生物炭浸提液對老化水稻種子生理特性的影響

梁瀟 袁珺 紀金翔 楊東霞

摘? ? 要：為探求生物炭浸提液對水稻種子活力的影響作用，以沈農(nóng)9816、北粳二號、遼粳九號3種人工老化水稻種子為試驗材料，分別配制生物炭浸提液濃度3 g/L、6 g/L、9 g/L，處理培養(yǎng)后測定不同品種水稻種子發(fā)芽情況、丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）和相對電導率的影響。結果表明，3個品種水稻經(jīng)過不同濃度生物炭浸提液培養(yǎng)后發(fā)芽率均有提高，沈農(nóng)9816在濃度為6 g/L的生物炭浸提液作用下，3 d后發(fā)芽率提高了13%;北粳二號在濃度為3 g/L的生物炭浸提液作用下，9 d后發(fā)芽率提高了6%;遼粳九號在濃度為6 g/L的生物炭浸提液作用下，3 d后發(fā)芽率提高了17%。適量濃度的生物炭浸提液可以提高老化后水稻種子沈農(nóng)9816、北粳2號、遼粳9號膜浸出液的電導率、過氧化物酶（POD）的活性，降低水稻種子萌發(fā)時丙二醛（MDA）濃度，從而促進種子活力的增強。

關鍵詞：生物炭浸提液;水稻種子;發(fā)芽率;生理特性

文章編號：1005-2690（2021）18-0015-03? ? ? ?中國圖書分類號：S511? ? ? ?文獻標志碼：B

生物炭是生物質(zhì)在缺氧或限氧條件下經(jīng)過高溫裂解形成的穩(wěn)定、富碳、固體產(chǎn)物，具備孔隙結構豐富、吸附能力強等特性[1]。不僅可以改善土壤物理性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，還可以增強土壤保水保肥能力，降低土壤污染物質(zhì)活性[2]，進而促進植物生長[3]。生物炭內(nèi)含有豐富的N、P、K等營養(yǎng)元素以及Ca、Mg、Fe等礦質(zhì)元素[4]，對水稻幼苗生長促進作用顯著，將生物炭施入土壤后在一定條件下開始釋放，從而可以為水稻基質(zhì)補充一定外源養(yǎng)分。生物炭浸提液應用到小白菜幼苗、大蒜、杜鵑和水稻發(fā)芽率等方面已有初步研究[5-7]，但在老化水稻種子方面未見報道。

種子老化是種子活力在生理成熟期達到最高后開始出現(xiàn)不可逆的自然衰退。種子老化可引起種子體內(nèi)貯藏物質(zhì)下降、有毒物質(zhì)積累、細胞結構破壞、生理代謝紊亂[8]，從而嚴重影響種子的耐貯性和種子活力。Graber等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭浸提液包括多種可溶性鹽、小分子有機酸、類腐殖酸的大分子有機化合物等[9-10]。利用浸提的方法提取生物炭有機水溶物質(zhì)進行盆栽試驗，通過研究不同濃度生物炭浸提液對經(jīng)過人工老化的沈農(nóng)9816、北粳2號、遼粳9號種子發(fā)芽率、丙二醛（MDA）、種子膜浸出液電導率、過氧化物酶活性（POD）的影響，探究生物炭浸提液對3種水稻種子生理特性的影響。生物炭的原材料來源廣泛，具有可再生力，基礎結構與功能特性良好，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新途徑、新思路。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

供試水稻品種：沈農(nóng)9816、北粳2號、遼粳9號，由沈陽農(nóng)業(yè)大學水稻研究所提供;生物炭采用玉米秸稈炭，由遼寧省金和?？萍加邢薰咎峁?。人工加速老化方法對供試材料進行處理：100%RH，43 ℃，老化3 d。老化的水稻種子經(jīng)過挑選后消毒，再使用蒸餾水把其清洗干凈，放入種子發(fā)芽盒內(nèi)。分別以濃度為0 g/L、3 g/L、6 g/L、9 g/L的生物炭浸提液進行培養(yǎng)，每3 d更換一次處理液，并統(tǒng)計一次，記錄種子萌發(fā)情況，設3次重復。

1.2? ?試驗方法

去離子水按質(zhì)量比分別配制3 g/L、6 g/L 、9 g/L 3種濃度生物炭浸提液，置于錐形瓶內(nèi)，在 180 r/min、25 ℃條件下恒溫振蕩 2 h，抽濾制成生物炭浸提液。

1.3? ?測定方法

采用種子標準的發(fā)芽試驗方法（GB/T? 3543.4—1995）進行水稻發(fā)芽試驗，測定種子發(fā)芽率[11-12]。其具體步驟如下。

步驟一：隨機挑選3種品種的老化水稻種子各100粒，去除雜質(zhì)、稻殼、稻稈、泥沙，經(jīng)利用去離子水洗凈，再用3%過氧化氫消毒30 min留以備用。

步驟二：準備多個標準發(fā)芽盒，利用高溫、酒精擦拭的方法對發(fā)芽盒進行消毒，在發(fā)芽盒內(nèi)鋪一層濾紙，均勻放置100粒經(jīng)過老化的種子。

步驟三：在發(fā)芽盒內(nèi)分別加入蒸餾水和3種不同濃度的生物炭浸提液，其中蒸餾水的發(fā)芽盒作為對照試驗，所有處理均設3個重復。恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫25 ℃培養(yǎng)9 d，培養(yǎng)期間每3 d換水并且補充生物炭浸提液，每隔3 d測量種子發(fā)芽情況（第3天、第6天、第9天）。

水稻種子膜浸出液電導率采用電導儀;種子過氧化物酶測定采購于萬澤生物公司POD試劑盒。丙二醛的含量使用硫代巴比妥酸顯色法測定。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

使用SPSS16.0來進行重要的數(shù)據(jù)分析，顯著性檢驗是使用Student.Newman-Keuls提供的q檢驗進行分析（大寫英文字母表示1%的顯著水平）。

2? ?生物炭提取液對老化種子的影響

2.1? ?發(fā)芽率

由表1可以看出，生物炭浸提液處理可以提高不同水稻種子發(fā)芽率。3種水稻種子的發(fā)芽率皆有促進作用，第9天6 g/L濃度生物炭浸提液對沈農(nóng)9816的發(fā)芽率促進作用最顯著，老化后種子仍能達到90%，而隨著生物炭浸提液濃度增加發(fā)芽率反而下降;3 g/L濃度生物炭浸提液對北粳2號的發(fā)芽率促進作用最顯著，達到88%;不同濃度生物炭處理對遼粳9號老化后的促發(fā)芽作用不顯著。

2.2? ?電導率

由表2可以看出，生物炭浸提液對老化后沈農(nóng)9816、北粳2號、遼粳9號的電導率都有不同程度的促進作用。高濃度生物炭浸提液9 g/L對老化后沈農(nóng)9816相對電導率影響較大，其他濃度影響作用不明顯;北粳2號相對電導率隨著生物炭浸提液濃度的升高逐漸增大，9 g/L時達到了最大值，與對照相比差異顯著;遼粳9號對低濃度生物炭浸提液不敏感，高濃度生物炭浸提液9 g/L時相對電導率達到最大值。說明濃度過高的生物炭浸提液對于種子膜滲透性有所影響。

2.3? ?丙二醛（MDA）

由表3可知，3種不同品種的老化水稻種子（沈農(nóng)9816、北粳2號、遼粳9號）經(jīng)過3種濃度不同生物炭浸提液的處理，丙二醛含量變化情況如下：沈農(nóng)9816在0～6 g/L時含量降低，6～9 g/L時含量增加;北粳2號 在0～3 g/L時含量降低，3～9 g/L時含量增加;遼粳9號在0～6 g/L時含量降低，6～9 g/L時含量增加。丙二醛是膜質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，是膜質(zhì)過氧化程度的直接表現(xiàn)，丙二醛的含量低，膜受損程度越小，說明適量濃度的生物炭浸提液對于水稻種子內(nèi)丙二醛含量有抑制作用。

2.4? ?過氧化物酶（POD）活性

3種不同水稻種子經(jīng)過不同濃度生物炭浸提液處理其過氧化物酶活性含量的值見表4。隨著生物炭浸提液濃度的升高，不同老化品種水稻種子過氧化物酶含量分別表現(xiàn)先增高后降低的趨勢，沈農(nóng)9816水稻種子 過氧化物酶含量在生物炭濃度6 g/L時達到最大值，且與對照比較差異顯著;遼粳9號水稻種子 過氧化物酶含量在生物炭濃度6 g/L時達到最大值，但與對照比差異不顯著;北粳2號過氧化物酶含量在生物炭濃度3 g/L時達到最大值，隨著生物炭濃度的增加呈逐漸下降趨勢，與對照比差異顯著，用9 g/L浸提液處理后仍然比對照組過氧化物酶濃度高，說明沒達到生物炭浸提液對遼粳9號影響的臨界點。因此不同生物炭浸提液對老化后不同水稻種子過氧化物酶活性均有促進作用。

3? ?討論與結論

水稻種子發(fā)芽勢、生理特性可以表示出水稻種子的活力。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，利用生物炭浸提液處理的人工老化水稻種子發(fā)芽率、酶活性均有所提高，濃度過高反之降低。其中，沈農(nóng)9816水稻、遼粳9號種子發(fā)芽率、 過氧化物酶含量在生物炭濃度6 g/L時達到最大值，老化后種子發(fā)芽率仍能達到90%，丙二醛含量達到最低值，說明生物炭浸提液濃度6 g/L時，對老化后沈農(nóng)9816、遼粳9號水稻種子促進作用最顯著。北粳2號種子發(fā)芽率、 過氧化物酶含量在生物炭濃度3 g/L時達到最大值，丙二醛含量達到最低值，說明生物炭浸提液濃度3 g/L時，對老化后北粳2號水稻種子促進作用最顯著。丙二醛通常作為脂質(zhì)過氧化指標，其含量在一定程度上可以反映膜脂質(zhì)過氧化水平。

不同濃度生物炭浸提液對老化處理水稻種子顯著增加了種子體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的活性，減弱了膜脂過氧化程度，減少了種子的劣變。隨著生物炭浸提液濃度的提高，不同品種老化水稻種子的膜浸出液電導率都有先降低后升高的趨勢，但由于試驗濃度梯度有限，9 g/L時未達到影響老化種子電導率上升的臨界點，關于生物炭浸提液濃度需細化研究。

綜上所述，適量濃度的生物炭浸提液對沈農(nóng)9816、北粳2號、遼粳9號老化后的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、生理特性均起促進作用。

參考文獻：

[ 1 ] 高繼平，隋陽輝，張文忠，等.生物炭對水稻秧苗生長及內(nèi)源激素的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2017，48（2）：145-151.

[ 2 ] 張偉明，孟軍，王嘉宇，等.生物炭對水稻根系形態(tài)與生理特性及產(chǎn)量的影響[J].作物學報，2013，39（8）：1445-1451.

[ 3 ] 王悅滿，高倩，薛利紅，等.生物炭不同施加方式對水稻生長及產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報，2018，35（1）：58-65.

[ 4 ] 周勁松，閆平，張偉明，等.生物炭對水稻苗期生長、養(yǎng)分吸收及土壤礦質(zhì)元素含量的影響[J].生態(tài)學雜志，2016，35（11）：2952-2959.

[ 5 ] 卓亞魯，李磊，鄭金偉，等.生物質(zhì)炭浸提液對大蒜生長品質(zhì)及土壤的影響[J].水土保持通報，2017，10（5）：81-85.

[ 6 ] 甄曉溪，徐凡，蔣太英，等.生物炭浸提液對鹽脅迫水稻幼苗生長的調(diào)節(jié)作用機制[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2015，46（4）：471-475.

[ 7 ] 王晉，莊舜堯，曹志洪，等.不同生物炭浸提液對水稻發(fā)芽及幼苗發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)學通報，2014，30（30）：50-55.

[ 8 ] 王鳳，廖樂，華淼源，等.人工老化處理對啤酒大麥籽粒淀粉酶和麥芽品質(zhì)的影響[J].核農(nóng)學報，2017，31（2）：288-297.

[ 9 ] Ellis R H，Hong T D，Roberts E H.A low-postire-content，limit to logarithmic relations between seed moisture content and longevity[J].Annals of Botany，1998（61）：405-408.

[ 10 ] Graber E R，Tsechansky L，Lew B.Ruducing capacity of water extracts of biochar and their solubilization of soil Mn and Fe[J].European Journal of Soil Science，2014，65（1）：162-172.

[ 11 ] 渠云芳，馬金虎，賀潤平，等.高溫老化對兩個玉米品種種子活力發(fā)芽指標影響的研究[J].中國農(nóng)學通報，2006（2）：156-159.

[ 12 ] Christoph Steiner，Wenceslau G.Teixeira，Johannes Lehmann，et al.Long term effects of manure，charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil[J].Plant and Soil，2007，291（1-2）：275-290.