趙文欣，劉凱凱，徐 偉，張慧芋，劉昌斌，馬 茹，祁澤偉，張 超，薛建福

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黃土高原特色作物優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心/作物生態(tài)與旱作栽培生理山西省重點(diǎn)試驗(yàn)室，山西 太谷 030801）

芽苗菜是利用植物種子或營養(yǎng)器官發(fā)育成芽、苗、莖的一類新型活體蔬菜[1]。黑豆芽苗菜便是其中一種，也被稱為綠色大豆瓣菜，口感清新，外觀鮮亮，獲得大眾消費(fèi)的喜愛。同時(shí)在萌發(fā)過程中可有效降解豆類芽苗菜中抗?fàn)I養(yǎng)因子，使可溶性糖、維生素等多種生物活性成分含量增加，更利于人機(jī)體的消化和吸收[2-3]。

目前，關(guān)于芽苗菜的研究還主要集中在光質(zhì)、光周期等因素對其產(chǎn)量和品質(zhì)的影響上[4]，以提高其經(jīng)濟(jì)效益為目的居多，而添加外源微量元素現(xiàn)已成為植物營養(yǎng)改良或富集方面的研究熱點(diǎn)[5-9]。世界營養(yǎng)協(xié)會規(guī)定，成人推薦每日攝入鈣含量應(yīng)為800 mg，兒童推薦每日攝入量應(yīng)為700～1 300 mg。但從《中國居民營養(yǎng)與健康狀況檢測》統(tǒng)計(jì)的結(jié)果來看，我國城市居民每日實(shí)際攝入量僅能達(dá)到該要求的1/2，隨著兒童年齡的增長，對鈣元素的攝取也存在明顯下降趨勢。銅對人體的造血功能有著重要的影響，人體可耐受的銅用量為0.7 mg/d[10]，但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各年齡段都未及該標(biāo)準(zhǔn)的90%。因此，加強(qiáng)對食物中鈣元素和銅元素調(diào)控等研究刻不容緩。

本研究通過用不同質(zhì)量濃度的CaCl2和CuSO4溶液分別對黑豆種子進(jìn)行浸泡處理，分析黑豆芽苗菜生長特性及生理活性物質(zhì)的變化情況，以期為提升芽苗菜品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用晉黑1號由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育，挑選色澤光亮、大小一致的種子進(jìn)行試驗(yàn)。分別以無水氯化鈣和無水硫酸鈣作為鈣源和銅源，將CaCl2和CuSO4這2 種溶液分別用蒸餾水溶解，配制成0.01、0.05、0.2、0.5和1.0 g/L 5個(gè)質(zhì)量濃度的溶液。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2019 年4 月9 日至4 月18 日在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，室內(nèi)平均溫度為18.52 ℃。選用CaCl2和CuSO42 種溶液分別進(jìn)行單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各設(shè)置0（CK）、0.01、0.05、0.2、0.5、1.0 g/L 6個(gè)水平，每組50粒種子，設(shè)3次重復(fù)。

浸泡24 h后取出，換清水浸種數(shù)日。將托盤放置于食品級塑料飯盒（25 cm×15 cm×10 cm）中，用透明膠帶在距離飯盒底部1/3高度（約3.5 cm）處固定，在托盤中放置雙層純棉紗布，紗布將托盤完全包住并延伸至飯盒底部，飯盒底部添加適量水分微沒過紗布，紗布浸入水中保證托盤上始終濕潤。種子均勻放于紗布上，且與紗布充分接觸，整粒種子表面積的2/3以上接觸空氣。將整個(gè)培養(yǎng)皿置于室溫條件下，定期補(bǔ)充水分，保證每個(gè)處理處于相同的試驗(yàn)環(huán)境。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 苗高、發(fā)芽率和發(fā)芽勢測定 黑豆芽苗菜開始培養(yǎng)后，采用5 點(diǎn)取樣法，每天從各處理中隨機(jī)選取15株芽苗菜，使用刻度尺測定其苗高，分別在第3天和第7天記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽勢。

1.3.2 干鮮質(zhì)量的測定 培養(yǎng)10 d后，選取5株黑豆芽苗菜，用電子天平稱量其鮮質(zhì)量，殺青并烘干后記錄其干質(zhì)量。

1.3.3 生理活性物質(zhì)的測定 采用紫外吸收法測定可溶性蛋白質(zhì)含量[11]；采用分光光度計(jì)法測定葉綠素a和葉綠素b含量[12]，利用Arnon公式計(jì)算得到葉綠素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、作圖、制表，使用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以及使用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度CuSO4和CaCl2溶液對黑豆芽苗菜發(fā)芽特性的影響

試驗(yàn)前期（第1、2 天）CuSO4溶液質(zhì)量濃度為0.01 g/L 時(shí)，芽苗菜苗高較CK 分別增長14.40%和7.22%，而經(jīng)不同質(zhì)量濃度CuSO4溶液處理5 d后的黑豆芽苗菜苗高較CK 均受到抑制，抑制率在10.00%～60.30%（圖1）。經(jīng)質(zhì)量濃度0.01、0.05 g/L的CaCl2溶液浸種處理后，黑豆芽苗菜苗高較CK分別增加0.85%和2.50%，而質(zhì)量濃度在0.2、0.5、1.0 g/L 處理的抑制率分別為7.84%、13.72% 和15.58%。

從圖2 可以看出，經(jīng)不同質(zhì)量濃度CuSO4溶液浸種處理后，黑豆種子發(fā)芽勢為29.00%～66.67%，發(fā)芽率為89.33%～98.67%。在0.01、0.5 和1.0 g/L質(zhì)量濃度下的發(fā)芽勢較CK 分別顯著降低13.00%、32.50%和56.50%（P＜0.05），在0.05 和0.2 g/L 質(zhì)量濃度下與CK 無顯著差異。此外，0.2 g/L 質(zhì)量濃度下發(fā)芽勢較0.5 和1.0 g/L 處理分別顯著提高了25%和51.67%（P＜0.05）。1.0 g/L 處理下的黑豆種子發(fā)芽率較其他處理顯著降低了6.95%～9.47%（P＜0.05），其他處理與CK 相比發(fā)芽率無顯著差異。

從圖2可以看出，經(jīng)不同質(zhì)量濃度CaCl2溶液處理后，黑豆芽苗菜發(fā)芽勢為53.33%～66.67%，發(fā)芽率為97.33%～99.33%。在1.0 g/L 處理下，黑豆種子發(fā)芽勢較CK、0.01、0.05、0.2、0.5 g/L 處理顯著降低13.04%～20.01%（P＜0.05），其他處理間黑豆芽苗菜發(fā)芽勢無顯著差異。不同質(zhì)量濃度CaCl2溶液處理對黑豆種子發(fā)芽率均無顯著影響。

2.2 不同質(zhì)量濃度CaCl2與CuSO4溶液對黑豆芽苗菜干鮮質(zhì)量的影響

由圖3 可知，不同質(zhì)量濃度CuSO4溶液浸種處理下，黑豆芽苗菜的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量間無顯著差異。CaCl2溶液在0.05 g/L 質(zhì)量濃度下黑豆芽苗菜的鮮質(zhì)量較0.2、0.5 g/L 處理分別顯著提高了9.29%和12.57%（P＜0.05），0.5 g/L 處理較CK、0.01、0.05、1.0 g/L 處理顯著降低8.57%～12.57%（P＜0.05），0.2、0.5 g/L處理間與CK、0.01、0.05、1.00 g/L處理間均無顯著性差異。當(dāng)CaCl2溶液在0.2 g/L質(zhì)量濃度下黑豆芽苗菜干質(zhì)量較CK 顯著降低了12.28%（P＜0.05），0.05 g/L處理下黑豆芽苗菜的干質(zhì)量與其他各處理間均無顯著差異。

2.3 不同質(zhì)量濃度CuSO4和CaCl2溶液對黑豆芽苗菜生理活性物質(zhì)的影響

隨著CuSO4處理質(zhì)量濃度的升高，黑豆芽苗菜中可溶性蛋白含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，1.0 g/L浸種處理后，較CK、0.01、0.05、0.2、0.5g/L 處理顯著增加9.58%～19.54%（P＜0.05），0.05 g/L 處理與CK、0.01、0.2和0.5 g/L處理間均無顯著差異。不同質(zhì)量濃度CaCl2溶液處理下的可溶性蛋白含量與CK 間均無顯著差異，且各溶液處理間差異不顯著（圖4）。

由圖5 可知，在0.01 g/LCuSO4溶液處理下葉綠素a 含量較CK 顯著降低32.41%（P＜0.05），且除CK之外，其余各處理間均無顯著差異。0.05 g/L處理下的葉綠素b 含量較CK 顯著提高58.91%（P＜0.05），除CK 之外，其余處理間無顯著差異。葉綠素含量表現(xiàn)為隨CuSO4溶液質(zhì)量濃度增加呈先增加后降低的趨勢，且在0.05 g/L處理時(shí)達(dá)到最大，黑豆芽苗菜葉綠素含量較CK、0.2、0.5 和1.0 g/L 處理顯著增加9.38%～22.19%（P＜0.05），0.01、0.05 g/L處理間無顯著差異。

由圖5可知，經(jīng)CaCl2溶液浸種處理后，在0.2 g/L處理下黑豆芽苗菜葉綠素a含量較CK、0.5和1.0 g/L處理顯著降低了26.94%～45.09%（P＜0.05），除該處理外，其他處理間均無顯著差異。不同CaCl2溶液處理后的葉綠素b 含量與CK 無顯著差異，且各處理間差異也不顯著。葉綠素含量隨CaCl2溶液質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢，在0.2 g/L處理下，黑豆芽苗菜葉綠素含量較CK、0.5 和1.0 g/L 處理顯著降低22.97%～24.31%（P＜0.05），除該處理外，其他處理間均無顯著差異。

3 討論

3.1 不同質(zhì)量濃度CuSO4溶液浸泡對黑豆芽苗菜生長的影響

Cu2+在適當(dāng)濃度下可起到富集營養(yǎng)的作用，但含量過高則會導(dǎo)致植物體內(nèi)代謝紊亂[13]。在趙玉紅等[14]的試驗(yàn)中，經(jīng)不同Cu2（+100～500 mg/L）處理后種子苗長均受到抑制，較低Cu2+質(zhì)量濃度（100～300 mg/L）對紅豆草、白三葉種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢表現(xiàn)為促進(jìn)效果，較高質(zhì)量濃度（400～500 mg/L）表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用，與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)Cu2+的研究結(jié)果與魚小軍等[15]在Cu2+（200～500 mg/L）下對毛苕子、紅三葉和苜蓿等植物種子的發(fā)芽率、芽長均呈不同程度降低的影響趨勢相同。不同植物對Cu2+濃度耐受能力不同，抑制植物生長的原因可能是由于過量的Cu2+滲入使細(xì)胞膜的強(qiáng)度下降，產(chǎn)生生理毒害作用，進(jìn)而影響芽苗菜生長[16-17]。

鮮質(zhì)量體現(xiàn)了植株在自然生長下的狀態(tài)，干質(zhì)量可以反映根的活力、質(zhì)量以及干物質(zhì)的積累量。楊麗麗[18]采用不同濃度Cu2（+0.3～1 000 μmol/L）對甜葉菜浸泡后，莖和根的干、鮮質(zhì)量含量均隨著Cu2+濃度升高而下降。本研究經(jīng)Cu2+處理后，發(fā)現(xiàn)干質(zhì)量、鮮質(zhì)量在0.01～1 g/L 范圍內(nèi)無顯著差異，但呈現(xiàn)下降趨勢，可見黑豆芽苗菜干鮮質(zhì)量對Cu2+的耐受能力在該范圍內(nèi)。

3.2 不同質(zhì)量濃度CaCl2浸泡對黑豆芽苗菜生長的影響

Ca2+可以保證細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是在環(huán)境脅迫條件下，增強(qiáng)植物的抗逆性[19]，但過高濃度的鈣離子會降低植物硼、鋅等微量營養(yǎng)元素的有效性，阻礙磷的代謝進(jìn)程，從而抑制植物生長[20]。劉志敏[21]選用不同濃度鈣離子對花心蘿卜種子進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)最適生長濃度（0～4 mmol/L）浸泡后，高濃度（5～8 mmol/L）對芽苗生長抑制，苗長均呈現(xiàn)低促高抑的趨勢。張毅功等[22]選用不同質(zhì)量濃度Ca2（+0～160 mg/L）對蘋果苗的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)Ca2+在0～40 mg/L 時(shí)，蘋果莖、葉和根的干、鮮質(zhì)量達(dá)到最大，而過高質(zhì)量濃度（160 mg/L）Ca2+對蘋果各部位均造成生理毒害作用。本試驗(yàn)CaCl2溶液在較低質(zhì)量濃度（0.01～0.05 g/L）下促進(jìn)苗高生長，而0.2～1.0 g/L 下抑制生長。同時(shí)，黑豆芽苗菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量分別在0.5、0.2 g/L質(zhì)量濃度顯著下降，而在0.01～0.2 g/L和0.01～0.05 g/L范圍并未有顯著變化，這可能是由于不同植物對Ca2+的敏感性不同導(dǎo)致，后期可適當(dāng)增大試驗(yàn)濃度梯度來進(jìn)一步分析。

3.3 不同質(zhì)量濃度CuSO4浸泡對黑豆芽苗菜生理活性物質(zhì)的影響

可溶性蛋白常用作篩選抗性的指標(biāo)之一，它能提高細(xì)胞的保水能力，通常作為衡量是否發(fā)生重金屬脅迫的重要標(biāo)志[23]。王芳洲等[24]將秋茄作為研究對象，探究不同質(zhì)量濃度（0～45 mg/L）Cu2+對其可溶性蛋白含量變化的影響，結(jié)果表明，在0～15 mg/L Cu2+下，可溶性蛋白含量呈現(xiàn)上升趨勢，隨即在30～45 mg/L 下可溶性蛋白含量下降。本試驗(yàn)在1.0 g/L CuSO4處理下可溶性蛋白顯著增加并未出現(xiàn)下降趨勢，可見黑豆芽苗菜對Cu2+的耐受程度較強(qiáng)。今后可增加試驗(yàn)濃度梯度，對黑豆芽苗菜可溶性蛋白的耐受峰值做進(jìn)一步研究。測定葉綠素含量能夠確定植物的光合作用能力，葉綠素含量與施浩威[25]采用Cu2（+0～900 mg/kg）脅迫芳樟葉片處理后葉綠素含量變化趨勢和范圍（0～50 mg/kg）相同。

3.4 不同質(zhì)量濃度CaCl2浸泡對黑豆芽苗菜生理活性的影響

謝元貴等[26]采用不同濃度（0～50 mmol/L）Ca2+溶液對金銀花葉片浸泡后，結(jié)果表明，可溶性蛋白含量均小于CK（0 mmol/L）。而本試驗(yàn)Ca2+在0.01～1 g/L 范圍內(nèi)較CK 變化不顯著，可見較低質(zhì)量濃度Ca2+對黑豆芽苗菜影響不明顯。

PAL等[27]選用不同濃度的Ca2+溶液對花生和亞麻籽粒進(jìn)行噴施，結(jié)果表明，高濃度Ca2+（0.003～0.1 mol/L）或低濃度Ca2（+0～0.003 mol/L）都會使葉綠素含量降低。本試驗(yàn)中在0.2 g/L CaCl2處理下可溶性蛋白較CK 顯著降低，隨后較之顯著增加，其原因是由于在營養(yǎng)液的離子組成中，Ca2+缺乏可能對特定的代謝過程產(chǎn)生抑制作用，同時(shí)鎂作為葉綠素的中心原子[28]，高鈣環(huán)境下抑制了鎂的吸收。今后可增加Ca2+濃度進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)選用2種溶液對黑豆種子分別浸泡，而未考慮兩者間交互作用的影響，有關(guān)黑豆品種，Ca2+、Cu2+濃度及培養(yǎng)條件等因素對各項(xiàng)指標(biāo)的影響有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

當(dāng)Cu2+質(zhì)量濃度在1.0 g/L 時(shí)黑豆芽苗菜的可溶性蛋白含量顯著增加，但超過該質(zhì)量濃度葉綠素含量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢顯著降低，且抑制苗高；較低質(zhì)量濃度（0.01～0.5 g/L）Cu2+浸泡后的黑豆芽苗菜的可溶性蛋白含量間無顯著差異，不同Cu2（+0.01～1 g/L）處理對干鮮質(zhì)量影響較小，在0.05 g/L處理下芽苗菜苗長影響不大且葉綠素含量顯著增加。

較高質(zhì)量濃度（1.0 g/L）Ca2+處理后黑豆芽苗菜發(fā)芽勢顯著降低，苗高受到抑制，0.2 g/L 處理下葉綠素含量和干質(zhì)量顯著降低；低質(zhì)量濃度（0.01～0.05 g/L）CaCl2溶液浸泡對黑豆芽苗菜苗長起到促進(jìn)作用，且發(fā)芽率無顯著差異，但可溶性蛋白含量增加。

綜合來看，Cu2+、Ca2+質(zhì)量濃度在0.05 g/L 條件下，黑豆芽苗菜生長較好。