小麦作为重要的粮食作物之一，其栽培水平与产量直接影响区域粮食生产格局与总产稳定性[1-2]。因此，深入研究小麦生产关键影响因素对优化区域粮食生产体系具有重要的现实意义。部分重金属如锌、锰、铜、钼等是植物生长必需的微量元素，但当其浓度过高时，可能对植物具有毒性作用[3-6]。陕西商洛城郊公路两侧的部分土壤中锌含量较高；区域土壤重金属元素的多因子综合污染指数为0.98，表明该地区土壤重金属含量暂处于较清洁状态，同时也表明其土壤重金属已处于临界水平[7-8]。锌对小麦生长及籽粒品质的影响较大，如张诗琦等[9]研究了小麦富锌育种现状，指出富锌小麦有助于补充人体的微量元素锌。宋东升等[10]研究指出，适时喷施含锌的微量元素水溶肥，可提高小麦籽粒的蛋白质和锌含量。
当植物体内的某一重金属含量超过一定阈值时，会对植物生长发育产生毒害作用，严重时可能导致植株死亡[11]。当锌或铜浓度过高时，植物体内活性氧产生与清除的动态平衡被打破，会引起细胞膜发生膜质过氧化[12]。植物体受胁迫产生活性氧后，会启动自身的清除机制来减轻或消除活性氧累积对其造成的损伤；抗氧化酶通过协同作用清除胁迫诱导产生的活性氧，保护植物免受氧化损伤[13]。张家洋等[14]通过水培试验验证了小麦和稗草在Zn2+、Cd2+单一胁迫下，其叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白含量随离子浓度升高呈先上升后下降的趋势，丙二醛（MDA）含量呈持续递增趋势[15]。锌对小麦幼苗叶片游离脯氨酸的产生有一定诱导作用；锌胁迫可导致植物体水分缺失，植物通过产生一定量的脯氨酸来调节其细胞水分平衡，降低细胞受损程度，同时较高的游离脯氨酸含量对植物所处环境有一定的指示作用[16]。陈丽丽等[6]、张春荣等[17]研究表明，在一定的浓度范围内锌对供试种子的萌发表现出明显的低促高抑作用，但各项指标表现不完全一致。
种子萌发是植物生长发育的重要阶段，本试验以小麦品种商麦5226、小偃15为材料，研究不同浓度的锌处理下，其种子的萌发特性及幼苗的生长特性，为小麦种子萌发中锌的合理利用及抗锌胁迫研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选用商洛地区种植的小麦品种商麦5226、小偃15，由商洛市秦岭植物良种繁育中心提供。选择硫酸锌（ZnSO4·7H2O）（化学纯）为锌处理试剂。
1.2 试验设计
试验中设置了0（CK）、50、100、200、400、800 mg/L 6个ZnSO4浓度梯度，各处理重复3次。
1.2.1 ZnSO4溶液配置
准确称取0.05 g ZnSO4固体，用蒸馏水定容至1 000 mL，配置得到50 mg/L的ZnSO4溶液。同理分别配置浓度100、200、400、800 mg/L的ZnSO4溶液。
1.2.2 试验材料培养
选取大小一致、颗粒饱满的种子，用10%的次氯酸钠溶液浸泡15 min，用蒸馏水冲洗后再用滤纸吸干水分备用；培养皿用75%乙醇擦洗消毒，晾干后放入2张滤纸并分别在各培养皿中加入5 mL不同浓度的ZnSO4溶液（每组浓度重复3组）；在每个培养皿中放入已消毒的种子50粒，置于室温内培养（每天添加5 mL锌溶液）。
1.3 萌发指标测定
1.3.1 发芽势
种子发芽试验以芽长达到种子1/2长度或根长达种子长度作为发芽标准。在种子发芽第3天测定其发芽势，计算如式（1） 。
发芽势（%）=第3天的发芽种子数/50100
1.3.2 发芽率
发芽第7天测定种子发芽率，计算如式（2） 。
发芽率（%）=第7天的发芽种子数/50100
1.4 生长指标测定
1.4.1 根长、芽长
发芽后第8天，在每个培养皿内随机选取3株幼苗测定其芽长、根长。
1.4.2 干重、鲜重
发芽后第8天，随机选取5株小麦幼苗，将幼苗全株取出，冲洗并用滤纸吸干水分，然后将根部与芽部分开，分别称量其芽鲜重、根鲜重；提前打开烘箱、温度升至120 ℃时，将称过鲜重的植物材料装入纸袋中，放入烘箱内，120 ℃杀青10 min，然后70 ℃烘至恒重。取出纸袋和材料，将其放入干燥器中冷却至室温，称量其芽干重、根干重。
1.5 生理指标测定
1.5.1 叶绿素含量
采用叶绿素测定仪（SPAD-502 Plus）进行测定，将叶片放入并合上测量探头即可检测。
1.5.2 超氧化物歧化酶（SOD）活性
1.5.3 过氧化氢酶（CAT）活性
1.5.4 过氧化物酶（POD）活性
1.5.5 丙二醛（MDA）含量
采用硫代巴比妥酸（TBA）法[21]测定MDA含量。取0.5 g小麦叶片加入5 mL 5%三氯乙酸（TAC），研磨后所得匀浆3 000 r/min离心10 min，吸取2 mL上清液加入2 mL 0.6% TBA混匀后，100 ℃水浴15 min，冷却后再次离心10 min。分别测定上清液在波长450、523、600 nm处的吸光度。以蒸馏水加0.6% TBA为对照。
1.5.6 可溶性糖含量
采用蒽酮法[21]测定可溶性糖含量。用1%蔗糖标准液制作标准曲线。取小麦新鲜叶片0.5 g加入10 mL蒸馏水，封口后沸水浴30 min，冷却后定容备用。取0.5 mL待测液加入1.5 mL蒸馏水和6.5 mL蒽酮试剂，混匀后在波长630 nm处测定吸光度。
1.5.7 可溶性蛋白含量
采用考马斯亮蓝法[21]测定可溶性蛋白的含量。取0.5 g小麦叶片，加入5 mL pH 7.8的磷酸缓冲液冰浴研磨，低温条件下（-4 ℃）5 000 r/min离心20 min，取上清液，用考马斯亮蓝G-250做显色剂，用分光光度计测定波长595 nm处的吸光度，用牛血清白蛋白标准液制作标准曲线。
1.5.8 游离脯氨酸含量
采用酸性茚三酮法[21]测定游离脯氨酸含量。
1.6 数据处理
采用Excel软件进行数据处理，用SPSS 27.0软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 锌对小麦种子萌发的影响
2.1.1 发芽势
由图1可知，在不同锌浓度处理下小麦种子发芽势差异较明显。锌浓度低于100 mg/L时，商麦5226、小偃15种子的发芽势随着锌浓度的增加而缓慢增加，且均高于CK（0 mg/L）；当锌浓度为100 mg/L时，商麦5226和小偃15的发芽势均达到最大值，分别为88.67%、99.00%，较CK分别提高了2.00和4.33个百分点。当锌浓度超过100 mg/L时，发芽势随着锌浓度的增大逐渐降低，当浓度为800 mg/L时，2个品种的发芽势降至最低，分别为72.00%、86.00%，较CK分别降低了14.67和8.67个百分点。由此可得，小偃15在低浓度锌处理下的发芽势增幅较大，而商麦5226在高浓度下发芽势降幅较小。
2.1.2 发芽率
2.2 锌对小麦幼苗生长的影响
2.2.1 芽长
由图3可知，2个品种小麦的幼苗芽长随着锌浓度的升高均呈先增加后降低的趋势。在低浓度锌处理下，其芽长随着锌浓度的增加而缓慢增加；当锌浓度在100 mg/L时，商麦5226、小偃15的芽长均达到最大值，分别为11.80、10.30 cm，较CK分别增长了32.58%、35.53%。当锌浓度超过100 mg/L时，其芽长随着浓度的提高而减小；当浓度在800 mg/L时，2个品种小麦的芽长均最小，分别为3.70、3.50 cm，较CK分别降低58.43%、53.95%。由此可得，当锌浓度小于100 mg/L时，小偃15的芽长明显增长；锌浓度大于100 mg/L时其抵抗锌胁迫的能力较强。
2.2.2 根长
由图4可知，随着锌浓度的提高，2个品种小麦的根长均有不同程度的下降，当锌浓度在800 mg/L时，商麦5226、小偃15的根长均最短，分别为0.37、0.33 cm，较CK分别降低了94.56%、94.26%。由此可得，高浓度锌对商麦5226、小偃15的根长生长有抑制效果，锌浓度越高，对小麦根长的抑制效果越大。
2.2.3 芽鲜重
由图5可知，随着锌浓度的升高，2个品种小麦的芽鲜重呈先增加后降低趋势。当锌浓度为100 mg/L时，2个品种小麦的芽鲜重均达到最大，分别为0.482 0、0.367 3 g，较CK分别增加95.38%、62.52%。当锌浓度为800 mg/L时，商麦5226、小偃15的芽鲜重均最低，分别为0.212 7、0.198 3 g，较CK分别降低了13.78%、12.26%。由此可得，在低浓度锌处理下，商麦5226长势较小偃15好；在高浓度锌处理下，小偃15抗锌胁迫能力优于商麦5226。
2.2.4 芽干重
由图6可知，在不同浓度锌处理下，2个品种小麦的芽干重随着锌浓度的升高呈先增加后减小的趋势，且当锌浓度在100 mg/L时，商麦5226、小偃15的芽干重均达到最大值，分别为0.07、0.06 g，较CK分别增加了67.37%、50.00%。当锌浓度在800 mg/L时，商麦5226、小偃15的芽干重均最小，均为0.03 g，较CK分别降低了25.41%、27.50%。由此可得，在低浓度锌处理下，商麦5226长势较小偃15好，在高浓度锌处理下，商麦5226抗锌胁迫能力略低于小偃15。
2.2.5 根鲜重及干重
由表1可知，随着锌浓度的增加，商麦5226、小偃15的根鲜重、干重均呈下降趋势。当锌浓度达800 mg/L时，商麦5226、小偃15根鲜重均最低，分别为0.335 7、0.130 0 g，较CK分别下降了57.18%、34.77%；根干重分别为0.011 0、0.014 9 g，较CK分别降低了61.54%、47.55%。由此可得，低浓度锌处理下，商麦5226根长势较小偃15好；锌浓度越高，对小麦根生长的抑制作用越明显。
表1 不同浓度锌处理下小麦根鲜重、干重的变化 (g) |
| 处理 | 商麦5226 | 小偃15 | ||
|---|---|---|---|---|
| 根鲜重 | 根干重 | 根鲜重 | 根干重 | |
| 0 mg/L | 0.784 0±0.044 a | 0.028 6±0.001 a | 0.199 3±0.022 a | 0.028 5±0.006 a |
| 50 mg/L | 0.693 0±0.040 b | 0.025 4±0.001 ab | 0.188 1±0.005 b | 0.026 2±0.006 ab |
| 100 mg/L | 0.475 3±0.051 c | 0.021 7±0.002 bc | 0.166 3±0.010 c | 0.021 9±0.001 bc |
| 200 mg/L | 0.460 3±0.006 c | 0.019 8±0.001 cd | 0.141 5±0.003 d | 0.019 2±0.001 cd |
| 400 mg/L | 0.360 0±0.019 d | 0.016 6±0.005 d | 0.134 3±0.001 de | 0.016 6±0.001 cd |
| 800 mg/L | 0.335 7±0.022 d | 0.011 0±0.003 e | 0.130 0±0.002 e | 0.014 9±0.001 d |
|
2.3 锌对小麦生理的影响
2.3.1 叶绿素含量
随着锌浓度的升高，2个品种小麦的叶绿素含量均呈先增加后降低的趋势。当锌浓度在100 mg/L时，商麦5226、小偃15的叶绿素含量均达到最大值，分别为23.50、21.67 mg/g，较CK分别增加了49.68%、58.18%。当锌浓度达800 mg/L时，商麦5226、小偃15的叶绿素含量最小，分别为9.50、12.70 mg/g，较CK分别下降了39.49%、7.30%（图7）。由此可得，锌浓度在0～100 mg/L时，商麦5226的叶绿素含量增幅小于小偃15；锌浓度在100～800 mg/L时，商麦5226的叶绿素含量降幅大于小偃15；商麦5226叶绿素含量整体上高于小偃15。
2.3.2 SOD活性
由图8可知，2个品种小麦叶片的SOD活性随着锌浓度的增加呈先增大后减小的趋势。当锌浓度为100 mg/L时，商麦5226、小偃15叶片的SOD活性均达最大值，分别为301.52、296.39 U/g FW，较CK分别增加了27.24%、16.90%；当锌浓度达800 mg/L时，2个品种小麦叶片的SOD活性最小，分别为228.05、230.72 U/g FW，较CK分别降低了3.77%、9.06%。由此可得，商麦5226叶片的SOD活性大于小偃15；低浓度时小偃15叶片的SOD活性增加幅度小于商麦5226，高浓度时商麦5226叶片的SOD活性下降幅度小于小偃15。
2.3.3 POD活性
由图9可知，2个品种小麦叶片的POD活性随着锌浓度的提高呈现递增趋势。商麦5226在锌浓度50～800 mg/L处理下，其POD活性较CK增加了21.18%～57.64%，差异具有统计学意义（P<0.05）。小偃15在锌浓度50～800 mg/L处理下，其POD活性较CK增加了15.36%～52.17%。由此可得，在锌处理条件下，商麦5226的POD活性大于小偃15；随着锌浓度增加，商麦5226的POD活性增幅大于小偃15。
2.3.4 CAT活性
由图10可知，2个品种小麦叶片的CAT活性随着锌浓度的提高呈先增加后降低的趋势。当锌浓度为100 mg/L时，商麦5226、小偃15的CAT活性相对较高，较CK分别增加了79.53%、46.42%。由此可得，在锌处理条件下，商麦5226的CAT活性大于小偃15，锌浓度在0～100 mg/L时，商麦5226的CAT活性增幅大于小偃15。
2.3.5 MDA含量
由图11可知，2个品种小麦叶片的MDA含量随着锌浓度的增加呈持续增加的趋势。当锌浓度达800 mg/L时，商麦5226、小偃15的MDA含量均达最大值，分别为0.004 2、0.005 3 mg/L，较CK分别增加了31.25%、96.30%。由此可得，随着锌浓度增加，小偃15的MDA含量增幅大于商麦5226。
2.3.6 可溶性糖、可溶性蛋白含量
当锌浓度在0～100 mg/L时，2个品种小麦的可溶性糖含量随着锌浓度的增加呈上升趋势；当锌浓度大于100 mg/L时，其含量呈下降趋势。当锌浓度在800 mg/L时，商麦5226、小偃15可溶性糖含量均最小，分别为155.463、148.796 μg/g，表明锌浓度过高不利于可溶性糖的积累（表2）。
表2 不同浓度锌处理下小麦可溶性糖、可溶性蛋白含量变化 |
| 处理 | 商麦5226 | 小偃15 | ||
|---|---|---|---|---|
| 可溶性糖/（μg/g） | 可溶性蛋白/（mg/g） | 可溶性糖/（μg/g） | 可溶性蛋白/（mg/g） | |
| 0 mg/L | 161.902±0.881 e | 6.286±0.001 f | 151.989±0.001 d | 6.560±0.276 e |
| 50 mg/L | 168.201±2.006 c | 11.786±0.002 b | 163.569±5.014 b | 7.071±0.071 d |
| 100 mg/L | 181.518±0.005 a | 14.595±0.660 a | 173.412±1.003 a | 11.619±0.149 a |
| 200 mg/L | 171.674±1.003 b | 9.500±0.124 c | 167.622±0.001 b | 9.112±0.041 b |
| 400 mg/L | 165.674±0.002 d | 8.238±0.083 d | 158.950±0.012 c | 8.643±0.071 c |
| 800 mg/L | 155.463±0.002 f | 7.452±0.289 e | 148.796±2.765 d | 5.690±0.109 f |
随着锌浓度的增加，2个品种小麦的可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势。当锌浓度在100 mg/L时，商麦5226、小偃15的可溶性蛋白含量均达最大值，分别为14.595、11.619 mg/g，较CK分别增加了132.18%、77.12%。当锌浓度大于100 mg/L时，随着锌浓度的增加，小麦的可溶性蛋白含量逐渐降低但均高于对照。
2.3.7 游离脯氨酸含量
由图12可知，在浓度锌0～100 mg/L处理下，2个品种小麦的游离脯氨酸含量逐渐降低，锌浓度在100 mg/L时，商麦5226、小偃15的游离脯氨酸含量均最低，分别为296.965、135.070 μg/g FW，较CK分别降低了24.77%、26.22%。当锌浓度大于100 mg/L时，2个品种小麦的游离脯氨酸含量随着锌浓度的升高呈递增状态，在锌浓度800 mg/L时达到最大值，分别为606.576、617.819 μg/g FW，较CK分别增加了53.66%、237.46%。由此可得，随着锌浓度的升高，商麦5226、小偃15的游离脯氨酸含量呈先降低后增加的趋势。
3 结论与讨论
种子萌发是植物生长发育的关键阶段。锌既是植物生长发育的必需元素，也是一种重金属，过量的锌会对植物体造成损害[22]。在本试验条件下，不同浓度锌处理对商麦5226、小偃15种子萌发期各指标的影响不同，随着锌浓度的增大，2个品种小麦的种子发芽率、发芽势，以及幼苗叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等呈先增加后降低的趋势，当锌浓度为100 mg/L时，部分指标达到最大值，由此可知，当锌浓度为100 mg/L时，可能会促进商麦5226和小偃15种子的萌发。
当锌浓度在0～100 mg/L时，其对商麦5226和小偃15的苗长、鲜重无明显抑制作用，锌浓度大于100 mg/L时，2个品种小麦的苗长、根长、芽鲜重、根鲜重等有不同程度的降低。即高浓度锌对商麦5226和小偃15种子的萌发及幼苗生长有一定的抑制作用，锌浓度越高抑制效果越明显。
不同浓度锌对商麦5226和小偃15种子萌发和幼苗生长特性存在影响。其种子发芽率、发芽势、芽长随着锌浓度提高呈先升高后降低的趋势；芽鲜重、芽干重、叶绿素含量、SOD活性、CAT活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随着锌浓度的提高呈现先上升后下降的趋势。当锌浓度在50～100 mg/L时，商麦5226和小偃15的发芽率、苗长、鲜重以及酶活性等指标均达到最优值。POD活性、MDA含量随着锌浓度的升高逐渐增加，根长随着锌浓度的升高逐渐下降，脯氨酸含量则先降低后增加。综合来看，当锌浓度在50～100 mg/L时有利于商麦5226和小偃15种子的萌发和幼苗生长；锌浓度超过100 mg/L时对小麦种子萌发存在一定的抑制作用。