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野大豆(Glycine soja)为国家Ⅱ级保护植物,具生长迅速、生物量高、锰耐受能力强、能固氮等特点,是栽培大豆(G.max)抗性品种的重要遗传资源库,也是锰(Mn)矿废弃地污染治理的重要备选植物。为探明该植物对锰胁迫适应的生理生化机制,本文以野大豆为研究对象,通过种子萌发及栽培试验研究了野大豆不同发育时期(种子萌发、幼苗、成熟时期)对不同锰浓度胁迫的生理生态响应。研究结果如下: (1)萌发试验结果显示,高浓度锰胁迫(≥5000μmol/L)抑制野大豆种子的发芽率、发芽势、发芽指数;幼苗生长呈现“低促高抑”现象,在最高锰浓度胁迫下,根受到的抑制高于芽,比对照减少92.94%;随着锰浓度的升高,野大豆幼苗超氧化物岐化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、抗坏血酸过氧化物酶活性(APX)、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白、可溶性糖含量均呈先升后降的变化趋势,游离脯氨酸、活性氧和膜脂过氧化物含量随着锰浓度的升高呈持续增高的趋势,其中超氧阴离子自由基(O2·-)产生速率在锰浓度达到15000μmol/L时,比对照增加了28.96倍。 (2)盆栽试验结果显示,随着锰浓度的增加野大豆中毒症状愈加明显,表现为从叶片轻微失绿,叶脉附近出现褐色斑点,至边缘扭曲、尖端凹陷、萎缩枯萎等,甚至叶片大量死亡掉落;高浓度锰对野大豆生长表现出明显的抑制作用,野大豆叶性状、结实率、果荚大小等在锰浓度为600mg/kg时显著减少;野大豆茎长、根长、生物量、根冠比等生长指标均随锰浓度的升高呈先升后降趋势,根长与根生物量分别比对照减少80.11%与84.34%。 (3)盆栽试验结果显示,低浓度锰对植物根系生长有促进作用,野大豆根长、根面积、根直径、根尖数等生长指标随着锰浓度的升高呈先升后降趋势,在锰浓度为200mg/kg时,野大豆侧根数比对照增加2.32倍,当锰浓度达到600mg/kg,对野大豆根系的生长抑制作用明显;随着锰胁迫浓度的升高,野大豆根瘤数量与体积逐渐减小,结瘤率先上升后下降。 (4)盆栽试验结果显示,野大豆对锰有一定的积累作用,地上部分与地下部分锰含量均随着锰浓度的增加而升高。在1000mg/kg锰处理下,地上部分最大值达到11873.68±56.31mg/kg;生物富集系数在8.15-16.59之间,随着锰浓度的增加整体呈下降趋势,转移系数均<1,随着锰浓度的升高而上升;根系滞留率最高可达60.25%,表现出明显的根部囤积特征。 (5)盆栽试验结果显示,成熟期野大豆抗氧化系统如SOD、POD、APX、CAT活性与可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸含量均随着锰浓度的升高呈上升趋势,SOD与POD酶活性在锰浓度600mg/kg时分别比对照升高3.27与2.28倍;活性氧与MDA含量随着锰浓度的增加持续升高,其中O2·-生产速率比对照高出52.85倍;叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素均随着锰浓度的升高显著降低;锰浓度与总叶绿素含量呈显著负相关,总叶绿素含量与野大豆地上部分生物量呈显著正相关。 (6)叶片的显微结构观察结果显示,锰胁迫使叶片解剖结构发生改变。高浓度锰胁迫下野大豆叶片厚度增加,上下表皮细胞变薄,栅栏组织、海绵组织分化逐渐不明显,栅海比减小,且组织结构疏松度增加,气孔密度降低。这些细胞结构的变化表明在锰处理下,植物为了适应外界环境胁迫,叶肉、表皮形态均发生了改变。