李 艷 王 祺 任如佳 潘玉樂(lè) 張紅艷 于福同 慕康國(guó)*
(1中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100193;2江蘇漢菱肥業(yè)有限責(zé)任公司,江蘇徐州 221422;3上海農(nóng)樂(lè)生物制品股份有限公司,上海 201419)
申嗪酵素與氨基酸浸種對(duì)黃瓜和番茄種子萌發(fā)的影響
李 艷1王 祺1任如佳1潘玉樂(lè)2張紅艷3于福同1慕康國(guó)1*
(1中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100193;2江蘇漢菱肥業(yè)有限責(zé)任公司,江蘇徐州 221422;3上海農(nóng)樂(lè)生物制品股份有限公司,上海 201419)
以黃瓜品種碧秋和番茄品種中雜9號(hào)為試材,研究不同濃度申嗪酵素(10、50、100、125、175 mg·L-1)、氨基酸母液(50、333、833、1 250、2 000 mg·L-1)及適宜濃度的復(fù)混液對(duì)黃瓜和番茄種子萌發(fā)及胚生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明:適宜濃度的氨基酸母液和申嗪酵素能顯著提高番茄、黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù),并顯著促進(jìn)胚根和下胚軸的生長(zhǎng)。番茄種子萌發(fā)的最適濃度為氨基酸母液50 mg·L-1,申嗪酵素10 mg·L-1;黃瓜種子萌發(fā)的最適濃度為氨基酸母液333 mg·L-1,申嗪酵素50 mg·L-1;番茄和黃瓜種子胚根及下胚軸生長(zhǎng)最適濃度均為氨基酸母液333 mg·L-1,申嗪酵素50 mg·L-1。申嗪酵素對(duì)2種蔬菜種子萌發(fā)的促進(jìn)效果優(yōu)于氨基酸母液,對(duì)黃瓜的促根生長(zhǎng)作用亦優(yōu)于氨基酸母液,而氨基酸母液對(duì)番茄的促根生長(zhǎng)作用較好。333 mg·L-1氨基酸母液與50 mg·L-1申嗪酵素的復(fù)混液(1 V∶1 V)對(duì)番茄和黃瓜種子萌發(fā)及胚根、下胚軸的生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用,但不如兩種物質(zhì)單獨(dú)使用效果好。
申嗪酵素;氨基酸;黃瓜;番茄;種子萌發(fā)
申嗪酵素又名申嗪霉素(化學(xué)名稱(chēng)為吩嗪-1-羧酸,簡(jiǎn)稱(chēng)PCA),是銅綠假單胞菌M18的次生代謝產(chǎn)物,能有效抑制多種農(nóng)作物病原菌的生長(zhǎng),是一種高效、低毒、環(huán)境友好型微生物源抗菌劑(Hu et al.,2005)。前人研究表明,微生物代謝產(chǎn)物會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用(張慶 等,1999;蔣先軍 等,2000;林啟美 等,2001),依據(jù)此理論假設(shè)申嗪酵素對(duì)植物的生長(zhǎng)具有促進(jìn)或抑制作用。氨基酸是含有胺官能團(tuán)和羧酸官能團(tuán)的一類(lèi)生物化合物的總稱(chēng),既能夠通過(guò)根部直接被作物吸收,又可作為氮源為作物生長(zhǎng)提供能量(Kolomaznik et al.,2012),促進(jìn)作物生長(zhǎng),提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)。吳玉群等(2005)研究表明,采用植物氨基酸液肥浸泡甜玉米種子可以增加幼苗根數(shù)和根系干質(zhì)量,提高根冠比和根系活力,增加葉綠素含量,促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。郭宗祥等(2004)在齊穗期噴施氨基酸螯合肥,明顯提高了小麥千粒重,進(jìn)而顯著增產(chǎn)。劉德輝等(2005)研究表明,施用氨基酸螯合微肥可提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量,而且對(duì)后作水稻淀粉含量的提高有一定促進(jìn)作用。近年來(lái),隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,氨基酸的生產(chǎn)成本大大降低,且氨基酸對(duì)動(dòng)植物及生存環(huán)境無(wú)害,屬于安全、綠色的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),越來(lái)越多的氨基酸肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(吳良?xì)g和陶勤南,2000;王瑩 等,2008;苑婧嫻,2013)。但需要注意的是,氨基酸來(lái)源不同,對(duì)植物的促生效果也不盡相同,因此要根據(jù)氨基酸的來(lái)源對(duì)其作用進(jìn)行分析。
隨著化肥減施項(xiàng)目的開(kāi)展,開(kāi)發(fā)具有抗逆、促生、改土等功能的增效劑/載體,綜合調(diào)控“作物—肥料—土壤”系統(tǒng),是養(yǎng)分高效利用的重要途徑(趙秉強(qiáng),2013)。為了提高作物對(duì)養(yǎng)分的利用率、減少肥料的投入、保護(hù)自然環(huán)境,需繼續(xù)開(kāi)發(fā)微量、高效、環(huán)保的增效劑。在開(kāi)發(fā)多功能增效劑的過(guò)程中,人們也逐漸認(rèn)識(shí)到多種增效劑配合使用可發(fā)揮相加作用或協(xié)同增效作用(劉傳記,2008)。本試驗(yàn)采用不同濃度的申嗪酵素和氨基酸母液對(duì)番茄和黃瓜進(jìn)行浸種處理,探究?jī)煞N物質(zhì)對(duì)番茄、黃瓜種子萌發(fā)的影響,旨在明確申嗪酵素和氨基酸母液對(duì)果菜類(lèi)蔬菜種子萌發(fā)的作用與效果,為開(kāi)發(fā)新的作物生長(zhǎng)增效劑和提高果菜類(lèi)蔬菜產(chǎn)量提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。此外,基于充分利用已有資源的目的,本試驗(yàn)將確定的適宜濃度的氨基酸母液和申嗪酵素按一定比例復(fù)混形成復(fù)混液,進(jìn)一步探究復(fù)混液是否能夠發(fā)揮兩者的相加或協(xié)同增效作用。
試驗(yàn)于2017年3~4月在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)田土壤污染防控與修復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試番茄品種為中雜9號(hào),黃瓜品種為碧秋,均購(gòu)于北京研禾玉科技發(fā)展有限公司。供試氨基酸母液由江蘇漢菱肥業(yè)有限責(zé)任公司提供,是從家禽類(lèi)羽毛水解為氨基酸后的廢棄物中提取的混合物,氨基酸總含量為18.2%,具體種類(lèi)及含量詳見(jiàn)表1;1%申嗪酵素懸浮劑由上海農(nóng)樂(lè)生物制品股份有限公司提供。
表1 供試氨基酸母液中各種氨基酸及主要離子的種類(lèi)與含量
分別挑選籽粒飽滿(mǎn)、大小基本一致的番茄、黃瓜種子各2 880粒,在55 ℃熱水中浸泡消毒10 min,期間不斷攪拌;然后用蒸餾水沖洗3次,置于陰涼處恢復(fù)至常溫并風(fēng)干至初始含水量。將番茄、黃瓜種子分別放入稀釋至50、333、833、1 250、2 000 mg·L-1的氨基酸母液和10、50、100、125、175 mg·L-1的申嗪酵素中進(jìn)行浸種處理,均以蒸餾水為對(duì)照;浸種4 h后,用蒸餾水沖洗3次,置于陰涼處晾干。采用直徑18 cm的玻璃培養(yǎng)皿,洗凈、置于烘箱中高溫殺菌后,內(nèi)放兩層無(wú)菌定性濾紙,加入30 mL蒸餾水使濾紙濕潤(rùn);然后將晾干的番茄、黃瓜種子分別放入培養(yǎng)皿中,每個(gè)培養(yǎng)皿80粒,3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于恒溫培養(yǎng)箱中,25 ℃下黑暗催芽24 h,記錄各培養(yǎng)皿中種子的萌發(fā)數(shù);然后繼續(xù)在25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng),每天18:00記錄種子萌發(fā)數(shù),采用稱(chēng)重法補(bǔ)充蒸發(fā)的水分,保持各培養(yǎng)皿濕度一致。
將上述試驗(yàn)所確定的最適濃度的氨基酸母液與申嗪酵素按1∶1(體積比)的比例混合,按照上述方法對(duì)番茄、黃瓜種子分別進(jìn)行浸種處理并培養(yǎng)。
以胚根長(zhǎng)超過(guò)種子長(zhǎng)度的1/2計(jì)為發(fā)芽,每天記錄種子的萌發(fā)數(shù)(試驗(yàn)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為:連續(xù)2 d發(fā)芽數(shù)不發(fā)生變化,本試驗(yàn)中80%以上的處理的發(fā)芽數(shù)在培養(yǎng)第5天基本穩(wěn)定)。處理后第2天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì),第5天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率;并采用直尺測(cè)量下胚軸、胚根的長(zhǎng)度。
發(fā)芽勢(shì)=第2天種子萌發(fā)數(shù)/供試種子總數(shù)×100%
發(fā)芽率=第5天種子萌發(fā)數(shù)/供試種子總數(shù)×100%
發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt
活力指數(shù)(VI)=GI×S
式中,Gt為第t天的種子萌發(fā)數(shù),Dt為相應(yīng)的種子萌發(fā)天數(shù);S為平均根長(zhǎng)。
采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。
由表2可知,不同濃度的氨基酸母液浸種對(duì)番茄和黃瓜種子的活力指數(shù)有顯著影響(除2 000 mg·L-1氨基酸母液處理番茄種子外),對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)有明顯影響,而對(duì)發(fā)芽率無(wú)顯著影響。當(dāng)氨基酸母液濃度為50 mg·L-1時(shí),番茄種子的活力指數(shù)最高;而黃瓜種子活力指數(shù)最高的處理濃度為333 mg·L-1。當(dāng)氨基酸母液濃度為50、333 mg·L-1時(shí),對(duì)番茄和黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均有顯著的促進(jìn)作用,兩種種子的發(fā)芽勢(shì)分別比對(duì)照增加26.6%、20.5%和6.0%、6.0%,發(fā)芽指數(shù)分別增加6.3%、5.9%和4.8%、5.4%。氨基酸母液對(duì)番茄和黃瓜種子發(fā)芽率的作用不顯著,可能是因?yàn)樗褂玫姆N子是新種子;當(dāng)氨基酸母液濃度為333、1 250 mg·L-1時(shí)可以提高黃瓜種子的發(fā)芽率,而濃度為833 mg·L-1時(shí)發(fā)芽率降低,這與理論不符,可能是由于試驗(yàn)過(guò)程中種子染菌造成結(jié)果出現(xiàn)偏差。
由表3可知,333~1 250 mg·L-1氨基酸母液浸種對(duì)番茄和黃瓜種子胚根、下胚軸的生長(zhǎng)均有顯著促進(jìn)作用;隨著氨基酸母液濃度的增加,番茄和黃瓜種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì);當(dāng)氨基酸母液濃度為333 mg·L-1時(shí),番茄和黃瓜種子的胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)均達(dá)到最大值,分別比對(duì)照顯著增加了17.1%、27.5%和81.7%、35.7%。
由表4可知,不同濃度的申嗪酵素浸種對(duì)番茄和黃瓜種子的活力指數(shù)有顯著促進(jìn)作用,對(duì)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)具有明顯影響,而對(duì)發(fā)芽率有一定的促進(jìn)作用但無(wú)顯著影響。當(dāng)申嗪酵素濃度為50 mg·L-1時(shí),番茄和黃瓜種子的活力指數(shù)最大,分別比對(duì)照顯著增加70.9%和43.5%。當(dāng)申嗪酵素濃度為10 mg·L-1時(shí),番茄種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)最大,分別比對(duì)照顯著增加48.7%和30.0%;而黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)最大的處理濃度為50 mg·L-1,分別比對(duì)照顯著增加16.0%和25.9%。
動(dòng)態(tài)規(guī)劃(Dynamic Programming,DP)是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支,是求解決策過(guò)程的最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法,是一種強(qiáng)大的離散時(shí)間方法,可以為非凸最優(yōu)控制問(wèn)題提供全局解決方案[11].在實(shí)踐中,需要對(duì)狀態(tài)和控件進(jìn)行離散化,從而產(chǎn)生一個(gè)網(wǎng)格,其中所涉及的變量只需要有限數(shù)量的離散值,對(duì)這些離散點(diǎn)進(jìn)行成本計(jì)算.離散化越好,得到的解就越接近全局最優(yōu)解.在離散化的情況下,用遞歸Bellman方程[12] (最優(yōu)化原理)得到最優(yōu)控制問(wèn)題的解為
由表5可知,隨著申嗪酵素濃度的增加,番茄和黃瓜種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)。當(dāng)申嗪酵素濃度為10~125 mg·L-1時(shí),對(duì)番茄、黃瓜種子胚根、下胚軸的生長(zhǎng)有顯著促進(jìn)作用,其中10 mg·L-1申嗪酵素處理的番茄種子下胚軸長(zhǎng)最大,比對(duì)照顯著增加27.4%;50 mg·L-1申嗪酵素處理的番茄種子胚根長(zhǎng)和黃瓜種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)最大,分別比對(duì)照顯著增加32.8%和22.2%、15.4%。
表2 不同濃度氨基酸母液對(duì)番茄和黃瓜種子發(fā)芽指標(biāo)、活力指數(shù)的影響
表3 不同濃度氨基酸母液對(duì)番茄和黃瓜種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)的影響 mm
表4 不同濃度申嗪酵素對(duì)番茄和黃瓜種子發(fā)芽指標(biāo)、活力指數(shù)的影響
選擇適宜濃度的氨基酸母液(333 mg·L-1)和申嗪酵素(50 mg·L-1),并將兩者按1∶1(體積比)混勻,對(duì)番茄、黃瓜種子進(jìn)行浸種處理。
由表6可知,50 mg·L-1申嗪酵素對(duì)番茄、黃瓜種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的作用效果優(yōu)于333 mg·L-1氨基酸母液及兩者復(fù)混液。從發(fā)芽勢(shì)來(lái)看,各處理與對(duì)照差異不顯著,與前面的試驗(yàn)結(jié)果不符,猜測(cè)可能是由于前、后試驗(yàn)浸種過(guò)程中種子對(duì)水分吸收存在差異,從而對(duì)發(fā)芽有一定的影響;從活力指數(shù)來(lái)看,復(fù)混液處理黃瓜種子與對(duì)照無(wú)顯著差異,氨基酸母液和申嗪酵素處理均與對(duì)照存在顯著差異,且氨基酸母液的效果更好。
由表7可知,333 mg·L-1氨基酸母液和50 mg·L-1申嗪酵素及兩者復(fù)混液對(duì)番茄和黃瓜胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)有顯著促進(jìn)作用(除復(fù)混液對(duì)番茄下胚軸長(zhǎng)處理外),番茄胚根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)分別較對(duì)照增加58.4%、52.8%、21.3%和13.7%、9.8%、4.9%,促進(jìn)效果依次為氨基酸母液>申嗪酵素>復(fù)混液;黃瓜胚根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)分別較對(duì)照顯著增加14.1%、19.6%、13.1%和7.5%、9.6%、6.2%,促進(jìn)效果依次為申嗪酵素>氨基酸母液>復(fù)混液。
表5 不同濃度申嗪酵素對(duì)番茄和黃瓜種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)的影響 mm
表6 適宜濃度氨基酸母液、申嗪酵素及兩者復(fù)混液對(duì)番茄和黃瓜種子發(fā)芽指標(biāo)與活力指數(shù)的影響
表7 適宜濃度氨基酸母液、申嗪酵素及兩者復(fù)混液對(duì)番茄和黃瓜胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)的影響 mm
隨著對(duì)氨基酸作用機(jī)理研究的深入,越來(lái)越多的氨基酸肥料被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),需要注意的是:氨基酸來(lái)源不同,其作用存在差異。本試驗(yàn)中,隨氨基酸母液濃度的增加,番茄和黃瓜種子的發(fā)芽指標(biāo)、生長(zhǎng)指標(biāo)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),即低濃度氨基酸母液可以提高番茄和黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù),促進(jìn)番茄和黃瓜種子胚根與下胚軸的生長(zhǎng);超過(guò)一定濃度后會(huì)對(duì)番茄和黃瓜種子的萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用。這一結(jié)果與楊紅兵(2014)研究認(rèn)為適宜濃度的谷氨酸和天冬酰胺可以促進(jìn)蕎麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的結(jié)果一致。
申嗪酵素屬于芳香雜環(huán)族吩嗪類(lèi)化合物,該類(lèi)化合物具有抗菌、抗腫瘤和抗寄生蟲(chóng)活性的作用(方運(yùn)玲 等,2014)。同時(shí)申嗪酵素也是一種有機(jī)酸,能夠降低水溶液的pH值,抑制細(xì)菌的繁殖和一些酚類(lèi)物質(zhì)的氧化(侯江濤 等,2016),對(duì)作物生長(zhǎng)具有一定的積極作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明,低濃度的申嗪酵素可以顯著增加番茄和黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù),并能夠顯著促進(jìn)胚根和下胚軸的生長(zhǎng);隨著申嗪酵素濃度的增加,番茄和黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。
多種增效劑復(fù)混不僅能夠更充分地利用現(xiàn)有資源,還可挖掘出各增效劑的應(yīng)用潛力,使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明,333 mg·L-1氨基酸母液與50 mg·L-1申嗪酵素復(fù)混液(1 V∶1 V)對(duì)番茄和黃瓜種子萌發(fā)及胚根、下胚軸的生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用,但不如兩種物質(zhì)單獨(dú)使用效果好。此結(jié)果只能說(shuō)明適宜濃度的氨基酸母液和申嗪酵素在體積比為1∶1的條件下沒(méi)有協(xié)同增效的效果,對(duì)于兩種物質(zhì)的復(fù)混效果還需進(jìn)行多種比例的驗(yàn)證,以發(fā)揮兩種物質(zhì)的最佳效果。
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LI Yan1,WANG Qi1,Ren Ru-jia1,PAN Yu-le2,ZHANG Hong-yan3,YU Fu-tong1,MU Kang-guo1*
(1College of Resources and Environmental Sciences,China Agricultural University,Beijing 100193,China;2Hanling Fertilizer Co.,Ltd,Xuzhou 221422,Jiangsu,China;3Shanghai Nongle Biological Products Co.,Ltd,Shanghai 201419,China)
Taking cucumber‘Biqiu’and tomato‘Zhongza No.9’as experimental materia,this paper studied the effect of different concentrations of shenqinmycin(10,50,100,125,175 mg·L-1),amino acid liquid(50,333,833,1 250,2 000 mg·L-1) and mixed liquid with suitable concentration on cucumber and tomato seed germination and embryo growth.The results showed that the amino acid liquid and shenqinmycin with suitable concentration could significantly improve the germination potential,germination index,vigor index of tomato and cucumber seeds, and promote significantly the growth of radicle and hypocotyl.The optimal concentration for tomato seed germination was 50 mg·L-1amino acid liquid,10 mg·L-1shenqinmycin.The optimal concentration for cucumber seed germination was 333 mg·L-1amino acid liquid,50 mg·L-1shenqinmycin.The optimal concentration for tomato and cucumber growth of radicle and hypocotyl were 333 mg·L-1amino acid liquid and 50 mg·L-1shenqinmycin.Shenqinmycin has better effect on promoting seed germination of these 2 vegetable varieties than amino acid liquid.Furthermore,its promoting effect on root growth of cucumber was superior than that of amino acid liquid.While,amino acid liquid had a better effect on stimulating tomato root growth.
Shenqinmycin;Amino acid;Cucumber;Tomato;Seed germination
李艷,女,碩士研究生,專(zhuān)業(yè)方向:生物刺激素與功能水溶性肥料,E-mail:dkjn2016@163.com
*通訊作者(Corresponding author):慕康國(guó),男,副教授,碩士生導(dǎo)師,專(zhuān)業(yè)方向:藥肥控制釋放原理與技術(shù)、植物營(yíng)養(yǎng)與病害,E-mail:kgmu@cau.edu.cn
2017-06-14;接受日期:2017-08-25
“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0200405),北京市果類(lèi)蔬菜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(BAIC201601)