不同浓度溶解氧水浸润棉花种子对萌发的影响

饶晓娟，付彦博，孟阿静，王新勇，蒋平安,王治国

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院,乌鲁木齐　830052； 2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所,乌鲁木齐　830091；

3.新疆农业职业技术学院,新疆昌吉　831100)



不同浓度溶解氧水浸润棉花种子对萌发的影响

饶晓娟1，2 ，3，付彦博2，孟阿静2，王新勇2，蒋平安1,王治国2

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院,乌鲁木齐830052； 2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所,乌鲁木齐830091；

3.新疆农业职业技术学院,新疆昌吉831100)

摘要：【目的】通过4个品种棉花种子浸润不同溶解氧浓度水，研究不同浓度溶解氧浸润水对各品种棉花种子发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗干鲜重的影响。【方法】在培养皿中加入相同量的溶解氧浓度为7.15和11.4 mg/L水浸润棉花种子，在智能光照培养箱中进行萌发培养。【结果】浸润水溶解氧浓度为11.4 mg/L能显著提高棉花种子发芽指数和活力指数，新陆早41号、新陆早48号、中棉49号、新海21号发芽指数和活力指数分别比对照提高11.93%、4.61%、25.19%、22.00%和18.41%、18.67%、9.49%、15.48%；显著提高新陆早41号、新陆早48号、新海21号三个品种的发芽率，分别比对照提高4.26%、6.25%、4.4%，显著提高新陆早48号棉花幼苗干重，比对照增加14.27%。【结论】中棉49号棉种萌发对浸润水溶解氧浓度不敏感，而新陆早41号、新陆早48号、新海21号棉种较为敏感，说明棉种萌发期间增加氧供给的措施能够促进棉种萌发。

关键词：溶解氧;棉花种子;发芽率;发芽指数;活力指数

0引 言

【研究意义】新疆是我国优质棉生产基地， 近年来虽然选育了许多新品种，但有的品种存在发芽率不高，有的品种发病率较高， 有的品种不耐早春冷害等弊病[1]。种子萌发时，生理活动都需要能量的供应，而能量来自呼吸作用，种子萌发时，呼吸强度显著增加，因而需要大量氧气的供应。而氧气不足时，种子内乙醇酸脱氢酶诱导产生乙醇，乳酸脱氢酶诱导产生乳酸，乙醇和乳酸对种子发芽都是有害的。当播种过深，土壤过于粘重板结，土壤含水量过高，或其他条件限制氧气的供应时，胚生长不良，发芽率低，出苗率降低。限制氧气供应的主要原因是水分和种皮。有些种子的种皮透气性原本就差，发芽环境中水分过多，氧气供应进一步受阻，发芽会受到严重影响[2]。【前人研究进展】有关微气泡及微/纳米气泡的探究始于日本，根据应用领域的不同，可以充O2、O3及N2等；目前应用领域已涉及水质净化、水产养殖、医学保健、食品杀菌以及营养液栽培等[3]，【本研究切入点】通过微纳米气泡发生装置提高水体中的溶解氧浓度，从而改善棉花种子萌发时的氧环境，促进棉花种子萌发，提高棉花种子活力，因此微纳米增氧灌溉是一种可以发挥棉花生长潜力且安全有效增产措施。【拟解决的关键问题】通过智能光照培养试验，探讨不同浓度溶解氧水对棉花种子发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗干鲜重的影响，分析评价不同溶解氧浓度之间的影响效果，为该技术的应用推广提供理论依据，为水培棉花加氧试验和膜下滴灌棉田加氧试验提供理论依据。

1材料与方法

1.1材 料

供试材料为棉花新陆早41号、新陆早48号、中棉49号、新海21号四个品种种子，挑选饱满有光泽的种子作供试材料。试验主要仪器设备为 “B&W微纳米气泡发生装置”为本洲(北京)新技术推广有限公司生产。“YSI5000”溶解氧测定仪为美国维赛生产。“Bluepard”MGC-350BP型智能型光照培养箱为上海一恒科技有限公司生产。

1.2方 法

1.2.1制增氧水

微纳米气泡发生装置是通过水泵增压，使水介质和目标气体经过混合后，在曝气分散器内超高速旋转(转速在18 000 r/min秒以上)，在曝气分散器旋转过程中，大气泡被流速相差较大的液体流层摩擦切割成小气泡，气泡水通过排出孔排出，形成微小气泡(超微小气泡)。微纳米气泡是指气泡的直径极为细小，基本处于微米或纳米级别。通常直径小于50 μm的气泡被称之为微气泡[5-6]，而直径小于1 μm的气泡则被称之为纳米气泡。这些微小气泡由于比表面积较大，具有因表面张力作用而使直径不断缩小，形成更细微气泡，并最终湮灭溶于水中的特点[7-9]。同时由于气泡极微细，在水中上浮速度极缓慢，存在时间长，进而提高了所充气体在溶液中的溶解度，并延长了气体溶解度的维持时间。

增氧水的制作方法：以气流量1.5 L/min对微纳米气泡发生装置进行供气，对20 L灌溉水进行10 min曝气充氧，用溶解氧测定仪测定水体的即时溶解氧含量为11.4 mg/L。

1.2.2试验设计

增氧水按照相同标准处理得到溶解氧含量为11.4 mg/L的增氧水；棉花种子每个品种100粒/培养皿，将种子浸润在培养皿中，培养皿内铺3层中速滤纸，加盖，置于智能型光照培养箱内，温度20～30℃，SL为66%(12 h为66%光照度，12 h为0%光照度)。棉种萌发培养试验为2因素4水平试验，2因素为增氧水(DO 11.4 mg/L)和灌溉水CK(DO 7.15 mg/L)处理，4水平为棉花品种分别是新陆早41号、新陆早48号、中棉49号、新海21号，8个处理，每个处理重复三次，置于光照培养箱内进行浸润培养。

1.2.3测定项目

测定发芽数量和鲜芽质量，计算各品种棉花种子发芽率、发芽速度和发芽指数。发芽数量的计数是在整个棉花发芽过程中，白天以8 h为间隔，夜晚以16 h为间隔进行统计，直到发芽基本完成为止(即任何一组发芽率达到100%)。统计发芽率GP=发芽种子数×100%/供试种子总数；简化活力指数VI=发芽率×芽鲜重(g)；发芽指数GI=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为与Dt相对应的不同时间(第td)的发芽数，Dt为相应的发芽天数[10]。结束期用吸水纸擦干后，称鲜重，70℃烘干后称干重。

1.3数据统计

试验数据利用DPS软件和Excel进行处理和分析。

2结果与分析

2.1微纳米气泡水对不同品种棉花种子萌发的影响

研究表明，微纳米气泡水对大多数棉花品种种子发芽都有促进作用。其中新陆早41号棉花品种在增氧条件下种子发芽率最高为98.3%，比对照提高4.26%，差异达到显著水平；新陆早48号、新海21号分别提高6.25%、4.4%，差异均达到显著水平；中棉49号差异不显著。品种新海21号、新陆早41号与新陆早48号、中棉49号种子发芽率存在显著差异。表1

2.2微纳米气泡水对不同品种棉花种子发芽指数和活力指数的影响

研究表明，微纳米气泡水对各棉花品种种子发芽指数和种子活力都有促进作用，其中，新陆早41号、新陆早48号、中棉49号、新海21号在增氧条件下，发芽指数分别比对照提高11.93%、4.61%、25.19%、22.00%，差异达到显著水平；品种之间发芽指数存在显著差异，新海21号的发芽指数最高，分别比新陆早41号、新陆早48号、中棉49号高3.8%、45.1%、65.7%。新陆早41号、新陆早48号、中棉49号、新海21号在增氧条件下，活力指数分别比对照提高18.41%、18.67%、9.49%、15.48%，差异达到显著水平；品种之间活力指数存在显著差异，新海21号的活力指数最高，分别比新陆早41号、新陆早48号、中棉49号高26.49%、59.08%、68.90%，并且各处理之间的差异达到显著水平。

表1微纳米气泡水下棉花种子萌发变化
Table 1Effect of micro/nano-bubble water on germination of cotton

处理Treatment发芽率(%)Germinationpercentage发芽指数Germinationindex活力指数Vigorindex新陆早41号Xinluzao4194.10bc80.33c18.14d新陆早48号Xinluzao4880.20e61.50f14.39h中棉49号Zhongmian4981.90de45.00h14.69g新海21号Xinhai2191.10c76.50d23.52b新陆早41号+OXinluzao41+O98.30a89.92b21.48c新陆早48号+OXinluzao48+O85.40d64.33e17.08e中棉49号+OZhongmian49+O82.40de56.33g16.08f新海21号+OXinhai21+O95.30ab93.33a27.17a

注：不同小写字母表示差异显著(P< 0.05)

Note: The difference lower case letters indicate the significant difference (P< 0.05)，the same as below

2.3微纳米气泡水对棉花幼苗干鲜重的影响

随着水体中溶解氧含量的提高，各棉花品种的幼苗干鲜重都有不同程度地提高，但鲜重各处理之间的差异未达到显著水平，品种间只有新海21号与其他三个品种之间达到显著差异分别比新陆早41号、新陆早48号、中棉49号高30.48%、42.33%、44.89%。表2、图1

表2 微纳米气泡水下棉花幼苗鲜重变化
Table 2 Effect of micro/nano-bubble water(g)

处理TreatmentCK增氧水Oxygenedwater新陆早41号Xinluzao418.24c8.38cd新陆早48号Xinluzao487.85e8.97b中棉49号Zhongmian497.96de8.01cde新海21号Xinhai2110.76a10.85a

表3 微纳米气泡水下棉花幼苗干重变化
Table 3 Effect of micro/nano-bubble water (g)

处理TreatmentCK增氧水Oxygenedwater新陆早41号Xinluzao4119.30bc21.92b新陆早48号Xinluzao4818.10c20.09bc中棉49号Zhongmian4918.03c19.74bc新海21号Xinhai2125.85a28.60a

棉花幼苗干重只有新陆早48号处理间差异达到显著水平，增氧处理比对照增加14.27%；品种间新海21号与新陆早41号、新陆早48号、中棉49号幼苗干重差异显著，比新陆早41号、新陆早48号、中棉49号分别高29.47%、20.96%、35.46%。表3、图2

图1微纳米气泡水下棉花幼苗鲜重变化
Fig. 1 Effect of micro/nano-bubble wateron fresh weight of cotton seedling

图2 微纳米气泡水下棉花幼苗干重变化
Fig. 2 Effect of micro/nano-bubble wateron dry weight of cotton seedling

3讨 论

不同品种棉花种子在发芽过程中，因发芽环境中水分过多或种皮透气性差等原因，造成氧气不足，棉花种子呼吸受到抑制，种子内乙醇和乳酸增加，影响棉花种子发芽。相关文献也表明水分、温度、氧气、光照等均是影响种子萌发的重要环境因素[11-12]。用剪刀从种子的珠孔端剪口，是加快种子发芽速度的一种发芽试验方法[13]；董凤英等[14]通过棉种剥壳后做发芽试验，因种胚直接接触水分、氧气，加快了棉种吸水、呼吸和胚根生长速度，有效地缩短了发芽的时间。这些方法就是通过破坏种皮，增加种子发芽过程中与氧气接触量，可以使细胞内乙醇酸脱氢酶及乳酸脱氢酶等无氧呼吸酶活性受抑制，产生乙酸等的毒性物质可能性降低，能避免种子因缺氧无氧呼吸而产生有害中间物质导致“烂种、烂芽”的现象，进而保证种子发芽率[9，11]。

4结 论

随着微纳米气泡水中溶解氧含量的提高，棉花种子发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗干鲜重等均出现不同程度的提高。

4.1微纳米气泡水促进品种新陆早41号、新陆早48号、新海21号种子发芽，发芽率分别比对照提高4.26%、6.25%、4.4%，差异显著，对中棉49号作用不显著；就品种比较而言，新陆早41号和新海21号发芽率高于新陆早48号和中棉49号，差异显著。

4.2微纳米气泡水提高各棉花品种种子发芽指数和种子活力，与对照差异均显著；就品种比较而言，新陆早41号和新海21号发芽指数和种子活力均高于新陆早48号和中棉49号，差异显著。

4.3微纳米气泡水对棉花幼苗鲜重有一定程度的提高，但差异不显著，品种比较而言，新海21号鲜重最高，与其他三个品种之间的差异显著；微纳米气泡水对新陆早48号幼苗干重作用显著，就品种比较而言，在增氧条件下，新海21号干重最高，与其他三个品种之间的差异显著。

4.4在中棉49号增氧效果不显著，可能与品种特性有关；新陆早48号对照出现种子霉烂现象，建议该品种尤其注重增氧措施，并且该品种在增氧条件下，发芽率提高最多，达到6.25%。各处理发芽指数和活力指数均达到显著水平。幼苗干鲜重中，只有新陆早48号增氧条件下，对棉花幼苗干重影响达到显著水平，其他均为达到显著水平。

4.5微纳米气泡发生装置采用气流量1.5 L/ min，充入空气，能够使水体中溶解氧达到11.4 mg/L，吕梦华等[15]充氧微纳米气泡水溶解氧浓度30 mg/L对设施蔬菜白萝卜的生长发育以及部分品质指标有明显的促进作用。建议采用充入纯氧或者制氧机，进一步提高水体中溶解氧浓度，解决棉花种子发芽中存在的低氧胁迫问题。

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Effect of Different Concentration of Dissolved Oxygen in Water Infiltrating on Germination of Cotton Seed

RAO Xiao-juan1，2，3, FU Yan-bo2, MENG A-jing2, WANG Xin-yong2,JIANG Ping-an1, WANG Zhi-guo2

(1.CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China; 2.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China; 3.XinjiangVocationalCollegeofAgriculture,ChangjiXinjiang831100,China)

Abstract：【Objective】 The article aims to analyze the effects of different concentrations of dissolved oxygen on the germination percentage, germination index, vigor index and prove fresh weight of the cotton seed by the cotton seed soaked with different dissolved oxygen concentrations.【Method】The germination test was carried out by adding the same amount of water with different dissolved oxygen concentrations (7.15 mg/L and11.4 mg/L) to the culture dishes in the intelligent light incubator.【Result】The result showed that the water dissolved in oxygen concentration 11.4 mg/L obviously improved the cotton seed germination index and vigor index. And Xinluzao 41, Xinluzao 48, Zhongmian 49, Xinhai 21, germination index and vigor index were 11.93%,4.61%, 25.19%, 22.00% and 18.41%, 18.67%, 9.49%, 15.48% higher than CK treatment respectively. The water dissolved oxygen concentration 11.4mg/L significantly promoted the germination percentage of Xinluzao 41, Xinluzao 48, Xinhai 21 4.26%, 6.25%, 4.4% higher than CK treatment respectively; The water dissolved oxygen concentration 11.4 mg/L could significantly improve Xinluzao 48 cotton seedling dry weight 14.27% than CK treatment.【Conclusion】The effect of Zhongmian 49 cotton seed germination with the water dissolved oxygen was not significant, and Xinluzao 41, Xinluzao 48, Xinhai 21 cotton species were very effective, which indicated that the measure of increasing oxygen supply could promote cotton seed germination.

Key words:dissolved oxygen; cotton seed; germination percentage; germination index; vigor index

中图分类号：S562

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)03-0518-05

作者简介:饶晓娟(1979-)，女， 副教授，在读博士，研究方向为土壤生态，(E - mail)：raoxiaojuan@qq.com通讯作者:王治国(1980-)，男，副研究员，硕士，研究方向为土壤生态与农业节水，(E - mail)：wangzhiguo214@126.com

基金项目:国家自然科学基金项目“膜下加氧滴灌对棉田土壤环境及棉花生长的影响”(41261076)；国家自然科学基金“滴灌灌溉水温对新疆灰漠土环境及棉花生长的影响机制研究”(51169025)；新疆水利科技项目专项(2015Y04)

收稿日期：2015-07-09

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.018

Fund project:Supported by NSFC "Effect on the growth and soil environment of cotton with drip irrigation under the membrane added with oxygen" (41261076)and "Effects of drip irrigation water temperature on the environment and cotton growth in Xinjiang gray desert soil" (51169025) and Special fund of Xinjiang water conservancy science and technology project (2015Y04)