含腐植酸褐煤浸提液浸種對Na2CO3 脅迫下玉米種子發(fā)芽的影響

顧 鑫 任翠梅 楊 麗 王麗娜 張宏宇 胡禧熙 韓 冰

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院大慶分院 大慶 163316

土壤的鹽堿化是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的障礙因素，土壤含鹽量和酸堿度與農(nóng)作物生長發(fā)育息息相關。土壤含鹽量過高，導致土壤溶液滲透壓增大[1]，致使作物細胞吸水困難甚至失水枯竭死亡。土壤堿性過大，影響土壤養(yǎng)分的有效性，不利于作物根系對土壤中營養(yǎng)元素的吸收利用。玉米是禾本科一年生草本農(nóng)作物[2]，是畜牧業(yè)飼料和輕工業(yè)原料的主要來源，也是我國重要的糧食作物，營養(yǎng)價值和功能作用極高[3]。我國東北松嫩平原蘇打鹽堿土以含有大量代換性Na+的碳酸鹽為主要鹽分[4]，導致玉米種子發(fā)芽受到土壤中鹽與堿的雙重迫害，因此在種子發(fā)芽階段增強其抗逆性和耐鹽堿性是提高鹽堿地玉米優(yōu)質高效生產(chǎn)的有效手段[5]。近年來，普遍采用水楊酸[6]、過氧化氫[7]、微量元素[8]、外源激素[9]、腐植酸類[10]等浸種溶劑進行種子浸泡引發(fā)以提高種子的活力[11]，促進種子發(fā)芽。不同浸種劑的作用效果也不盡相同。含腐植酸褐煤是具有礦物成分、腐植酸等物質的珍貴資源，對污染農(nóng)田土壤中重金屬的鈍化效果顯著[12，13]，對土壤結構和土壤肥力有較好的改善作用[14]，對作物幼苗生長有一定的促進作用[15，16]。為此，本文通過培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗，探索利用含腐植酸褐煤的浸提液浸種對Na2CO3脅迫下玉米種子發(fā)芽的影響，以期為東北蘇打鹽堿地玉米高效生產(chǎn)提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

玉米種子：子粒飽滿、大小均一且健康無病蟲害的玉米種子（品種：“先玉335”）。

含腐植酸褐煤的浸提液制備[17]：來自黑龍江省蘿北縣的含有50.1%總腐植酸的褐煤經(jīng)研磨過2 mm篩子，分別稱取10、20、30、40、50、60、70 g 置于三角瓶中，加入蒸餾水500 mL，25 ℃條件下振蕩24 h，靜置12 h 后過濾，獲得煤水比（g∶mL）分 別 為2∶100、4∶100、6∶100、8∶100、10∶100、12∶100、14∶100的浸提液。

1.2 試驗設計

1.2.1 篩選Na2CO3溶液濃度

種子先用5%的次氯酸鈉消毒10 min，蒸餾水沖洗5 次，再在蒸餾水中浸泡24 h，取出并用濾紙吸干種子表面水分。培養(yǎng)皿中鋪2 層濾紙，濾紙用不同濃度（12.5、25.0、37.5、50.0、62.5、75.0、87.5、100.0 mmol/L）Na2CO3溶液完全浸濕，將種子均勻放于濾紙上，蓋上蓋子。每皿種子30 粒，重復3 次，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)發(fā)芽，為保持Na2CO3濃度穩(wěn)定，每天更換1 次浸濕的濾紙。第3、4、5、6 天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，篩選出抑制玉米種子發(fā)芽率低于50%的Na2CO3溶液，最終確定下一步試驗用Na2CO3溶液濃度為75.0 mmol/L。

1.2.2 浸提液浸種與Na2CO3脅迫

種子仍先用5%的次氯酸鈉消毒10 min，蒸餾水沖洗5 次，再分別用不同煤水比的浸提液30 mL浸泡24 h，取出并用濾紙吸干種子表面溶液。培養(yǎng)皿中鋪2 層濾紙，濾紙用蒸餾水或75 mmol/L Na2CO3溶液完全浸濕，將種子均勻放于濾紙上，蓋上蓋子。設置9 個處理：（1）蒸餾水浸種，蒸餾水浸濕濾紙（CK）；（2）蒸餾水浸種，75 mmol/L Na2CO3溶液浸濕濾紙（T0）（下同）；（3）2∶100 浸提液浸種（T1）；（4）4∶100浸提液浸種（T2）；（5）6∶100 浸提液浸種（T3）；（6）8∶100 浸提液浸種（T4）；（7）10∶100浸提液浸種（T5）；（8）12∶100 浸提液浸種（T6）；（9）14∶100 浸提液浸種（T7）。每皿種子30 粒，重復3 次，置于25 ℃恒溫發(fā)芽，每天更換1 次浸濕的濾紙。

1.3 測定指標

逐天記錄種子發(fā)芽的情況，第3 天測定發(fā)芽勢，第7 天測定發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對損害率，同時測定發(fā)芽后鮮重、胚芽長、胚根長、胚芽鮮重、胚根鮮重、根冠比。

發(fā)芽勢GP=（第3 天正常發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù)）×100%；發(fā)芽率GR=（第7 天正常發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù)）×100%；發(fā)芽指數(shù)GI=∑（發(fā)芽試驗終期內每日發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽日數(shù)）；活力指數(shù)VI=發(fā)芽后鮮重×發(fā)芽指數(shù)；相對損害率RR=（對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率；根冠比RS=胚根鮮重∶胚芽鮮重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 25.0 軟件進行單因素方差分析，運用Duncan’s 新復極差法進行多重比較（顯著性水平為0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同Na2CO3 濃度對玉米種子發(fā)芽率的影響

由表1 可知，玉米種子的發(fā)芽情況明顯受到Na2CO3的抑制，隨著Na2CO3溶液濃度的升高種子發(fā)芽率逐漸降低。至第6 天時75.0 mmol/L Na2CO3濃度下種子發(fā)芽率僅為36.67%，發(fā)芽率不足試驗種子的50%，顯著低于75.0 mmol/L Na2CO3濃度以下的其他處理，為此選用75.0 mmol/L Na2CO3作為下一步脅迫試驗溶液。

2.2 含腐植酸褐煤浸提液對Na2CO3 脅迫下玉米種子萌發(fā)指標的影響

由表2 可知，未受Na2CO3脅迫的CK 處理玉米種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別為75.56%、93.33%、36.53 和21.82，均顯著高于其他處理。在Na2CO3脅迫條件下應用含腐植酸褐煤浸提液浸種處理，種子受脅迫的程度有所緩解，相比之下T3 處理表現(xiàn)最佳。T3 處理種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別為42.22%、57.78%、20.90 和12.58，與T0 處理差異顯著，分別提高了58.31%、57.57%、55.04% 和59.24%。另外，種子相對損害率由低到高的順序依次為T3（38.10%）

表2 不同處理玉米種子萌發(fā)指標情況Tab.2 Germination indicators of maize seeds under different treatments

2.3 含腐植酸褐煤浸提液對Na2CO3 脅迫下玉米種子生長指標的影響

由表3 可知，種子發(fā)芽后的鮮重在0.514～0.604 g 之間，各個處理之間差異不顯著。T3 和T4處理胚芽長分別為2.742 cm 和2.648 cm，均與CK處理差異不顯著，均顯著高于其他處理。T3 處理胚根長為4.315 cm，比CK 顯著降低42.31%，顯著高于其他處理。T3 和T4 處理胚芽鮮重分別為0.102 g和0.110 g，均顯著高于T0、T1、T2 處理，與其他處理差異不顯著。T3 處理胚根鮮重為0.069 g，顯著高于T1、T7 處理，與其他處理差異不顯著。T3處理根冠比為0.688，與其他處理差異不顯著。

表3 不同處理玉米種子生長指標情況Tab.3 Growth indicators of maize seeds under different treatments

3 結論與討論

鹽堿脅迫是作物生長環(huán)境中有害影響因子[18]，對作物種子的發(fā)芽及植株的生長均產(chǎn)生一定影響。在本研究中，蒸餾水浸種處理的玉米種子發(fā)芽率隨著Na2CO3濃度的升高而逐漸降低，在Na2CO3濃度≥75.0 mmol/L 條件下玉米種子的發(fā)芽率已不足50%，發(fā)芽受到嚴重抑制。利用含腐植酸褐煤的浸提液浸種處理對Na2CO3的抑制作用起到了有效的緩解，相比于Na2CO3脅迫下未利用浸提液（T0）浸種處理，T3 處理種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著提高，相對損害率顯著降低，胚芽和胚根的生長能力均顯著增強。適宜濃度的含腐植酸褐煤浸提液浸種有利于玉米種子的發(fā)芽，這與前人的研究結果相符[19，20]，本研究中煤水比為6∶100的浸提液浸種效果最佳。含腐植酸褐煤浸提液濃度過高反而抑制了種子的發(fā)芽，可能原因在于外界溶液的滲透壓大不利于種子吸水致使種皮膨脹軟化困難[21]，導致種子的呼吸能力下降，獲得的能量不足，儲存在種子內部的營養(yǎng)物質難以被細胞利用[22]。種子的發(fā)芽過程是極其重要的生理階段，直接關系作物后期的生長。發(fā)芽率高、發(fā)芽勢強、發(fā)芽指數(shù)高和活力指數(shù)大，表明種子發(fā)生劣變數(shù)量少、抗逆性高、發(fā)芽能力強且出苗整齊[23]。相關研究指出，Na2CO3通過滲透脅迫和離子脅迫破壞了玉米種子細胞膜透性和完整性，引起脂膜過氧化和膜透性增大[24]，組織內滲透勢大于外界溶液滲透勢，致使種子吸水能力下降，生長發(fā)育受到抑制[25]。而種子預先用浸種劑浸泡引發(fā)可以使種皮軟化膨脹，提高種子的呼吸能力，促使種子快速發(fā)芽[26，27]。

綜上所述，利用含腐植酸褐煤的浸提液浸種能夠有效緩解Na2CO3的脅迫，促進玉米種子發(fā)芽，在75.0 mmol/L Na2CO3脅迫下含腐植酸褐煤的浸提液最適宜煤水比為6∶100。本研究初步探索了利用含腐植酸褐煤的浸提液浸種對玉米種子發(fā)芽的影響，而未對玉米種子逆境生長的相關生理指標（滲透調節(jié)物質、抗氧化酶等）、根系生理指標（胚根體積、表面積、根系活力等）及含腐植酸褐煤的浸提液促進玉米種子萌發(fā)的機理進行研究，后續(xù)將深入研究，并做相應的大田試驗，研究含腐植酸褐煤的浸提液浸種后對玉米產(chǎn)量、品質等方面的影響。