程維舜，黃 翔，陳 鋼，羅 茜，王素萍，姜 利，杜 雷，洪 娟

（武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與安全研究所，湖北 武漢 430074）

鋅是植物生長(zhǎng)所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，它在植物細(xì)胞中具有多種功能，既能與膜磷脂蛋白相互作用，有助于保持膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性[1]；還作為細(xì)胞代謝的大量酶類的輔因子，參與DNA 和RNA 的粘合、蛋白質(zhì)識(shí)別、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、激素調(diào)節(jié)等多種生理生化過程[2-5]。因此，缺鋅會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生不利影響，并導(dǎo)致其產(chǎn)量的顯著下降。另一方面，由于鋅也是一種對(duì)環(huán)境有毒的重金屬元素，在作物中的大量積累，除了對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響外，也會(huì)通過食物鏈威脅人和動(dòng)物的健康[6-7]。

藜麥（Chenopodium quinoa），又稱南美藜麥，是一種假谷物，原產(chǎn)于安第斯地區(qū)的一種莧科藜亞科藜屬一年生草本雙子葉植物[8]。藜麥富含高質(zhì)量的蛋白質(zhì)、人體必需氨基酸、多種礦質(zhì)元素、維生素、膳食纖維以及類黃酮等多種營(yíng)養(yǎng)成分，被FAO 列為全球十大健康營(yíng)養(yǎng)食品之一[9]。另外，藜麥具有耐鹽堿、耐旱、耐寒、耐瘠薄等特性，因而在我國(guó)很多地方均有小規(guī)模適應(yīng)性種植[10]。但是，藜麥對(duì)鋅是否有較強(qiáng)的耐受性，目前尚不清楚。為此，試驗(yàn)以從臺(tái)灣引進(jìn)的紅藜麥為材料，采用溫室盆栽的方法，用缺鋅和鋅過量營(yíng)養(yǎng)液處理藜麥幼苗，并測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)和光合特性指標(biāo)，通過指標(biāo)的變化初步探討鋅脅迫（缺鋅和鋅過量）對(duì)藜麥正常生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期為進(jìn)一步研究藜麥的鋅耐受機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院北部園區(qū)特色作物實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。供試藜麥材料為“臺(tái)灣紅藜”原生種，由臺(tái)灣世華花卉科技有限公司饋贈(zèng)，千粒重3.52 g，貯存于牛皮紙袋中，室溫（20～25℃）下通風(fēng)保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 藜麥幼苗鋅脅迫試驗(yàn)處理方法 挑選大小一致、形態(tài)完整、發(fā)育良好且無病蟲害的藜麥種子若干，用75%的酒精消毒2～3 min，蒸餾水沖洗2～3 遍，將消毒后的種子放入墊有2 層濕水濾紙的培養(yǎng)皿中，置于催芽箱中。待生根后移入盛有完全Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液的塑料盆中（用打孔泡沫板和脫脂棉支持固定）。每3 d 更換營(yíng)養(yǎng)液，保持pH 值為中性。自然光照下培養(yǎng)至6～8 葉期移栽到不透光的塑料盆中，每盆栽培10 株（用打孔泡沫板和脫脂棉支持固定），加入1 L Hoagland 無鋅營(yíng)養(yǎng)液。外源添加ZnSO4，通過向盆中添加ZnSO4來設(shè)置營(yíng)養(yǎng)液的鋅濃度。設(shè)置適量鋅（1倍的Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液中含Zn2+為2 μmol/L，對(duì)照）、鋅缺乏（1 倍Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液中含Zn2+為0 μmol/L）和鋅過量（1 倍Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液中含Zn2+為1 000 μmol/L）3 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次.每3 d 更換一次營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.2 藜麥幼苗指標(biāo)測(cè)定方法 （1）生物量測(cè)定。鋅缺乏和過量處理8 d 后，藜麥葉部出現(xiàn)明顯癥狀時(shí)將植株連根取出，洗凈根部泥土，用濾紙吸干根部及葉面水分，通過直接法測(cè)定根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)；利用LA-S 型葉面積儀測(cè)定葉片表面積；然后分別將植株根、莖與葉裝于紙袋中，于 105℃殺青24 h，75℃烘干48 h 至恒重，用稱質(zhì)量法分別稱量根干重、莖干重及植株干重。所有指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3 次。（2）光合參數(shù)測(cè)定。鋅缺乏和過量處理8 d 后，取植株從上向下數(shù)第2 片新展開葉片，用乙醇丙酮法[11]測(cè)定葉綠體色素含量。選取幼苗頂部新展開葉片3 片，暗適應(yīng)20 min 后，通過光合作用分析儀（mini-PAM）來測(cè)定PS Ⅱ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）。光合作用強(qiáng)度是在22℃下，通過CO2氣體交換儀（HSM-1000）分析CO2的吸收來測(cè)定的。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS 2016 軟件進(jìn)行整理，平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式表示，采用SPSS 22.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋅缺乏和過量對(duì)藜麥幼苗生長(zhǎng)的影響

如表1 所示，無論是缺鋅還是鋅過量，均對(duì)藜麥幼苗的生長(zhǎng)造成了不利影響，鋅缺乏沒有影響藜麥的根系生長(zhǎng)，這與Holler 等[12]的觀點(diǎn)一致；而在鋅過量的情況下，最大根長(zhǎng)和根系干重顯著下降，說明鋅過量抑制了藜麥幼苗根系生長(zhǎng)。與對(duì)照相比，在2 種處理下，幼苗苗長(zhǎng)、莖干重和植株干重均顯著下降，說明幼苗生長(zhǎng)速度均有所減緩。但是葉面積沒有變化，在Kaznina 等[13]的研究中也出現(xiàn)過類似情況。顯然，這是藜麥在不利的礦物營(yíng)養(yǎng)條件下確保高產(chǎn)的能力。

2.2 鋅缺乏和過量對(duì)藜麥幼苗光合作用的影響

從表2 可以看出，鋅缺乏和過量均會(huì)影響藜麥的光合作用。與對(duì)照相比，在鋅缺乏時(shí)，葉綠素a 和葉綠素b 含量略有下降；而在鋅過量時(shí)葉綠素a 和葉綠素b 含量顯著減少。在2 種處理下，葉綠素a 和b的比例均顯著升高，說明鋅過量時(shí)葉綠素b 的含量比鋅缺乏時(shí)減少得更明顯；同時(shí)鋅缺乏時(shí)，類胡蘿卜素還保持較高水平，PS Ⅱ最大光化學(xué)效率與對(duì)照相比基本無變化。這是因?yàn)轭惡}卜素具有額外的光吸收 作用。

3 結(jié) 論

光合作用是植物重要的生理生化過程，它的強(qiáng)弱對(duì)植物正常生長(zhǎng)、產(chǎn)量及抗逆性都具有十分重要的影響，因而可用光合作用作為判斷作物生長(zhǎng)和抗逆性大小的指標(biāo)[14]。研究結(jié)果表明，無論是鋅缺乏還是過量，影響到藜麥的生長(zhǎng)和光合作用。然而，藜麥對(duì)2 種鋅脅迫的響應(yīng)有異同。在鋅缺乏或鋅過量的情況下，苗的生長(zhǎng)均減慢，植物干重、葉綠素含量（葉綠素b）均減少，光合作用強(qiáng)度均下降，葉面積均無明顯變化。而根的生長(zhǎng)在鋅缺乏時(shí)無變化，在鋅過量時(shí)減慢；葉綠素a 含量在鋅缺乏時(shí)無變化，在鋅過量時(shí)減少；類胡蘿卜素含量在鋅缺乏時(shí)無變化，在鋅過量時(shí)減少；PS Ⅱ最大光化學(xué)效率在鋅缺乏時(shí)無變化，在鋅過量時(shí)降低。由于鋅的缺乏和過量，藜麥生長(zhǎng)速度變緩，光合速度變緩，從而減少了其干物質(zhì)的積累。然而，鋅過量對(duì)植物干物質(zhì)積累有著更大的抑制作用，在很大程度上是由于這些生長(zhǎng)條件受抑制。在這兩種脅迫處理下，光合作用強(qiáng)度的降低幾乎相等，其原因可能不同。在鋅過量的情況下，很可能是由于色素含量的減少，包括在堿性催化分解過程中色素含量的減少，而鋅缺乏的情況很可能是與光合作用暗反應(yīng)相關(guān)酶的變化有關(guān)。

表1 鋅缺乏和過量對(duì)藜麥幼苗生長(zhǎng)的影響