沼液浸種對高丹草種子萌發(fā)及幼苗生理的影響

瞿中俄， 姜奕圻， 王文國， 馬丹煒

(1.四川師范大學生命科學學院, 四川 成都610101； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所， 四川 成都 610041)

沼液浸種對高丹草種子萌發(fā)及幼苗生理的影響

瞿中俄1， 姜奕圻2， 王文國2， 馬丹煒1

(1.四川師范大學生命科學學院, 四川 成都610101； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所， 四川 成都 610041)

為研究沼液浸種對牧草作物高丹草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，試驗以不同濃度沼液對高丹草浸種5.5 h后催芽，分析其種子萌發(fā)和幼苗生長的情況。結(jié)果表明，10%～50%濃度范圍的沼液浸種高丹草種子有效增加了其幼苗葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量，對其發(fā)芽率、株高、莖高和根無顯著性影響，更高濃度沼液浸種對高丹草生長具有一定脅迫作用，得到最佳濃度為30%。沼液浸種高丹草既有利于沼液的綜合利用，又有利于高丹草品質(zhì)的提高。試驗以期能夠為構(gòu)建基于高丹草的沼液高效利用模式提供一定的基礎數(shù)據(jù)。

沼液； 浸種； 高丹草； 種子萌發(fā)； 生理指標

沼氣工程是以養(yǎng)殖場糞污、農(nóng)作物秸稈等廢棄物為對象進行厭氧發(fā)酵，以獲取可再生能源和治理環(huán)境污染為目的，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)的能源工程技術(shù)[1]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國已建起超過10萬座大中型沼氣工程[2]。沼氣工程提供了大量可持續(xù)清潔能源，但同時也產(chǎn)生了大量沼液，沼液處理不當會對環(huán)境造成二次污染[3]。另一方面，沼液中含有大量氮、磷、鉀等植物生長所必需的營養(yǎng)元素，是良好的肥料來源[4-5]。以沼肥利用為紐帶的“能源生態(tài)模式”是目前規(guī)?；B(yǎng)殖場進行廢棄物處理利用的重要運行模式[6]。但隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖場的規(guī)模越來越大，所建沼氣工程的規(guī)模也越來越大，沼氣工程持續(xù)產(chǎn)生的大量沼液與養(yǎng)殖場周邊土地消納能力之間的矛盾也越來越突出。除了通過技術(shù)手段降低沼液的運輸成本進行遠距離的土地消納外，在養(yǎng)殖場周圍種植對沼液的消納效率高的作物也是一條可行途徑。以富含蛋白的葉、莖利用為主，可以進行多輪割刈牧草便是良好的選擇。高丹草(Sorghum hybrid sudangrass)是用高粱(Sorghumbicolor)和蘇丹草(Sorghumsudanense)雜交而成的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)飼料作物，吸肥能力強，對氮、磷、鉀肥需求高，刈割期短[7-9]，是發(fā)展“畜-沼-草”模式高效利用沼液的理想選擇之一。

除了營養(yǎng)鹽類外，沼液中也常含有一些如氨基酸、植物激素等利于植物生長的活性物質(zhì)，能有效激活種胚和胚乳中的酶源，增強酶的活力，刺激種子萌發(fā)，促進作物生長，并增強作物抗逆能力[10-11]。因此，沼液浸種也被廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如水稻、玉米等[12-15]糧食作物，辣椒、黃瓜[16-17]等蔬菜作物，近幾年甚至擴展到一些中草藥，如萬壽菊[18]、柴胡[19]等。但是沼液浸種在牧草方面的研究和應用較少，研究牧草的沼液浸種有利于提高“畜-沼-草”模式中沼液的綜合利用價值。實驗研究了不同濃度沼液對高丹草發(fā)芽和幼苗生長的影響，以期能夠為構(gòu)建基于高丹草的沼液高效利用模式提供一定的基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種子：從某種子公司購買的高丹草。供試沼液：取自簡陽某豬場正常運行的沼氣工程，沼液為深黃褐色，pH值為8.66，氨氮672.35 mg·L-1，總氮672.99 mg·L-1，COD 785.32 mg·L-1，大量元素鉀、鈣、鎂含量分別是189 mg·L-1，66.6 mg·L-1，33.6 mg·L-1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗前處理

高丹草浸種前，剔除雜質(zhì)和秕籽，用10% H2O2浸泡30 min對種子進行表面消毒[20-21]，用蒸餾水洗凈后將種子平鋪于干燥的盤中，曬種2 d，8 h·d-1，每日翻動3～4次。隨機選取曬好的飽滿種子進行浸種處理，浸種時間參照相關(guān)文獻進行，時間為5.5 h[18,21]，浸種后將種子撈出，清水洗凈，晾干。置于鋪3層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑15 cm)中，每皿100粒，設置3個重復，25℃，光/暗周期分別為12 h 的條件下進行種子萌發(fā)試驗，試驗第3天測定萌發(fā)勢，第7天測定萌發(fā)率，萌發(fā)標準為胚根從種皮明顯地突出視為正常萌發(fā)。

沼液用6層紗布過濾后再4500 g離心10 min備用。用去離子水對沼液進行稀釋，設置沼液濃度10%(T1)，30%(T2)，50%(T3)，80%(T4)和100%(T5)5個處理組，并以去離子浸種組為對照(CK)。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗

測完發(fā)芽率之后，每皿隨機挑取6顆生長狀況較一致的幼苗，然后用去離子水洗凈吸干后直接測量其鮮重，用直尺測植株根頸部到頂部之間的距離(株高)和植物體中軸部分長度(莖高)，接著數(shù)其根數(shù)，之后將其110℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，稱其干重。

種子發(fā)芽指標的計算：

發(fā)芽勢(%)=第3天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率(%)=第7天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)

式中：Dt為發(fā)芽日數(shù)；Gt與Dt相對應的每天發(fā)芽種子數(shù)與發(fā)芽日數(shù)。

1.2.3 葉綠素含量測定

處理7 d后，取0.5 g葉片，用Gene Quant 1300 紫外可見分光光度計參照張志良[22-23]的方法進行測定。

1.2.4 可溶性糖含量測定

可溶性糖測定采用蒽酮比色法。將幼苗在110℃烘箱烘15 min，然后70℃過夜。干樣磨碎后取50 mg樣品放入離心管，加入4 mL的80%乙醇置于80℃水浴中不斷攪拌40 min，收集上清，殘渣加2 mL的 80%乙醇重復提取兩次，合并上清，加入10 mg活性炭，80℃脫色30 min，用80%乙醇定容至10 mL。

1.2.5 可溶性蛋白的測定

根據(jù)曲春香[25]和Sedmak[26]的方法。取幼苗0.5 g ，用5 mL蒸餾水研磨成勻漿4500 rpm離心20 min，取上清1 mL放入比色管中，用考馬斯亮藍-G250法測定。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

得到的數(shù)據(jù)利用Excel和SPSS生物統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度沼液對高丹草發(fā)芽生長的影響

不同濃度沼液浸種對高丹草發(fā)芽的影響如表1，發(fā)芽率并未隨著沼液濃度的增加而發(fā)生顯著性改變，與對照組相比，各處理組無顯著性差異(P>0.05)。發(fā)芽勢的變化趨勢與發(fā)芽率相似，但T2和T5之間發(fā)芽勢存在顯著性差異(P<0.05)，而且在T2處達到最大，T5處最小。這表明合適濃度沼液對高丹草發(fā)芽勢具有促進作用，高濃度沼液對種子發(fā)芽具有抑制作用。相對于發(fā)芽率和發(fā)芽勢而言，發(fā)芽指數(shù)的變化呈先增加后降低的趨勢，相對于CK而言，僅T5與對照組存在顯著性差異(P<0.05)，T5處發(fā)芽指數(shù)最低，這也表明高濃度沼液對高丹草種子發(fā)芽具有抑制作用。

表1 不同濃度沼液浸種對高丹草萌發(fā)的影響

注：同列不同小寫字母表示某指標組間差異顯著(P<0.05)，下同。

從表2可以看出，與對照相比，用不同沼液浸種高丹草后，高丹草種子的株高和莖高均與清水浸種無顯著性差異(P>0.05)。表明沼液浸種對高丹草地上部分的伸長的影響不明顯。同樣，沼液浸種高丹草對根數(shù)的影響也不明顯(P>0.05)。但是，高濃度沼液處理組(T4和T5)，高丹草發(fā)芽后整株幼苗存在腐爛情況，這說明高濃度的沼液會使胚受到損傷，抑制其生長發(fā)育。

表2 不同濃度沼液浸種對高丹草生長的影響

表3中不同濃度沼液對高丹草幼苗的鮮重影響比干重影響大，T2處理后鮮重效果最好，T3處理后干重最佳。多重比較結(jié)果顯示，相比對照組，T1和T5處理后的高丹草鮮重具有顯著性變化(P<0.05)，對照組干重與其它處理組均無明顯差異(P>0.05)，但T3與T5之間存在顯著性差異(P<0.05)。這說明無論是鮮重還是干重，低濃度沼液處理效果都優(yōu)于高濃度沼液的處理。

表3 不同濃度沼液浸種對高丹草生物量的影響 (g)

2.2 沼液浸種對高丹草葉綠素含量影響

沼液浸種后高丹草的葉綠素a，葉綠素b含量變化趨勢相似(見表4)。與對照組相比，葉綠素a含量隨沼液濃度的升高呈先增高后降低的趨勢。在T1，T2，T3，T4和T5的處理下，其均比對照顯著增加，分別是對照的2.64，2.71，2.5，2.07和2.25倍(P<0.05)并在T2處理后獲得最佳效果。與葉綠素a變化趨勢一樣，經(jīng)過T1，T2，T3，T4和T5的處理，葉綠素b 含量相比對照組分別增加1.86，2.57，1.93，1.86和1.86倍(P<0.05)，并且T2處理后的葉綠素b含量最高。高濃度沼液處理降能低葉綠素a和葉綠素b的含量，但顯著高于對照組。相比葉綠素b，葉綠素a的變化幅度更大。

表4 不同濃度沼液浸種對高丹草葉綠素含量的影響(mg·g-1)

2.3 沼液浸種對高丹草可溶性糖含量影響

不同濃度處理沼液對高丹草可溶性糖影響不同，總體趨勢是可溶性糖含量隨著沼液濃度的增加先增加后降低(見圖1)。30%沼液處理高丹草種子效果最佳，可溶性糖含量是對照組的1.20倍(P<0.05)，除此之外，其他處理組均低于對照組。

圖1 不同濃度沼液對高丹草可溶性糖含量的影響(不同小寫字母表示某指標組間差異顯著(P<0.05))

2.4 沼液浸種對高丹草可溶性蛋白含量影響

隨著沼液濃度的增加，高丹草可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先增加后降低再增加的趨勢(見圖2)。與對照組相比，30%沼液處理高丹草種子效果最佳，可溶性蛋白是對照組的1.32倍(P<0.05)，除10%沼液處理組外，其余組蛋白含量均高于對照組，這表明沼液處理對高丹草可溶性蛋白含量有明顯效果。

圖2 不同濃度沼液對高丹草可溶性蛋白含量的影響

3 結(jié)論與討論

沼液浸種作為一種簡便、安全、效果好的種子處理技術(shù)，目前已廣泛應用在各領域。本文利用不同濃度沼液浸種高丹草種子，其中30%沼液浸種高丹草效果最佳，可增加幼苗的葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量，但不影響高丹草種子發(fā)芽率、株高、莖高和根，低于或高于此濃度，葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白均有不同程度的下降。因此，適宜濃度的沼液浸種高丹草可增加葉綠素、糖和蛋白的含量，但高濃度的沼液浸種不利于高丹草種子萌發(fā)，并對種子萌發(fā)具有抑制作用，這與張無敵[22]、薛延豐[21]等的研究結(jié)論一致。倪天馳等曾利用沼液處理水稻，水稻發(fā)芽率達到了98%，所以對水稻的發(fā)芽率無顯著影響[13]，在筆者實驗條件下，沼液浸種后高丹草種子萌發(fā)率均達到90%以上，但對其發(fā)芽率的影響并不明顯，這可能與使用的種子發(fā)芽率較高有關(guān)。

植物葉片葉綠素含量是直接反映植物光合能力的一個重要指標，沼液浸種高丹草能夠提高葉綠素含量，可能會對高丹草的光合作用有一定的促進作用，從而促進幼苗的生長。另外，可溶性糖和可溶性蛋白與抗逆性相關(guān)[23]，沼液浸種高丹草提高了幼苗中這兩種物質(zhì)的含量，也就是說沼液浸種可能會提高其抗性。與此同時，糖和蛋白含量是衡量牧草營養(yǎng)價值的重要指標[24]，兩者含量的增加有利于提高其在牧草利用方面的品質(zhì)。

綜上所述，沼液浸種對高丹草發(fā)芽率的影響并不明顯，但合適濃度的沼液浸種高丹草能夠提高葉綠素含量，這可能會增強高丹草的光合作用；沼液浸種高丹草還能提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，并可能提高其抗性，從而促進幼苗的生長。糖和蛋白含量的增加有利于提高高丹草在牧草利用方面的品質(zhì)。但沼液成分復雜，對種子作用的具體機制有待研究。

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Effects of Seed Soaking With Liquid Digestate on Germination and Seedling Growth of Sorghum Hybrid Sudangrass /

QU Zhong-e1, JIANG Yi-qi2, WANG Wen-guo2, MA Dan-wei1/

(1. College of Life Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China; 2.Biogas Institute of Ministry of Agriculture, Chengdu 610041, China)

To explore the effects of seeds soaking with liquid digestate on germination and seedling growth of sorghum hybrid sudangrass, the seeds were soaked separately in different concentration of liquid digestate for 5.5 h before sowing into seed beds for germination. The germination rates and seedling growth were investigated and analyzed. The result showed that the liquid digestate concentration in ranges of 10%～50% could increase the chlorophyll, soluble sugar and soluble protein content of the seedlings. But there were no significant effects for the germination rate, plant height, stem height, and root number. A higher concentration of liquid digestate inhibited the seedling growth, and the optimum concentration was 30%. Soaking of sorghum hybrid sudangrass seeds with liquid digestate not only can increase the nutrient content of its seedlings, but also potentially improve the resistance of the seedlings.

liquid digestate; seed soaking; sorghum hybrid sudangrass; seed germination; physiological indexes

2016-12-30

項目來源： 中國農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程

瞿中俄(1993-)，女，重慶開縣人，碩士， 主要從事環(huán)境毒理方面的研究工作， E-mail:1066472654@qq.com 通信作者： 王文國，E-mail: wangwenguo@caas.cn； 馬丹煒，E-mail: danwei10ma@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)01-0080-04