不同濃度沼液浸種對(duì)甜瓜種子萌發(fā)的影響

張繼紅 ，靳世峰 ，何寶林 ，康恩祥

近年來(lái)，隨著沼氣建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步和管理經(jīng)驗(yàn)的提高，我國(guó)農(nóng)村沼氣建設(shè)力度加大，發(fā)展較快。2010年底，全國(guó)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)大中型沼氣工程總數(shù)達(dá)到4 700處左右，約占現(xiàn)有大中型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)總數(shù)的39%。全國(guó)沼氣用戶總數(shù)達(dá)到4 000萬(wàn)戶左右，約占適宜農(nóng)戶的30%[1]。沼氣、沼液和沼渣（簡(jiǎn)稱“三沼”）在作物生產(chǎn)中利用途徑及效果也日益受到重視，已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。前人對(duì)沼液在不同作物[2~7]、浸種時(shí)間[4，5]、浸種濃度[2，7]、浸種效果[5~7]等方面的影響開(kāi)展了大量研究，但僅限于觀測(cè)試驗(yàn)，未進(jìn)行深入的機(jī)理研究，尚未形成一致的結(jié)論。種子萌發(fā)是成苗的初始階段，成苗質(zhì)量將決定作物產(chǎn)量及產(chǎn)品品質(zhì)。本研究以北方廣泛栽培的特色作物甜瓜為試材，在實(shí)驗(yàn)室控溫條件下研究了不同濃度沼液浸種對(duì)甜瓜種子萌發(fā)的影響，探索沼液促進(jìn)或抑制種子萌發(fā)的機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以厚皮甜瓜黃河蜜為材料。黃河蜜是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)瓜類研究所于1987年育成，母本自白蘭瓜黃皮變異系統(tǒng)中選育而成，父本是墨西哥品種甘露，黃河蜜作為甘肅厚皮甜瓜主栽品種已近20 a。

1.2 材料處理

試驗(yàn)于2009年2~11月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，沼液取自莊浪縣農(nóng)村能源辦公室試驗(yàn)基地金鎖豬場(chǎng)大型沼氣池，分別于2月、6月、10月抽取沼液原液，當(dāng)天過(guò)濾后帶回蘭州農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行稀釋配比，用沼液原液和去離子水配制濃度為 100%、80%、60%、40%、20%、0（CK）的沼液作為試驗(yàn)處理。在潔凈烘干的培養(yǎng)皿中放入雙層濾紙，分別加入不同濃度的沼液至濾紙吸足水分后，稱量其質(zhì)量，然后擺入經(jīng)過(guò)篩選的籽粒飽滿、大小一致的甜瓜種子50粒，重復(fù)3次，置于30℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行黑暗培養(yǎng)，注意補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，使處理期濃度保持恒定。最后取3個(gè)月的平均數(shù)據(jù)。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

①種子在萌發(fā)過(guò)程中吸水量的測(cè)定 稱取自然風(fēng)干的種子50粒，重復(fù)3次，求其自然風(fēng)干質(zhì)量。 分別于處理后 1、2、4、8、12、24、48 h 分別取出50粒種子，在精度為0.001 g的電子秤上稱量鮮質(zhì)量，各重復(fù)3次。

種子的吸水率按下式計(jì)算：W （%）=[（W1-W2）/W2]×100%。 式中，W1為 50 粒種子鮮質(zhì)量（g），W2為50粒種子自然風(fēng)干質(zhì)量（g）。

②發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)（Gi）、活力指數(shù)（Vi）和胚根長(zhǎng)度的測(cè)定 處理后逐日統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，在處理后第6天對(duì)幼芽胚根進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)處理測(cè)量15株，重復(fù)3次，求平均值。

Gi=ΣGt/Dt，Vi=Gi×S。 式中，Gt為在 t日的發(fā)芽率，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，S為幼芽的生長(zhǎng)量（平均胚根長(zhǎng)）。Gi值大，表明發(fā)芽速度快；Vi值大，表明發(fā)芽快而且長(zhǎng)勢(shì)好。

③種子細(xì)胞膜透性的測(cè)定 分別于處理后1、4、12、24、48 h 取 20 粒種子，小心剝?nèi)シN殼，用蒸餾水沖洗1次，再用去離子水沖洗2次，后用濾紙吸干其表面浮水，裝入小燒杯中加入15 mL去離子水，用真空抽氣泵抽氣30 min后在室溫下靜置20 min，測(cè)定初始電導(dǎo)率Ax，然后在沸水中煮10 min，冷卻至室溫再測(cè)其電導(dǎo)率Bx，重復(fù)3次，以相對(duì)電導(dǎo)率表示細(xì)胞膜透性， 即相對(duì)電導(dǎo)率 （%）=（Ax/Bx）×100%。

④α-淀粉酶活性的測(cè)定 種子的α-淀粉酶活性于處理后第1～6天進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)3次。測(cè)定方法參照《植物生理生化試驗(yàn)原理與技術(shù)》[8]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2003、SPSS 13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析、相關(guān)分析和作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子吸水率的影響

甜瓜種子需要吸收其干質(zhì)量45%以上的水分才能正常發(fā)芽[9]。黃河蜜種子浸泡12 h后，除原液外，各濃度沼液下其種子吸水率均達(dá)45%以上（圖1），達(dá)到甜瓜種子萌發(fā)所需要的水分。處理48 h后，沼液濃度大于60%處理的種子吸水率均顯著低于對(duì)照（P＜0.05），且隨沼液濃度增加各處理甜瓜種子的吸水率呈下降趨勢(shì)。

2.2 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子發(fā)芽率的影響

由圖2可知，沼液濃度在60%以上時(shí)，隨濃度的升高，甜瓜種子同期發(fā)芽率逐漸下降，但隨著處理時(shí)間的推移，各處理下種子累積發(fā)芽率逐漸趨于一致，低于60%濃度處理的種子在第2天均開(kāi)始發(fā)芽，其發(fā)芽高峰日為處理后2～3 d；而高于60%濃度處理的種子到第3天才開(kāi)始發(fā)芽，且發(fā)芽高峰日為處理后3～5 d。說(shuō)明高濃度沼液延緩了甜瓜種子的萌發(fā)進(jìn)程，說(shuō)明低濃度對(duì)種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，這與趙利暉等[5]的研究結(jié)果相符。但對(duì)甜瓜種子累積發(fā)芽率的影響較小，這與王慶亞等[10]在鹽角草種子上的研究結(jié)果一致，但與戴偉民等[11]在番茄種子上研究結(jié)果不同。

圖1 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子吸水過(guò)程的影響

圖2 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子發(fā)芽率的影響

2.3 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子發(fā)芽指數(shù)（Gi）、活力指數(shù)（Vi）和胚根生長(zhǎng)的影響

由表1可知，沼液濃度在60%以上時(shí)，隨著濃度的增加，種子相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，其中，相對(duì)活力指數(shù)的下降幅度較大，表明其對(duì)高濃度沼液的反應(yīng)比發(fā)芽率對(duì)其更敏感。當(dāng)沼液濃度為60%時(shí)，種子胚根的生長(zhǎng)量高出對(duì)照135.8%，說(shuō)明低濃度沼液對(duì)甜瓜幼根生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。隨著沼液濃度增加，甜瓜幼根生長(zhǎng)量逐漸減小。

2.4 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子細(xì)胞膜透性的影響

由圖3可知，在萌發(fā)過(guò)程中，甜瓜種子相對(duì)電導(dǎo)率呈先升后降的變化趨勢(shì)。在處理初期，甜瓜種子滲透液的電解質(zhì)滲漏較少，電導(dǎo)率較低，是因?yàn)榇藭r(shí)種子吸水量較少，它僅發(fā)生在最外層細(xì)胞。在處理后8～12 h，甜瓜種子相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到最大，此時(shí)種子已經(jīng)吸足了其萌發(fā)所需要的水分，但由于種子干燥而引起的膜結(jié)構(gòu)的破壞還沒(méi)有完全修復(fù)，造成大量電解質(zhì)滲漏。此后，隨著膜結(jié)構(gòu)得以修復(fù)，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)滲漏減少，相對(duì)電導(dǎo)率迅速下降；在沼液濃度超過(guò)60%時(shí)，處理4 h以后，隨著濃度的增加，種子相對(duì)電導(dǎo)率增大，說(shuō)明高濃度的沼液對(duì)甜瓜種子萌發(fā)過(guò)程中的細(xì)胞膜修復(fù)有抑制作用，且濃度越大，其抑制作用就越強(qiáng)。

2.5 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子α-淀粉酶活性的影響

由表2可知，在不同濃度沼液處理后7 d，甜瓜種子的α-淀粉酶活力隨濃度和時(shí)間增加呈現(xiàn)不同變化態(tài)勢(shì)。在處理3～4 d，各濃度處理的種子淀粉酶活性達(dá)最大。低濃度（＜60%）處理的種子淀粉酶活性升高；沼液濃度超過(guò)60%時(shí)，其活性降低，種子萌發(fā)受到明顯抑制。

表1 不同濃度沼液下甜瓜種子的發(fā)芽能力（第6天）

圖3 不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子萌發(fā)過(guò)程中膜透性的影響

表2 不同濃度沼液下甜瓜種子萌發(fā)α-淀粉酶活性變化

3 小結(jié)與討論

水是種子萌發(fā)必不可少的條件，吸足水分是種子獨(dú)立生活的第一步。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同濃度沼液處理初期，甜瓜種子能夠快速吸收種子萌發(fā)所需的水分，可能因?yàn)樵谶@個(gè)階段種子吸水主要靠?jī)?nèi)部膠體吸脹作用進(jìn)行，和種子代謝無(wú)關(guān)。高濃度沼液延緩了甜瓜種子發(fā)芽進(jìn)程，但對(duì)種子的最終發(fā)芽率影響不大。而濃度小于60%的沼液處理對(duì)甜瓜種子萌發(fā)和胚根生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，60%以上濃度沼液處理后，甜瓜種子的發(fā)芽速度逐漸降低，相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、胚根生長(zhǎng)量均呈下降趨勢(shì)。

土壤溶液可以從2個(gè)方面影響種子的萌發(fā)：一是抑制種子細(xì)胞膜的修復(fù)，二是抑制淀粉酶的活力。細(xì)胞膜是逆境脅迫對(duì)植物傷害的原初點(diǎn)和主要部位[12]。液泡膜和原生質(zhì)膜均為選擇性滲透膜，在正常情況下，能將溶質(zhì)保留在細(xì)胞內(nèi)，但由于在干燥時(shí)，它失去了完整性，因此當(dāng)種子浸入水中后，并不能起到屏障作用[13]，種子干燥時(shí)膜的這種不完整性在種子吸脹過(guò)程中逐漸修復(fù)與重建。沼液是有機(jī)物經(jīng)沼氣池制取沼氣后的液體殘留物，富含各種營(yíng)養(yǎng)成分。在高濃度沼液浸泡下，甜瓜種子在吸足其萌發(fā)所需要的水分后仍不能正常萌發(fā)，說(shuō)明在沼液溶液離子作用下，膜的修復(fù)受阻可能是抑制種子萌發(fā)的重要原因之一。趙檀方等[14]對(duì)鹽脅迫下大麥根系細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的研究表明，鹽脅迫下細(xì)胞及膜系統(tǒng)修復(fù)受阻。本試驗(yàn)中電導(dǎo)率的變化說(shuō)明了不同濃度沼液對(duì)甜瓜種子萌發(fā)過(guò)程中膜修復(fù)有影響。α-淀粉酶是分解種子內(nèi)儲(chǔ)藏淀粉的主要酶，種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)初期α-淀粉酶可使種子中的淀粉降解成為小分子物質(zhì)，以供種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。因此，α-淀粉酶活性與甜瓜種子萌發(fā)速率及其隨后的幼苗生長(zhǎng)發(fā)育有密切關(guān)系。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，高濃度的沼液處理可以使種子內(nèi)部α-淀粉酶的活力下降，且其濃度越大，酶活性下降的程度越大，所以高濃度沼液中離子的脅迫作用對(duì)α-淀粉酶活力的抑制是造成甜瓜種子發(fā)芽速度降低的重要原因。在大田條件下，不同濃度的沼液及沼液和沼渣混合物對(duì)作物的影響，還有待深入研究。

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