玉米秸秆水浸提液对3种小麦种子萌发和幼苗生长的影响

郑曦　钱力　李小花

摘要：为了探讨玉米秸秆还田的可能性，研究不同浓度的玉米秸秆水浸提物对3种小麦（周麦16、烟辐188、冀麦38）种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：玉米秸秆浸提液对周麦16、烟辐188、冀麦38种子的发芽率、幼苗根长、芽长的生长，以及幼苗叶片的叶绿素含量、过氧化物酶活性均有一定的抑制作用，且随着玉米秸秆浸提液浓度的增大，抑制作用加强；此外还发现，玉米秸秆还田对下茬轮种作物小麦的生长会产生不利影响。 关键词：小麦；玉米秸秆浸提液；化感作用；叶绿素含量；过氧化物酶 中图分类号： Q945.3；S512.104.3 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0093-03化感作用是指植物、微生物、病毒或真菌通过向环境中释放一些特殊的化学物质而对其他植物或微生物产生直接或间接的、有益或有害的作用[1]。植物化感作用普遍存在于自然界，是一种重要的生态机制，研究表明，众多植物具有化感潜力[2-6]。自20世纪80年代以来，在农业可持续发展战略的影响下，农作物秸秆直接还田的耕作方式替代了传统的焚烧方式，在国内得到了广泛的推广和运用[7-8]。我国每年农作物秸秆产量高达9亿t，其中玉米秸秆占到60%～70%，而被利用的20%～30%中大部分秸秆的利用途径是作为肥料还田，通过提高土壤养分而增加作物产量的。秸秆还田在改善土壤理化性质的同时，其残体可以向环境中释放一些次生代谢产物，从而对后茬作物产生影响。有学者认为，秸秆还田导致秸秆还田地块小麦根部病害加重[9]；而有学者却发现，禾本科作物秸秆可以减轻土传病害的发生[10]；还有研究发现，玉米秸秆整株还田可以有效促进土壤理化性状的改善，使后茬小麦增产10%[11]；但也有研究发现，秸秆还田量过高导致接茬作物产量的下降[12]，玉米秸秆腐解液对小麦种子萌发、根干质量均具有抑制作用[9]；一定比例的转Bt基因的玉米秸秆还田对后茬作物的萌发没有不利影响[13]，这与小麦品种及玉米秸秆的使用量有关。徐州地区通常进行夏玉米与冬小麦1年2熟轮作，玉米秸秆极多，本试验以徐州地区广泛种植的3种小麦（周麦16、烟辐188、冀麦38）为研究对象，研究玉米秸秆的水浸提液对其种子萌发和幼苗生长的影响，以期为玉米秸秆的综合利用提供理论基础。1 材料与方法1.1 试验材料小麦种子（周麦16、烟辐188、冀麦38）购买于江苏省徐州市种子公司。2012年10月收集玉米秸秆，自然风干后于阴凉干燥处贮存备用。试验前用剪刀剪碎并称质量，放入玻璃器皿中，以1 ∶10的比例加入蒸馏水，使其质量浓度为10%。放置90 h，每12 h摇动10 min，过滤得到水溶物溶液，以此为母液配制4个处理组，使其质量浓度分别为5、10、20、40 g/L；以蒸馏水为对照。1.2 试验方法1.2.1 浸提液对3种小麦种子萌发和幼苗生长影响的生物测定 用培养皿滤纸法[14]进行玉米秸秆水浸提液处理试验。每个培养皿内放入20粒同一品种且已露白、大小一致、饱满的小麦种子，加入20 mL不同质量浓度的处理液，以蒸馏水为对照，每组重复3次。小麦种子播种24 h后开始记录发芽率，每天定时观察，直至对照组种子的发芽率不再变化为止，记录此时的发芽率。小麦种子发芽生长7 d后，各处理分别随机抽取20株（不足20株的全部测定），测量其根长、芽长。1.2.2 浸提液对3种小麦幼苗叶绿素含量、过氧化物酶活性影响的生物测定 采用盆栽测定，选用直径为20 cm的塑料盆，每盆装土550 g，挑选30粒已露白、大小一致、饱满的小麦种子播于盆内，分别于播种后0、5、10、15 d浇灌50 mL不同浓度的浸提液，以蒸馏水浇灌为对照，每组重复3次，随机区组排列，常规管理。于播后20 d测定小麦叶片叶绿素含量与过氧化物酶活性[15]。1.3 数据处理采用SPSS 17.0统计分析软件分别进行不同处理间小麦种子萌发和幼苗生长特性差异的显著性分析。2 结果与分析2.1 玉米秸秆浸提液对小麦种子萌发的影响由图1可知，玉米秸秆浸提液对周麦16、烟辐188、冀麦38种子的萌发均有显著的抑制作用，且小麦种子的发芽率与玉米秸秆浸提液的浓度呈显著的负相关关系，3个品种的r2分别为 0.973 6、0.935 6、0.979 1；当浸提液浓度为40 g/L时，烟辐188小麦种子已不再萌发。2.2 玉米秸秆浸提液对小麦幼苗芽长生长的影响由图2可知，一定浓度范围的玉米秸秆浸提液对周麦16、烟辐188、冀麦38幼苗芽的生长均有显著的抑制作用，且芽长与玉米秸秆浸提液的浓度呈显著的负相关关系，3个品种的r2分别为0.903 6、0.982 3、0.889 5。2.3 玉米秸秆浸提液对小麦幼苗根长生长的影响由图3可知，玉米秸秆浸提液对周麦、烟辐188、冀麦38幼苗根的生长均有显著的抑制作用，且根长与玉米秸秆浸提液的浓度呈显著的负相关关系，3个品种的r2分别为0.916 8、0904、0845 6。2.4 玉米秸秆浸提液对小麦叶绿素含量的影响叶绿素是绿色植物进行光合作用的基础物质，其含量决定叶片的光合速率，进而影响叶片的光合作用能力和干物质的积累，可以在一定程度上反映叶片的衰老程度[16]，测定小麦叶片叶绿素含量可为挖掘不同品种小麦生理特性和生产潜力提供科学依据。从图4-a可见，玉米秸秆浸提液对周麦16叶片叶绿素含量的影响极为明显，添加少量的玉米秸秆浸提液（5 g/L）后，周麦16叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量与对照相比分别下降36.1%、25.9%、32.7%；而当玉米秸秆浸提液浓度为 40 g/L 时，叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量与对照相比大幅下降，比对照分别下降593%、91.5%、68.7%。 由图4-b可见，在一定浓度范围内，玉米秸秆浸提液显著降低了烟辐188幼苗叶片中的叶绿素含量，且烟辐188幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量随着玉米秸秆浸提液浓度的增加而降低，呈明显的负相关关系，r2分别为0.976 6、0.939 9、0.972 6。当玉米秸秆浸提液浓度为40 g/L时，烟辐188已无叶片长出。由图4-c可见，玉米秸秆浸提液对冀麦38叶片叶绿素含量的影响也很明显，但与周麦16、烟辐188相比，其受到的影响相对最小。较低浓度的玉米秸秆浸提液（≤10 g/L）后，冀麦38叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量没有受到明显的影响；在玉米秸秆浸提液浓度为20 g/L时，冀麦38叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量与对照相比分别只下降28.2%、14.3%、23.8%。总体看出，玉米秸秆浸提液对3种小麦幼苗叶片叶绿素含量有一定的抑制作用，浸提液浓度越大，抑制作用越强，浸提液对冀麦38叶绿素含量的抑制作用相对于其他2个品种要弱。2.5 玉米秸秆浸提液对小麦过氧化物酶活性的影响过氧化物酶是植物体内膜脂过氧化过程中重要的保护酶之一，是植物体内消除过氧化物、降低活性氧伤害的一种关键酶，对保护膜结构的稳定性至关重要[17]。 从图5可以看出，玉米秸秆浸提液明显降低了周麦16叶片POD酶的活性，且POD酶活性随着浸提液浓度的增加而减弱，玉米秸秆浸提液浓度为40 g/L时小麦叶片POD酶活性大幅减弱，与对照相比减弱79.1%。 由图5还可见，较低浓度的玉米秸秆浸提液（≤10 g/L）对烟辐188叶片中POD的活性无明显的影响，而当玉米秸秆浸提液浓度为20、40 g/L时，叶片中POD的酶活性显著大幅减弱，与对照相比分别减弱38.9%、76.7%。5 g/L玉米秸秆浸提液对冀麦38叶片POD的酶活性无明显的影响，但随着浸提液浓度的升高，冀麦38叶片POD的酶活性逐渐减弱（图5），呈明显的负相关关系，r2为0865 9。 经过玉米秸秆浸提液处理的周麦16、烟辐188、冀麦38中的过氧化物酶活性随着浸提液浓度的增大而逐渐减弱。过氧化物酶是植物在逆境条件下酶促防御系统的关键酶之一，它与超氧化物歧化酶、过氧化氢酶相互协调配合，能够清除过剩的自由基，提高植物的抗逆性。本试验结果表明，经过玉米秸秆浸提液的处理，3种小麦幼苗的POD酶活性减弱，清除自由基的能力受到抑制，生长受到影响，对幼苗的进一步生长不利。3 结论将适量的前茬作物的残茬留在田里或以残体覆盖地表，可以提高土壤有机质的含量，增强土壤肥力。有研究表明，农田作物覆盖可提高土壤有机碳含量，从而提高作物产量[18-20]。然而本研究结果却表明，玉米秸秆水浸提液对小麦品种周麦16、烟辐188、冀麦38种子的萌发率、根长、芽长、小麦幼苗叶片的叶绿素含量、过氧化物酶活性均有一定的抑制作用，玉米秸秆还田须要进一步的探讨。参考文献：[1]Torres A，Oliva R M，Castellano D，et al. 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