生物活性物质提高玉米种子萌发及抗盐能力

王晨霞 任如佳 常瑞雪 慕康国 陈 清

(中国农业大学 资源与环境学院，北京 100193)

随着国内外对于生物活性物质研究的不断深入，生产上普遍应用这些物质来调控作物生长，抵御不同非生物因素的胁迫，提高作物抗逆性[1]，调节和促进植物体对水分和养分的吸收和利用。

植物调节类物质如胺鲜脂和芸苔素内酯是应用较早，目前研究比较成熟的生物活性物质。胺鲜酯具有较高生物活性，对多种农作物具有显著的增产、抗逆、抗病和早熟等功效[2]。使用胺鲜脂对水稻进行浸种处理，10 μg/L效果最佳，可显著提高水稻幼苗膜保护酶SOD和CAT的活性以及可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量，降低MDA，从而提高植株幼苗的抗寒性[3-4]。芸苔素内酯质量浓度为 0.01 mg/L 使用时便能促进蔬菜、果树、花卉、食用菌及各种农作物的生长发育，还可以提高植物的抗逆性，主要通过调节某种基因的表达，松弛细胞壁，减小壁压，降低水势，使水分和养分进入细胞，引起细胞体积增大，发芽率、发芽势和种子活力都明显提高[5-6]，叶面积增加可以达到极显著水平[7]；还可使植物组织保持旺盛的分生能力，来抵御盐分的损害[8]。

在生产中也存在很多天然活性成分，如海藻酸和腐植酸, 它们也具有提高作物光合作用，增强作物抗逆能力，改善土壤环境的功能。海藻酸是一种存在于褐藻细胞壁中的天然多糖[9]。腐植酸是动植物残体在微生物的分解和转化作用，以及一系列的地球化学过程下合成的一类具有多种官能团的大分子有机弱酸混合物[10]。腐植酸钾是通过风化煤的氨化作用活化腐植酸，并与氢氧化钾复配制得的复合物[11]。腐殖酸和腐殖酸钾也被称为生物刺激素类物质。腐植酸钾是三大类生物活性物质中应用最广泛的，通过基施改土、叶面喷施抗干旱和灌溉施肥促根，对促进作物生长有很好的效果，能够降低土壤电导率，减少植物中脯氨酸的渗出，进而提高作物的抗盐胁迫能力，有利于解决土壤盐碱化问题[12]。将这些生物活性物质以一定的比例浓度与水溶肥复配制备功能性水溶肥能促进植物激素分泌，进而促进植物的生长，增加植物脯氨酸含量，增强作物抵抗干旱和盐分胁迫的能力[9]，但是必须明确其适宜的作用浓度及潜在的作用机理。目前，关于生物活性物质及其复配物在植物抵抗盐胁迫方面的应用研究较少且较为表面。因此，本研究采用统一的试验方法和供试种子，旨在研究：海藻酸、胺鲜酯、芸苔素内酯和腐植酸钾这4种生物活性物质及：芸苔素内酯与胺鲜酯和芸苔素内酯与腐植酸钾这2种复配液，在正常条件和盐胁迫下对玉米种子萌发和生长的影响，探究不同条件下生物活性物质发挥作用的最佳浓度及其对玉米种子抗盐害的影响，明确生物活性物质对缓解盐害和促进种子萌发等方面的作用，以期为其在不同肥料中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

所用生物活性物质有海藻酸、胺鲜酯、芸苔素内酯和腐植酸钾，其中海藻酸(SW)、胺鲜酯(DA-6)和芸苔素内酯(BR)由河南信联生化有限公司提供；腐植酸钾(HA)由中向旭曜有限公司提供，是腐植酸钾固体与0.5%氢氧化钾溶液反应而成的腐植酸钾溶液，混合 1(HH1:BR+DA-6)为芸苔素内酯与胺鲜酯1∶20混合而成，混合 2(HH2:BR+HA)为芸苔素内酯与腐植酸钾1∶5混合而成。供试玉米品种为‘中糯2号’，杂交糯玉米品种，在北京地区春季播种至采收平均 91 d。

试验用生物活性物质的理化性状如表1所示。

表1 供试生物活性物质的外观、有效成分含量及pHTable 1 Appearance, active ingredient content rate andpH of selected bioactive substances

1.2 试验设计

于2016年3—6月在中国农业大学西校区新教学楼实验室进行。所用各生物活性物质浸种浓度设计如表2所示，将种子置于不同浓度的生物活性物质溶液中浸泡6 h，晾干。所用种子的包膜剂是按照种子∶颜色助剂∶生物活性物质溶液体积比=200∶1∶1(20 g 种子+0.1 g助剂+0.1 mL生物活性物质溶液)配置，包膜浓度见表3，与20 g种子放到培养皿中震荡至包膜均匀，晾干。

1.2.1浸种试验

挑选籽粒饱满、色泽正常的玉米种子，用5%(V/V)的次氯酸浸泡5 min，蒸馏水清洗3次，然后用70%(V/V)的乙醇浸泡3 min，蒸馏水清洗3次，晾干。然后将玉米种子分别放入不同浓度的海藻酸溶液、胺鲜酯溶液、芸苔素内酯溶液、腐植酸钾溶液、芸苔素内酯与胺鲜酯复配液和芸苔素内酯与腐植酸钾复配液中(表2)，进行浸种处理，蒸馏水作为对照，浸种时间为6 h。浸种结束后将玉米种子用蒸馏水冲洗3次，晾干。然后将处理的种子置于铺有2层滤纸、直径为18 cm的灭菌培养皿中，并加入 50 mL 左右的蒸馏水使滤纸湿润。每皿50粒种子，3次重复。

表2 供试生物活性物质的浸种质量浓度Table 2 Concentration of selected bioactive substances mg/L

表3 供试生物活性物质的包膜浓度Table 3 Concentration of bioactive substances onpolymer-coated seedings g/L

1.2.2盐胁迫试验

以10 g/L NaCl溶液作为盐胁迫处理。种子的各生物活性物质的包膜剂中种子、颜色助剂与生物活性物质的体积比为200∶1∶1。挑选籽粒饱满、色泽正常的玉米种子，用体积分数5%的次氯酸浸泡5 min，蒸馏水清洗3次，然后用体积分数70%的乙醇浸泡3 min，蒸馏水清洗3次，晾干。根据预试验及查阅相关资料分别选取2.0 g/L海藻酸、10.0 g/L胺鲜酯、2.0 g/L芸苔素内酯、2.0 g/L腐植酸钾、4.0 g/L芸苔素内酯与胺鲜酯复配和0.2 g/L芸苔素内酯与腐植酸钾复配包膜剂对玉米种子进行包膜处理，晾干。然后将处理的玉米种子置于铺有2层滤纸的直径为18 cm的灭菌培养皿中，滤纸用50 mL 10 g/L NaCl溶液湿润，未包膜的玉米种子做对照，其他处理相同。每皿50粒种子，3次重复。

上述装有种子的培养皿均置于恒温培养箱中培养，先于25 ℃下黑暗催芽24 h，并记录各培养皿中种子的萌发数，然后继续在25 ℃的恒温培养箱中每天8 h光照，16 h黑暗处理，并在固定时间记录种子萌发数，同时加适量蒸馏水保持皿内滤纸的湿润。

1.2.3指标测定

以胚根长度超过种子长度的一半记为发芽，每天记录种子的萌发数。处理后第3天统计发芽势，%；第7天统计发芽率，%。并测量下胚轴与胚根的长度及玉米幼苗的鲜重和干重。

发芽势=第3天种子萌发数/供试种子总数×100%；

发芽率=第7天种子萌发数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt，其中Gt为在第t天的种子萌发数，Dt为相应的种子萌发天数；

活力指数=GI×S，S为平均根长；

胚根长、胚轴长、根长、苗高用直尺直接测量。

1.3 数据分析

用Microsoft Excel 2007处理数据及制图，用SPSS 17.0软件Duncan法对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 对玉米种子萌发的影响

由表4可知，与对照相比，所用的生物活性物质及其复配溶液在不同浓度条件下均会对玉米种子的萌发产生显著影响，具体表现为随着所用生物活性物质浓度的增加，对种子萌发表现出先促进后抑制的作用效果。浓度为10 mg/L的胺鲜酯、0.50 mg/L的芸苔素内酯、400 mg/L的海藻酸、10 mg/L的腐植酸钾、复配浓度为0.5 mg/L的芸苔素内酯与胺鲜酯和复配浓度为1.00 mg/L的芸苔素内酯与腐植酸钾对玉米种子的促进作用最明显，其发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均显著大于对照组。

表4 不同生物活性物质对玉米种子萌发的影响Table 4 Effects of different concentrations of bioactive substances on maize seed germination

其中，腐植酸钾浓度为1和10 mg/L时对玉米种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数具有显著促进作用，其中10 mg/L效果最佳，分别比 0.50 mg/L 的芸苔素内酯增加5.0%、1.1%、3.6%和1.2%；海藻酸浓度为400 mg/L时对玉米种子的作用最显著，其发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别比0.50 mg/L的芸苔素内酯增加2.7%、3.3%、2.9%和7.8%，与10 mg/L的胺鲜脂相比，活力指数增加4.8%；芸苔素内酯与胺鲜酯复配浓度为0.5 mg/L时对玉米种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数具有显著影响，与0.50 mg/L的芸苔素内酯相比，各指标分别增加2.7%、0.0%、1.7%和16.6%，与10 mg/L的胺鲜脂相比，玉米种子的发芽势、发芽率和发芽指数均降低，但活力指数增加13.2%；芸苔素内酯与腐植酸钾复配浓度为 1.00 mg/L 时，对玉米种子的作用最显著，发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别比芸苔素内酯增加2.9%、5.2%、3.4%和13.1%，与10 mg/L的腐植酸钾相比，发芽势和发芽指数降低2.0%和0.2%，发芽率和活力指数增加4.1%和11.8%。

2.2 对玉米胚根和下胚轴生长的影响

与对照相比，不同浓度的芸苔素内酯、胺鲜酯、海藻酸、腐植酸钾、芸苔素内酯与胺鲜酯复配及芸苔素内酯与腐植酸钾复配均对玉米胚根和下胚轴的生长产生不同程度的影响，且随着各物质浓度的增加，其生长趋势均呈现先上升后下降的趋势(表4)。浓度为8 mg/L的胺鲜酯、1.00 mg/L的芸苔素内酯、200 mg/L 的海藻酸、15 mg/L的腐殖酸钾、复配浓度为1.0 mg/L的芸苔素内酯与胺鲜脂和复配浓度为0.10 mg/L的芸苔素内酯与腐植酸钾对玉米种子的作用效果最明显，其胚根长和胚轴长分别比对照增加15.8%和20.2%、6.6%和14.0%、71.9%和18.7%、7.7%和7.0%、52.6%和13.2%、40.3% 和34.2%。其中海藻酸浓度为200和 400 mg/L 时，对玉米的胚根长和胚轴长有显著的促进作用，200 mg/L 时促进效果最好，分别比 8 mg/L 的胺鲜脂增加8.6%和5.4%，对玉米的胚轴长比1.00 mg/L的芸苔素内酯增加1.5%。1～50 mg/L的腐植酸钾对玉米胚根及下胚轴的生长具有一定的促进作用，但无显著影响。芸苔素内酯与胺鲜酯复配浓度为0.5和1.0 mg/L时对玉米胚根长与下胚轴长均有显著促进作用，1.00 mg/L效果最佳，对玉米的胚根长比胺鲜酯增加43.1%，比芸苔素内酯增加26.2%。芸苔素内酯与腐植酸钾复配浓度为0.1 mg/L 时促根效果最佳，胚根长和胚轴长分别比腐植酸钾增加30.3%和25.4%，比芸苔素内酯增加16.0%和13.3%。

2.3 对玉米种子抗盐性的影响

由表5可以看出，适宜浓度的胺鲜酯、芸苔素内酯、海藻酸、腐植酸钾、芸苔素内酯与胺鲜酯复配和芸苔素内酯与腐植酸钾复配包膜均能有效缓解盐胁迫对玉米种子萌发产生的影响。缓解效果最好的是芸苔素内酯，其次为海藻酸和胺鲜脂。与其余5种处理相比，芸苔素内酯对玉米种子萌发的发芽势、发芽率、发芽指数和苗高促进效果最佳，分别比空白对照增加了1 235.0%、597.0%、756.3%和96.7%；海藻酸对玉米种子萌发的活力指数和根长促进作用最佳，分别比对照增加了2 416.7%和230.0%。此外，与胺鲜脂相比，2.0 g/L的腐植酸钾降低了玉米种子的各项发芽指标和生长指标，与芸苔素内酯相比，除根长增加9.2%之外，其余指标均降低；海藻酸对玉米种子萌发的活力指数和根长分别比芸苔素内酯增加12.7%和34.7%，除发芽率和苗高外，玉米种子的发芽势、发芽指数、活力指数和根长分别比胺鲜脂增加46.6%、2.7%、24.8%和21.1%；芸苔素内酯与胺鲜酯复配对玉米种子萌发和根生长均具有显著促进作用，其中根长比胺鲜脂增加5.5%，比芸苔素内酯增加17.3%；0.2 g/L芸苔素内酯与腐植酸钾复配液对玉米种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和苗高分别比芸苔素内酯降低64.0%、58.0%、58.4%、61.9%和42.5%，与2.0 g/L的腐植酸钾相比，苗高显著降低13.8%，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和根长降低27.8%、2.0%、21.9%、34.6%和16.8%。

从图1中可以看出，盐胁迫下玉米种子的萌发均受到不同程度的影响，使用生物活性物质包膜的种子长势均优于对照，包膜处理促进了玉米种子根的生长，不仅主根长度增加，而且侧根数量显著增多，对侧根的影响效果最佳的是海藻酸，其次是胺鲜酯和腐植酸钾。

3 讨 论

随着对生物活性物质作用机理研究的深入, 越来越多的生物活性物质被应用于农业生产, 需要注意的是：生物活性物质用量不同, 其作用存在差异。天然活性物质海藻酸可以促进作物生长[13]，增加叶绿素含量[14]、促进开花[15-16]、提高产量和促进种子萌发[17-18]。温延晨等[19]使用0.01 g海藻符，当海藻酸浓度<800 mg/L时有利于玉米种子的萌发和生长，400 mg/L时最适宜玉米种子的萌发，浓度为200 mg/L时最适宜玉米的根和幼苗生长。腐植酸钾对于玉米的主要作用是促进根的生长发育，增强种子活力。王红等[20]将玉米种子用20 mg/L的生根剂(含腐植酸钾10%)浸种，总根长及侧根数显著高于对照，随着生根剂浓度的增加，根系长度呈现先增加后减少的趋势，这一浓度与本研究的1～10 mg/L重合，但低于本研究的最适浓度，这可能与生根剂中加入了α-萘乙酸钠有关。芸苔素内酯对于玉米的根长及苗高有协同促进的作用，能提高种子活力，主要是促根作用。纪秀娥[21]将不同浓度的芸苔素内酯对玉米种子浸种，低浓度芸苔素内酯对玉米种子的发芽势、发芽率具有促进作用，0.015 mg/L浸种效果最佳，该结果明显低于本试验中对玉米种子萌发和生长最适宜的浸种浓度0.50 mg/L，这可能与所选用的玉米品种有关。在本研究中，芸苔素内酯与腐植酸钾的混合液(HH2)比单独使用酸/盆的用量可以促进作物生长，超过用量会抑制作物正常生长。这一结果与本研究中海藻酸低浓度促进，高浓度抑制相效果更好，对玉米种子的根长、苗高及发芽率均具有显著促进作用。此外，随着胺鲜酯浓度的增加，玉米种子的萌发和生长呈现先上升后下降的趋势，其中浓度为10 mg/L时最适宜玉米种子萌发，浓度为8 mg/L时对玉米根长与苗高的生长最适宜。芸苔素内酯与胺鲜酯的混合液(HH1)与单一物质相比，可显著提高玉米的根长、苗高以及种子活力。张伟[22]将胺鲜酯与芸苔素内酯混合进行大白菜发芽试验，结果表明2 400∶1的比例可提高苗高136%，提高根长84%，本试验中，HH1浸种对玉米种子萌发和根生长具有一定的促进作用，当浓度为1 mg/L时，效果最好，但本试验的促根促苗效果未达到136%和84%，可能与胺鲜酯和芸苔素内酯的比例不同及作物种类不同有关。

表5 不同生物活性物质包膜对玉米种子抗盐能力的影响Table 5 Effects of different coating bioactive substances on the salt tolerance of maize seeds

在盐胁迫环境下，玉米种子分别经10 g/L胺鲜酯、2.0 g/L芸苔素内酯、2.0 g/L海藻酸、2.0 g/L 腐植酸钾、4.0 g/L HH1和0.2 g/L HH2包膜处理后，与对照相比均表现出较好的种子耐盐性。其中，芸苔素内酯和胺鲜酯是一种高效植物生长物质，具有很高的生物活性，能通过提高叶绿素含量、提高POD、CAT和SOD等植物保护酶活性、改变细胞膜物理透性、使植物组织保持旺盛的分生能力，来抵御盐分的损害[8]。本试验中，4.0 g/L的芸苔素内酯和胺鲜脂复配液，与芸苔素内酯和胺鲜脂单独处理相比，发芽指数和活力指数并无显著差异，只有发芽率和苗高显著低于单一物质，这说明HH1会抑制玉米种子萌发和幼苗生长，削弱单一物质的抗盐能力。腐植酸钾基施改土、叶面喷施抗旱耐盐及灌溉施肥促根等已得到广泛应用，通过提高作物抗盐性能有效解决土壤盐碱化问题，缓解盐害逆境胁迫，降低土壤电导率，减少植物渗出脯氨酸，进而提高作物的抗盐胁迫能力[12]。本试验中，芸苔素内酯和腐植酸钾复配后的抗盐能力均小于单一物质，其中玉米种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和苗高均与芸苔素内酯差异显著，但除苗高外，各指标与腐植酸钾无显著差异，说明复配后腐植酸钾在发挥主要抗盐作用。

4 结 论

本研究确定了在正常条件下，海藻酸质量浓度为400 mg/L、腐植酸钾为10 mg/L、胺鲜酯为10 mg/L、芸苔素内酯为0.50 mg/L、芸苔素内酯与胺鲜脂复配浓度为0.5 mg/L和芸苔素内酯与腐植酸钾复配浓度为1.00 mg/L时，最适宜玉米种子萌发。其中，促种子萌发效果最好的是胺鲜脂，其次是腐殖酸钾。当海藻酸质量浓度为200 mg/L、腐植酸钾为15 mg/L、胺鲜酯为8 mg/L、芸苔素内酯为 1.00 mg/L、芸苔素内酯与胺鲜酯复配浓度为1.0 mg/L、芸苔素内酯与腐殖酸钾复配浓度为 0.10 mg/L 时，对玉米的根长和苗高的促进效果最好。复配后的芸苔素内酯与胺鲜脂对胚根的促进效果最佳，复配后的芸苔素内酯与腐殖酸钾对胚轴的促进效果最佳，说明芸苔素内酯的2种复配物均具有优于单一物质的促根效果。

经适宜浓度的4种生物活性物质及2种复配液包膜后均能对盐胁迫下玉米种子的萌发产生显著影响。其中芸苔素内酯对玉米种子的发芽势、发芽率、发芽指数和苗高的作用效果最佳，海藻酸对玉米种子的根长作用效果最佳，不仅促进了种子的根生长，主根长度增加，而且侧根数量显著增多。

不同生物活性物质表现出来的促萌发促根效果和提高作物耐盐抗性，对于提高肥料、农药利用率，解决土壤盐渍化问题提供了新的思路。而且，对于设施农业土壤盐渍化状况的改善及盐碱地植物的生长有着重要的意义，有利于植物在盐胁迫环境下生存，有利于改善次生盐渍化途中的作物生存状况。