纳米钴粉对4种蔬菜种子萌发和幼苗生长的影响

黄亚杰 肖瑜 乔军 刘惠静 闻赛男 李素文

摘    要：为研究纳米钴肥料对蔬菜作物种子萌发及幼苗生长的影响，利用超声波处理方法制备获得了不同浓度钴纳米溶液，并通过浸种方法对番茄、茄子、黄瓜、白菜种子进行了处理。种子处理后进行室内发芽试验和温室育苗试验，对4种蔬菜作物进行种子萌发和幼苗生长测定。结果表明，纳米钴浸种对黄瓜穴盘苗生长具有促进作用，质量浓度为0.2 g·L-1时效果最好，播种后第15天，处理组比对照组幼苗总鲜质量高45.37%;番茄播种后30 d，处理组叶色比对照组浓绿，株高没有明显差异;茄子播种第35天后，处理组比对照组幼苗鲜质量低达21.4%。因此认为，在试验浓度下，钴纳米肥料浸种可促进黄瓜穴盘苗生长，抑制茄子幼苗生长，对番茄及白菜作用不明显。

关键词：蔬菜;纳米;钴粉;种子萌发;幼苗生长

Effects of nano cobalt particles treatment on the germination and seedling growth of 4 kinds of vegetable seeds

HUANG Yajie， XIAO Yu， QIAO Jun， LIU Huijing， WEN Sainan， LI Suwen

（Tianjin Key Laboratory of Vegetable Genetics and Breeding / State Key Laboratory of Vegetable Germplasm Innovation / Tianjin Kernel Vegetable Research Institute， Tianjin 300384， China）

Abstract： To study the effects of nano cobalt fertilizer on vegetable seeds， different concentrations of nano cobalt solutions treated by ultrasonic were used in our study， 4 kinds of vegetable seeds （tomato， eggplant， cucumber and cabbage） were used as testing materials， soaking seeds method was carried out. After seeds treatment， indoor germination test and greenhouse seedling test were carried out， seed germination and seedling growth of testing seeds f were measured. The results showed the growth of cucumber seedlings was improved by nano cobalt， the 0.2 g·L-1 nano cobalt solution showed the best treatment effect， the total fresh weight of the seedlings was increased by 45.37% when compared with the control. The tomato leaves appeared to be greener compared with the control plants， but with no significant difference in the seedling height. The fresh weight of eggplant plants was 21.4% lower than that of control 35 days after sowing. In conclusion， under the conditions of this experiment， nano cobalt fertilizer could promote the seedling growth of cucumber， but inhibited the growth of eggplant， while with no significant effect on Chinese cabbage or tomato.

Key words： Vegetable; Nano; Cobalt; Germination; Seedling growth

納米材料是指晶体尺寸小于100 nm的单晶体或多晶体。纳米材料在农业领域应用研究有很多，例如农产品保鲜[1]、肥料增效[2]、种子萌发及生长发育[3-5]等。纳米材料可以活化水分子，增强水的活性和能量，进而促进种子代谢，提高种子发芽势[6]。钴元素是人体、动物、蓝藻、微生物及豆科作物等所必需的营养元素[7]。有报道指出，钴是植物固氮能手，对多种作物具有增产和改善品质的作用[8]。施用适量的钴和钼对距瓣豆的干物质产量和种子产量有不同程度的增加作用[9]。钴能抑制植物体内乙烯的生物合成，即抑制由ACC（1-氨基-环丙烷-1-羧酸）向ETH的转变，进而降低它对生长素和细胞分裂素生物合成的抑制作用，从而有利于植物生长[10]。研究钴肥对蔬菜作物生长的影响，对促进作物提质增产具有积极意义。纳米钴粉对蔬菜作物生长作用的研究鲜见报道，但研究钴元素对植物生长发育的影响有一些报道。钴能提高番茄植株功能叶片叶绿素含量、花蕾数和开花数、地上部分鲜质量，尤其能显著提高番茄坐果率、单株结果数和产量，钴在植株体内各部位的含量及土壤有效钴的含量均随施钴量的增加而显著增加[3]。单一施钴处理时，番茄产量随施钴量的增加而增加，Co2 （16 mg·kg-1）与Se2（0.6 mg·kg-1）或Se3（3 mg·kg-1）配施可显著提高番茄的产量[11]。施用钴会降低玉米幼苗中叶绿素的含量，提高玉米幼苗氮的含量，但钴超过一定浓度时，玉米幼苗中的含氮量会下降[12]。用钴营养液为西瓜籽浸种，发现能提高种子萌发率，用钴营养液喷施西瓜叶面可提高坐果率[13]。纳米材料方面，利用其他纳米材料浸种处理对种子萌发及生长发育作用的研究方面有报道[14-16]。笔者利用的纳米钴粉材料来源于俄罗斯梁赞巴甫洛夫国立医科大学，丘里洛夫·根纳季·伊万诺维奇教授经过多年研究与试验，用钴粉研制成了新型的纳米肥料，在玉米及亚麻种子上应用效果很好。为探索新型纳米钴肥料对蔬菜作物种子萌发及幼苗生长的影响，笔者采用超声波处理方法制备获得不同浓度纳米钴溶液，并用纳米钴溶液对番茄、茄子、黄瓜、白菜种子进行处理，研究纳米钴肥料浸种的效果，以期为蔬菜作物增产提供新思路。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与材料

试验于2018年9—10月开展，分为2部分：室内发芽试验和温室育苗试验。9月12日进行种子处理，9月14—26日进行室内发芽试验，9月17日至10月21日进行温室育苗试验，试验地点位于天津科润蔬菜所武清创新基地。主要仪器包括：微电脑控制恒温培养箱（上海智城分析仪器制造有限公司，ZXSD-B1270）;超纯水机（密理博ELIX Advantage 10）;超声波细胞破碎仪（赛飞有限公司，Biosafer1000）。用于处理种子的纳米钴粉由俄罗斯梁赞巴甫洛夫国立医科大学丘里洛夫·根纳季·伊万诺维奇教授提供。纳米钴粉特征：粉末状，无味，颗粒平均大小100 μm，密度4.5 g·cm-3，氧含量5%，属于非易燃品。试验种子包括白菜、茄子、番茄、黄瓜4种蔬菜作物的裸种及包衣种（商品种），品种名称分别为‘白果强丰‘圆丰园‘津秀2号‘KR101，育种单位为天津科润农业科技股份有限公司蔬菜研究所。

1.2 方法

1.2.1 种子处理 纳米溶液的制备：分别称取0.1、0.2、0.4 g纳米钴粉，各倒入装有1 L水的塑料量杯中。使用0.4 kW超声波处理10 min，使其完全溶解，获得0.1、0.2、0.4 g·L-1的纳米溶液。

种子处理：取番茄（‘白果强丰）、茄子（‘圆丰园）、白菜（‘津秀2号）、黄瓜（‘KR101）的裸种子各1 000粒（每个品种各3份），分别装进小网纱袋后，放入上述3种浓度纳米溶液中均匀浸泡，获得3种不同浓度处理的种子，浸泡时间为10 min。处理后取出种子并风干。取上述同一品种的番茄、茄子、黄瓜、白菜的裸种及包衣种作为对照，与处理种一起进行发芽及育苗试验。

1.2.2 室内发芽试验 取上述试验材料进行发芽试验，4种蔬菜作物各5组种子（表1），每组设3次重复，每重复为每个培养盒放100粒种子。从第2天起，统计每天的发芽情况。发芽全部结束后统计发芽势、发芽率、平均每盒胚芽长及胚芽鲜质量。

1.2.3 温室育苗试验 取上述试验材料进行温室育苗试验。拌基质土装入50穴盘，共计装100个穴盘。4种蔬菜作物各5组种子（表1），每组播种5穴盘（穴盘孔数为50穴）。播种后所有管理方式均相同，观察出芽及长势状况。黄瓜苗于播种后15 d取样，白菜苗于播种后20 d取样，番茄苗于播种后30 d取样，茄子苗于播种后35 d取样，取样后分别统计4种蔬菜平均每穴盘（50株）幼苗的总鲜质量。

2 结果与分析

2.1 不同浸种浓度对蔬菜种子萌发及胚芽生长的影响

从表2可以看出，室内催芽盒内发芽试验表明，A、B、C浸种浓度处理的白菜和番茄种子，发芽势、发芽率、胚芽长及胚芽鲜质量与裸种对照相比，均无明显差异;A、B、C浸种浓度处理的茄子和黄瓜种子，发芽势、发芽率与裸种对照相比差异不显著，但胚芽长和胚芽鲜质量均低于裸种对照，且与裸种对照差异达到显著水平，不同浸种浓度之间差异不显著;黄瓜包衣种发芽盒内发芽势也低于对照，与A、B、C处理差异不显著。由此看出，不同浓度纳米钴粉溶液处理，对茄子和黄瓜室内发芽盒发芽试验具有一定程度抑制作用，不同浸泡浓度间抑制作用差异不明显，对白菜和番茄种子萌发没有显著作用。

2.2 不同浸种浓度对蔬菜幼苗生长的影响

黄瓜播种后第3天陆续出苗，第5天苗出齐，处理组与2个对照组出苗速度没有明显差异，第15天观察其长势，发现处理组叶色比2个对照组更浓绿、根系更发达、幼苗株高更高。白菜播种后第3天陆续出苗，第5天出齐苗，处理组与2个对照组出苗速度没有明显差异。番茄播种后第8天开始出苗，第10天基本出齐，处理组与2个对照组出苗速度没有明显差异，第30天观察其长势，发现处理组叶色比2个对照组浓绿一些，株高差异不大。茄子播种后第10天开始出苗，处理组比2个对照组出苗速度慢。综上所述，纳米钴粉溶液浸泡可以显著提高黄瓜幼苗长势（图1），播种第15天后，A、B、C处理幼苗总鲜质量分别比裸种对照高39.56%、45.37%、28.33%，与2个对照差异均达到显著水平，其中纳米溶液浓度为0.2 g·L-1时，对黄瓜穴盘苗的生长促进作用最明显（表3）;纳米钴粉溶液浸泡对茄子穴盘苗的生长具有抑制作用，播种第35天后，A、B、C处理幼苗总鲜质量分别比裸种对照低18.8%、16.6%、21.4%，3组处理与2个对照差异均达到显著水平，不同浸种浓度之间差异不显著（表3）;0.2 g·L-1纳米钴溶液浸泡番茄种子，可以促使番茄幼苗叶色变浓绿（图2）;白菜种子对纳米溶液处理不敏感，幼苗长势、幼苗总鲜质量处理组与2个对照相比无明显差异（图2，表3）。

3 讨论与结论

研究钴对蔬菜作物生长的报道很少，而且研究内容和处理方法差异较大。有研究认为，用特定浓度纳米材料浸种处理经济有效，有助于促进发芽或幼苗生长[15，17]。有研究报道，钴可以提高番茄叶片叶绿素含量，增强植株的光合作用效果[3]，这与本试验结果相吻合。但也有报道认为，当根系钴含量积累到一定量时，会抑制番茄生长。尤其在磷元素充足的状态下，钴过量对番茄的抑制作用更显著。钴过量造成的抑制作用主要表現在：降低生物量;降低叶绿素a和b的含量;降低过氧化氢酶活性;增加过氧物酶、酸性磷酸酶、核糖核酸酶的活性等[18]。笔者只设置了3种浓度处理，最高质量浓度0.4 g·L-1的纳米钴溶液浸种番茄种子未产生抑制作用。更需要指出的是，本试验中黄瓜室内发芽试验和室外育苗试验得到了相反的结论。纳米钴浸种后发芽盒内胚芽长势弱于对照，穴盘育苗后浸种组幼苗根系和长势显著优于对照。具体原因以及纳米钴的作用原理还是未知的，笔者仅对纳米钴溶液几个不同浓度浸种的作用现象进行了试验观察，其上限作用浓度以及作用机理尚需后续开展更加深入的研究。

笔者认为，钴纳米溶液浸种可以促进黄瓜穴盘苗生长及番茄幼苗叶色转绿，尤其纳米溶液质量浓度为0.2 g·L-1时对促进黄瓜穴盘苗生长非常有效。几种浓度纳米钴溶液浸种处理，对茄子发芽及幼苗生长产生了抑制作用，对白菜种子无显著影响。

参考文献

[1] 杨燕婷，杨芹，杨方美，等.纳米包装材料对金针菇的保鲜作用[J].中国农业科学，2009，42（9）：3250-3258.

[2] 刘键，张阳德，张志明.纳米增效肥料对冬小麦产量及品质影响的研究[J].安徽农业科学，2008，36（35）：15578-15580.

[3] 刘素萍，樊文华.钴对番茄生长发育影响的初步研究[J].土壤通报，2005，36（6）：925-927.

[4] 王佳奇，李丽鹤，孟令波，等.纳米碳对玉米种子萌发及根系形态的影响[J].中国农学通报，2013，29（18）：62-66.

[5] 罗伟君，唐琳，周佳丽，等.纳米锌肥对番茄果实锌含量与品质的强化[J].江苏农业学报，2016，32（1）：184-188.

[6] 刘安勋，曹玉江，廖宗文，等.纳米产品对玉米生长发育的影响[J].纳米科技，2006，3（2）：21-25.

[7] 樊文华，刘素萍.钴的土壤化学[J].山西农业大学学报，2004：194-198.

[8] 黄梅芬，和占星，薛世明，等.钴钼微肥对亚热带湿热地区距瓣豆生长、种子产量及品质的影响[J].草地学报，2012，20（2）：312-317.

[9] 蔡德龙.植物固氮“能手”：钴[J].中国农资，2015（11）：18.

[10] 郑爱珍，张美善，于海秋，等.植物的钴素营养[J].农业与技术，1998，18（3）：16-17.

[11] 樊文華，李莉.硒钴配施对番茄产量、番茄红素及硒、钴含量的影响[J].山西农业科学，2009，37（10）：19-22.

[12] 郭利刚，白云生，樊文华，等.钴对玉米幼苗生长发育及钴含量的影响[J].山西农业大学学报（自然科学版），2006，26（3）：264-266.

[13] 姚乃华，金亚放，孙耀深，等.钴对西瓜生长发育的作用[J].化肥工业，1994（1）：27-28.

[14] 黎永洪，刘安勋，曹玉江，等.几种纳米器件对种子发芽的影响[J].纳米材料与应用，2006，3（5）：22-25.

[15] 吴文林，唐银宗，朱菲，等.不同浸种方式对辣椒种子萌发及幼苗生长的影响[J].长江蔬菜，2011（12）：29-30.

[16] 吴文林，毛艳辉，梁玉霞，等.纳米材料对辣椒种子萌发的作用参数优化[J].黑龙江农业科学，2012（2）：54-56.

[17] 孙光闻，陈会星，陈日远，等.纳米器件不同处理方式对小白菜生长和品质的影响[J].纳米科技，2010，7（5）：21-24.

[18] CHATTERJEE J，CHATTERJEE C.Amelioration of phytotoxicity of cobalt by high phosphorus and its withdrawal in tomato[J].Journal of Plant Nutrition，2002，25（12）：2731-2743