不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥種子活力和幼苗生長(zhǎng)的影響

鐘婷瑋，裴世娟，武晉濤，胡君霞，韓金玲

(河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，河北省作物逆境生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北 秦皇島，066600)

經(jīng)典論點(diǎn)認(rèn)為，種子達(dá)到生理成熟時(shí)，其活力達(dá)到最高值，以后隨著種子的老化，活力逐漸降低，其產(chǎn)生的代謝變化是不可逆的[1]。然而，隨著現(xiàn)代種子處理技術(shù)的發(fā)展，各種處理能在一定范圍有效提高種子活力水平，因而可以認(rèn)為種子活力具有可逆性[2]。化學(xué)試劑處理是目前處理種子、提高種子活力的主要方法[3～5]。已有的研究表明，鋅是植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的作用[6～8]。鋅對(duì)小麥種子活力和幼苗生長(zhǎng)的影響方面，王培等[9]研究認(rèn)為，質(zhì)量濃度為50 mg/L的Zn2+促進(jìn)小麥種子萌發(fā)和生長(zhǎng)，但Taoufik等[10]研究認(rèn)為，Zn2+質(zhì)量濃度為10～100 mg/L范圍會(huì)抑制小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。不同的研究結(jié)果差異較大，這可能是與發(fā)芽條件或基因型不同有關(guān)。為此，筆者以北方大面積推廣種植的小麥品種輪選103為材料，探討標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽條件下鋅對(duì)該小麥品種種子活力及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為該小麥品種高產(chǎn)栽培提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以北方大面積推廣的冬小麥品種輪選103(由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所和趙縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所共同培育)為材料，精選完整飽滿的小麥籽粒，用體積分?jǐn)?shù)為0.70的乙醇表面消毒8 min，用蒸餾水沖洗干凈，腹面朝下整齊擺放在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿120粒，分別加入等量質(zhì)量濃度分別為0(CK)，5，10，20，40，80，160 mg/L的Zn2+溶液，置于RXZ型智能人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)(白天20 ℃，晚上17 ℃，白天黑夜每12 h交換1次)，每個(gè)處理5次重復(fù)，2020年7月20日為籽粒萌發(fā)的開(kāi)始時(shí)間，持續(xù)培養(yǎng)至第12天。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目、方法及計(jì)算

籽粒萌發(fā)的前7d，每天記錄各培養(yǎng)皿中種子發(fā)芽數(shù)，并計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、平均發(fā)芽時(shí)間等。在籽粒萌發(fā)的第4天開(kāi)始，每天每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)取有代表性的幼苗10株。測(cè)其苗長(zhǎng)，之后將其分離成芽和根兩部分，用蒸餾水洗凈，濾紙擦干，并分別稱(chēng)其鮮質(zhì)量，烘干后分別稱(chēng)取干質(zhì)量。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt)[11]

Dt—發(fā)芽日數(shù)，Gt—與Dt對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

活力指數(shù)(VI)=GI*S[11]

S—一定時(shí)期內(nèi)幼苗長(zhǎng)度。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥種子活力的影響

在5～160 mg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，隨著Zn2+質(zhì)量濃度的增加，小麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)有增加的趨勢(shì)，且均在Zn2+質(zhì)量濃度為20 mg/L時(shí)達(dá)到最大值，之后均有下降趨勢(shì)，但均未達(dá)顯著差異(表1)。種子活力指數(shù)隨Zn2+質(zhì)量濃度的增加有增加趨勢(shì)，在Zn2+質(zhì)量濃度為20 mg/L時(shí)達(dá)到最大值，之后隨Zn2+質(zhì)量濃度增加活力指數(shù)顯著下降。

表1 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥種子活力指標(biāo)的影響

2.2 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥幼苗苗長(zhǎng)的影響 隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，小麥幼苗苗長(zhǎng)增加(表2)。不同處理間比較，只要添加Zn2+的處理幼苗長(zhǎng)度均不大于(統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的)對(duì)照處理的幼苗長(zhǎng)度，且隨著Zn2+質(zhì)量濃度的增加，幼苗長(zhǎng)度縮短。籽粒萌發(fā)第4天時(shí)，Zn2+質(zhì)量濃度>20 mg/L的處理對(duì)苗長(zhǎng)有顯著的抑制作用；幼苗長(zhǎng)至第5～10天時(shí)，Zn2+質(zhì)量濃度>40 mg/L的處理對(duì)小麥幼苗的抑制作用較大，但仍未達(dá)到顯著水平；幼苗長(zhǎng)至第11～12 天時(shí)，Zn2+質(zhì)量濃度上升到160 mg/L時(shí)，才出現(xiàn)顯著的抑制作用。這也說(shuō)明隨著苗齡的增加，幼苗耐鋅程度增強(qiáng)。

表2 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥幼苗苗長(zhǎng)的影響 cm

2.2.2不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥芽鮮質(zhì)量的影響 隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥芽鮮質(zhì)量增加。不同處理間比較，以對(duì)照鮮質(zhì)量最高，且隨著Zn2+質(zhì)量濃度增加，芽鮮質(zhì)量降低(表3)。小麥芽鮮質(zhì)量受Zn2+影響隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生變化，培養(yǎng)時(shí)間在4～5 d時(shí)，Zn2+質(zhì)量濃度>20 mg/L對(duì)小麥芽鮮質(zhì)量有顯著的抑制作用，培養(yǎng)時(shí)間在6～7 d時(shí)，Zn2+質(zhì)量濃度>40 mg/L對(duì)小麥芽鮮質(zhì)量的抑制作用達(dá)到顯著水平；之后隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，雖然小麥芽鮮質(zhì)量仍有隨著Zn2+質(zhì)量濃度增加而下降的趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著水平。

表3 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥芽鮮質(zhì)量的影響 g

2.2.3不同質(zhì)量濃度 Zn2+對(duì)小麥根鮮質(zhì)量的影響 隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥根鮮質(zhì)量增加，且小麥根鮮質(zhì)量在不同培養(yǎng)時(shí)間對(duì)Zn2+質(zhì)量濃度響應(yīng)不同，在培養(yǎng)至第4天，Zn2+質(zhì)量濃度為10 mg/L的處理根鮮質(zhì)量達(dá)到最大值，且顯著高于Zn2+質(zhì)量濃度≥40 mg/L的處理，之后隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，處理間沒(méi)有顯著差異(表4)。

表4 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥根鮮質(zhì)量的影響 g

2.2.4不同質(zhì)量濃度 Zn2+對(duì)小麥芽及根干質(zhì)量的影響 隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥芽干質(zhì)量增加，與對(duì)照相比差異不顯著(表5)。培養(yǎng)時(shí)間在4～12 d內(nèi)，雖然隨著Zn2+質(zhì)量濃度的升高，小麥芽干質(zhì)量有下降的趨勢(shì)，但與對(duì)照相比差異不顯著。而不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥根干質(zhì)量的影響規(guī)律與對(duì)小麥芽干質(zhì)量的影響規(guī)律相似(表6)。

表5 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥芽干質(zhì)量的影響 g

表6 不同質(zhì)量濃度Zn2+對(duì)小麥根干質(zhì)量的影響 g

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)過(guò)程中需要進(jìn)行一系列復(fù)雜生命活動(dòng)，是一個(gè)需要大量的物質(zhì)、能量、酶參與的過(guò)程。劉自成等[12]研究發(fā)現(xiàn)，濃度為0.1%的Zn2+對(duì)小麥種子發(fā)芽表現(xiàn)為促進(jìn)作用，濃度為0.3%，0.5%的Zn2+對(duì)小麥種子發(fā)芽有抑制作用；邵云等[13]、王培等[9]研究認(rèn)為，低濃度的Zn2+供應(yīng)對(duì)小麥種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用；而劉建新[14]則發(fā)現(xiàn)，1×10-6，1×10-5，1×10-4mol/L的Zn2+濃度對(duì)種子萌發(fā)影響不大，Zn2+濃度大于1×10-4mol/L時(shí)顯著抑制小麥種子的萌發(fā)。本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Zn2+質(zhì)量濃度≤20 mg/L時(shí)，小麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)均有提高的趨勢(shì)，在Zn2+質(zhì)量濃度>20 mg/L時(shí)對(duì)小麥發(fā)芽具有抑制的趨勢(shì)，尤其活力指數(shù)受抑制作用顯著。與已有的研究相比，本次試驗(yàn)結(jié)論同樣為較低質(zhì)量濃度Zn2+能促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，而較高質(zhì)量濃度則抑制小麥生長(zhǎng)發(fā)育，但具體濃度范圍不同，這可能是由于所用小麥品種基因型不同所致。

鋅是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素，缺鋅對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響。姜麗娜等[15]研究表明，Zn2+質(zhì)量濃度為30 mg/L時(shí)能促進(jìn)小麥幼苗根和芽的生長(zhǎng)，尤其對(duì)根的促進(jìn)作用更為明顯，Zn2+質(zhì)量濃度為60 mg/L時(shí)對(duì)小麥幼苗芽的促進(jìn)作用最明顯，對(duì)小麥幼苗根的影響表現(xiàn)為前期促進(jìn)后期有所抑制；邵云等[13]研究認(rèn)為，隨著Zn2+質(zhì)量濃度的提高，對(duì)小麥根系和地上部生長(zhǎng)的抑制作用加強(qiáng)，已有的研究結(jié)果不同差異可能與品種有關(guān)。保瓊莉等[16]認(rèn)為，Zn2+質(zhì)量濃度為0.5 mg/L對(duì)小麥正常生長(zhǎng)影響較小，但在10 mg/L及以上時(shí)嚴(yán)重抑制小麥分蘗、根的生長(zhǎng)及地上部生長(zhǎng)等。本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Zn2+質(zhì)量濃度在5～160 mg/L的范圍內(nèi)，添加鋅處理的幼苗長(zhǎng)度縮短，小麥芽鮮質(zhì)量降低。前期在Zn2+質(zhì)量濃度為20 mg/L時(shí)，抑制作用達(dá)到顯著水平，但隨著苗齡的增加，幼苗耐鋅程度增強(qiáng)，抑制達(dá)顯著水平的Zn2+質(zhì)量濃度提高。這與邵云等[13]和保瓊莉等[16]的研究結(jié)果類(lèi)似。

鄭雅潞等[17]研究表明，各小麥基因型間種子活力水平存在明顯差異，基因型對(duì)種子活力起著主導(dǎo)作用。已有的研究發(fā)現(xiàn)，不同基因型小麥對(duì)鋅的反應(yīng)不同[18～21]。在受鋅影響方面，可歸因于小麥品種基因型不同，具體作用機(jī)制有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

綜上所述，一定質(zhì)量濃度Zn2+可以提高小麥品種輪選103的種子活力，但抑制其幼苗生長(zhǎng)。因此，在進(jìn)行該品種幼苗水培研究時(shí)，不建議添加鋅元素，而大田施用時(shí)應(yīng)結(jié)合大田鋅肥施用試驗(yàn)結(jié)果確定。