兩種麻育秧膜對水稻種子萌發(fā)和秧苗素質(zhì)的影響

牛艷斌，王朝云，翟楊，汪洪鷹，楊媛茹，譚志堅，余旺，曾糧斌

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長沙 410205)

水稻(OryzasativaL.)是一年生禾本科植物，世界三大主要糧食作物之一，全球超過一半的人口以稻米為主食[1]。水稻在中國種植歷史悠久，種植面積約占世界水稻面積的1/4[2]，稻谷產(chǎn)量世界第一。隨著水稻機械化種植的推廣，培育高素質(zhì)秧苗將保證水稻的高產(chǎn)高效種植，增強水稻秧苗的抗逆性，極大地促進水稻增產(chǎn)，對維護我國糧食安全具有重大意義。麻育秧膜是由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所研發(fā)的一種以麻纖維為主要材料的可降解膜[3]，用以解決水稻育秧中難起秧、易散秧、秧苗素質(zhì)不穩(wěn)定的問題，麻育秧膜的應(yīng)用增加了秧苗根基部分支根數(shù)和秧苗不定根數(shù)量，提高了秧苗根系的盤結(jié)密度和盤結(jié)質(zhì)量，根系活力增強，白根增多，植株地上部生長旺盛，秧苗整體素質(zhì)提高[4-5]。殼寡糖(Chitosan oligosaccharide)是由2～15個氨基葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵連接而成的堿性陽離子低聚糖[6]，屬動物性纖維，作為植物免疫調(diào)節(jié)劑在多種植物與病原菌的相互作用中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[7]，如可使植物根際環(huán)境微調(diào)，對病原菌的攻擊做出更快更強的反應(yīng)。殼寡糖具有抗菌性，與食品的某些成分相互作用，可作為水果和蔬菜的涂層[8]，能較好地抑制辣椒疫霉的生長[9]。殼寡糖通過水楊酸介導(dǎo)的信號通路誘導(dǎo)擬南芥對煙草花葉病毒產(chǎn)生抗性[10]。適當濃度的殼寡糖浸種能明顯提高水稻幼苗的抗冷性，維持并激活相關(guān)酶的活性，保證了水稻的正常生長[11-12]。本試驗將殼寡糖與麻育秧膜結(jié)合，制成殼寡糖麻育秧膜，通過與普通麻育秧膜在水稻種子萌發(fā)和秧苗素質(zhì)上的比較，探究殼寡糖麻育秧膜的育苗優(yōu)勢，旨在為殼寡糖麻育秧膜的應(yīng)用提供切實可行的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗用麻育秧膜由哈爾濱井竹農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，大小為58 cm×28 cm，單位重量40 g/m2，為均勻可降解纖維膜。

殼寡糖由中科榮信(蘇州)生物科技有限公司提供，平均分子量為1000，含量91.6%，脫乙酰度90.6%。

常規(guī)稻“湘晚秈13號”自留種，種子于當年采集于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所長沙白箬鋪試驗基地。

1.2 試驗方法

1.2.1 麻育秧膜的制備

用電子天平稱取50 mg殼寡糖，溶于20 mL蒸餾水中，攪拌加速溶解，倒入噴壺內(nèi)，取麻育秧膜一張，將殼寡糖溶液均勻噴施兩面，晾干，用20 mL蒸餾水洗滌噴壺后再次均勻噴施，晾干，重復(fù)操作，得到殼寡糖麻育秧膜，裁剪為直徑9 cm的圓形片。另取一張未經(jīng)殼寡糖處理的麻育秧膜，裁剪為直徑9 cm的膜備用。

1.2.2 室內(nèi)萌發(fā)試驗及生理特性的測定

稱取湘晚秈13號水稻種子50 g，10%的次氯酸鈉消毒10 min，蒸餾水反復(fù)沖洗3～5次，浸種4 h，取直徑9 cm的潔凈培養(yǎng)皿12個，分為3組，每組4個重復(fù)，每個培養(yǎng)皿內(nèi)鋪設(shè)一層浸濕后瀝去多余水分的濾紙，編號，第一組為對照組，再加鋪一層濾紙，第二組加鋪一層麻育秧膜，第三組加鋪一層噴施寡糖的麻育秧膜。選取籽粒飽滿、大小一致的水稻種子360粒，每皿30粒種子，加水保持種子半浸潤狀態(tài)。放入人工氣候箱內(nèi)，條件為光周期14 h/10 h，晝夜溫度25 ℃，相對濕度為75%，每天按時補充水分，從第3天每天固定12:00觀察并記錄萌發(fā)情況，觀察至第14天，每天記錄水稻種子萌發(fā)數(shù)，萌發(fā)標準為胚根長度大于2 mm。

在第25天測定幼苗生長指標(胚根長、幼莖高度、幼莖干濕重、根干濕重)。測定方法如下：每個培養(yǎng)皿隨機取秧齡25 d秧苗10株，洗凈擦干后，分別用剪刀在莖基部剪開地上部和地下部，馬上用萬分之一電子天平稱量幼莖和根濕重，用直尺測量胚根長和幼莖高度。然后105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重后稱重，得出單株水稻幼莖和根的鮮重及干重。

1.2.3 大田育苗試驗及生理特性的測定

試驗分3個處理，分別為無麻育秧膜對照(C)、普通麻育秧膜(B)和殼寡糖麻育秧膜(A)，進行常規(guī)秧盤旱育秧試驗，育秧基質(zhì)為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所長沙望城白箬鋪創(chuàng)新基地水稻土，25 d后取樣，測定秧苗素質(zhì)：干濕重、株高、莖基寬、根系活力、可溶性糖[13]、硝態(tài)氮[14]、可溶性蛋白[13]。水稻根系活力測定采用TTC法[15-16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

(1)

(2)

(3)

式(3)中：

Gt—t時間內(nèi)水稻種子萌發(fā)粒數(shù)；

Dt—相應(yīng)的天數(shù)，d。

活力指數(shù)VI=GI×SL

(4)

式(4)中：

GI—水稻種子發(fā)芽指數(shù)；

SL—水稻種子胚根長度，cm。

試驗數(shù)據(jù)通過Excel 2019分析并繪制成圖表，采用DPS13.5軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻種子萌發(fā)率的影響

由表1可知，與對照相比，兩種麻育秧膜對水稻種子萌發(fā)率的影響差異顯著。第3天時，兩種麻育秧膜處理的水稻種子萌發(fā)率顯著高于對照，普通麻育秧膜處理種子萌發(fā)率最高，為58.33%，其次是殼寡糖麻育秧膜，為56.67%。第4天時，殼寡糖麻育秧膜處理的水稻種子萌發(fā)率顯著高于其余處理，達到94.17%，其次是普通麻育秧膜處理，種子萌發(fā)率為80.00%。第5天和第6天的結(jié)果與第4天相近，仍以殼寡糖麻育秧膜處理的種子萌發(fā)率最高，達到98.33%，其次為麻育秧膜處理，萌發(fā)率分別為87.50%和91.67%，第7～14天各處理萌發(fā)率和第6天相同，對照處理的種子萌發(fā)率顯著低于兩種麻育秧膜處理。說明麻育秧膜處理能促進水稻種子的萌發(fā)，殼寡糖麻育秧膜促進水稻種子萌發(fā)能力強于普通麻育秧膜。

表1 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻種子萌發(fā)率的影響Table 1 Effect of two kinds of ramie fiber seedling film on germination rate of rice seed in laboratory

2.2 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

由表2可知，兩種麻育秧膜對水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均有一定的影響，與無育秧膜對照相比，兩種麻育秧膜處理的水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)顯著提高，其中殼寡糖麻育秧膜處理的水稻種子發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)最高，分別為98.33和24.30，其次是普通麻育秧膜處理，其種子發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)分別為91.67和22.17，無育秧膜處理的水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最低，只有80.83和19.58。

表2 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響Table 2 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on germination potential and germination index of rice seeds in laboratory

2.3 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻種子幼苗長度與活力指數(shù)的影響

由表3可知，與無麻育秧膜對照相比，兩種麻育秧膜處理的水稻種子的胚根長度、胚根活力指數(shù)、幼莖活力指數(shù)顯著提高，殼寡糖麻育秧膜處理提高幅度高于普通麻育秧膜。殼寡糖麻育秧膜處理后，水稻種子胚根長度和胚根活力指數(shù)分別達到了5.51 cm和117.11；普通麻育秧膜處理組水稻種子胚根長度和胚根活力指數(shù)為5.07 cm和112.27，均顯著高于對照組(3.93 cm和77.00)。這也表明麻育秧膜能促進水稻生根，提高水稻胚根活力，其中殼寡糖麻育秧膜促進水稻生根能力強于普通麻育秧膜。

表3 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻種子幼苗長度與活力指數(shù)的影響Table 3 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on seedling length and vigor index of rice seeds in laboratory

2.4 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻幼苗生物量的影響

由表4可知，與無麻育秧膜處理的水稻種子相比，兩種麻育秧膜處理后水稻幼苗生物量均有顯著提高。殼寡糖麻育秧膜處理的水稻幼苗根鮮重21.40 mg、根干重3.63 mg、幼莖鮮重19.94 mg、幼莖干重3.95 mg，顯著高于普通麻育秧膜處理的。結(jié)果表明兩種麻育秧膜能顯著提高水稻幼苗生物量，其中殼寡糖麻育秧膜對水稻幼苗生物量的促進作用高于普通麻育秧膜。

表4 室內(nèi)兩種麻育秧膜對水稻幼苗生物量的影響Table 4 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on the biomass of rice seedlings in laboratory

2.5 田間兩種麻育秧膜對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表5可知，與無麻育秧膜對照相比，兩種麻育秧膜能顯著提高秧苗素質(zhì)。從秧苗株高來看，普通麻育秧膜處理組最高，為12.41 cm，其次是殼寡糖麻育秧膜，為11.78 cm，無麻育秧膜最低，為10.92 cm，表明麻育秧膜能促進水稻秧苗的生長。從莖基寬來看，殼寡糖麻育秧膜處理的水稻秧苗最寬，為2.01 mm，其次是麻育秧膜處理組，為1.95 mm，無麻育秧膜處理組最窄，為1.85 mm，表明麻育秧膜處理后能使秧苗粗壯。從根長來看，殼寡糖麻育秧膜處理的水稻秧苗根長最長，為8.67 cm，其次是普通麻育秧膜處理組，為7.74 cm，無麻育秧膜處理組根長最短，為7.39 cm，表明麻育秧膜處理能促進水稻秧苗根系發(fā)育。從莖鮮重和干重來看，同樣是以殼寡糖麻育秧膜處理最重，分別為77.7 mg/株和10.2 mg/株，其次是普通麻育秧膜處理組，為74.3 mg/株和9.4 mg/株，無麻育秧膜處理組最低，為69.4 mg/株和8.9 mg/株，同樣表明麻育秧膜能促進水稻秧苗生長，殼寡糖麻育秧膜促生長能力強于普通麻育秧膜。從根鮮重和根干重來看，仍然是殼寡糖麻育秧膜處理組水稻秧苗最高，為81.8 mg/株和10.6 mg/株，其次是普通麻育秧膜處理組，為70.6 mg/株和8.8 mg/株，無麻育秧膜處理組最低，只有63.4 mg/株和8.5 mg/株，這也表明麻育秧膜能促進水稻秧苗根系的生長，殼寡糖麻育秧膜促根能力強于普通麻育秧膜。

表5 田間兩種麻育秧膜對水稻秧苗素質(zhì)的影響Table 5 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on rice seedling quality in field

2.6 田間兩種麻育秧膜對水稻秧苗生理特性的影響

如表6所示，兩種麻育秧膜與無麻育秧膜處理的水稻秧苗根系活力、硝態(tài)氮、可溶性糖和可溶性蛋白均存在顯著差異。其中根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以殼寡糖麻育秧膜處理組最高，分別為79.61 μg/(g·h)、25.47 mg/g和16.11 mg/g，其次是普通麻育秧膜處理，其根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量分別為75.99 μg/(g·h)、25.04 mg/g和15.69 mg/g，均顯著高于無麻育秧膜處理組的。但硝態(tài)氮含量以無麻育秧膜處理組最高，為494.33 μg/g，其次是普通麻育秧膜處理組482.55 μg/g，殼寡糖麻育秧膜處理組最低，為473.41 μg/g。

表6 田間兩種麻育秧膜對水稻秧苗生理特性的影響Table 6 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on physiological characteristics of rice seedlings in field

3 討論與結(jié)論

水稻機插育秧中秧苗素質(zhì)和聯(lián)結(jié)程度對機插的工作效率和秧苗存活率影響很大[17-18]。本研究中兩種麻育秧膜處理對水稻種子萌發(fā)有一定的促進作用，兩種麻育秧之間也存在差異，整體來講，殼寡糖麻育秧膜促進水稻種子萌發(fā)能力強于普通麻育秧膜。3種處理的種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根長度、胚根活力以及幼苗的根莖生物量均表現(xiàn)為殼寡糖麻育秧膜處理組>普通麻育秧膜處理組>無麻育秧膜處理組，兩種麻育秧膜處理顯著高于無麻育秧膜。與陳少愚[18]、劉潛[4,19]研究相符，采用麻地膜進行育秧能夠顯著提高秧苗的物質(zhì)積累能力、促進根系生長、增加葉齡，提高秧苗綜合素質(zhì)。田間秧苗素質(zhì)除硝態(tài)氮含量外，兩種麻育秧膜處理組均顯著高于對照組，原因可能是在麻育秧膜處理下，秧苗整體活力顯著提高，根系發(fā)達，對氮的吸收率增加，在苗期生物量增加迅猛，造成氮素在植株體內(nèi)被分化[14]。除株高外，莖基寬、根長、根莖生物量、根系活力、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量也是殼寡糖麻育秧膜處理組>普通麻育秧膜處理組>無麻育秧膜處理組。作為一種新型植物調(diào)節(jié)劑，已有研究發(fā)現(xiàn)殼寡糖可以促進秧苗生長，提高SOD、POD和CAT等防御酶的活性，提高內(nèi)源水楊酸水平，增加水稻抗寒等抗逆性[20-21]。本研究將殼寡糖和麻育秧膜結(jié)合起來作為功能型育秧膜，秧苗綜合素質(zhì)多得到顯著提高，很好地利用了殼寡糖的優(yōu)良特性[11]，能夠提高水稻自身的免疫能力和促進水稻幼苗和根系的生長，使水稻秧苗更加健壯，根系聯(lián)結(jié)程度高，在機插中省時省力，并且成活率高，返青時間更短。后續(xù)將對各處理后的秧苗機插表現(xiàn)以及成熟后產(chǎn)量進行研究，并對使用殼寡糖麻育秧膜和普通麻地膜進行機插育秧的效果進行系統(tǒng)評價。