不同浓度铝胁迫对芦笋种子萌发的影响

叶艳英，张冰冰，汤泳萍，周劲松，罗绍春，尹玉玲

（江西省农业科学院 蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200）

江西属于典型的南方酸性土壤省区之一。造成酸性土壤的主要原因有：含氨和氨化物的生理酸性化肥用量的增加、工业污染引发酸沉降的加重、土壤中豆科植物的固氮作用、工厂排污对土壤的直接酸蚀等。当土壤pH值下降到 5.5 以下时，土壤中铝逐渐解离并以离子态释放到溶液中，成为作物生长的毒害因子［1-2］。铝对作物的毒害表现为破坏作物的微观结构，阻碍作物根系生长，抑制其对营养元素的吸收，导致作物内部生理代谢失调，使叶绿素合成受阻和光合能力下降，导致一些对作物正常生理活动至关重要的酶的活性发生改变［3］。目前，铝毒对作物影响的相关研究主要集中在水稻［4］、玉米［5］、油菜［6］、芝麻［7］、大豆［8］、豌豆［9］、花生［10］、萝卜［11］等上，而有关酸性土壤的铝毒对芦笋种植影响的研究鲜有报道。

芦笋（Asparagus officinalis L.）又名石刁柏，其嫩茎质嫩味美，风味独特，是一种深受消费者喜爱的营养保健型高档蔬菜，被誉为“蔬菜之王”［12］。芦笋富含甾体皂苷、黄酮类、维生素、膳食纤维及植物多糖等多种活性成分，具有很好的药用价值和保健功能［13-14］。近年来，随着国内芦笋产业的迅速发展，中国已成为世界上芦笋第一大生产和出口国，芦笋的播种面积和出口量均超过世界总量的50%，年产值达数百亿元。本试验研究了不同铝浓度对芦笋种子萌发特性的影响，探讨了芦笋对铝毒的耐受程度，旨在为后期筛选耐铝性的芦笋种质资源提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

芦笋品种井冈红和井冈111均为江西省农业科学院蔬菜花卉所选育的品种；京绿芦1号为北京市农林科学院选育的品种。

1.2 试验方法

以A1Cl3·6H2O为铝源，设置7个铝离子浓度处理，分别为25 mg/L （处理T1）、50 mg/L （T2）、100 mg/L （T3）、200 mg/L （T4）、400 mg/L （T5）、800 mg/L （T6）和1600 mg/L （T7），各处理溶液的pH值均为4.6；设置铝离子浓度0 mg/L作为对照（CK）。选择饱满、大小一致的芦笋种子进行铝毒胁迫试验，先于500倍多菌灵溶液中处理30 min，然后用清水洗3~4次，每次清洗2~3 min；再加入适量清水（以充分淹没种子为准），于室温下进行吸胀作用。24 h后将种子摆放在铺有滤纸的培养皿（直径为90 mm）中，每皿30粒。向各处理的培养皿中加入10 mL相应浓度的铝离子溶液，各处理设置3次重复。将培养皿放在光照培养箱中，温度为（26±1）℃，每天光照/黑暗时间为16 h/8 h。每隔1 d清洗种子1次，更换培养皿中滤纸并补充10 mL相应浓度的铝离子溶液。逐日观察记载发芽种子数；在种子萌发后的第8天，每皿测量10株胚根长和胚芽长，以及10株幼苗的总鲜重（包括种子在内）。

1.3 各指标的计算和分析

各指标的计算公式如下：发芽势（%）=（种子发芽数达到高峰时的发芽数量/总种子数）×100%；发芽率（%）=（试验结束时萌发的种子数/总种子数）×100%；相对发芽率（%）=（处理的发芽率/对照的发芽率）×100%；相对发芽势（%）=（处理的发芽势/对照的发芽势）×100%；发芽指数=∑（Gt/Dt），其中Gt为第t天的发芽数量，Dt为相应的发芽试验天数；活力指数=发芽指数×根长；相对发芽指数（%）=处理的发芽指数/对照的发芽指数×100%；相对活力指数（%）=处理的活力指数/对照的活力指数×100%；胚根毒害指数（%）=（对照的胚根长-处理的胚根长）/对照的胚根长×100%；胚芽毒害指数（%）=（对照的胚芽长-处理的胚芽长）/对照的胚芽长×100%。

所有测量和计算数据最后保留两位小数。对试验数据的分析主要通过软件SPSS 20.0完成。

2 结果与分析

2.1 不同浓度Al3+对芦笋种子相对发芽指数和相对活力指数的影响

由表1可以看出：不同处理的井冈红、井冈111和京绿芦1号的相对发芽指数均与CK无显著性差异；随着铝离子浓度的升高，3个品种的相对发芽指数均呈先升高后下降而后再升高的趋势；井冈红、井冈111和京绿芦1号分别在铝浓度为1600、100和50 mg/L时相对发芽指数最高，较CK分别上升了27.08%、8.75%、27.49%；井冈红、井冈111和京绿芦1号的相对发芽指数均在铝浓度为400 mg/L时最低，分别为93.82%、95.29%、66.84%。

表1 不同浓度Al3+对芦笋种子相对发芽指数和相对活力指数的影响

井冈红与京绿芦1号的种子的相对活力指数变化趋势相同，都随着铝胁迫程度加剧而呈轻微上升而后再下降的趋势，井冈红的相对活力指数峰值出现在铝浓度为25 mg/L时，而京绿芦1号的峰值出现在50 mg/L时。井冈111的相对活力指数随着铝浓度的升高呈下降趋势。3个品种的相对活力指数在铝离子低浓度（25、50、100、200 mg/L）处理下均与CK无显著性差异。在铝浓度为400 mg/L时，井冈红和井冈111的相对活力指数与CK表现出显著性差异（P＜0.05）；而京绿芦1号的相对活力指数在铝浓度为800 mg/L时与CK差异显著。

2.2 不同浓度Al3+对种子相对发芽势和相对发芽率的影响

由表2可以看出：井冈红和京绿芦1号的相对发芽率最高值分别出现在铝浓度为1600和50 mg/L时，比对照分别提高了7.69%和29.27%；井冈红和井冈111的相对发芽率最低值均出现在铝浓度为400 mg/L时，分别比对照降低了7.69%和17.65%；京绿芦1号的相对发芽率最低值出现在铝浓度为800 mg/L时，比对照降低了36.59%。

表2 不同浓度Al3+对芦笋种子相对发芽势和相对发芽率的影响

随着铝离子浓度的升高，3个品种的相对发芽势总体上均呈先升高后下降的趋势。在不同浓度铝离子胁迫下，井冈红和井冈111的相对发芽势与CK均没有显著差异。井冈红的相对发芽势最高值出现在铝浓度为25 mg/L时，比对照提高了7.32%。井冈111和京绿芦1号的相对发芽势最高值均出现在铝浓度为50 mg/L时，分别比对照提高了17.50%和16.67%。

2.3 不同浓度Al3+对种子胚根的影响

从表3可以看出：随着处理的铝离子浓度的增大，3个品种的胚根长总体上均呈现逐渐降低的趋势；铝离子浓度为25、50、100和200 mg/L的处理对3个品种的种子胚根长均无显著抑制作用，当浓度为25和50 mg/L时铝离子甚至对京绿芦1号的胚根长有略微的促进作用。当铝离子浓度达到400 mg/L时，3个品种的胚根长和胚根毒害指数均与CK差异显著（P＜0.05），并且井冈红和井冈111的胚根长明显比京绿芦1号长些。当铝离子浓度达到1600 mg/L时，井冈红、井冈111、京绿芦1号的胚根长分别较对照降低了88.91%、87.72%、75.92%。在高浓度铝离子胁迫下，3个品种的胚根生长明显受到了抑制，种子在露白后胚根不伸长，且随着发芽时间的延长胚根颜色由白色逐渐加深至褐色，且胚根极易断裂。

表3 不同浓度Al3+对芦笋种子胚根的影响

2.4 不同浓度Al3+对种子胚芽的影响

由表4可知，不同浓度铝离子胁迫处理对3个芦笋品种的胚芽生长均有抑制作用，胚芽长随着铝胁迫浓度的增大而缩短。当铝离子浓度达到400 mg/L时，井冈红和井冈111的胚芽长与CK具有显著性差异（P＜0.05），而京绿芦1号的胚芽长在铝离子浓度为200 mg/L时与CK具有显著性差异（P＜0.05）。当铝离子浓度达到1600 mg/L时，井冈红、井冈111、京绿芦1号的胚芽长分别较对照缩短了96.01%、92.14%、100.00%，说明在高浓度的铝离子胁迫下，芦笋胚芽的生长几乎完全受到了抑制。

表4 不同浓度Al3+对芦笋种子胚芽的影响

2.5 不同浓度Al3+对幼苗鲜重的影响

从表5可以看出，铝胁迫对3个芦笋品种幼苗的生长具有抑制作用，随着铝胁迫程度的加剧，3个品种的幼苗鲜重呈递减趋势。当铝离子浓度为400 mg/L时，井冈红和井冈111的幼苗鲜重与CK具显著性差异（P＜0.05）。京绿芦1号的幼苗鲜重在铝离子浓度为1600 mg/L时才与CK表现出显著差异性（P＜0.05）。在最大浓度1600 mg/L处理下，3个品种的相对鲜重分别较CK下降了44.28%、44.90%和32.54%，其中井冈111的相对鲜重的降幅最大，京绿芦1号的降幅最小。

表5 不同浓度Al3+对芦笋幼苗鲜重的影响

2.6 Al3+浓度与芦笋种子萌发指标间的相关性

由表6可以看出：除相对发芽指数、相对发芽势和相对发芽率外，相对活力指数、胚根长、胚根毒害指数、胚芽长、胚芽毒害指数、鲜重、相对鲜重均与铝离子浓度呈极显著相关，其中胚根毒害指数和胚芽毒害指数为正相关，其余指标均为负相关，因此，这些指标均可以作为评价芦笋品种耐铝性强弱的指标。井冈红、井冈111、京绿芦1号的胚根长与铝离子浓度间的相关系数分别为-0.94、-0.94、-0.74。

表6 Al3+浓度与芦笋种子萌发指标间的相关系数

2.7 芦笋种子耐铝的临界浓度值

以在不同铝离子浓度胁迫下的芦笋种子胚根毒害指数（%）为自变量，以铝离子浓度（mg/L）为因变量，建立回归方程。以胚根毒害指数下降到50%时的铝离子浓度作为芦笋种子存活的临界浓度。从表7中的回归方程可以分别计算得出井冈红、井冈111和京绿芦1号的耐铝临界浓度，分别为512.70、604.07、507.55 mg/L。

表7 Al3+浓度（Y）与芦笋种子胚根毒害指数（X）的回归关系

3 结论与讨论

芦笋是一年种植多年收获的多年生宿根性蔬菜，因此选用适合的芦笋种苗对于芦笋种植十分重要。我国酸性土壤遍及南方多个省区，以往大多通过施用石灰对表层土壤进行改良，治标不治本。利用和选育耐铝的作物品种是提高酸性、具铝毒土壤的生产力，促进农业可持续发展的一条经济有效的重要途径。在种子萌发期对耐铝毒种质资源进行筛选简便、易行。

本试验研究发现：芦笋种子的相对活力指数、胚根长、胚根毒害指数、胚芽长、胚芽毒害指数、鲜重、相对鲜重均与铝离子浓度呈极显著相关；低浓度铝胁迫对芦笋种子萌发的影响较小，甚至对京绿芦1号的相对活力指数、胚根长、鲜重等指标有略微的促进作用，这与刘鹏等［15］对大豆的研究结果一致；在不同浓度铝溶液处理下，芦笋种子的相对发芽率无明显的变化规律，这可能与种子发芽时主要依靠种子胚提供营养，外界金属对其影响较弱有关；在高浓度铝胁迫条件下，芦笋种子的胚根长、胚芽长及鲜重均显著下降，这与姚春娟等［2］对决明子的研究结果一致；当铝离子浓度达到1600 mg/L时，芦笋种子的胚根停止生长，即种子露白后胚根不伸长，这可能与铝胁迫使细胞外积累胼胝质和铝抑制细胞分裂有关。本研究通过回归方程计算，得到井冈红、井冈111和京绿芦1号的临界铝离子浓度分别为512.70、604.07、507.55 mg/L，这可以为今后开展大量芦笋种质资源的耐铝性筛选提供依据。