納米鈷粉對4種蔬菜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

黃亞杰 肖瑜 喬軍 劉惠靜 聞賽男 李素文

摘 ? ?要：為研究納米鈷肥料對蔬菜作物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，利用超聲波處理方法制備獲得了不同濃度鈷納米溶液，并通過浸種方法對番茄、茄子、黃瓜、白菜種子進(jìn)行了處理。種子處理后進(jìn)行室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)和溫室育苗試驗(yàn)，對4種蔬菜作物進(jìn)行種子萌發(fā)和幼苗生長測定。結(jié)果表明，納米鈷浸種對黃瓜穴盤苗生長具有促進(jìn)作用，質(zhì)量濃度為0.2 g·L-1時效果最好，播種后第15天，處理組比對照組幼苗總鮮質(zhì)量高45.37%;番茄播種后30 d，處理組葉色比對照組濃綠，株高沒有明顯差異;茄子播種第35天后，處理組比對照組幼苗鮮質(zhì)量低達(dá)21.4%。因此認(rèn)為，在試驗(yàn)濃度下，鈷納米肥料浸種可促進(jìn)黃瓜穴盤苗生長，抑制茄子幼苗生長，對番茄及白菜作用不明顯。

關(guān)鍵詞：蔬菜;納米;鈷粉;種子萌發(fā);幼苗生長

Effects of nano cobalt particles treatment on the germination and seedling growth of 4 kinds of vegetable seeds

HUANG Yajie， XIAO Yu， QIAO Jun， LIU Huijing， WEN Sainan， LI Suwen

（Tianjin Key Laboratory of Vegetable Genetics and Breeding / State Key Laboratory of Vegetable Germplasm Innovation / Tianjin Kernel Vegetable Research Institute， Tianjin 300384， China）

Abstract： To study the effects of nano cobalt fertilizer on vegetable seeds， different concentrations of nano cobalt solutions treated by ultrasonic were used in our study， 4 kinds of vegetable seeds （tomato， eggplant， cucumber and cabbage） were used as testing materials， soaking seeds method was carried out. After seeds treatment， indoor germination test and greenhouse seedling test were carried out， seed germination and seedling growth of testing seeds f were measured. The results showed the growth of cucumber seedlings was improved by nano cobalt， the 0.2 g·L-1 nano cobalt solution showed the best treatment effect， the total fresh weight of the seedlings was increased by 45.37% when compared with the control. The tomato leaves appeared to be greener compared with the control plants， but with no significant difference in the seedling height. The fresh weight of eggplant plants was 21.4% lower than that of control 35 days after sowing. In conclusion， under the conditions of this experiment， nano cobalt fertilizer could promote the seedling growth of cucumber， but inhibited the growth of eggplant， while with no significant effect on Chinese cabbage or tomato.

Key words： Vegetable; Nano; Cobalt; Germination; Seedling growth

納米材料是指晶體尺寸小于100 nm的單晶體或多晶體。納米材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用研究有很多，例如農(nóng)產(chǎn)品保鮮[1]、肥料增效[2]、種子萌發(fā)及生長發(fā)育[3-5]等。納米材料可以活化水分子，增強(qiáng)水的活性和能量，進(jìn)而促進(jìn)種子代謝，提高種子發(fā)芽勢[6]。鈷元素是人體、動物、藍(lán)藻、微生物及豆科作物等所必需的營養(yǎng)元素[7]。有報(bào)道指出，鈷是植物固氮能手，對多種作物具有增產(chǎn)和改善品質(zhì)的作用[8]。施用適量的鈷和鉬對距瓣豆的干物質(zhì)產(chǎn)量和種子產(chǎn)量有不同程度的增加作用[9]。鈷能抑制植物體內(nèi)乙烯的生物合成，即抑制由ACC（1-氨基-環(huán)丙烷-1-羧酸）向ETH的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而降低它對生長素和細(xì)胞分裂素生物合成的抑制作用，從而有利于植物生長[10]。研究鈷肥對蔬菜作物生長的影響，對促進(jìn)作物提質(zhì)增產(chǎn)具有積極意義。納米鈷粉對蔬菜作物生長作用的研究鮮見報(bào)道，但研究鈷元素對植物生長發(fā)育的影響有一些報(bào)道。鈷能提高番茄植株功能葉片葉綠素含量、花蕾數(shù)和開花數(shù)、地上部分鮮質(zhì)量，尤其能顯著提高番茄坐果率、單株結(jié)果數(shù)和產(chǎn)量，鈷在植株體內(nèi)各部位的含量及土壤有效鈷的含量均隨施鈷量的增加而顯著增加[3]。單一施鈷處理時，番茄產(chǎn)量隨施鈷量的增加而增加，Co2 （16 mg·kg-1）與Se2（0.6 mg·kg-1）或Se3（3 mg·kg-1）配施可顯著提高番茄的產(chǎn)量[11]。施用鈷會降低玉米幼苗中葉綠素的含量，提高玉米幼苗氮的含量，但鈷超過一定濃度時，玉米幼苗中的含氮量會下降[12]。用鈷營養(yǎng)液為西瓜籽浸種，發(fā)現(xiàn)能提高種子萌發(fā)率，用鈷營養(yǎng)液噴施西瓜葉面可提高坐果率[13]。納米材料方面，利用其他納米材料浸種處理對種子萌發(fā)及生長發(fā)育作用的研究方面有報(bào)道[14-16]。筆者利用的納米鈷粉材料來源于俄羅斯梁贊巴甫洛夫國立醫(yī)科大學(xué)，丘里洛夫·根納季·伊萬諾維奇教授經(jīng)過多年研究與試驗(yàn)，用鈷粉研制成了新型的納米肥料，在玉米及亞麻種子上應(yīng)用效果很好。為探索新型納米鈷肥料對蔬菜作物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，筆者采用超聲波處理方法制備獲得不同濃度納米鈷溶液，并用納米鈷溶液對番茄、茄子、黃瓜、白菜種子進(jìn)行處理，研究納米鈷肥料浸種的效果，以期為蔬菜作物增產(chǎn)提供新思路。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與材料

試驗(yàn)于2018年9—10月開展，分為2部分：室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)和溫室育苗試驗(yàn)。9月12日進(jìn)行種子處理，9月14—26日進(jìn)行室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)，9月17日至10月21日進(jìn)行溫室育苗試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)位于天津科潤蔬菜所武清創(chuàng)新基地。主要儀器包括：微電腦控制恒溫培養(yǎng)箱（上海智城分析儀器制造有限公司，ZXSD-B1270）;超純水機(jī)（密理博ELIX Advantage 10）;超聲波細(xì)胞破碎儀（賽飛有限公司，Biosafer1000）。用于處理種子的納米鈷粉由俄羅斯梁贊巴甫洛夫國立醫(yī)科大學(xué)丘里洛夫·根納季·伊萬諾維奇教授提供。納米鈷粉特征：粉末狀，無味，顆粒平均大小100 μm，密度4.5 g·cm-3，氧含量5%，屬于非易燃品。試驗(yàn)種子包括白菜、茄子、番茄、黃瓜4種蔬菜作物的裸種及包衣種（商品種），品種名稱分別為‘白果強(qiáng)豐‘圓豐園‘津秀2號‘KR101，育種單位為天津科潤農(nóng)業(yè)科技股份有限公司蔬菜研究所。

1.2 方法

1.2.1 種子處理 納米溶液的制備：分別稱取0.1、0.2、0.4 g納米鈷粉，各倒入裝有1 L水的塑料量杯中。使用0.4 kW超聲波處理10 min，使其完全溶解，獲得0.1、0.2、0.4 g·L-1的納米溶液。

種子處理：取番茄（‘白果強(qiáng)豐）、茄子（‘圓豐園）、白菜（‘津秀2號）、黃瓜（‘KR101）的裸種子各1 000粒（每個品種各3份），分別裝進(jìn)小網(wǎng)紗袋后，放入上述3種濃度納米溶液中均勻浸泡，獲得3種不同濃度處理的種子，浸泡時間為10 min。處理后取出種子并風(fēng)干。取上述同一品種的番茄、茄子、黃瓜、白菜的裸種及包衣種作為對照，與處理種一起進(jìn)行發(fā)芽及育苗試驗(yàn)。

1.2.2 室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn) 取上述試驗(yàn)材料進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，4種蔬菜作物各5組種子（表1），每組設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)為每個培養(yǎng)盒放100粒種子。從第2天起，統(tǒng)計(jì)每天的發(fā)芽情況。發(fā)芽全部結(jié)束后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢、發(fā)芽率、平均每盒胚芽長及胚芽鮮質(zhì)量。

1.2.3 溫室育苗試驗(yàn) 取上述試驗(yàn)材料進(jìn)行溫室育苗試驗(yàn)。拌基質(zhì)土裝入50穴盤，共計(jì)裝100個穴盤。4種蔬菜作物各5組種子（表1），每組播種5穴盤（穴盤孔數(shù)為50穴）。播種后所有管理方式均相同，觀察出芽及長勢狀況。黃瓜苗于播種后15 d取樣，白菜苗于播種后20 d取樣，番茄苗于播種后30 d取樣，茄子苗于播種后35 d取樣，取樣后分別統(tǒng)計(jì)4種蔬菜平均每穴盤（50株）幼苗的總鮮質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同浸種濃度對蔬菜種子萌發(fā)及胚芽生長的影響

從表2可以看出，室內(nèi)催芽盒內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)表明，A、B、C浸種濃度處理的白菜和番茄種子，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長及胚芽鮮質(zhì)量與裸種對照相比，均無明顯差異;A、B、C浸種濃度處理的茄子和黃瓜種子，發(fā)芽勢、發(fā)芽率與裸種對照相比差異不顯著，但胚芽長和胚芽鮮質(zhì)量均低于裸種對照，且與裸種對照差異達(dá)到顯著水平，不同浸種濃度之間差異不顯著;黃瓜包衣種發(fā)芽盒內(nèi)發(fā)芽勢也低于對照，與A、B、C處理差異不顯著。由此看出，不同濃度納米鈷粉溶液處理，對茄子和黃瓜室內(nèi)發(fā)芽盒發(fā)芽試驗(yàn)具有一定程度抑制作用，不同浸泡濃度間抑制作用差異不明顯，對白菜和番茄種子萌發(fā)沒有顯著作用。

2.2 不同浸種濃度對蔬菜幼苗生長的影響

黃瓜播種后第3天陸續(xù)出苗，第5天苗出齊，處理組與2個對照組出苗速度沒有明顯差異，第15天觀察其長勢，發(fā)現(xiàn)處理組葉色比2個對照組更濃綠、根系更發(fā)達(dá)、幼苗株高更高。白菜播種后第3天陸續(xù)出苗，第5天出齊苗，處理組與2個對照組出苗速度沒有明顯差異。番茄播種后第8天開始出苗，第10天基本出齊，處理組與2個對照組出苗速度沒有明顯差異，第30天觀察其長勢，發(fā)現(xiàn)處理組葉色比2個對照組濃綠一些，株高差異不大。茄子播種后第10天開始出苗，處理組比2個對照組出苗速度慢。綜上所述，納米鈷粉溶液浸泡可以顯著提高黃瓜幼苗長勢（圖1），播種第15天后，A、B、C處理幼苗總鮮質(zhì)量分別比裸種對照高39.56%、45.37%、28.33%，與2個對照差異均達(dá)到顯著水平，其中納米溶液濃度為0.2 g·L-1時，對黃瓜穴盤苗的生長促進(jìn)作用最明顯（表3）;納米鈷粉溶液浸泡對茄子穴盤苗的生長具有抑制作用，播種第35天后，A、B、C處理幼苗總鮮質(zhì)量分別比裸種對照低18.8%、16.6%、21.4%，3組處理與2個對照差異均達(dá)到顯著水平，不同浸種濃度之間差異不顯著（表3）;0.2 g·L-1納米鈷溶液浸泡番茄種子，可以促使番茄幼苗葉色變濃綠（圖2）;白菜種子對納米溶液處理不敏感，幼苗長勢、幼苗總鮮質(zhì)量處理組與2個對照相比無明顯差異（圖2，表3）。

3 討論與結(jié)論

研究鈷對蔬菜作物生長的報(bào)道很少，而且研究內(nèi)容和處理方法差異較大。有研究認(rèn)為，用特定濃度納米材料浸種處理經(jīng)濟(jì)有效，有助于促進(jìn)發(fā)芽或幼苗生長[15，17]。有研究報(bào)道，鈷可以提高番茄葉片葉綠素含量，增強(qiáng)植株的光合作用效果[3]，這與本試驗(yàn)結(jié)果相吻合。但也有報(bào)道認(rèn)為，當(dāng)根系鈷含量積累到一定量時，會抑制番茄生長。尤其在磷元素充足的狀態(tài)下，鈷過量對番茄的抑制作用更顯著。鈷過量造成的抑制作用主要表現(xiàn)在：降低生物量;降低葉綠素a和b的含量;降低過氧化氫酶活性;增加過氧物酶、酸性磷酸酶、核糖核酸酶的活性等[18]。筆者只設(shè)置了3種濃度處理，最高質(zhì)量濃度0.4 g·L-1的納米鈷溶液浸種番茄種子未產(chǎn)生抑制作用。更需要指出的是，本試驗(yàn)中黃瓜室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)和室外育苗試驗(yàn)得到了相反的結(jié)論。納米鈷浸種后發(fā)芽盒內(nèi)胚芽長勢弱于對照，穴盤育苗后浸種組幼苗根系和長勢顯著優(yōu)于對照。具體原因以及納米鈷的作用原理還是未知的，筆者僅對納米鈷溶液幾個不同濃度浸種的作用現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)觀察，其上限作用濃度以及作用機(jī)理尚需后續(xù)開展更加深入的研究。

筆者認(rèn)為，鈷納米溶液浸種可以促進(jìn)黃瓜穴盤苗生長及番茄幼苗葉色轉(zhuǎn)綠，尤其納米溶液質(zhì)量濃度為0.2 g·L-1時對促進(jìn)黃瓜穴盤苗生長非常有效。幾種濃度納米鈷溶液浸種處理，對茄子發(fā)芽及幼苗生長產(chǎn)生了抑制作用，對白菜種子無顯著影響。

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