基于不同金属离子对黄豆发芽及活力影响的研究

基于不同金属离子对黄豆发芽及活力影响的研究

薛翔月 ,范韶华

太原师范学院 山西晋中 030619

摘要：重金属对植株的活力及生理功能有一定的影响，而金属离子对种子的光合作用起着重要的作用。为了避免金属元素对植株的发芽和生长造成的干扰，对其进行研究具有十分重要的意义。本文将黄豆作为实验对象，采用三种金属离子（Zn2+、Mn2+、Ca2+）及相同锰离子的不同浓度来探究对黄豆发芽及活力的影响，以便获得最适于黄豆种子长期发芽的金属离子以及最适于黄豆发芽短期离体保存的最适Mn2+浓度。结果表明，金属离子（Zn2+、Mn2+、Ca2+）对黄豆种子萌发及发芽活力的影响为低促高抑，125mg/L Mn2+最适合黄豆萌发及保存，适当浓度的金属离子对黄豆种子的萌发和生长是有益的。

关键词：黄豆 ；金属离子 ；控制变量 ；追踪记录； 发芽率 ；株高；有益

引言：黄豆是蝶形花科豆科的一种草本植物，在中国有很长的历史，在先秦时期，它就是一种重要的粮食。黄豆植株直立，有分枝。黄豆芽也称芽苗菜，是由黄豆培育出可以食用的“芽菜 ”。黄豆富含高质量的蛋白质，大豆发芽后，改善其营养价值，容易被身体吸收，口感好、口味佳、有独特的保健功效，因而具有很大消费市场。本文通过对大豆中金属离子含量的检测与对比试验，为我们日常生活中购买大豆提供参考。

锌、锰、钙三种金属离子对植株的作用及影响：①.锌是人类和动物所必须的一种重要的生命物质，是植物生长和发育所必需的微量营养素，能促进神经系统的发育，提高免疫系统的功能，作为 Zn2+离子被植物吸收，能提高植物的抗性，增加籽粒含量。②.锰也是植物生长发育中必需的微量元素，它对植物生长发育、防御反应、调控次生代谢有重要影响。锰主要集中在根系的细胞壁上，通常在土壤中通过植物的根吸收进入，植物在遭受锰毒害时，首先选择逃避策略，经过长期的适应，也形成一种独特的耐受高锰环境的策略。③.钙离子是植物生命活动中的第二信使，它对外界的各种刺激有很大的影响,可以用来改善酸性土壤的结构。提高植物体内钙含量，进而提高植物的抗病能力，修复土壤，抑制病原微生物对植物的损害,对植株的生长有一定的促进作用。

近年来，金属离子对种子植株的光合作用、细胞生长、保护酶活性等生态生理作用进行了大量的研究，但金属离子对种子发芽的作用研究很少。研究金属离子对大豆种子发芽过程的影响，可以防止其对作物产量和金属中毒的发生提供理论基础。人类膳食微量元素缺乏是当前紧迫的全球性问题，正面临着由于缺乏微量元素导致的营养失衡和疾病的威胁，如何提高人类饮食中的生物利用度，是一个世界性的问题，豆类是重要的粮食作物，其重要性仅次于谷物，因此，研究大豆中金属离子的作用，有利于提高大豆的营养质量。下面是实验分析：

1 实验材料与方法

1.1 准备试验材料

成熟饱满、大小均匀的黄豆若干、浓度不同的金属离子溶液(包括MnSO4溶液、ZnSO4溶液、CaSO4溶液)、蒸馏水、Mn2+溶液、0.4％高锰酸钾、去离子水若干。

1.2实验内容

1.2.1配制培养基

在大豆种子进行培养之前，要先对标准质量浓度的金属离子处理液进行稀释，按稀释定律由不同金属离子的标准质量浓度2500.0mg/ L 配置浓度，用确定的不同三种浓度溶液配置好，定容全2500mL容量瓶中，摇匀备用。

1.2.2消毒、接种

随机选取黄豆种子，用0.4%高锰酸钾进行表面杀菌，然后用去离子水反复清洗，浸泡12 h，然后把种子放在一个用过滤纸覆盖的容器中，每一个容器内放50粒，采用不同的金属离子进行浸渍处理，将用去离子水浸泡的培养基作为空白对照组，置于光照培养箱内，保持25℃，逐日光照12小时。

1.2.3培养

在无菌操作台上，取上述消毒好的黄豆，接种于黄豆培养基中进行诱导培养，每个梯度接种3瓶，每瓶接种3个黄豆种子。将其置于温度为24 ℃-26 ℃，保证每日12 h光照，光照强度维持在2000 lx，相对湿度为70~80 %的无菌条件下培养。然后统计出芽外植体数和出芽总数，计算分化系数，讨论不同浓度对黄豆种子萌发的影响。

1.2.4保存

选取上述试验生长状态良好，以无添加培养基作为空白对照组。每瓶接种5株组培苗，25株为一个处理。将组培苗置于温度为24 ℃-26 ℃，保证每日12 h光照，光照强度维持在2000 lx，相对湿度为70~80 %的条件下培养。分别在1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6d、7d、8d时测量黄豆的株高，并观察记录生长过程中植株的变化，分析黄豆保存的最适离子浓度。

1.3 数据处理与分析

利用SPSS软件对测试数据结果实行统计分析制成图表

2 结果与分析

2.1 不同金属离子对黄豆芽发芽率的影响

图1 不同金属离子对发芽率的影响

由图1可知：

不同金属离子对黄豆发芽的影响差异比较明显,随着时间的延长，总体上，发芽率都呈上升趋势[19]。与对照组相比，四天半之前，三种离子都促进生长且

Zn2+效果最好，Mn2+和Ca2+效果相差不大；四天半之后，Mn2+和Ca2+对发芽率起抑制作用，Zn2+继续促进。由此可得，Zn2+对黄豆发芽有促进作用，Mn2+与Ca2+对黄豆发芽有抑制作用。但在黄豆芽发芽前期Mn2+的抑制作用高于Ca2+抑制作用，而到发芽后期Mn2+的抑制作用低于Ca2+抑制作用，说明最适于黄豆种子发芽的金属离子为Zn2+。

2.2 不同金属离子对株高的影响

图2 不同金属离子对株高的影响

由图2可知：

随着生长天数的增加，四组黄豆株高均逐渐增高,四组黄豆株高均在第1-5天均增长迅速，第6-8天株高增长缓慢，逐渐停止增长。Zn2+胁迫下黄豆组株高最高，高于对照组与其他两组；Ca2+胁迫组株高和Mn2+胁迫组株高均低于对照组株高；第1-4天Ca2+胁迫组株高大于Mn2+胁迫组株高；第5-8天发生转变， Mn2+胁迫组株高大于Ca2+胁迫组株高。Zn2+胁迫对黄豆芽增高生长有促进作用，Mn2+与Ca2+的胁迫对黄豆芽增高生长有抑制作用。且在黄豆芽生长初期Mn2+的胁迫对黄豆芽增高生长的抑制作用强于Ca2+的胁迫对黄豆芽增高生长的抑制作用，而到生长后期Ca2+的胁迫对黄豆芽增高生长的抑制作用强于Mn2+的胁迫对黄豆芽增高生长的抑制作用。由此可得，Zn2+对黄豆株高的生长有促进作用，Mn2+与Ca2+对黄豆株高生长有抑制作用。说明最适于黄豆株高生长的金属离子为Zn2+。

2.3 同一金属Mn2+不同浓度对发芽率的影响

图3 同一金属Mn2+不同浓度对发芽率的影响

由图3可知：

随着生长天数延长，五组黄豆均逐渐生长发芽，黄豆发芽率在第1-6天均增长迅速，第6-8天发芽率增长缓慢，慢慢趋于持平。Mn2+浓度125mg/L时黄豆发芽率最高，高于其它三组；Mn2+浓度50mg/L和浓度150mg/L黄豆发芽率均低于对照组；第1-4天Mn2+浓度75mg/L黄豆发芽率高于对照组黄豆组发芽率；第5-8天Mn2+浓度75mg/L黄豆发芽率低于对照组黄豆发芽率。第8天黄豆发芽率Mn2+125mg/L最好，其次分别是对照组、75mg/L、50mg/L、150mg/L依次降低， 由此可得，在发芽初期，即发芽的一至三天Mn2+浓度为125mg/L时与Zn2+浓度为75mg/L时对绿豆发芽有促进作用。而在发芽后期，即发芽四至八天Mn2+浓度为50mg/L时与Mn2+浓度为75mg/L与Mn2+浓度为150mg/L时对绿豆发芽均有抑制作用。Mn2+对黄豆种子发芽活力的影响为低促高抑，125mg/L Mn2+最适合黄豆萌发及保存，说明适当浓度的Mn2+对黄豆发芽是有益的。

2.4 探究同一金属离子对株高的影响

图4 同一金属Mn2+不同浓度对株高的影响

由图4可知：

随着生长天数的延长，所有的黄豆组株高均逐渐上升，所有黄豆株高均在第1-5天生长很快，第6-8天黄豆株高增长缓慢，慢慢趋于平缓；但Mn2+浓度125mg/L黄豆株高依然继续增长，Mn2+浓度125mg/L黄豆株高最高，高于对照组和其它三组，Mn2+浓度50mg/L和Mn2+浓度75mg/L黄豆株高均低于对照组组，第1-5天Mn2+浓度150mg/L黄豆株高高于对照组黄豆株高，第6-8天Mn2+浓度150mg/L黄豆株高低于对照组黄豆株高。由此可见，在生长初期，即株高生长开始的1-5dMn2+浓度为125mg/L时与Mn2+浓度为150mg/L时对黄豆生长有促进作用，而在生长5-8天Mn2浓度为50mg/L时与Mn2+浓度为75mg/L与Mn2+浓度为150mg/L时对黄豆株高生长均有抑制作用，Mn2+浓度为50mg/L与Mn2+浓度为75mg/L与Mn2+浓度为150mg/L一直都有抑制作用, Mn2+对黄豆种子生长的影响为低促高抑，具有双抑效应，125mg/L Mn2+最适合黄豆萌发及保存，说明适当浓度的Mn2+对黄豆株高的生长是有益的。

结论

黄豆的生长对金属离子的吸收有一个临界含量，当金属离子浓度达到适宜浓度时，对黄豆的生长发育才有促进作用，当金属元素浓度超过临界含量时，黄豆的生长将受到抑制甚至毒害。金属离子是植物生长所必须的元素，同时也是一种重要的重金属。不同浓度金属离子对植物生长发育有重要影响，

实验主要从Zn2+ 、Mn2+、Ca2+及Mn2+的不同浓度对黄豆株高的生长及影响，两个方面进行数据分析。一是Zn2+对黄豆发芽一直都是促进作用，Mn2+与Ca2+对黄豆发芽有抑制作用，说明最适于黄豆种子发芽的金属离子为Zn2+。二是采用不同浓度的Mn2+对黄豆种子进行浸种，观察不同浓度的Mn2+对种子萌发和幼苗生长的影响．发现不同浓度的Mn2+同样存在低促高抑现象．质量浓度为125mg/LMn2+时的促进效果最好，黄豆种子的萌发率、生长势都比对照组高出；当质量浓度50mg/L、75m g/L、150mg/L Mn2+时，黄豆发芽率系数都较低，对黄豆种子萌发及幼苗生理活性有较强的抑制作用。一定限度浓度金属离子能够提高种子的发芽率,并促进幼芽的生长，而过高过低浓度金属溶液浸种对种子萌发和幼苗的生长具有的抑制效应，过高的金属离子浓度会对黄豆芽整体外观产生影响，如豆瓣变褐芽尖变黑等，随浓度的增加，转变越明显。

但是，影响大豆萌发的其他因素还包括光照、温度、营养成分、激素水平等。需要利用细胞生物学、生物化学、分子生物学等手段，从细胞的细胞结构、染色体、分子水平以及保存的种质及再生植株等方面进行系统研究，以便找到最优的萌发途径，等待我们去探索。

参考文献：

[1]赵雨云，赵海珊.镉对黄豆种子萌发和生长的影响[J].佛山科学技术学院：自然科学报，2005，23（4）

[2]]莫花农，韦杏美，吴锋锴.不同条件下黄豆萌芽使氨基酸含量变化的研究 [J].玉林师范学院学报：自然科学，2008，39（3）

[3]邱滢昊，张洋婷，马洪波.豆芽中重金属铅和砷的检测 [J].吉林医药学院学报 ，2015，36（6）