黃腐酸浸種對(duì)燕麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

李英浩, 劉景輝, 趙寶平, 米俊珍, 田 露

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)雜糧產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 呼和浩特 010019)

燕麥(Avenasativa)是一年生禾本科長(zhǎng)日照植物,具有抗旱、耐瘠、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)產(chǎn)性好等特點(diǎn),營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[1],廣泛種植于華北、西北、西南高寒地區(qū),是當(dāng)?shù)刂匾募Z飼作物[2-3]。近年來(lái),由于我國(guó)水資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重,旱災(zāi)頻繁發(fā)生,造成作物不能適期播種或缺苗斷壟等多種問(wèn)題[4],因此如何提高種子出苗率成為研究熱點(diǎn)。種子儲(chǔ)藏時(shí)間過(guò)長(zhǎng),水分蒸發(fā)、呼吸作用消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),細(xì)菌、病毒或害蟲等外界因素會(huì)使種子品質(zhì)降低,影響種子的萌發(fā),發(fā)芽率降低,發(fā)芽速率減小[5-6]。對(duì)種子進(jìn)行預(yù)處理是種植中常用的方法,主要包括對(duì)種子進(jìn)行包衣和藥劑浸種處理等,其中玉米種子播前預(yù)處理是旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的一項(xiàng)重要措施。種子經(jīng)過(guò)抗旱劑處理后可明顯縮短種子萌發(fā)時(shí)間,提高種子萌發(fā)率、出苗率、提高植物抵抗干旱等不良環(huán)境的能力。近年來(lái)節(jié)水技術(shù)被廣泛應(yīng)用于處理種子、幼苗、植株和土壤等方面,對(duì)提高植株抵御土壤和大氣干旱能力有明顯成效,目前在玉米[7,9-10]、小麥[8]、水稻[11]等作物上的應(yīng)用效果較好。

1973年Heydecker[12]首次提出可以利用浸種來(lái)解決種子萌發(fā)緩慢等問(wèn)題,通過(guò)控制不同浸種劑和吸收試劑的時(shí)間來(lái)提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽時(shí)間。黃腐酸(Fulvic aicd,FA)是應(yīng)用廣泛的一種抗旱劑[13],屬于水溶性腐殖酸,主要從風(fēng)化煤中提取,分子量較低,組成成分復(fù)雜,含有碳、氯、氧、硫、氮等多種元素,并含有多種活性基團(tuán),常被用作抗蒸騰劑來(lái)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育[14],具有效果顯著、應(yīng)用廣、對(duì)人畜無(wú)傷害、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)[15]。黃腐酸對(duì)植物的作用類似激素,可提高種子酶活性,使膜完整性得到修復(fù),增加種子在鹽堿、干旱等條件下的成活率[16],廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[17]。黃腐酸可減輕鹽脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)的影響,提高種子活力,在低溫、高溫、干旱、鹽漬等逆境條件下加速種子發(fā)芽,提高出苗率和成苗率,增強(qiáng)苗期耐逆性[18-19]。適宜濃度的黃腐酸溶液可以有效提高旱作燕麥的發(fā)芽率和出苗率[6]。目前關(guān)于黃腐酸溶液浸種促進(jìn)種子萌發(fā)的研究報(bào)道大多只針對(duì)單一濃度的浸種液和浸種時(shí)間開(kāi)展[20],涉及濃度和時(shí)間的交互作用對(duì)作物種子萌發(fā)的影響研究鮮有報(bào)道。因此,本試驗(yàn)選用不同濃度的黃腐酸溶液和不同浸種時(shí)間對(duì)燕麥種子進(jìn)行處理,觀察種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)狀況,旨在篩選適合燕麥種子的最佳浸種濃度和浸種時(shí)間組合,以期為燕麥生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥品種壩莜3號(hào),由烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院提供。

黃腐酸(N+P+K≥200 ng/L,濃度1 g/mL),購(gòu)于范德(北京)生物科技有限責(zé)任公司。

泥炭土(N+P+K>10 g/kg,有機(jī)質(zhì)含量>50 g/kg,pH值5.5～8.5,土壤含水量為10%),購(gòu)于廣東高要萬(wàn)家泥炭土公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

恒溫培養(yǎng)箱、電子天平(0.000 1 g)、直尺、燒杯、容量瓶、移液槍、鑷子、濾紙、培養(yǎng)皿、塑料盆。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年5—9月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)燕麥產(chǎn)業(yè)研究中心育種試驗(yàn)室和溫室進(jìn)行。選用6種黃腐酸溶液濃度和5種浸種時(shí)間,溶液濃度分別為稀釋50、100、150、200、250倍和300倍的黃腐酸稀釋液,浸種時(shí)間分別為3、6、9、12 h和15 h,試驗(yàn)采用二因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì),共30個(gè)處理及對(duì)照(蒸餾水),重復(fù)3次。選取健康飽滿、大小均一的燕麥種子,用3%的次氯酸鈉溶液消毒后蒸餾水沖洗4次,將種子晾干后放入燒杯進(jìn)行編號(hào),每個(gè)燒杯中分別加入對(duì)應(yīng)濃度的黃腐酸溶液,將燒杯置于20 ℃、無(wú)光照的恒溫培養(yǎng)箱中按照設(shè)定的不同時(shí)間進(jìn)行浸種,浸種過(guò)程中每3 h搖晃一次燒杯。浸種結(jié)束后的種子倒在紗布上用蒸餾水進(jìn)行清洗后放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上回干24 h[21]。

1.3.1種子發(fā)芽試驗(yàn)

將2層濾紙用蒸餾水潤(rùn)濕后置于培養(yǎng)皿底部,從每個(gè)處理中分別選取300粒種子置于培養(yǎng)皿中,每盒100粒,重復(fù)3次,將培養(yǎng)皿放入溫度為(25±2)℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)[22],連續(xù)7 d記錄種子萌發(fā)情況,4 d后測(cè)定發(fā)芽勢(shì),7 d后測(cè)定發(fā)芽率、發(fā)芽速率及胚芽長(zhǎng)度,發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為芽長(zhǎng)達(dá)種子長(zhǎng)度的1/2。計(jì)算公式如下:

發(fā)芽率/%=(正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽勢(shì)/%=(開(kāi)始發(fā)芽至發(fā)芽高峰時(shí)段發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽速率/%=(發(fā)芽種子數(shù)/對(duì)應(yīng)天數(shù))×100%。

1.3.2幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)

采用盆栽方法,土壤為蛭石與泥炭土按質(zhì)量比為1∶1的比例混合而成。塑料盆高25 cm,直徑20 cm,每盆裝混合土2.5 kg。從浸種后每個(gè)處理中分別選取150粒種子,每盆播30粒,重復(fù)3次,采用完全隨機(jī)排列。幼苗期進(jìn)行取樣并測(cè)定出苗率、單株苗鮮重、幼苗高度和根長(zhǎng),成熟期測(cè)定每盆籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件進(jìn)行整理,并采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃腐酸浸種對(duì)燕麥種子萌發(fā)的影響

不同濃度的黃腐酸溶液和浸種時(shí)間的相互作用對(duì)燕麥種子萌發(fā)的影響較大(表1、表2、表3、表4)。用稀釋50倍和100倍的黃腐酸溶液浸種不同時(shí)間后,各項(xiàng)指標(biāo)均低于清水浸種處理(ck),說(shuō)明濃度和時(shí)間兩因素的相互作用對(duì)種子萌發(fā)有一定程度的抑制作用,其中稀釋50倍浸種液的抑制效果最明顯;以稀釋150倍、200倍及250倍的黃腐酸浸種液浸種不同時(shí)間后各項(xiàng)指標(biāo)值均高于ck,說(shuō)明適宜濃度的浸種液和時(shí)間相互作用會(huì)提高種子活力,促進(jìn)萌發(fā),其中稀釋200倍浸種液的促進(jìn)效果最明顯;以300倍稀釋液浸種后各項(xiàng)指標(biāo)均接近于ck,說(shuō)明300倍稀釋后溶液的作用效果等同于清水。不同濃度浸種液浸種3～15 h處理,種子萌發(fā)的各項(xiàng)指標(biāo)呈先增后減的變化趨勢(shì),其中浸種9 h后各項(xiàng)指標(biāo)值達(dá)到最高。200倍稀釋液浸種9 h后,種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率、發(fā)芽勢(shì)和胚芽長(zhǎng)度較ck分別提高5.3%、60.0%、19.9%和26.4%。黃腐酸溶液濃度和浸種時(shí)間均能夠?qū)ρ帑湻N子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率、發(fā)芽勢(shì)及胚芽長(zhǎng)度產(chǎn)生顯著影響(表5),同樣二者之間的交互作用具有顯著差異(p<0.05)。綜合以上可知,以200倍黃腐酸稀釋液浸種9 h更適合燕麥種子萌發(fā)。

表1 不同處理對(duì)燕麥種子發(fā)芽率的影響Table 1 Effect of different treatments on germination rate of oat seeds

表2 不同處理對(duì)燕麥種子發(fā)芽速率的影響Table 2 Effect of different treatments on the germination rate of oat seeds

表3 不同處理對(duì)燕麥種子發(fā)芽勢(shì)的影響Table 3 Effects of different treatments on the germination potential of oat seeds

表4 不同處理對(duì)燕麥種子胚芽長(zhǎng)度的影響Table 4 Effects of different treatments on the germ length of oat seeds

2.2 黃腐酸浸種對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響

不同稀釋濃度的黃腐酸浸種液和浸種時(shí)間的交互作用對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響較大(表5、表6、表7、表8)。稀釋50倍和100倍的黃腐酸溶液浸種不同時(shí)間后,幼苗生長(zhǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)值與ck相比均明顯降低,說(shuō)明濃度和時(shí)間兩因素的交互作用可以在一定程度上抑制燕麥幼苗生長(zhǎng),其中稀釋50倍浸種液的抑制程度最大;同時(shí)以稀釋150倍、200倍及250倍的黃腐酸浸種液浸種不同時(shí)間后各項(xiàng)指標(biāo)值均明顯高于ck,說(shuō)明適宜濃度的浸種液和時(shí)間交互可在一定程度上促進(jìn)燕麥幼苗生長(zhǎng),尤其以稀釋200倍浸種液的促進(jìn)效果最佳;而以300倍稀釋液浸種后各項(xiàng)指標(biāo)值均近似于ck,說(shuō)明300倍稀釋液無(wú)明顯作用效果。不同濃度浸種液浸種3～15 h處理,幼苗生長(zhǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)值均呈先升高后降低的趨勢(shì),在浸種9 h后各項(xiàng)指標(biāo)值達(dá)到最高。200倍稀釋液浸種9 h后,燕麥出苗率、幼苗高度、根長(zhǎng)及幼苗鮮重分別較ck增加11.0%、13.4%、14.1%和19.6%。黃腐酸溶液濃度和浸種時(shí)間均能夠?qū)ρ帑湹某雒缏?、幼苗高度、根長(zhǎng)及鮮重產(chǎn)生顯著影響(p<0.05)(表10),而出苗率、幼苗根長(zhǎng)和幼苗鮮重在二者之間的交互作用下不具有顯著差異(p>0.05)。綜合可知,以200倍黃腐酸稀釋液浸種9 h是促進(jìn)燕麥幼苗生長(zhǎng)的最佳處理組合。

表5 不同濃度、時(shí)間下燕麥發(fā)芽率、發(fā)芽速率、發(fā)芽勢(shì)及胚芽長(zhǎng)度的方差分析Table 5 Variance analysis of oats germination rate,germination rate,germination vigor and germ length under different concentrations and times

表7 不同處理對(duì)燕麥幼苗高度的影響Table 7 Effect of different treatments on height of oat seedlings

表8 不同處理對(duì)燕麥幼苗根長(zhǎng)的影響Table 8 Effects of different treatments on the root length of oat seedlings

2.3 黃腐酸浸種對(duì)燕麥籽粒產(chǎn)量的影響

由表11可知,不同濃度的黃腐酸溶液和浸種時(shí)間的相互作用明顯影響燕麥籽粒產(chǎn)量。稀釋50倍和100倍的黃腐酸溶液浸種不同時(shí)間后籽粒產(chǎn)量明顯低于ck,說(shuō)明濃度和時(shí)間的相互作用造成燕麥產(chǎn)量損失,其中稀釋50倍浸種液的減產(chǎn)效果最明顯,最低為12.45 g/盆;相反以稀釋150倍、200倍及250倍的黃腐酸浸種液浸種不同時(shí)間后產(chǎn)量高于ck,說(shuō)明適宜濃度的浸種液和時(shí)間相互作用會(huì)不同程度提高燕麥籽粒產(chǎn)量,其中稀釋200倍浸種液的增產(chǎn)效果最明顯,每盆最高達(dá)32.15 g;以300倍稀釋液浸種后產(chǎn)量略高于ck,說(shuō)明300倍稀釋液浸種無(wú)明顯作用效果。不同濃度浸種液浸種3～15 h處理,產(chǎn)量同樣呈先增后減的趨勢(shì),浸種9 h達(dá)到最高。200倍稀釋液浸種9 h后,籽粒產(chǎn)量較ck提高21.0%。黃腐酸溶液濃度和浸種時(shí)間均能夠?qū)ρ帑湹淖蚜．a(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響(表11),二者之間的交互作用同樣具有顯著差異(p<0.05)。綜合以上說(shuō)明,以200倍黃腐酸稀釋液浸種9 h對(duì)燕麥的增產(chǎn)效果最佳。

表9 不同處理對(duì)燕麥幼苗鮮重的影響Table 9 Effects of different treatments on the fresh weight of oat seedlings

表10 不同濃度、時(shí)間下燕麥出苗率、幼苗高度、根長(zhǎng)及鮮重的方差分析Table 10 Variance analysis of oats emergence rate,seedling height,root length and fresh weight under different concentrations and times

表11 不同處理對(duì)燕麥籽粒產(chǎn)量的影響Table 11 Effect of different treatments on oat grain yield

表12 不同濃度、時(shí)間下燕麥籽粒產(chǎn)量的方差分析Table 12 Variance analysis of oat grain yield under different concentration and times

3 討論與結(jié)論

種子在儲(chǔ)藏過(guò)程中,水分的散失會(huì)導(dǎo)致種子活力降低,發(fā)芽率降低,幼苗生長(zhǎng)受到抑制,并且種子儲(chǔ)藏時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的影響越嚴(yán)重[23]。黃腐酸酸性較強(qiáng),可以刺激植物體生長(zhǎng)[24]。閆論[25]研究表明,濃度過(guò)高或過(guò)低的黃腐酸溶液均不利于燕麥發(fā)芽。本試驗(yàn)研究顯示,稀釋200倍的黃腐酸溶液最適宜燕麥種子萌發(fā),符合上述觀點(diǎn),說(shuō)明適宜濃度的黃腐酸溶液可以提高燕麥種子活力。稀釋300倍后的黃腐酸溶液對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響力接近于零,說(shuō)明低濃度黃腐酸溶液的刺激效果沒(méi)有得到最大程度的發(fā)揮。而濃度過(guò)高時(shí)會(huì)抑制燕麥種子萌發(fā)和出苗,本試驗(yàn)中,稀釋50倍的溶液相比于ck,各項(xiàng)指標(biāo)均大幅降低,可能是黃腐酸溶液的某種刺激性物質(zhì)濃度過(guò)大會(huì)抑制種子生理調(diào)節(jié)物質(zhì)的活性。

種子萌發(fā)過(guò)程中水分的吸收大致可以劃分為3個(gè)階段,通過(guò)浸種等種子引發(fā)處理使種子緩慢地吸水而延長(zhǎng)種子處于吸脹的第二階段,有利于原生質(zhì)膜的恢復(fù)和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,進(jìn)而促進(jìn)種子的萌發(fā)[5]。種子引發(fā)即通過(guò)控制種子的水合狀態(tài),使得水分充足以讓萌發(fā)前代謝事件發(fā)生,但又不使得胚根突破種皮[6]。浸種時(shí)間短,不能夠達(dá)到種子萌發(fā)所需要的吸水量,本研究中浸種3 h和6 h均不能達(dá)到種子萌發(fā)所需的最佳吸水時(shí)間,說(shuō)明燕麥種子萌發(fā)所需要的吸水階段不完整[26]。浸種時(shí)間過(guò)長(zhǎng),種子因吸水量大導(dǎo)致種皮過(guò)早脹破,細(xì)胞內(nèi)代謝提前發(fā)生,損壞細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,甚至變質(zhì)[27],這也是該試驗(yàn)中浸種15 h后種子萌發(fā)的各項(xiàng)指標(biāo)均明顯降低的最大可能原因。

稀釋200倍的黃腐酸溶液和浸種9 h為促進(jìn)燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的最佳處理組合,但目前在禾本科作物上類似的研究尚少,導(dǎo)致結(jié)論不一致的原因有很多,其中包括種子的自身生理差異和外界環(huán)境的不同,具體結(jié)論需經(jīng)過(guò)大量研究驗(yàn)證。