申嗪酵素與氨基酸浸種對黃瓜和番茄種子萌發的影響

李 艷 王 祺 任如佳 潘玉樂 張紅艷 于福同 慕康國*

（1中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2江蘇漢菱肥業有限責任公司，江蘇徐州 221422；3上海農樂生物制品股份有限公司，上海 201419）

申嗪酵素與氨基酸浸種對黃瓜和番茄種子萌發的影響

李 艷1王 祺1任如佳1潘玉樂2張紅艷3于福同1慕康國1*

（1中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2江蘇漢菱肥業有限責任公司，江蘇徐州 221422；3上海農樂生物制品股份有限公司，上海 201419）

以黃瓜品種碧秋和番茄品種中雜9號為試材，研究不同濃度申嗪酵素（10、50、100、125、175 mg·L-1）、氨基酸母液（50、333、833、1 250、2 000 mg·L-1）及適宜濃度的復混液對黃瓜和番茄種子萌發及胚生長的影響。結果表明：適宜濃度的氨基酸母液和申嗪酵素能顯著提高番茄、黃瓜種子的發芽勢、發芽指數、活力指數，并顯著促進胚根和下胚軸的生長。番茄種子萌發的最適濃度為氨基酸母液50 mg·L-1，申嗪酵素10 mg·L-1；黃瓜種子萌發的最適濃度為氨基酸母液333 mg·L-1，申嗪酵素50 mg·L-1；番茄和黃瓜種子胚根及下胚軸生長最適濃度均為氨基酸母液333 mg·L-1，申嗪酵素50 mg·L-1。申嗪酵素對2種蔬菜種子萌發的促進效果優于氨基酸母液，對黃瓜的促根生長作用亦優于氨基酸母液，而氨基酸母液對番茄的促根生長作用較好。333 mg·L-1氨基酸母液與50 mg·L-1申嗪酵素的復混液（1 V∶1 V）對番茄和黃瓜種子萌發及胚根、下胚軸的生長具有一定的促進作用，但不如兩種物質單獨使用效果好。

申嗪酵素；氨基酸；黃瓜；番茄；種子萌發

申嗪酵素又名申嗪霉素（化學名稱為吩嗪-1-羧酸，簡稱PCA），是銅綠假單胞菌M18的次生代謝產物，能有效抑制多種農作物病原菌的生長，是一種高效、低毒、環境友好型微生物源抗菌劑（Hu et al.，2005）。前人研究表明，微生物代謝產物會對植物生長產生促進或抑制作用（張慶 等，1999；蔣先軍 等，2000；林啟美 等，2001），依據此理論假設申嗪酵素對植物的生長具有促進或抑制作用。氨基酸是含有胺官能團和羧酸官能團的一類生物化合物的總稱，既能夠通過根部直接被作物吸收，又可作為氮源為作物生長提供能量（Kolomaznik et al.，2012），促進作物生長，提高產量、改善品質。吳玉群等（2005）研究表明，采用植物氨基酸液肥浸泡甜玉米種子可以增加幼苗根數和根系干質量，提高根冠比和根系活力，增加葉綠素含量，促進幼苗生長。郭宗祥等（2004）在齊穗期噴施氨基酸螯合肥，明顯提高了小麥千粒重，進而顯著增產。劉德輝等（2005）研究表明，施用氨基酸螯合微肥可提高小麥籽粒蛋白質含量，而且對后作水稻淀粉含量的提高有一定促進作用。近年來，隨著化學工業的發展，氨基酸的生產成本大大降低，且氨基酸對動植物及生存環境無害，屬于安全、綠色的營養物質，越來越多的氨基酸肥料應用于農業生產（吳良歡和陶勤南，2000；王瑩 等，2008；苑婧嫻，2013）。但需要注意的是，氨基酸來源不同，對植物的促生效果也不盡相同，因此要根據氨基酸的來源對其作用進行分析。

隨著化肥減施項目的開展，開發具有抗逆、促生、改土等功能的增效劑/載體，綜合調控“作物—肥料—土壤”系統，是養分高效利用的重要途徑（趙秉強，2013）。為了提高作物對養分的利用率、減少肥料的投入、保護自然環境，需繼續開發微量、高效、環保的增效劑。在開發多功能增效劑的過程中，人們也逐漸認識到多種增效劑配合使用可發揮相加作用或協同增效作用（劉傳記，2008）。本試驗采用不同濃度的申嗪酵素和氨基酸母液對番茄和黃瓜進行浸種處理，探究兩種物質對番茄、黃瓜種子萌發的影響，旨在明確申嗪酵素和氨基酸母液對果菜類蔬菜種子萌發的作用與效果，為開發新的作物生長增效劑和提高果菜類蔬菜產量提供理論依據和技術指導。此外，基于充分利用已有資源的目的，本試驗將確定的適宜濃度的氨基酸母液和申嗪酵素按一定比例復混形成復混液，進一步探究復混液是否能夠發揮兩者的相加或協同增效作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年3～4月在中國農業大學農田土壤污染防控與修復北京市重點實驗室進行。供試番茄品種為中雜9號，黃瓜品種為碧秋，均購于北京研禾玉科技發展有限公司。供試氨基酸母液由江蘇漢菱肥業有限責任公司提供，是從家禽類羽毛水解為氨基酸后的廢棄物中提取的混合物，氨基酸總含量為18.2%，具體種類及含量詳見表1；1%申嗪酵素懸浮劑由上海農樂生物制品股份有限公司提供。

表1 供試氨基酸母液中各種氨基酸及主要離子的種類與含量

1.2 試驗設計

分別挑選籽粒飽滿、大小基本一致的番茄、黃瓜種子各2 880粒，在55 ℃熱水中浸泡消毒10 min，期間不斷攪拌；然后用蒸餾水沖洗3次，置于陰涼處恢復至常溫并風干至初始含水量。將番茄、黃瓜種子分別放入稀釋至50、333、833、1 250、2 000 mg·L-1的氨基酸母液和10、50、100、125、175 mg·L-1的申嗪酵素中進行浸種處理，均以蒸餾水為對照；浸種4 h后，用蒸餾水沖洗3次，置于陰涼處晾干。采用直徑18 cm的玻璃培養皿，洗凈、置于烘箱中高溫殺菌后，內放兩層無菌定性濾紙，加入30 mL蒸餾水使濾紙濕潤；然后將晾干的番茄、黃瓜種子分別放入培養皿中，每個培養皿80粒，3次重復。將培養皿置于恒溫培養箱中，25 ℃下黑暗催芽24 h，記錄各培養皿中種子的萌發數；然后繼續在25 ℃的恒溫培養箱中黑暗培養，每天18：00記錄種子萌發數，采用稱重法補充蒸發的水分，保持各培養皿濕度一致。

將上述試驗所確定的最適濃度的氨基酸母液與申嗪酵素按1∶1（體積比）的比例混合，按照上述方法對番茄、黃瓜種子分別進行浸種處理并培養。

1.3 發芽指標測定

以胚根長超過種子長度的1/2計為發芽，每天記錄種子的萌發數（試驗結束標準為：連續2 d發芽數不發生變化，本試驗中80%以上的處理的發芽數在培養第5天基本穩定）。處理后第2天統計發芽勢，第5天統計發芽率；并采用直尺測量下胚軸、胚根的長度。

發芽勢=第2天種子萌發數/供試種子總數×100%

發芽率=第5天種子萌發數/供試種子總數×100%

發芽指數（GI）=∑Gt/Dt

活力指數（VI）=GI×S

式中，Gt為第t天的種子萌發數，Dt為相應的種子萌發天數；S為平均根長。

1.4 數據處理

采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，采用Microsoft Excel軟件進行數據處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 氨基酸母液浸種對番茄和黃瓜種子萌發的影響

由表2可知，不同濃度的氨基酸母液浸種對番茄和黃瓜種子的活力指數有顯著影響（除2 000 mg·L-1氨基酸母液處理番茄種子外），對發芽勢、發芽指數有明顯影響，而對發芽率無顯著影響。當氨基酸母液濃度為50 mg·L-1時，番茄種子的活力指數最高；而黃瓜種子活力指數最高的處理濃度為333 mg·L-1。當氨基酸母液濃度為50、333 mg·L-1時，對番茄和黃瓜種子的發芽勢、發芽指數均有顯著的促進作用，兩種種子的發芽勢分別比對照增加26.6%、20.5%和6.0%、6.0%，發芽指數分別增加6.3%、5.9%和4.8%、5.4%。氨基酸母液對番茄和黃瓜種子發芽率的作用不顯著，可能是因為所使用的種子是新種子；當氨基酸母液濃度為333、1 250 mg·L-1時可以提高黃瓜種子的發芽率，而濃度為833 mg·L-1時發芽率降低，這與理論不符，可能是由于試驗過程中種子染菌造成結果出現偏差。

2.2 氨基酸母液浸種對番茄和黃瓜種子胚根長、下胚軸長的影響

由表3可知，333～1 250 mg·L-1氨基酸母液浸種對番茄和黃瓜種子胚根、下胚軸的生長均有顯著促進作用；隨著氨基酸母液濃度的增加，番茄和黃瓜種子胚根長、下胚軸長呈現先上升后降低的趨勢；當氨基酸母液濃度為333 mg·L-1時，番茄和黃瓜種子的胚根長、下胚軸長均達到最大值，分別比對照顯著增加了17.1%、27.5%和81.7%、35.7%。

2.3 申嗪酵素浸種對番茄和黃瓜種子萌發的影響

由表4可知，不同濃度的申嗪酵素浸種對番茄和黃瓜種子的活力指數有顯著促進作用，對發芽勢和發芽指數具有明顯影響，而對發芽率有一定的促進作用但無顯著影響。當申嗪酵素濃度為50 mg·L-1時，番茄和黃瓜種子的活力指數最大，分別比對照顯著增加70.9%和43.5%。當申嗪酵素濃度為10 mg·L-1時，番茄種子的發芽勢和發芽指數最大，分別比對照顯著增加48.7%和30.0%；而黃瓜種子的發芽勢和發芽指數最大的處理濃度為50 mg·L-1，分別比對照顯著增加16.0%和25.9%。

動態規劃(Dynamic Programming,DP)是運籌學的一個分支,是求解決策過程的最優化的數學方法,是一種強大的離散時間方法,可以為非凸最優控制問題提供全局解決方案[11].在實踐中,需要對狀態和控件進行離散化,從而產生一個網格,其中所涉及的變量只需要有限數量的離散值,對這些離散點進行成本計算.離散化越好,得到的解就越接近全局最優解.在離散化的情況下,用遞歸Bellman方程[12] (最優化原理)得到最優控制問題的解為

2.4 申嗪酵素浸種對番茄和黃瓜種子胚根長、下胚軸長的影響

由表5可知，隨著申嗪酵素濃度的增加，番茄和黃瓜種子胚根長、下胚軸長呈現先上升后降低的趨勢。當申嗪酵素濃度為10～125 mg·L-1時，對番茄、黃瓜種子胚根、下胚軸的生長有顯著促進作用，其中10 mg·L-1申嗪酵素處理的番茄種子下胚軸長最大，比對照顯著增加27.4%；50 mg·L-1申嗪酵素處理的番茄種子胚根長和黃瓜種子胚根長、下胚軸長最大，分別比對照顯著增加32.8%和22.2%、15.4%。

表2 不同濃度氨基酸母液對番茄和黃瓜種子發芽指標、活力指數的影響

表3 不同濃度氨基酸母液對番茄和黃瓜種子胚根長、下胚軸長的影響 mm

表4 不同濃度申嗪酵素對番茄和黃瓜種子發芽指標、活力指數的影響

2.5 適宜濃度的氨基酸母液與申嗪酵素復混液對番茄和黃瓜種子萌發及胚根長、下胚軸長的影響

選擇適宜濃度的氨基酸母液（333 mg·L-1）和申嗪酵素（50 mg·L-1），并將兩者按1∶1（體積比）混勻，對番茄、黃瓜種子進行浸種處理。

由表6可知，50 mg·L-1申嗪酵素對番茄、黃瓜種子發芽勢、發芽率和發芽指數的作用效果優于333 mg·L-1氨基酸母液及兩者復混液。從發芽勢來看，各處理與對照差異不顯著，與前面的試驗結果不符，猜測可能是由于前、后試驗浸種過程中種子對水分吸收存在差異，從而對發芽有一定的影響；從活力指數來看，復混液處理黃瓜種子與對照無顯著差異，氨基酸母液和申嗪酵素處理均與對照存在顯著差異，且氨基酸母液的效果更好。

由表7可知，333 mg·L-1氨基酸母液和50 mg·L-1申嗪酵素及兩者復混液對番茄和黃瓜胚根長、下胚軸長有顯著促進作用（除復混液對番茄下胚軸長處理外），番茄胚根長和下胚軸長分別較對照增加58.4%、52.8%、21.3%和13.7%、9.8%、4.9%，促進效果依次為氨基酸母液＞申嗪酵素＞復混液；黃瓜胚根長和下胚軸長分別較對照顯著增加14.1%、19.6%、13.1%和7.5%、9.6%、6.2%，促進效果依次為申嗪酵素＞氨基酸母液＞復混液。

表5 不同濃度申嗪酵素對番茄和黃瓜種子胚根長、下胚軸長的影響 mm

表6 適宜濃度氨基酸母液、申嗪酵素及兩者復混液對番茄和黃瓜種子發芽指標與活力指數的影響

表7 適宜濃度氨基酸母液、申嗪酵素及兩者復混液對番茄和黃瓜胚根長、下胚軸長的影響 mm

3 結論與討論

隨著對氨基酸作用機理研究的深入，越來越多的氨基酸肥料被應用于農業生產，需要注意的是：氨基酸來源不同，其作用存在差異。本試驗中，隨氨基酸母液濃度的增加，番茄和黃瓜種子的發芽指標、生長指標均呈現先上升后下降的趨勢，即低濃度氨基酸母液可以提高番茄和黃瓜種子的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數，促進番茄和黃瓜種子胚根與下胚軸的生長；超過一定濃度后會對番茄和黃瓜種子的萌發產生抑制作用。這一結果與楊紅兵（2014）研究認為適宜濃度的谷氨酸和天冬酰胺可以促進蕎麥種子萌發及幼苗生長的結果一致。

申嗪酵素屬于芳香雜環族吩嗪類化合物，該類化合物具有抗菌、抗腫瘤和抗寄生蟲活性的作用（方運玲 等，2014）。同時申嗪酵素也是一種有機酸，能夠降低水溶液的pH值，抑制細菌的繁殖和一些酚類物質的氧化（侯江濤 等，2016），對作物生長具有一定的積極作用。本試驗結果表明，低濃度的申嗪酵素可以顯著增加番茄和黃瓜種子的發芽勢、發芽指數、活力指數，并能夠顯著促進胚根和下胚軸的生長；隨著申嗪酵素濃度的增加，番茄和黃瓜種子的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、胚根長、下胚軸長均呈現先上升后下降的趨勢。

多種增效劑復混不僅能夠更充分地利用現有資源，還可挖掘出各增效劑的應用潛力，使其在農業生產中發揮更大的作用。本試驗結果表明，333 mg·L-1氨基酸母液與50 mg·L-1申嗪酵素復混液（1 V∶1 V）對番茄和黃瓜種子萌發及胚根、下胚軸的生長具有一定的促進作用，但不如兩種物質單獨使用效果好。此結果只能說明適宜濃度的氨基酸母液和申嗪酵素在體積比為1∶1的條件下沒有協同增效的效果，對于兩種物質的復混效果還需進行多種比例的驗證，以發揮兩種物質的最佳效果。

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Effect of Soaking Seed in Shenqinmycine and Amino Acid Liquid on Seed Germination of Tomato and Cucumber

LI Yan1，WANG Qi1，Ren Ru-jia1，PAN Yu-le2，ZHANG Hong-yan3，YU Fu-tong1，MU Kang-guo1*
（1College of Resources and Environmental Sciences，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2Hanling Fertilizer Co.，Ltd，Xuzhou 221422，Jiangsu，China；3Shanghai Nongle Biological Products Co.，Ltd，Shanghai 201419，China）

Taking cucumber‘Biqiu’and tomato‘Zhongza No.9’as experimental materia，this paper studied the effect of different concentrations of shenqinmycin（10，50，100，125，175 mg·L-1），amino acid liquid（50，333，833，1 250，2 000 mg·L-1） and mixed liquid with suitable concentration on cucumber and tomato seed germination and embryo growth．The results showed that the amino acid liquid and shenqinmycin with suitable concentration could significantly improve the germination potential，germination index，vigor index of tomato and cucumber seeds， and promote significantly the growth of radicle and hypocotyl．The optimal concentration for tomato seed germination was 50 mg·L-1amino acid liquid，10 mg·L-1shenqinmycin．The optimal concentration for cucumber seed germination was 333 mg·L-1amino acid liquid，50 mg·L-1shenqinmycin．The optimal concentration for tomato and cucumber growth of radicle and hypocotyl were 333 mg·L-1amino acid liquid and 50 mg·L-1shenqinmycin．Shenqinmycin has better effect on promoting seed germination of these 2 vegetable varieties than amino acid liquid．Furthermore，its promoting effect on root growth of cucumber was superior than that of amino acid liquid．While，amino acid liquid had a better effect on stimulating tomato root growth．

Shenqinmycin；Amino acid；Cucumber；Tomato；Seed germination

李艷，女，碩士研究生，專業方向：生物刺激素與功能水溶性肥料，E-mail：dkjn2016@163.com

*通訊作者（Corresponding author）：慕康國，男，副教授，碩士生導師，專業方向：藥肥控制釋放原理與技術、植物營養與病害，E-mail：kgmu@cau.edu.cn

2017-06-14；接受日期：2017-08-25

“十三五”國家重點研發計劃項目（2016YFD0200405），北京市果類蔬菜產業創新團隊項目（BAIC201601）