组的甘蔗幼苗略高，叶片折断现象减少，叶片较宽且长，叶尖发黄较少，蔗根长短较为一致，呈现正常的白色，根活性较好;高浓组的甘蔗幼苗茎粗，叶片细长，下部分叶片多数弯曲折断，有明显的黄化现象且黄化程度较对照组严重，根系相比于前两组较为分散，呈浅褐色，根的数量较少，长短根相差较大。

根是植物的主要营养器官，起到支撑固定、吸收外界水分和溶解水中矿物质，将矿物质和水分直接输送到茎便于储藏的作用[6]。当主根发展到一定程度便会产生不定根，反复分支形成根系。根系直接接触营养液，十分敏感，能够对外界胁迫做出快速反应，根重就是反映作物根系生长状况的一个重要指标。

从表1可以看出，3个处理中，根重最大的是低浓度萘乙酸处理组，其次为对照组，根重最小的是高浓度萘乙酸处理组，高浓组与对照组、低浓组之间存在显著差异（P<0.05），但对照组与低浓组之间的差异不显著。结果表明，施用不同浓度的萘乙酸对甘蔗地下部分的生长重量有影响，低浓度萘乙酸减少了甘蔗根对培养液中锰元素的吸收，相比于对照组，地下部分重量有所增加;高浓度的生长素在一定程度上促进了甘蔗根部对培养液中锰元素的吸收，抑制了地下部分的生长发育，因而其甘蔗根重显著减小。

表中测得数据用[X±s]表示;同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05），下同

2.2  萘乙酸对甘蔗根部铁锰含量影響

植株的根是十分敏感的器官，也是植物感受生命介质中各种胁迫信号的主要器官[7]。在锰胁迫下，根系会迅速做出反应。试验在50 μmol·L-1 MnCl2中分别加入0、50、1 000 μmol·L-1 NAA，3 d后根系中锰含量分别为23.039、21.090、18.687 mg·kg-1（见表2）。可以看出，施加不同浓度的萘乙酸进行甘蔗培养，蔗根中铁锰含量有所差异。高锰条件下，蔗根中锰离子含量在18.687～23.039 mg·kg-1，外施萘乙酸后，根中锰离子含量出现下降的趋势，如添加1 000 μmol·L-1萘乙酸的高浓组，锰离子含量比对照组显著减少了18.89%（P<0.05）。不同浓度萘乙酸下根系对铁离子的吸收也不一样，根系铁离子含量随着萘乙酸浓度增加也出现增加的趋势，与对照组相比，高浓组的蔗根吸收铁离子能力显著提升（P<0.05）。结果表明，铁锰离子之间存在一定的拮抗作用，外施萘乙酸可减少甘蔗对锰离子的吸收，增加甘蔗对铁离子的吸收，缓解锰毒胁迫作用。

2.3  萘乙酸对甘蔗铁锰膜中铁锰含量的影响

植株长期处于一个渍水环境下，为使自身更好地生长发育，植株的叶片和根部会发生一些变化。叶片通过呼吸作用将大气中的氧气输送到根部，根部将这部分氧气和其他氧化物释放到根际，使得周围环境中含有的大量还原性物质Fe3+、Mn2+氧化，形成一个红棕色铁锰氧化物于根表面。

从表3中可以看出，对照组甘蔗根表面铁锰膜中锰铁含量均为最高;与对照组相比，低浓组铁锰膜中铁、锰含量分别下降了11.86%、39.84%，高浓组铁锰膜中铁、锰含量比对照组下降了15.98%、59.42%，低浓组与高浓组铁锰膜中铁锰含量略有差异，但是差异达不到显著水平。结果表明，外施生长素萘乙酸能显著降低甘蔗根部铁锰膜中铁锰含量（P<0.05），其含量随着萘乙酸浓度增加呈降低趋势。

2.4  萘乙酸对植株叶片中亚铁的影响

矿质营养元素直接参与植物的生长代谢过程，铁是植物生长过程中必不可少的微量元素。植物对铁元素的利用主要体现在光合作用上，叶片中二价铁含量高低在一定程度上可以反映植株光合作用的强弱。

从表4可以看出，外施0、50、1 000 μmol·L-1 萘乙酸处理，植株叶片中二价铁含量随着萘乙酸浓度增加表现出先减少后增加的趋势，叶片中亚铁含量排序为高浓组>对照组>低浓组，但三个处理组间差异不显著，表明萘乙酸浓度并未显著影响植株叶片中的二价铁含量。因此我们可以推断，外施萘乙酸并未显著影响锰毒胁迫下叶片对铁离子的吸收。

3  小结

生长素参与植物体内多种生物代谢，是多种酶的活化基因或者活化剂。生长素在影响植物重金属抗性能力方面，如对铬、铅、铝毒害的作用国内已有大量研究[8-9]，但在生长素调节植物锰毒作用方面却鲜有报道。重金属锰会对植物的生长产生显著影响，在植物体内积累到一定量就会造成植物死亡。本次试验发现，外施生长素能有效缓解锰对植物的毒害作用。外施生长素处理组的甘蔗根系生长状况（如根长、根表面、根尖数等）比不施用生长素的对照组要好，并且外施萘乙酸能显著影响甘蔗根系铁、锰含量及铁锰膜中铁锰含量。

生长素和锰离子对植物生长的影响是复杂多样的。不同种类、不同浓度的生长素施加在植株不同部位会对植株体内的重金属含量造成不同影响。重金属是植株生长过程中必不可少的微量元素，但过量就会产生毒害。农业面源污染的加重和工业废弃物不合理排放使土壤中重金属含量严重超标，锰离子引起的甘蔗黄化现象在种植区也越来越普遍，利用生长素来调控植物对重金属的吸收，从这个点切入并深入研究不失为一种很好的解决方法。

参考文献：

[1]  赵艳萍，魏佳乐.生长素的生理作用研究[J].乡村科技，2019（9）：102-103.

[2]  李炳杨.广西甘蔗种植现状、问题及对策[J].热带农业科学，2018，38（4）：119-127.

[3]  李明，田洪春，黄智刚.我国甘蔗产业发展现状研究[J].中国糖料，2017，39（1）：67-70.

[4]  夏龙飞，宁松瑞，`蔡苗.酸性土壤植物锰毒与修复措施研究进展[J].绿色科技，2017（12）： 26-29，34.

[5]  沈惠国.土壤微量元素对植物的影响[J].林业科技情报，2010，42（4）：12-14.

[6]  许璐璐，王涵，高盼盼，等.环境胁迫对植物根系形态的影响[J].安徽农业科学， 2020，48（14）：16-19.

[7]  武欣，陈杨明珠，凌佳芝，等.生长素萘乙酸对甘蔗锰毒的调控[J].广东农业科学，2018，45（5）：14-18.

[8]  陈晶，庞思琪，赵秀兰.外源生长素对镉胁迫下玉米幼苗生长及抗氧化系统的影响[J].植物生理学报，2016，52（8）：1191-1198.

[9]  何冰，陆覃昱，李彦彦，等.不同生长调节剂对东南景天镉积累的影响[J].农业环境科学学报，2014，33（8）：1538-1545.

（责任编辑：易  婧）