萘乙酸對錳脅迫下甘蔗生長及鐵錳含量的影響

鄧淑冰，何卿姮，黃智剛

（廣西大學農(nóng)學院，南寧 530004）

生長素（auxin）是最早被發(fā)現(xiàn)的植物生長調(diào)節(jié)劑，不直接參與細胞代謝，在細胞分裂、分化中傳遞調(diào)節(jié)信號[1]。國內(nèi)外已有研究表明，生長素、赤霉素等可以調(diào)節(jié)鉻、砷、鉛等重金屬離子脅迫下土壤中的植物生長，合理使用生長素可以調(diào)控植物對重金屬的吸收，提高植株的耐重金屬性，減輕重金屬毒害[2-3]。

化肥加劇了土壤酸化，導致錳離子等在土壤中大量積累，誘導甘蔗幼苗黃化，嚴重降低了甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。目前，國內(nèi)相關研究報道較少。本研究在錳脅迫誘導甘蔗黃化的基礎上，在錳脅迫下外施生長素萘乙酸（NAA），監(jiān)測甘蔗在不同濃度萘乙酸下的生長狀況，研究萘乙酸對甘蔗錳毒的緩解作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用水培方式，供試甘蔗品種為桂糖32號。選擇生長正常、無病蟲害、莖粗、莖芽飽滿無傷的種莖，洗凈附著物，放入清水中浸泡12 h。隨后放入稀釋100 倍的次氯酸鈉溶液的消毒水中，浸泡30 min，水洗后平行直立放入墊有濕潤海綿和毛巾的塑料箱中催芽。待蔗根長4～5 cm時，選取長勢一樣的蔗莖轉移至覆蓋黑色塑料布的塑料桶上。蔗根浸入0.5 mmol·L-1CaCl2溶液中培養(yǎng)。培養(yǎng)液每隔2 d 換一次，一周后以霍格蘭營養(yǎng)液（pH 值＝5.5）培養(yǎng)，在每個培養(yǎng)盆中加入充氧器，充氧器設置成每隔15 min 通氣一次。兩周后選取地上部和地下部長勢一樣的幼苗作供試材料。

1.2 試驗方法

為探究萘乙酸（NAA）對錳脅迫下甘蔗生長情況及鐵錳含量的影響，將選取的供試幼苗放入50 mmol·L-1MnCl2+0.5 mmol·L-1CaCl2溶液中培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)液中施加萘乙酸濃度的不同，設3 個處理，即對照組（0 μmol·L-1NAA）、低濃組（50 μmol·L-1NAA）、高濃組（1 000 μmol·L-1NAA）。處理3 d 后，用干凈剪刀沿著育苗桶的兩端剪下，收獲的甘蔗幼苗分為地上部分和根兩部分，分別稱重，而后裝入做好記號的干凈信封中。分別用去離子水洗滌三次，在鹿皮巾上擦干水分。用不銹鋼剪刀分別將葉片和部分根剪成約0.5 cm大小的碎片，混勻。地上部分重量和地下部分重量用百分之一天平稱出其重量；用千分之一天平稱取新鮮碎根1.000 g，經(jīng)HNO3高溫消煮后用原子吸收分光光度計測定鐵、錳含量。甘蔗根表面鐵、錳膜選用根表鐵錳膜DCB 提取法，用原子吸收分光光度計測定其含量。清洗后的植株，將完全展開葉、葉鞘剪碎后，用千分之一天平稱取2.000 g的鮮樣，放入干燥的小白瓶中，加入20 mol 1.5%鄰非羅琳（pH值＝3），避光浸提24 h，而后放入分光光度計中測定葉片中二價鐵含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 軟件進行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 軟件（鄧肯檢驗法）進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 萘乙酸對甘蔗生長的影響

錳是植物生長所必需的微量元素。錳含量過高會誘導植株失綠，葉尖發(fā)黃干枯，根系呈褐色，嚴重時植株發(fā)白甚至死亡[5]。有研究表明，生長素對甘蔗幼苗的錳脅迫具有一定的緩解作用。施加外源萘可以促進甘蔗幼苗根部細胞分裂和分化，主根伸長及側根、不定根的發(fā)育。

圖1 的3 張圖片從左到右分別是不施用萘乙酸的對 照 組（0 μmol·L-1NAA）、低 濃 組（50 μmol·L-1NAA）、高濃組（1 000 μmol·L-1NAA）的甘蔗幼苗生長情況。可以看出，三組處理的甘蔗生長情況有明顯差異，對照組沒有添加萘乙酸，表現(xiàn)出錳脅迫的明顯特征，植株不高，葉片易折斷，且葉面生有大小不一的褐色斑點，葉尖卷曲失綠發(fā)黃，蔗根為褐色，大部分比較短，根部懸掛水珠不多表示根活性不強；與對照組相比，低濃組的甘蔗幼苗略高，葉片折斷現(xiàn)象減少，葉片較寬且長，葉尖發(fā)黃較少，蔗根長短較為一致，呈現(xiàn)正常的白色，根活性較好；高濃組的甘蔗幼苗莖粗，葉片細長，下部分葉片多數(shù)彎曲折斷，有明顯的黃化現(xiàn)象且黃化程度較對照組嚴重，根系相比于前兩組較為分散，呈淺褐色，根的數(shù)量較少，長短根相差較大。

圖1 不同濃度萘乙酸處理下甘蔗幼苗生長情況

根是植物的主要營養(yǎng)器官，起到支撐固定、吸收外界水分和溶解水中礦物質(zhì)，將礦物質(zhì)和水分直接輸送到莖便于儲藏的作用[6]。當主根發(fā)展到一定程度便會產(chǎn)生不定根，反復分支形成根系。根系直接接觸營養(yǎng)液，十分敏感，能夠對外界脅迫做出快速反應，根重就是反映作物根系生長狀況的一個重要指標。

從表1可以看出，3個處理中，根重最大的是低濃度萘乙酸處理組，其次為對照組，根重最小的是高濃度萘乙酸處理組，高濃組與對照組、低濃組之間存在顯著差異（P＜0.05），但對照組與低濃組之間的差異不顯著。結果表明，施用不同濃度的萘乙酸對甘蔗地下部分的生長重量有影響，低濃度萘乙酸減少了甘蔗根對培養(yǎng)液中錳元素的吸收，相比于對照組，地下部分重量有所增加；高濃度的生長素在一定程度上促進了甘蔗根部對培養(yǎng)液中錳元素的吸收，抑制了地下部分的生長發(fā)育，因而其甘蔗根重顯著減小。

表1 不同濃度萘乙酸對甘蔗根重的影響

2.2 萘乙酸對甘蔗根部鐵錳含量影響

植株的根是十分敏感的器官，也是植物感受生命介質(zhì)中各種脅迫信號的主要器官[7]。在錳脅迫下，根系會迅速做出反應。試驗在50 μmol·L-1MnCl2中分別加入0、50、1 000 μmol·L-1NAA，3 d 后根系中錳含量分別為23.039、21.090、18.687 mg·kg-1（見表2）?？梢钥闯?，施加不同濃度的萘乙酸進行甘蔗培養(yǎng)，蔗根中鐵錳含量有所差異。高錳條件下，蔗根中錳離子含量在18.687～23.039 mg·kg-1，外施萘乙酸后，根中錳離子含量出現(xiàn)下降的趨勢，如添加1 000 μmol·L-1萘乙酸的高濃組，錳離子含量比對照組顯著減少了18.89%（P＜0.05）。不同濃度萘乙酸下根系對鐵離子的吸收也不一樣，根系鐵離子含量隨著萘乙酸濃度增加也出現(xiàn)增加的趨勢，與對照組相比，高濃組的蔗根吸收鐵離子能力顯著提升（P＜0.05）。結果表明，鐵錳離子之間存在一定的拮抗作用，外施萘乙酸可減少甘蔗對錳離子的吸收，增加甘蔗對鐵離子的吸收，緩解錳毒脅迫作用。

表2 不同濃度萘乙酸處理下甘蔗幼苗根中鐵錳含量的差異

2.3 萘乙酸對甘蔗鐵錳膜中鐵錳含量的影響

植株長期處于一個漬水環(huán)境下，為使自身更好地生長發(fā)育，植株的葉片和根部會發(fā)生一些變化。葉片通過呼吸作用將大氣中的氧氣輸送到根部，根部將這部分氧氣和其他氧化物釋放到根際，使得周圍環(huán)境中含有的大量還原性物質(zhì)Fe3+、Mn2+氧化，形成一個紅棕色鐵錳氧化物于根表面。

從表3 中可以看出，對照組甘蔗根表面鐵錳膜中錳鐵含量均為最高；與對照組相比，低濃組鐵錳膜中鐵、錳含量分別下降了11.86%、39.84%，高濃組鐵錳膜中鐵、錳含量比對照組下降了15.98%、59.42%，低濃組與高濃組鐵錳膜中鐵錳含量略有差異，但是差異達不到顯著水平。結果表明，外施生長素萘乙酸能顯著降低甘蔗根部鐵錳膜中鐵錳含量（P＜0.05），其含量隨著萘乙酸濃度增加呈降低趨勢。

表3 不同濃度萘乙酸對甘蔗鐵錳膜中鐵錳含量的影響

2.4 萘乙酸對植株葉片中亞鐵的影響

礦質(zhì)營養(yǎng)元素直接參與植物的生長代謝過程，鐵是植物生長過程中必不可少的微量元素。植物對鐵元素的利用主要體現(xiàn)在光合作用上，葉片中二價鐵含量高低在一定程度上可以反映植株光合作用的強弱。

從表4 可以看出，外施0、50、1 000 μmol·L-1萘乙酸處理，植株葉片中二價鐵含量隨著萘乙酸濃度增加表現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，葉片中亞鐵含量排序為高濃組＞對照組＞低濃組，但三個處理組間差異不顯著，表明萘乙酸濃度并未顯著影響植株葉片中的二價鐵含量。因此我們可以推斷，外施萘乙酸并未顯著影響錳毒脅迫下葉片對鐵離子的吸收。

表4 不同濃度萘乙酸處理的甘蔗葉片中二價鐵含量

3 小結

生長素參與植物體內(nèi)多種生物代謝，是多種酶的活化基因或者活化劑。生長素在影響植物重金屬抗性能力方面，如對鉻、鉛、鋁毒害的作用國內(nèi)已有大量研究[8-9]，但在生長素調(diào)節(jié)植物錳毒作用方面卻鮮有報道。重金屬錳會對植物的生長產(chǎn)生顯著影響，在植物體內(nèi)積累到一定量就會造成植物死亡。本次試驗發(fā)現(xiàn)，外施生長素能有效緩解錳對植物的毒害作用。外施生長素處理組的甘蔗根系生長狀況（如根長、根表面、根尖數(shù)等）比不施用生長素的對照組要好，并且外施萘乙酸能顯著影響甘蔗根系鐵、錳含量及鐵錳膜中鐵錳含量。

生長素和錳離子對植物生長的影響是復雜多樣的。不同種類、不同濃度的生長素施加在植株不同部位會對植株體內(nèi)的重金屬含量造成不同影響。重金屬是植株生長過程中必不可少的微量元素，但過量就會產(chǎn)生毒害。農(nóng)業(yè)面源污染的加重和工業(yè)廢棄物不合理排放使土壤中重金屬含量嚴重超標，錳離子引起的甘蔗黃化現(xiàn)象在種植區(qū)也越來越普遍，利用生長素來調(diào)控植物對重金屬的吸收，從這個點切入并深入研究不失為一種很好的解決方法。