沼液浸种对高丹草种子萌发及幼苗生理的影响

瞿中俄， 姜奕圻， 王文国， 马丹炜

(1.四川师范大学生命科学学院, 四川 成都610101； 2.农业部沼气科学研究所， 四川 成都 610041)

沼液浸种对高丹草种子萌发及幼苗生理的影响

瞿中俄1， 姜奕圻2， 王文国2， 马丹炜1

(1.四川师范大学生命科学学院, 四川 成都610101； 2.农业部沼气科学研究所， 四川 成都 610041)

为研究沼液浸种对牧草作物高丹草种子萌发和幼苗生长的影响，试验以不同浓度沼液对高丹草浸种5.5 h后催芽，分析其种子萌发和幼苗生长的情况。结果表明，10%～50%浓度范围的沼液浸种高丹草种子有效增加了其幼苗叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量，对其发芽率、株高、茎高和根无显著性影响，更高浓度沼液浸种对高丹草生长具有一定胁迫作用，得到最佳浓度为30%。沼液浸种高丹草既有利于沼液的综合利用，又有利于高丹草品质的提高。试验以期能够为构建基于高丹草的沼液高效利用模式提供一定的基础数据。

沼液； 浸种； 高丹草； 种子萌发； 生理指标

沼气工程是以养殖场粪污、农作物秸秆等废弃物为对象进行厌氧发酵，以获取可再生能源和治理环境污染为目的，实现农业生态良性循环的能源工程技术[1]。经过几十年的发展，我国已建起超过10万座大中型沼气工程[2]。沼气工程提供了大量可持续清洁能源，但同时也产生了大量沼液，沼液处理不当会对环境造成二次污染[3]。另一方面，沼液中含有大量氮、磷、钾等植物生长所必需的营养元素，是良好的肥料来源[4-5]。以沼肥利用为纽带的“能源生态模式”是目前规模化养殖场进行废弃物处理利用的重要运行模式[6]。但随着我国畜禽养殖业集约化的迅速发展，养殖场的规模越来越大，所建沼气工程的规模也越来越大，沼气工程持续产生的大量沼液与养殖场周边土地消纳能力之间的矛盾也越来越突出。除了通过技术手段降低沼液的运输成本进行远距离的土地消纳外，在养殖场周围种植对沼液的消纳效率高的作物也是一条可行途径。以富含蛋白的叶、茎利用为主，可以进行多轮割刈牧草便是良好的选择。高丹草(Sorghum hybrid sudangrass)是用高粱(Sorghumbicolor)和苏丹草(Sorghumsudanense)杂交而成的优质高产饲料作物，吸肥能力强，对氮、磷、钾肥需求高，刈割期短[7-9]，是发展“畜-沼-草”模式高效利用沼液的理想选择之一。

除了营养盐类外，沼液中也常含有一些如氨基酸、植物激素等利于植物生长的活性物质，能有效激活种胚和胚乳中的酶源，增强酶的活力，刺激种子萌发，促进作物生长，并增强作物抗逆能力[10-11]。因此，沼液浸种也被广泛应用于农业生产中，如水稻、玉米等[12-15]粮食作物，辣椒、黄瓜[16-17]等蔬菜作物，近几年甚至扩展到一些中草药，如万寿菊[18]、柴胡[19]等。但是沼液浸种在牧草方面的研究和应用较少，研究牧草的沼液浸种有利于提高“畜-沼-草”模式中沼液的综合利用价值。实验研究了不同浓度沼液对高丹草发芽和幼苗生长的影响，以期能够为构建基于高丹草的沼液高效利用模式提供一定的基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试种子：从某种子公司购买的高丹草。供试沼液：取自简阳某猪场正常运行的沼气工程，沼液为深黄褐色，pH值为8.66，氨氮672.35 mg·L-1，总氮672.99 mg·L-1，COD 785.32 mg·L-1，大量元素钾、钙、镁含量分别是189 mg·L-1，66.6 mg·L-1，33.6 mg·L-1。

1.2 试验方法

1.2.1 试验前处理

高丹草浸种前，剔除杂质和秕籽，用10% H2O2浸泡30 min对种子进行表面消毒[20-21]，用蒸馏水洗净后将种子平铺于干燥的盘中，晒种2 d，8 h·d-1，每日翻动3～4次。随机选取晒好的饱满种子进行浸种处理，浸种时间参照相关文献进行，时间为5.5 h[18,21]，浸种后将种子捞出，清水洗净，晾干。置于铺3层滤纸的培养皿(直径15 cm)中，每皿100粒，设置3个重复，25℃，光/暗周期分别为12 h 的条件下进行种子萌发试验，试验第3天测定萌发势，第7天测定萌发率，萌发标准为胚根从种皮明显地突出视为正常萌发。

沼液用6层纱布过滤后再4500 g离心10 min备用。用去离子水对沼液进行稀释，设置沼液浓度10%(T1)，30%(T2)，50%(T3)，80%(T4)和100%(T5)5个处理组，并以去离子浸种组为对照(CK)。

1.2.2 种子萌发试验

测完发芽率之后，每皿随机挑取6颗生长状况较一致的幼苗，然后用去离子水洗净吸干后直接测量其鲜重，用直尺测植株根颈部到顶部之间的距离(株高)和植物体中轴部分长度(茎高)，接着数其根数，之后将其110℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，称其干重。

种子发芽指标的计算：

发芽势(%)=第3天发芽种子数/种子总数×100%

发芽率(%)=第7天发芽种子数/种子总数×100%

发芽指数=∑(Gt/Dt)

式中：Dt为发芽日数；Gt与Dt相对应的每天发芽种子数与发芽日数。

1.2.3 叶绿素含量测定

处理7 d后，取0.5 g叶片，用Gene Quant 1300 紫外可见分光光度计参照张志良[22-23]的方法进行测定。

1.2.4 可溶性糖含量测定

可溶性糖测定采用蒽酮比色法。将幼苗在110℃烘箱烘15 min，然后70℃过夜。干样磨碎后取50 mg样品放入离心管，加入4 mL的80%乙醇置于80℃水浴中不断搅拌40 min，收集上清，残渣加2 mL的 80%乙醇重复提取两次，合并上清，加入10 mg活性炭，80℃脱色30 min，用80%乙醇定容至10 mL。

1.2.5 可溶性蛋白的测定

根据曲春香[25]和Sedmak[26]的方法。取幼苗0.5 g ，用5 mL蒸馏水研磨成匀浆4500 rpm离心20 min，取上清1 mL放入比色管中，用考马斯亮蓝-G250法测定。

1.2.6 数据分析

得到的数据利用Excel和SPSS生物统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度沼液对高丹草发芽生长的影响

不同浓度沼液浸种对高丹草发芽的影响如表1，发芽率并未随着沼液浓度的增加而发生显著性改变，与对照组相比，各处理组无显著性差异(P>0.05)。发芽势的变化趋势与发芽率相似，但T2和T5之间发芽势存在显著性差异(P<0.05)，而且在T2处达到最大，T5处最小。这表明合适浓度沼液对高丹草发芽势具有促进作用，高浓度沼液对种子发芽具有抑制作用。相对于发芽率和发芽势而言，发芽指数的变化呈先增加后降低的趋势，相对于CK而言，仅T5与对照组存在显著性差异(P<0.05)，T5处发芽指数最低，这也表明高浓度沼液对高丹草种子发芽具有抑制作用。

表1 不同浓度沼液浸种对高丹草萌发的影响

注：同列不同小写字母表示某指标组间差异显著(P<0.05)，下同。

从表2可以看出，与对照相比，用不同沼液浸种高丹草后，高丹草种子的株高和茎高均与清水浸种无显著性差异(P>0.05)。表明沼液浸种对高丹草地上部分的伸长的影响不明显。同样，沼液浸种高丹草对根数的影响也不明显(P>0.05)。但是，高浓度沼液处理组(T4和T5)，高丹草发芽后整株幼苗存在腐烂情况，这说明高浓度的沼液会使胚受到损伤，抑制其生长发育。

表2 不同浓度沼液浸种对高丹草生长的影响

表3中不同浓度沼液对高丹草幼苗的鲜重影响比干重影响大，T2处理后鲜重效果最好，T3处理后干重最佳。多重比较结果显示，相比对照组，T1和T5处理后的高丹草鲜重具有显著性变化(P<0.05)，对照组干重与其它处理组均无明显差异(P>0.05)，但T3与T5之间存在显著性差异(P<0.05)。这说明无论是鲜重还是干重，低浓度沼液处理效果都优于高浓度沼液的处理。

表3 不同浓度沼液浸种对高丹草生物量的影响 (g)

2.2 沼液浸种对高丹草叶绿素含量影响

沼液浸种后高丹草的叶绿素a，叶绿素b含量变化趋势相似(见表4)。与对照组相比，叶绿素a含量随沼液浓度的升高呈先增高后降低的趋势。在T1，T2，T3，T4和T5的处理下，其均比对照显著增加，分别是对照的2.64，2.71，2.5，2.07和2.25倍(P<0.05)并在T2处理后获得最佳效果。与叶绿素a变化趋势一样，经过T1，T2，T3，T4和T5的处理，叶绿素b 含量相比对照组分别增加1.86，2.57，1.93，1.86和1.86倍(P<0.05)，并且T2处理后的叶绿素b含量最高。高浓度沼液处理降能低叶绿素a和叶绿素b的含量，但显著高于对照组。相比叶绿素b，叶绿素a的变化幅度更大。

表4 不同浓度沼液浸种对高丹草叶绿素含量的影响(mg·g-1)

2.3 沼液浸种对高丹草可溶性糖含量影响

不同浓度处理沼液对高丹草可溶性糖影响不同，总体趋势是可溶性糖含量随着沼液浓度的增加先增加后降低(见图1)。30%沼液处理高丹草种子效果最佳，可溶性糖含量是对照组的1.20倍(P<0.05)，除此之外，其他处理组均低于对照组。

图1 不同浓度沼液对高丹草可溶性糖含量的影响(不同小写字母表示某指标组间差异显著(P<0.05))

2.4 沼液浸种对高丹草可溶性蛋白含量影响

随着沼液浓度的增加，高丹草可溶性蛋白含量呈现先增加后降低再增加的趋势(见图2)。与对照组相比，30%沼液处理高丹草种子效果最佳，可溶性蛋白是对照组的1.32倍(P<0.05)，除10%沼液处理组外，其余组蛋白含量均高于对照组，这表明沼液处理对高丹草可溶性蛋白含量有明显效果。

图2 不同浓度沼液对高丹草可溶性蛋白含量的影响

3 结论与讨论

沼液浸种作为一种简便、安全、效果好的种子处理技术，目前已广泛应用在各领域。本文利用不同浓度沼液浸种高丹草种子，其中30%沼液浸种高丹草效果最佳，可增加幼苗的叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量，但不影响高丹草种子发芽率、株高、茎高和根，低于或高于此浓度，叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白均有不同程度的下降。因此，适宜浓度的沼液浸种高丹草可增加叶绿素、糖和蛋白的含量，但高浓度的沼液浸种不利于高丹草种子萌发，并对种子萌发具有抑制作用，这与张无敌[22]、薛延丰[21]等的研究结论一致。倪天驰等曾利用沼液处理水稻，水稻发芽率达到了98%，所以对水稻的发芽率无显著影响[13]，在笔者实验条件下，沼液浸种后高丹草种子萌发率均达到90%以上，但对其发芽率的影响并不明显，这可能与使用的种子发芽率较高有关。

植物叶片叶绿素含量是直接反映植物光合能力的一个重要指标，沼液浸种高丹草能够提高叶绿素含量，可能会对高丹草的光合作用有一定的促进作用，从而促进幼苗的生长。另外，可溶性糖和可溶性蛋白与抗逆性相关[23]，沼液浸种高丹草提高了幼苗中这两种物质的含量，也就是说沼液浸种可能会提高其抗性。与此同时，糖和蛋白含量是衡量牧草营养价值的重要指标[24]，两者含量的增加有利于提高其在牧草利用方面的品质。

综上所述，沼液浸种对高丹草发芽率的影响并不明显，但合适浓度的沼液浸种高丹草能够提高叶绿素含量，这可能会增强高丹草的光合作用；沼液浸种高丹草还能提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，并可能提高其抗性，从而促进幼苗的生长。糖和蛋白含量的增加有利于提高高丹草在牧草利用方面的品质。但沼液成分复杂，对种子作用的具体机制有待研究。

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Effects of Seed Soaking With Liquid Digestate on Germination and Seedling Growth of Sorghum Hybrid Sudangrass /

QU Zhong-e1, JIANG Yi-qi2, WANG Wen-guo2, MA Dan-wei1/

(1. College of Life Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China; 2.Biogas Institute of Ministry of Agriculture, Chengdu 610041, China)

To explore the effects of seeds soaking with liquid digestate on germination and seedling growth of sorghum hybrid sudangrass, the seeds were soaked separately in different concentration of liquid digestate for 5.5 h before sowing into seed beds for germination. The germination rates and seedling growth were investigated and analyzed. The result showed that the liquid digestate concentration in ranges of 10%～50% could increase the chlorophyll, soluble sugar and soluble protein content of the seedlings. But there were no significant effects for the germination rate, plant height, stem height, and root number. A higher concentration of liquid digestate inhibited the seedling growth, and the optimum concentration was 30%. Soaking of sorghum hybrid sudangrass seeds with liquid digestate not only can increase the nutrient content of its seedlings, but also potentially improve the resistance of the seedlings.

liquid digestate; seed soaking; sorghum hybrid sudangrass; seed germination; physiological indexes

2016-12-30

项目来源： 中国农业科学院创新工程

瞿中俄(1993-)，女，重庆开县人，硕士， 主要从事环境毒理方面的研究工作， E-mail:1066472654@qq.com 通信作者： 王文国，E-mail: wangwenguo@caas.cn； 马丹炜，E-mail: danwei10ma@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)01-0080-04