種子處理對逆境脅迫下玉米生長發(fā)育的影響

王鳳霞 趙心月 劉穎慧

(河北北方學(xué)院，河北 張家口 075000)

前言

玉米是我國主要糧食和飼用作物之一，其發(fā)展對于促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的增長有著重要的作用[1]，據(jù)相關(guān)報(bào)道青貯玉米產(chǎn)量在60～105t·hm-2，較普通籽實(shí)玉米高出15～45t·hm-2[2]。用青貯玉米制作的青貯飼料在飼料品質(zhì)和采食率方面比較高，易于牛、羊等家畜消化吸收，而且通過發(fā)酵方式制作的青貯飼料，病蟲害也比較少，家畜食用更加健康。有研究表明，在土地和耕作條件相對一致的情況下，食用青飼玉米的奶牛比不食用的日產(chǎn)奶增加3.64kg[3-5]。

青貯玉米的生長過程中受各種不良環(huán)境條件脅迫，如干旱、低溫、鹽堿等不良因素的制約，造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降，因此研究如何提高青貯玉米生長適應(yīng)性，提高青貯玉米的抗性，成為關(guān)鍵性問題。有研究表明，利用種子處理的方法能夠抵御干旱、低溫、鹽堿脅迫等，對青貯玉米生長發(fā)育有極大的促進(jìn)作用。種子處理劑的優(yōu)越性在于降低了對環(huán)境的影響，確保了環(huán)境安全問題。據(jù)報(bào)道，種子處理所用的藥劑量減少99%。許多發(fā)達(dá)國家已將農(nóng)用化學(xué)藥劑的使用重點(diǎn)，從葉面施用轉(zhuǎn)移到種子處理方面，因此，種子處理必將是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向之一。

1 種子處理方法概述

種子處理包括化學(xué)方法、物理方法、生物農(nóng)藥、種子引發(fā)和種子包衣及丸?；?。化學(xué)方法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的種子處理方法，主要指用殺蟲劑、殺菌劑、無機(jī)化學(xué)劑和植物生長調(diào)節(jié)劑等處理種子。物理方法是指通過磁場、電場、超聲波及微波等處理方法促進(jìn)種子生長，從而提高植物酶活性和呼吸強(qiáng)度。生物農(nóng)藥是指采用拌種、浸種和包衣的方式，如EM微生物菌劑和光合微生態(tài)菌劑浸種、微生物誘導(dǎo)劑拌種、微生物包衣劑等。種子引發(fā)是指通過滲透調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)等來實(shí)現(xiàn)提高種子的生長勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽整齊度[6]等，目前種子引發(fā)在大豆、水稻、玉米、煙草上都有應(yīng)用。丸化種子及包衣種子等是指在種衣材料中加入微量元素、生長調(diào)節(jié)劑、過氧化物、保水劑以及適量的聚合物等有效成分后處理種子，該種方法的優(yōu)點(diǎn)是省工省種、殺菌殺蟲、對確保苗齊苗壯及促進(jìn)作物生長具有顯著效果，并且利于機(jī)械化作業(yè)，兩者的區(qū)別在于種子丸化技術(shù)主要用于種子粒小且不規(guī)則的種子[7,8]?，F(xiàn)階段玉米種子處理方法為物理處理、化學(xué)處理、水處理、包衣處理等[9,10]。

2 種子處理對鹽脅迫下青貯玉米生長發(fā)育的影響

鹽脅迫是限制植物生長的一種非主要生物脅迫，遭受鹽害最敏感的時(shí)期是種子萌發(fā)期和幼苗生長期，此時(shí)若遇鹽堿脅迫會對種子的萌發(fā)造成抑制作用，當(dāng)土壤鹽分含量超過植物所能承受的值時(shí)，種子萌發(fā)便會受到抑制或者不能萌發(fā)。近些年來有關(guān)種子處理對玉米耐鹽性的研究也比較多，杜錦等研究發(fā)現(xiàn)[11]，GA和KCl引發(fā)劑處理種子，可以增強(qiáng)玉米的耐鹽性，玉米的出苗率、苗高、根干重、根長以及葉面積等都會增加，其中GA的最佳引發(fā)濃度為200mg·L-1，KCl的最佳引發(fā)濃度為50mmol·L-1。趙瑩等[12]研究發(fā)現(xiàn)，蔗糖浸種可以提高種子的萌發(fā)力，蔗糖浸種處理下玉米的胚芽和胚根長及相應(yīng)干質(zhì)量分別能增加到鹽處理的1.7倍、1.3倍、2.7倍、1.9倍。杜紅陽[13]等研究發(fā)現(xiàn)，亞精胺浸種通過提高滲透脅迫下玉米淀粉酶的活性，促進(jìn)淀粉的降解，從而促進(jìn)滲透脅迫下玉米種子的萌發(fā)。王國杰等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫條件下，通過油菜素內(nèi)酯浸種可以降低對菜玉米根系的傷害作用。曹珊珊等[15]研究發(fā)現(xiàn)，玉米萌發(fā)較適宜的水楊酸濃度為0.1mmol·L-1，較低濃度的水楊酸可緩解鹽脅迫對玉米萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，提高“農(nóng)單113”玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、苗高、根長、苗干重和根干重。

3 種子處理對干旱脅迫下青貯玉米生長發(fā)育的影響

隨著氣候的逐漸變暖，干旱脅迫越來越成為限制玉米產(chǎn)量的最主要因素之一，據(jù)報(bào)道，我國每年受旱面積可高達(dá)40%左右，而玉米又是對水分脅迫很敏感的作物之一，因此玉米每年因?yàn)楦珊祮栴}造成的損失高達(dá)20%左右，干旱已經(jīng)成為制約我國以及世界其他國家玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素之一。邢則森[16]研究發(fā)現(xiàn)，S-誘抗素拌種可以提高種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根系活力、株高、莖粗和葉面積指數(shù)等。許高平[17]研究發(fā)現(xiàn)水楊酸和甜菜堿能顯著提高不同脅迫下玉米子粒發(fā)芽勢，減少可溶性糖含量；在幼苗高度和幼苗干鮮重方面，藥劑浸種表現(xiàn)為低溫脅迫下抑制和低溫干旱雙脅迫下促進(jìn)的效果。吳曉東[18]等研究發(fā)現(xiàn)，EM浸種的玉米種子在發(fā)芽率、株高、葉面積指數(shù)以及根系生長狀況等方面都明顯優(yōu)于旱地龍和木醋液浸種，效果更加明顯。嚴(yán)加坤[19]等發(fā)現(xiàn)，褪黑素能促進(jìn)青貯玉米的發(fā)育，隨著褪黑素浸種濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、主根長、芽長、胚根鮮質(zhì)量以及幼苗的脯氨酸含量和氧自由基含量均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。姚晨濤[20]等研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下不同濃度S-誘抗素拌種能提高玉米發(fā)芽率和發(fā)芽勢。王慶祥[21]等研究發(fā)現(xiàn)，多效好和乙醇胺藥劑浸種，能顯著增加葉面積及葉片功能，提高葉片保水力，從而提高玉米的耐旱能力和增加籽粒產(chǎn)量。武志海等[22]研究發(fā)現(xiàn)，等離子體處理玉米種子可提高玉米幼苗在干旱條件下的抗逆性。宋風(fēng)斌[23]等研究表明，多胺處理能增強(qiáng)玉米對水分脅迫的耐力，增強(qiáng)玉米植株的抗性。

4 種子處理對低溫脅迫下青貯玉米生長發(fā)育的影響

低溫冷害是農(nóng)業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展最為重要的自然災(zāi)害之一，玉米屬于喜溫植物，其生長發(fā)育特別是種子萌發(fā)階段對低溫特別敏感，種子萌發(fā)階段如遇低溫則出苗率降低[24,25]。此外玉米也常會因?yàn)樯跓崃坎蛔?，造成生育期延遲或者霜凍等危害，從而造成減產(chǎn)。Kusano T[26]等研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫條件下，濃度低于0.1mmol·L-1的多胺(腐胺和亞精胺)能夠促進(jìn)植物組織生長，高濃度的多胺溶液會抑制植物生長。趙小強(qiáng)[27]等研究發(fā)現(xiàn)脯氨酸(Pro)和甜菜堿(GB)能夠增加玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、胚芽鮮重和胚根鮮重，其中外源脯氨酸的效果最好，其在苗期和萌發(fā)期的綜合低溫緩解效果分別是GB的1.89倍和1.06倍。孫陽[28]等研究發(fā)現(xiàn)，外源ALA能夠增強(qiáng)玉米苗期的抗低溫能力，促進(jìn)葉片光合作用和干物質(zhì)積累，且對低溫敏感型玉米品種的緩解低溫傷害效果更好。馬金虎[29]等研究發(fā)現(xiàn)，24-表油菜素內(nèi)酯在最適濃度為0.01mmol·L-1萌發(fā)速度最快，可以促進(jìn)玉米種子的發(fā)芽率、根長、幼苗鮮質(zhì)量和幼苗干質(zhì)量。劉禹辰[30]等研究發(fā)現(xiàn)，5mmol·L-1氯化鈣浸種處理可以提高青貯玉米種子的發(fā)芽率和可溶性總糖含量，顯著降低直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量。歐陽西榮等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在10℃的冷環(huán)境中，6-BA和PEG處理的玉米種子，可以提高幼苗SOD酶活性和增加可溶性蛋白含量。任曉松[32]等研究發(fā)現(xiàn)，GA3浸種處理可以增強(qiáng)低溫脅迫下細(xì)胞的滲透勢，提高種子對低溫的抵抗能力，從而促進(jìn)種子萌發(fā)和玉米的生長發(fā)育。王燚[33]等研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下，ALA處理可以不同程度地提高幼苗的芽促進(jìn)率、根促進(jìn)率、幼苗根系中根長、根表面積和根體積的生長，從而緩解低溫脅迫對幼苗造成的不利影響。張美華[34]等研究發(fā)現(xiàn)，ABA處理對提高玉米低溫脅迫下種子的萌發(fā)和幼苗中脯氨酸含量的效果最好，CaCl2對壯苗的效果最好，SA對提高幼苗保護(hù)酶活性、可溶性蛋白質(zhì)以及葉綠素含量效果最明顯。

5 種子處理的發(fā)展趨向

種子處理憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)備受農(nóng)戶及企業(yè)等關(guān)注，其在青貯玉米上的研究也已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是目前國內(nèi)種子處理劑的產(chǎn)量遠(yuǎn)不及需求，相關(guān)研究表明按照每年大約1億hm2種植面積進(jìn)行包衣統(tǒng)計(jì)，需要種子處理劑約15～20萬t[35]，因此未來還需要大力發(fā)展生產(chǎn)種子處理等藥劑。此外種子處理也存在弊端，由于種子處理劑不同于普通農(nóng)藥，其用法是直接對種子進(jìn)行處理，使用不當(dāng)有可能會產(chǎn)生藥害，導(dǎo)致不出苗。因此鑒于種子處理還存在某些不足，需要進(jìn)一步研發(fā)新的高效和環(huán)保安全的品種，并加強(qiáng)種子處理設(shè)備的開發(fā)以及種子處理使用辦法的規(guī)范，從而使種子處理在青貯玉米的生產(chǎn)中發(fā)揮更重要的價(jià)值。

6 總結(jié)

隨著全球氣候惡化，各種非生物自然脅迫環(huán)境的日益增加，青貯玉米所遭受的逆境將越來越多，因此未來仍需要為提高青貯玉米抗逆性研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)平臺。種子處理是現(xiàn)代新型農(nóng)業(yè)不可或缺的一項(xiàng)種子加工技術(shù)，采用合理的種子處理方法，可以提高種子活力，促進(jìn)種子萌芽，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)，對經(jīng)濟(jì)效益也有極大的促進(jìn)作用。但是種子處理對藥劑用量不容易控制，易存在一定安全問題，因此需要加強(qiáng)安全、高效、環(huán)保種子處理技術(shù)，降低種子處理成本和對環(huán)境的影響。