復(fù)配育秧基質(zhì)對水稻苗期生長的影響

摘 "要：將有機(jī)育秧基質(zhì)分別與棕壤土、水稻土按照不同比例混合作為培養(yǎng)基質(zhì)，通過檢測基質(zhì)理化指標(biāo)，觀察水稻生長趨勢，結(jié)合復(fù)配基質(zhì)對蔗糖代謝相關(guān)酶及可溶性蛋白含量的影響，篩選出水稻育秧的最適配比。結(jié)果表明：采用主成分分析得出地上干重可代表水稻生長趨勢，篩選出最優(yōu)處理T2（75%棕壤土+25%有機(jī)基質(zhì)），育秧基質(zhì)理化指標(biāo)優(yōu)于其他處理組，適合水稻生長且長勢較好，為優(yōu)化室內(nèi)水稻苗期培育生長條件提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水稻；棕壤土；基質(zhì)；理化性質(zhì)

中圖分類號(hào)：S511.043 " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-6737（2024）04-0009-07

Effect of Combined Seedling Raising Mechanism on the Growth of Rice Seedling

WANG Hong-feng ， ZHAO Hong-ling ， ZHANG Xiao-ying ， HAN Zhen ， JIN Yu-ting ，

CHEN Da-yin ， KONG Bo*

（Shandong Pengbo Biotechnology Co.LTD， Tai’an Shandong 271018， China）

Abstract： Organic seedling matrix was mixed with brown loam soil and paddy soil in different proportions as culture matrix. The physical and chemical indexes of the matrix were detected. The growth trend of rice was observed. According to the effects of the complex matrix on sucrose metabolism related enzymes and soluble protein content， the optimal ratio of rice seedling cultivation was selected. The results show that the above ground dry weight can represent the growth trend of rice by principal component analysis. Select the optimal treatment T2（75%BS+25%OSS）. The seedling matrix is better than other treatment groups， which is suitable for rice growth and good growth， and provides a theoretical basis for optimizing the growth conditions of indoor rice seedling.

Key words： Rice; Brown soil; Seedling substrate; Physical and chemical properties

水稻（Oryza sativa L.）在我國總播種面積約3000萬公頃[1]，以稻米為主食的人口超過60%。隨著人口數(shù)量的增長和營養(yǎng)要求的提高，水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)已成為關(guān)乎糧食和食品安全的熱點(diǎn)問題。與水稻產(chǎn)量和品質(zhì)提升有關(guān)的雜交和轉(zhuǎn)基因育種、生物和非生物脅迫等研究都需要通過盆栽試驗(yàn)來進(jìn)行條件摸索和理論驗(yàn)證，所以盆栽方法和基質(zhì)配比的優(yōu)化對研究具有重要意義。通過苗期盆栽試驗(yàn)可在達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期效果的前提下有效縮短試驗(yàn)周期，解決傳統(tǒng)盆栽試驗(yàn)周期長、成本高、步驟繁瑣的問題[2]。近些年水稻苗期盆栽逐漸普及，已在室內(nèi)通過盆栽的模式開展了一系列水稻病蟲害防治方面和菌劑對水稻生長及土壤有效養(yǎng)分影響的研究[3-5]，以及氮肥種類和油菜稈還田對水稻苗期碳氮累積影響的研究，試驗(yàn)效果明顯[6]。目前應(yīng)用較廣泛的苗期盆栽基質(zhì)是有機(jī)育秧基質(zhì)[7]，解決了土壤育秧氧氣含量少、作物難以壯根、土傳病害等問題[8-9]，但由于吸水、持水性差，容易導(dǎo)致水稻秧苗脫肥、缺素等癥狀[10]。而有機(jī)育秧基質(zhì)與土壤混合育秧能改善上述問題，已報(bào)道的混合育秧土壤多是水稻土、黑土等通氣性差的粘性土壤，或持水、保水能力差的沙土[11-16]。而采用棕壤土與有機(jī)育秧基質(zhì)混合作為水稻苗期盆栽育秧基質(zhì)尚未見報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)棕壤土、水稻土分別與水蘚泥炭基質(zhì)混合進(jìn)行室內(nèi)盆栽模擬試驗(yàn)，探究在溫室栽培條件下，有機(jī)育秧基質(zhì)與棕壤土、水稻土不同比例混合后對水稻秧苗生長的影響，結(jié)合生理指標(biāo)對比混合基質(zhì)對蔗糖代謝相關(guān)酶及可溶性蛋白含量的影響，篩選出水稻育秧的最適配比，為優(yōu)化室內(nèi)水稻苗期培育生長條件提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 "供試材料

供試水稻品種，圣稻301；常規(guī)棕壤土（Brown soil，BS），取自山東省泰安市徂汶景區(qū)天寶鎮(zhèn)試驗(yàn)田（35°57′7.1316″N 117°22′45.1884″E），自然風(fēng)干，20目篩網(wǎng)過篩；常規(guī)水稻土（Paddy soil，PS），取自濟(jì)寧市魚臺(tái)縣喻屯鎮(zhèn)水稻田（35°0′41.796″N 116°39′1.656″E），自然風(fēng)干，20目篩網(wǎng)過篩；有機(jī)育秧基質(zhì)（Organic seedling substrate，OSS）選用丹麥品氏泥炭土，pH值6.0，粗細(xì)度0～6 mm，規(guī)格300 L/袋。供試土壤和有機(jī)育秧基質(zhì)121 ℃滅菌20 min處理。

1.2 "試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在人工氣候室內(nèi)進(jìn)行，溫度25 ℃，濕度50%～60%，光照16 h，黑暗8 h，光照6000～7000 lux。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，有機(jī)基質(zhì)（OSS）中分別加入不同比例的棕壤土（BS）和水稻土（PS），采用人工混合方式將其充分混勻，具體處理配比見表1。

水稻種子浸種12 h后，用5%次氯酸鈉消毒10 min，蒸餾水沖洗，28 ℃催芽2 d至破胸露白后，人工播種9顆置于上口直徑20 cm、高20 cm盆缽內(nèi)，放入人工氣候室中培養(yǎng)。試驗(yàn)于2022年4月15日播種，每個(gè)處理重復(fù)5次，共計(jì)45盆。試驗(yàn)期間，按照實(shí)際情況澆水，使其表面保持濕潤。在第15天、30天和45天測定苗期長勢，第45天取樣測定理化指標(biāo)等。

1.3 "測定項(xiàng)目和分析方法

1.3.1 "育秧基質(zhì)的基本理化性狀 "測定播種前各處理組土壤的容重、總孔隙度。

1.3.2 "水稻秧苗形態(tài)指標(biāo) "每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10株秧苗，測定株高、最長根長、莖粗[17]、最大單葉葉面積（長×寬×0.75）[18]、SPAD（SPAD-502 Plus便攜式葉綠素計(jì)）。

1.3.3 "生物量指標(biāo)測定 "鮮質(zhì)量：每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取20株秧苗，洗凈后用濾紙擦干，用電子天平稱其質(zhì)量 ，重復(fù)3 次取平均值。

干質(zhì)量：每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取20株秧苗，洗凈后用濾紙擦干，將水稻秧苗放入干燥箱內(nèi)，105 ℃殺青20 min，60 ℃烘干至恒重，用電子天平稱其質(zhì)量 ，重復(fù)3 次取平均值。

分別測定地上部、地下部鮮質(zhì)量及地上部、地下部干質(zhì)量。

1.3.4 "蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性測定 "準(zhǔn)確稱取0.1 g水稻葉片和根系組織，加入1 mL提取液，進(jìn)行冰浴勻漿，8 000 g、4 ℃離心10 min，取上清液，采用蔗糖磷酸合成酶（SPS）試劑盒[19]進(jìn)行測定。

1.3.5 "可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶（SAI）活性測定 "準(zhǔn)確稱取0.1 g水稻葉片和根系組織，加入1 mL提取液，進(jìn)行冰浴勻漿，12 000 g、4 ℃離心10 min，取上清液，采用可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶（SAI）試劑盒[20]進(jìn)行測定。

1.3.6 "可溶性蛋白含量測定 "采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[21]分別測定水稻葉片、根系中的可溶性蛋白含量。

2 "結(jié)果與分析

2.1 "不同配比基質(zhì)理化指標(biāo)分析

優(yōu)質(zhì)基質(zhì)能否為秧苗提供生長所必須的各類營養(yǎng)物質(zhì)，不能單看能否育出壯秧，還要看基質(zhì)理化指標(biāo)是否符合秧苗生長需要的環(huán)境與營養(yǎng)元素，如基質(zhì)的容重、基質(zhì)的總孔隙度、基質(zhì)的pH值等，對9種不同配比基質(zhì)進(jìn)行理化指標(biāo)分析結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，經(jīng)過復(fù)配的有機(jī)基質(zhì)容重均低于對照組T1、T5，其中復(fù)配基質(zhì)容重范圍0.42～0.76 g/cm3，適合于水稻育秧，有利于秧苗生長根系發(fā)育?；|(zhì)的孔隙度對秧苗水分吸收有重要作用，如表2所示，復(fù)配基質(zhì)孔隙度均高于對照組T1、T5、T9，表明復(fù)配處理基質(zhì)具有更好的通氣條件?；|(zhì)pH值是水稻育秧中非常重要的因素，通過測定發(fā)現(xiàn)，T1、T2、T3、T4、T9處理均呈弱酸性，比較適合用作水稻育秧，在實(shí)際育秧使用過程中，一般通過施肥或其他措施調(diào)節(jié)pH值，使其達(dá)到育秧的要求。

水稻育秧不僅受基質(zhì)的理化性質(zhì)的影響，基質(zhì)中養(yǎng)分含量也會(huì)對水稻生長產(chǎn)生顯著影響。根據(jù)結(jié)果顯示，全氮含量除T1、T5處理較低外，其他處理均大于2 g/kg，其中T9處理高達(dá)11.82 g/kg。全磷含量處理組T1、T2、T3、T4高于處理組T5、T6、T7、T8。全鉀含量除T8、T9含量較低外，其他復(fù)配基質(zhì)均高于10 g/kg。表2所示速效營養(yǎng)含量存在顯著差異，對照組T1、T5含量較低，由此可見，復(fù)配基質(zhì)全營養(yǎng)元素及速效營養(yǎng)元素較適合于水稻育秧。

綜上所述，T2、T3、T4處理組在一定程度上優(yōu)于其他處理組，能滿足育秧的要求，為秧苗生長提供較好的環(huán)境。

2.2 "不同配比基質(zhì)對水稻地上部分性狀的影響

對45 d時(shí)T1～T9處理的水稻地上干重、地上鮮重、地下干重、莖粗、葉面積、地下鮮重、株高、根長和SPAD共9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（PCA），各指標(biāo)載荷矩陣見表3所示。

由圖1可知，決定第1主成分（PC1）的主要有地上鮮重、地上干重、地下干重、莖粗、葉面積和株高等指標(biāo)，反映了原始數(shù)據(jù)74.2%的信息；決定第2主成分（PC2）的主要有SPAD、株高和葉面積，反映了原始數(shù)據(jù)16.2%的信息。T1～T9在各區(qū)間分布較均勻，表明不同處理具有明顯差異。PC1的貢獻(xiàn)率大于60%，可以用它來對這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。而地上干重與PC1的夾角最小，載荷為0.362，即相關(guān)性最強(qiáng)，因此采用地上干重代表水稻生長趨勢（圖1）。在PC1上，各處理得分，即水稻長勢排序?yàn)椋?T2gt;T7gt;T3gt;T8gt;T6gt;T1gt;T5gt;T4gt;T9，有機(jī)育秧基質(zhì)與棕壤土和水稻土復(fù)配后，理化性質(zhì)和營養(yǎng)發(fā)生了改變，繼而影響了植株?duì)I養(yǎng)的吸收和生長。

2.3 "不同配比基質(zhì)對水稻不同時(shí)期長勢的影響

由上述PCA分析可知，地上干重可代表水稻生長趨勢，不同處理T1～T9在15、30、45 d的長勢數(shù)據(jù)見圖2，長勢在前期15 d時(shí)即表現(xiàn)出差異，T2gt;T8gt;T6gt;T3gt;T7gt;T5gt;T1gt;T9gt;T4。中、后期趨勢略有變化但最優(yōu)處理仍表現(xiàn)出穩(wěn)定優(yōu)勢，各處理之間的差距逐漸拉大。除T4處理外，復(fù)配基質(zhì)均不同程度的高于對照組（T1、T5、T9），由此可見復(fù)配處理可以提供水稻較好的生長環(huán)境，且T2、T3處理表現(xiàn)較好的生長優(yōu)勢。

2.4 "不同配比基質(zhì)對蔗糖代謝相關(guān)酶和可溶性蛋白的影響

蔗糖磷酸合成酶（SPS）在蔗糖合成途徑中有著重要作用，其活性反映了植株體內(nèi)蔗糖合成能力，SPS活性提高能促進(jìn)光合同化物積累，有利于植株生長發(fā)育[22]。結(jié)果表明，葉片的SPS活性為T2gt;T7gt;T8gt;T1gt;T4gt;T3gt;T5gt;T6gt;T9，根系的SPS活性為T3gt;T1gt;T8gt;T7gt;T9gt;T2gt;T6gt;T5gt;T4，T3根系 SPS活性最高，T1、T2、T7、T8、T9次之，但各處理之間差異不顯著。結(jié)果表明，棕壤土、水稻土與有機(jī)育秧基質(zhì)混合后育苗影響了水稻體內(nèi)的SPS活性，可促進(jìn)水稻莖葉和根系生長（圖3）。

可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶（SAI）能催化蔗糖分解，誘導(dǎo)液泡生長、細(xì)胞分裂，調(diào)控植株生長發(fā)育[23]。圖3水稻葉片SAI活性，T6gt;T2gt;T7gt;T8gt;T5gt;T3gt;T4gt;T1gt;T9，根部T2gt;T1gt;T8gt;T3gt;T5gt;T4gt;T6gt;T7gt;T9。棕壤土、水稻土與有機(jī)育秧基質(zhì)混合后育苗對水稻體內(nèi)的SAI活性有明顯影響，莖葉長勢良好的水稻中SAI活性較高。T2、T6、T7、T8處理水稻葉片中的SAI活性較單獨(dú)棕壤土、水稻土育苗顯著提高，T2、T8處理水稻根系中的SAI活性較單獨(dú)棕壤土、水稻土育苗顯著提高41.56%、89.97%，其中T2棕壤土添加量占75%處理對提高水稻植株SAI活性優(yōu)勢明顯。

植物體內(nèi)的可溶性蛋白大多數(shù)是參與代謝過程的酶類，是植物性狀表現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、品質(zhì)指標(biāo)[24-25]。棕壤土、水稻土與有機(jī)育秧基質(zhì)混合育苗，葉片可溶性蛋白含量T2gt;T6gt;T1gt;T3gt;T5gt;T7gt;T8gt;T4gt;T9，其中T2較單獨(dú)棕壤土增加20.40%，T6較單獨(dú)水稻土增加28.05%。根部可溶性蛋白含量T3gt;T8gt;T6gt;T9gt;T4gt;T5gt;T7gt;T2gt;T1，其中T3較單獨(dú)棕壤土增加73.76%，T8較單獨(dú)水稻土增加18.86%。由此可見，棕壤土、水稻土與有機(jī)育秧基質(zhì)混合后育苗有利于植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的合成（圖3）。

綜上所述，T2棕壤土添加量占75%處理對提高水稻植株SPS、SAI活性及可溶性蛋白含量優(yōu)勢明顯。

3 "討論與結(jié)論

土壤孔隙度的多少及氣水孔隙的分配和比例是代表土壤物理特性的基本指標(biāo)，與土壤的通氣狀況直接相關(guān)，也是表示土壤結(jié)構(gòu)特征好壞的重要指標(biāo)[26]。最佳總孔隙度一般在54%～96%[27]?？偪紫抖却蟮幕|(zhì)疏松，通透性良好，有利于作物根系生長。也有報(bào)道[28]認(rèn)為基質(zhì)總孔隙度在70%～90%范圍最佳，本研究中除T1處理土壤孔隙度均在此范圍內(nèi)，且復(fù)配基質(zhì)土壤孔隙度均大于對照組T1、T5、T9，水稻長勢除T4處理均優(yōu)于對照組，兩結(jié)果具有一定相符性。作物栽培的適宜容重范圍一般在0.1～0.8 g/cm3，理想的容重在0.5～0.8 g/cm3范圍內(nèi)[29]。

本研究中棕壤土、水稻土添加有機(jī)育秧基質(zhì)后，容重均有所下降、總孔隙度增加。復(fù)配基質(zhì)能提高水稻長勢，其中T2處理容重0.75 g/cm3、總孔隙度90.69%時(shí)，水稻地上部長勢最好。土壤容重過大、總孔隙度小容易導(dǎo)致土壤持水容量小、貯水力弱，造成一定程度的水分虧缺現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)[30]，水分虧缺會(huì)影響植株的光合作用。輕度水分虧缺導(dǎo)致糖類代謝酶類活性增強(qiáng)，進(jìn)而影響水稻秧苗體內(nèi)的糖類含量[31]。水分虧缺還會(huì)導(dǎo)致土壤中鹽濃度過高從而降低水稻根系的可溶性蛋白含量[32-33]。本研究T1棕壤土和T5水稻土容重過大、總孔隙度低，并且在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)有土壤板結(jié)現(xiàn)象。與有機(jī)育秧基質(zhì)混合后的處理T2、T3和T6降低了土壤容重、提高了總孔隙度，未發(fā)現(xiàn)土壤板結(jié)，T2水稻葉片蔗糖磷酸合成酶活性、可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性較對照顯著提升，可溶性蛋白含量高于對照但未形成顯著性差異，根系中蔗糖磷酸合成酶活性較對照略有降低，可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性和可溶性蛋白含量較對照提升。但土壤理化性質(zhì)與植株體內(nèi)蔗糖代謝酶、可溶性蛋白含量的關(guān)系還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

土壤中氮、磷、鉀的含量及動(dòng)態(tài)變化在水稻生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用，磷含量升高有利于水稻地下部生長和植株干物質(zhì)量增加[34]，對水稻苗期生長有著重要作用，鉀素能影響植株的光合作用，植株根系周圍土壤中速效鉀含量高時(shí)，有利于植株生長發(fā)育[35]。綜合發(fā)現(xiàn)混合處理T2：全氮2.21 g/kg、全磷2.15 g/kg、全鉀17.16 g/kg、速效磷175.99 mg/kg、速效鉀0.39 g/kg時(shí)，水稻株高、最長根長、SPAD值、莖粗、地上鮮重、地上干重、地下鮮重、地下干重最大。

綜上所述，有機(jī)基質(zhì)與棕壤土、水稻土混合后，土壤的理化指標(biāo)總孔隙度、容重和pH值等均發(fā)生了改變，對植株的長勢株高、最長根長、最大單葉面積、SPAD值、莖粗和生物量指標(biāo)具有影響，PCA分析表明各處理具有明顯差異，地上干重是具有代表性的指標(biāo)，苗期生長前、中和末期的長勢趨勢相似，對長勢影響最好的處理是T2（棕壤土75%+有機(jī)基質(zhì)25%），與之對應(yīng)的理化指標(biāo)為：容重0.75 g/cm3、總孔隙度90.69%、pH值6.12、電導(dǎo)率372 us/cm、全氮2.21 g/kg、全磷2.15 g/kg、全鉀17.16 g/kg、速效磷175.99 mg/kg、速效鉀0.39 g/kg。對理化指標(biāo)蔗糖磷酸合成酶（SPS）、可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶（SAI）和可溶性蛋白進(jìn)行了測定，不同配比基質(zhì)對水稻蔗糖代謝相關(guān)酶活性及可溶性蛋白含量產(chǎn)生差異性影響，分析與基質(zhì)總孔隙度、pH值和土壤養(yǎng)分等的改變有關(guān)。棕壤土是一種重要的自然資源，本研究為進(jìn)一步利用棕壤土和有機(jī)基質(zhì)混合使用作為室內(nèi)盆栽基質(zhì)的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。后期擬在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其他地區(qū)、其他類型的常見土壤，如褐土、暗棕壤等與有機(jī)基質(zhì)等混合施用對水稻苗期生長的影響。

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