微量元素處理種子對(duì)作物生產(chǎn)的影響

金喜軍，遲超，張盼盼，李鯤，薛遠(yuǎn)財(cái)，金毅，張俊杰，張玉先

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319；2.黑龍江省閆家崗農(nóng)場(chǎng)）

植物的生長(zhǎng)發(fā)育除需要氮、磷、鉀等大量元素外，還需要硼、錳、鉬、銅、鋅、鐵等微量元素。雖然作物對(duì)微量元素的需求量較少，但對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和最終產(chǎn)量的影響與大量元素同等重要，任何一種元素缺乏或過(guò)量都會(huì)導(dǎo)致作物營(yíng)養(yǎng)失衡，影響生長(zhǎng)發(fā)育[1]。通常微量元素以多價(jià)態(tài)形式存在于植物體內(nèi)，多作為輔助因子存在于酶系統(tǒng)中，并參與光合作用和呼吸作用等重要代謝過(guò)程。因此，微量元素缺乏可阻礙生理學(xué)過(guò)程，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量，例如缺硼可導(dǎo)致小麥、鷹嘴豆和小扁豆減產(chǎn)[2]，缺鋅是限制許多亞洲國(guó)家作物產(chǎn)量的主要因素之一[3]。

由于自然條件如土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、土壤含水量、以及耕作管理措施如灌溉、施用除草劑等均會(huì)影響土壤中可利用微量元素的數(shù)量，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量，因此克服微量元素缺乏是獲得作物高產(chǎn)的關(guān)鍵。眾多研究表明，通過(guò)種子浸種或包衣的方式對(duì)種子進(jìn)行微量元素處理，不僅可以彌補(bǔ)由于土壤供應(yīng)不足造成的微量元素缺乏，還能提高逆境脅迫下作物抗逆能力，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[4]。生產(chǎn)實(shí)踐證明，微量元素處理種子是一種簡(jiǎn)單有效、低成本的種子處理技術(shù)，對(duì)于改善作物生長(zhǎng)、發(fā)揮作物產(chǎn)量潛力具有顯著促進(jìn)作用。對(duì)硼、鉬、鋅、錳、鈷和銅處理種子提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行了討論和展望。

1 微量元素處理種子方法

種子引發(fā)即指控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸漲的第2階段，促使種子進(jìn)行預(yù)發(fā)芽的生理生化代謝和修復(fù)作用，促進(jìn)細(xì)胞膜、細(xì)胞器DNA的修復(fù)酶活化，使種子處于準(zhǔn)備發(fā)芽的代謝狀態(tài)，但防止胚根伸出的一項(xiàng)技術(shù)。種子引發(fā)的效果通常非常明顯，引發(fā)后農(nóng)作物發(fā)芽整齊，成苗率高，縮短了種子吸漲時(shí)間，較沒(méi)有引發(fā)的種子發(fā)芽更迅速[5]，抗逆能力顯著增強(qiáng)[6]。目前，種子引發(fā)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜、果樹(shù)、觀(guān)賞植物、藥用植物、林木等。

種子引發(fā)對(duì)作物有利也有弊，絕大多數(shù)報(bào)道表明了微量營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)作物的調(diào)控和增產(chǎn)作用，也有一些報(bào)道則提出在吸入高濃度微量元素后，種子結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致發(fā)芽受到抑制。接下來(lái)，將討論鉬、鋅、錳、鈷和銅微量元素對(duì)種子引發(fā)的作用。

1.1 硼引發(fā)種子對(duì)作物的影響

硼參與光合作用中碳水化合物的形成，具有促進(jìn)花粉萌發(fā)和花粉管伸長(zhǎng)的作用。同時(shí)，硼還參與細(xì)胞分裂、開(kāi)花和結(jié)果、氮代謝等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，與抗病性、水分利用等密切相關(guān)，并且是一些生理反應(yīng)的催化劑[7]。

植物缺硼的癥狀表現(xiàn)為子葉不能正常發(fā)育、開(kāi)花和結(jié)果受到干擾，導(dǎo)致水果或糧食的變形或變色。同時(shí)嚴(yán)重干擾了如核酸、碳水化合物、吲哚乙酸、細(xì)胞壁的合成，質(zhì)膜的完整性和功能受到影響，酚類(lèi)物質(zhì)代謝等相關(guān)代謝過(guò)程受阻，造成作物嚴(yán)重減產(chǎn)[7]。

利用硼進(jìn)行種子引發(fā)，浸種液中硼濃度是最關(guān)鍵因素。研究表明，0.5%的硼溶液浸種水稻種子后也不能發(fā)芽，而0.001%和0.1%的硼溶液浸種則提高了成苗率[3]。另?yè)?jù)研究顯示，采用通入空氣的硼溶液（0.001、0.010、0.100和0.500%）處理超級(jí)印度香米和夏新印度香米種子發(fā)現(xiàn)，在0.001%～0.010%濃度范圍內(nèi)的硼溶液可明顯促進(jìn)幼苗健壯，而其他濃度浸種后則不利于成苗率的提高[7]。木瓜種子在2 mg·L-1的硼溶液中浸種6 h后，可以觀(guān)察到籽粒的萌發(fā)和早期的幼苗生長(zhǎng)得到了實(shí)質(zhì)的改善[8]。水稻種子經(jīng)0.001%的硼溶液引發(fā)后，幼苗的葉片出現(xiàn)速率，葉的伸長(zhǎng)和分蘗的出現(xiàn)均得到了改善[9]。硼引發(fā)處理種子比土壤施用增產(chǎn)效果明顯，木豆種子經(jīng)過(guò)硼引發(fā)處理（4 g·kg-1），產(chǎn)量較對(duì)照相比提高了10.53%，而經(jīng)過(guò)土壤施硼處理（10 kg·hm-2）與對(duì)照相比只提高了5.26%[10]。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，利用硼引發(fā)技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單易行、成本低廉的增產(chǎn)措施。雖然一些研究結(jié)果表明，硼引發(fā)未對(duì)鷹嘴豆、小扁豆、水稻和小麥種子的產(chǎn)量起明顯促進(jìn)作用，但均提高了糧食內(nèi)硼的含量[11]。

1.2 鉬引發(fā)種子對(duì)作物的影響

鉬元素與植物氮素同化密切相關(guān)，是豆類(lèi)作物固氮酶的組成部分，對(duì)于根瘤菌固定空氣中的氮、提高作物蛋白質(zhì)含量至關(guān)重要，也與非豆科作物吸收利用土壤中的硝酸鹽有關(guān)。

鉬缺乏癥狀通常與氮缺乏相同，作物缺鉬導(dǎo)致同化的硝酸鹽積累在葉片中，而不能用于蛋白質(zhì)的合成。對(duì)于豆科作物，缺鉬嚴(yán)重阻礙土壤微生物的固氮能力，導(dǎo)致氮素營(yíng)養(yǎng)狀況惡化。致使豆科作物全葉呈黃綠色，嚴(yán)重時(shí)葉緣焦萎呈圓形杯狀，產(chǎn)量降低，對(duì)鉬肥敏感的作物有豆科作物和十字花科作物[12]。

研究表明，鉬酸銨溶液進(jìn)行種子處理較不浸種處理顯著提高黑綠豆產(chǎn)量[13]。馬光恕等[14]研究表明，馬鈴薯用鉬酸鈉（2.0～5.0 mg·L-1）浸種，增強(qiáng)了芽勢(shì)，促進(jìn)幼芽增粗和干物質(zhì)積累。常連生等人研究表明，不同濃度的鉬酸銨浸種均能提高油菜整個(gè)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的鮮重、干重、葉綠素含量，尤其以濃度1.0～1.5 g·L-1的鉬酸銨浸種效果較好，與對(duì)照相比，油菜鮮重、干重、葉綠素含量分別增加16.86%～40.36%、10.00%～24.76%、23.09%～42.89%[15]。

1.3 鋅引發(fā)種子對(duì)作物的影響

鋅主要參與植物生長(zhǎng)素的合成，改善植物體內(nèi)有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮的比例，提高作物抗旱、抗低溫的能力。

缺鋅是制約小麥高產(chǎn)的主要因素，主要是因?yàn)槿变\抑制了小麥根系和莖孽的發(fā)育質(zhì)量，縮短了葉片的有效功能期，抑制了干物質(zhì)積累，減少了成穗數(shù)和粒重[16]。

在一些作物中，土壤磷元素含量過(guò)高也可能引起鋅元素的缺乏。在缺鋅的土壤上，水稻和玉米種植中出現(xiàn)的常見(jiàn)癥狀是葉片出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不良和小褐斑。缺鋅的果樹(shù)，其頂端會(huì)旺盛生長(zhǎng)，形成蓮座狀。柑橘樹(shù)缺鋅可導(dǎo)致葉脈黃化病和葉片花斑病。

鋅引發(fā)處理種子可改善幼苗生長(zhǎng)，形態(tài)建成，以及后期發(fā)育和產(chǎn)量。賈景麗等人的研究表明，馬鈴薯種子用適量濃度硫酸鋅浸種后促進(jìn)了馬鈴薯植株生長(zhǎng)發(fā)育、增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)，其中用0.01%濃度硫酸鋅浸種塊莖其食用品質(zhì)和商品品質(zhì)最佳[17]。同樣的，菜豆種子用鋅處理后，產(chǎn)量及其相關(guān)性狀都得到顯著提高[18]。

Harris的試驗(yàn)表明，0.4%ZnSO4引發(fā)種子可有效提高小麥的平均產(chǎn)量，相對(duì)于未引發(fā)的種子平均產(chǎn)量（8塊試驗(yàn)田的平均產(chǎn)量）增加615 kg·hm-2（增產(chǎn)21%）[19]。劉憲明等[20]的研究結(jié)果表明，適宜濃度的硫酸鋅溶液促進(jìn)根系發(fā)育，馬鈴薯種用0.06%的硫酸鋅溶液浸種后，根數(shù)、根系長(zhǎng)度和干物質(zhì)積累量明顯增加，但濃度高于0.12%時(shí)對(duì)根系生長(zhǎng)起到抑制作用。

將番木瓜種子用含有0.25%硫酸鋅的0.5%硼酸溶液浸泡后，改善了幼苗的形態(tài)建成和植株的生長(zhǎng)[21]。將吊蘭屬植物的種子在硫酸鋅溶液中浸泡12小時(shí)后，幼苗建成速率較未處理的器官建成速率快，改善了種子的萌發(fā)率[22]。

雖然以上報(bào)道說(shuō)明了鋅引發(fā)的有益效果，但是一些報(bào)道仍指出，用鋅引發(fā)種子并未滿(mǎn)足不同作物對(duì)鋅的需求。例如，對(duì)鷹嘴豆種子進(jìn)行鋅引發(fā)處理后，并非在所有試驗(yàn)點(diǎn)都表現(xiàn)增產(chǎn)效果。但是，可以確定的是在所有試驗(yàn)作物中，鋅溶液浸種后，糧食的含鋅量都有所增加。

在實(shí)際生產(chǎn)中，鋅引發(fā)存在一定風(fēng)險(xiǎn)，明智的做法是首先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)微量元素處理種子方法進(jìn)行優(yōu)化，然后再在土壤中進(jìn)行初步試驗(yàn)，最后在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

1.4 錳引發(fā)種子對(duì)作物的影響

錳在氮代謝、光合作用等主要代謝過(guò)程中起重要作用。植物缺錳時(shí)葉綠素結(jié)構(gòu)被破壞，抑制光合作用，同時(shí)使植物細(xì)胞體積變小，細(xì)胞壁增厚，根系不發(fā)達(dá)，開(kāi)花結(jié)果少[23]。在嚴(yán)重錳缺乏狀態(tài)下，葉片會(huì)出現(xiàn)褐色壞死斑點(diǎn)，導(dǎo)致葉片過(guò)早脫落，葉片上還會(huì)出現(xiàn)白色或黑色斑點(diǎn)。

錳引發(fā)處理種子對(duì)改善作物成苗具有很大潛力。鄭蔚紅等[24]研究表明，用0.15%高錳酸鉀處理沙棘種子，可明顯提高萌發(fā)率。李明等[25]采用不同濃度的高錳酸鉀溶液浸泡白菜種子，結(jié)果顯示出苗率、苗高、根長(zhǎng)等項(xiàng)均比對(duì)照數(shù)值高，這說(shuō)明高錳酸鉀能促進(jìn)根系和幼苗的生長(zhǎng)，不僅防止白菜種傳細(xì)菌的傳播，還能提高白菜種子的活力，使種子出苗整齊，幼苗生長(zhǎng)健壯。增亞軍等[26]采用不同濃度的錳對(duì)艷山姜種子浸種結(jié)果表明，錳對(duì)艷山姜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及活力指數(shù)均有影響，且不同濃度表現(xiàn)存在差異，用0.05%的硫酸錳處理種子，可顯著提高發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和活力指數(shù)。

1.5 鈷引發(fā)種子對(duì)作物的影響

鈷對(duì)一些作物是有益的，對(duì)一些作物則是必須的；例如，在豆類(lèi)中，鈷是固氮所必須的，鈷也參與多種重要代謝途徑，是多種酶和輔酶的主要組成部分，它的有益作用包括延緩葉片衰老、抑制乙烯生物合成和刺激生物堿合成等。

木豆種子用硫酸鈷浸種后顯著提高了株高、分枝數(shù)、葉數(shù)、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。同樣花生種子用硝酸鈷浸種后顯著提高了莢果產(chǎn)量和粒重，降低了脫莢率[27]。經(jīng)鉬酸鈉和氯化鈷混合浸種后，根瘤菌的結(jié)瘤、固氮、養(yǎng)分吸收、植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量均得到顯著改善[28]。

1.6 銅引發(fā)種子對(duì)作物的影響

銅參與植物的光和作用，促進(jìn)碳水化合物和蛋白質(zhì)的代謝和合成，并與木質(zhì)素含量密切相關(guān)，能夠提高細(xì)胞壁的強(qiáng)度，阻止萎蔫[29]。葉片失綠、植株生長(zhǎng)停滯和莖稈枯梢病是銅缺乏的常見(jiàn)癥狀。

用低濃度的EDTA-Cu溶液（Cu 0.04 kg·hm-2）引發(fā)小麥種子可有效防止銅的缺乏，用高濃度EDTACu溶液（Cu 0.04～0.16 kg·hm-2）處理后，雖抑制了出苗率，但是提高了產(chǎn)量[30]。李海平等[31]的研究表明，苦蕎種子用0.002 5%的硫酸銅浸種后，發(fā)芽率提高了20%，活力指數(shù)提高了64.9%，產(chǎn)量增加了8%，黃酮含量也增加了8.4%。另一研究表明，玉米種子用0.1%的硫酸銅浸種24小時(shí)改善了成苗，成苗率較對(duì)照高43%[32]。

2 影響種子引發(fā)的因素

種子引發(fā)受到不同環(huán)境變量和其他因素的影響，其中氧氣、溫度和溶液濃度（水勢(shì)）是影響種子引發(fā)效果的最重要的因素。

在種子引發(fā)時(shí)，供給氧氣可改善種子浸泡的有效性[33]，這在以往的研究中并未列入被考慮因素。引發(fā)過(guò)程中，引發(fā)溫度與引發(fā)的時(shí)間關(guān)系密切，一般地說(shuō)，較低溫度下引發(fā)對(duì)種子萌發(fā)率的提高較緩慢，但其最終能達(dá)到的萌發(fā)率卻不比高溫度下引發(fā)的低，進(jìn)一步研究認(rèn)為，在一定溫度范圍內(nèi)，引發(fā)時(shí)的溫度對(duì)于萌發(fā)率、出苗率及出苗率達(dá)到50%所需的時(shí)間無(wú)明顯影響，但在不同溫度下引發(fā)的種子在抗性及成苗后的生活力方面都存在差別[34]。

溶液濃度和水勢(shì)是種子引發(fā)有效性的最關(guān)鍵因素。微量元素引發(fā)處理的最佳濃度和毒性濃度范圍可能非常接近，通常需要試驗(yàn)確認(rèn)，并在生產(chǎn)中嚴(yán)格控制[35]。

3 種子包衣

種子包衣通常是指用磨得很細(xì)的固體、溶解的液體或懸濁液的形式，或多或少的連續(xù)的覆蓋在種子表面，形成一層牢固的藥膜；它包括種子丸?；推渌N子處理方法[36]。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，種子丸粒化涉及到添加惰性材料改變種子的形狀和尺寸，可以實(shí)施機(jī)械化精密播種。種子包衣有效的材料包括微生物、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、營(yíng)養(yǎng)元素和其他化學(xué)品，用一些黏著材料粘附在種子表面。

用微量元素進(jìn)行種子包衣的成功和有效性取決于營(yíng)養(yǎng)元素的利用、包衣材料、土壤類(lèi)型、水分和肥力狀況，以及微量元素與種子的比例[37]。

3.1 硼元素包衣對(duì)作物的影響

按照每千克種子對(duì)應(yīng)1.0～2.0 g B的比例對(duì)水稻種子進(jìn)行包衣，可有效促進(jìn)葉片伸長(zhǎng)、增加分蘗數(shù)、增加葉片滲透式，并最終大幅度提高產(chǎn)量[38]。

3.2 鉬元素包衣對(duì)作物的影響

研究表明，用鉬進(jìn)行種子包衣的效果明顯，例如用鉬（80 g·hm-2）處理燕麥種子，可明顯提高葉綠素含量、莢重、粒重和產(chǎn)量；大豆種子用250 mg鉬酸銨和500 mg硫酸銨造粒后，對(duì)改善株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)產(chǎn)量和生長(zhǎng)速率有顯著效果[39]。同樣地，用鉬進(jìn)行種子包衣也能夠增加酸性土壤上大豆的產(chǎn)量，單獨(dú)或與磷礦粉結(jié)合效果可以與施用石灰相比，甚至好于施用石灰[40]。然而，一些報(bào)道則指出用鉬來(lái)進(jìn)行種子包衣不但沒(méi)有效果，或許還存在毒性。例如，種子用鉬酸鈉造粒后，嚴(yán)重抑制了微生物存活、結(jié)瘤和固氮。99%的接種細(xì)菌在種子用孕育劑和鉬處理4天后死亡[41]。

3.3 鋅元素包衣對(duì)作物的影響

研究報(bào)道指出，鋅包衣對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量具有明顯促進(jìn)作用[42]。例如，用鋅元素進(jìn)行種子造?？娠@著提高百粒重，每株粒重比對(duì)照增長(zhǎng)32.1%[43]，質(zhì)量也有所改善。在向日葵、玉米、小麥、大豆和花生的試驗(yàn)也證實(shí)，鋅元素造粒能有效的矯正鋅的不足，并改善生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量[42]。李欣等[44]采用砂培試驗(yàn)研究了EM菌與硫酸鋅包衣處理玉米種子對(duì)玉米幼苗形態(tài)及生理指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，EM菌與硫酸鋅包衣處理明顯促進(jìn)玉米幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.4 錳元素包衣對(duì)作物的影響

小麥全蝕病是一種在我國(guó)分布較廣、危害較大的一種病害，由真菌G.graminis將土壤中的Mn2+氧化成Mn4+，導(dǎo)致可利用Mn2+減少，而經(jīng)過(guò)硫酸錳包衣處理的小麥抵抗全蝕病的能力大幅度提高，產(chǎn)量明顯提高[45]。Mn與Zn、Cu混合包衣，可有效改善干旱條件下大豆生長(zhǎng)發(fā)育，并顯著提高產(chǎn)量[46]。

4 展望

種子處理是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)不可缺少的一項(xiàng)種子加工技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)種子商品化的重要手段。微量元素處理種子對(duì)于滿(mǎn)足作物對(duì)微量元素的需求，并改善作物出苗、成苗、提高產(chǎn)量和糧食營(yíng)養(yǎng)元素的富集具有很大潛能。用種子引發(fā)或種子包衣的方法來(lái)處理種子簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效，它的普及應(yīng)用直接反映一個(gè)國(guó)家種子工作的現(xiàn)代化水平。

目前，種子處理的方法很多，但其在技術(shù)上仍存在一些局限性，因此，研究找出克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，進(jìn)一步研發(fā)適用于不同植物、不同生理狀態(tài)的種子的處理方法是種子處理的重要任務(wù)。

同時(shí)，通過(guò)進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新，種子處理技術(shù)不僅作為簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、有效的微量元素補(bǔ)充手段，還能與其他化學(xué)藥劑混合施用，達(dá)到減少農(nóng)藥化肥施用量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的功效。開(kāi)發(fā)新型種子處理物質(zhì)，如利用天然物質(zhì)進(jìn)行種子處理是目前最有發(fā)展前景的替代材料，是綠色食品生產(chǎn)的基礎(chǔ)?？傊?，應(yīng)發(fā)展有利于機(jī)械化精密播種、適用于規(guī)?；N植的種子處理技術(shù)，目前種子處理技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀與種子產(chǎn)業(yè)化的要求差距還較大，加速研究與推廣種子處理技術(shù)勢(shì)在必行。

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