腐植酸浸种对玉米种子萌发及幼苗生长的影响

赵海蓓，危常州，张新疆，吕小凡，陈英花

(石河子大学农学院农业资源与环境系，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】新疆2018年玉米种植面积103.33×104hm2。腐植酸类物质是有机质中的重要组分，是动植物等有机物经过一系列长期的生物化学过程形成的一种结构复杂的物质，含有多种活性基团，近年来在农业生产中应用广泛[1]。有研究表明，腐植酸类物质能有效地促进作物生长，这种促进作用与植物激素对作物作用效果类似[2,3]。在胁迫植物的生长环境下，腐植酸通过影响植物生理活动提高植物抗逆性，促进植物生长抵抗逆境。【前人研究进展】腐植酸处理下番茄株高、茎粗及根系活力和硝酸还原酶活性均被提高[4]，且侧根数目显著增加[5]。腐植酸浸种显著提高了干旱胁迫下谷子的萌发及幼苗的发育及抗旱指数[6]，调控小麦的碳氮代谢[7]，影响小麦根系的抗氧化系统[8,9]。腐植酸钾浸种可提高玉米抗性酶活性[10]，黄腐植酸浸种提高了栽培稻光合性能及根系活力，降低了杂草稻的生长[11]。【本研究切入点】新疆早春土壤温度较低，玉米出苗期长，且低温阶段生长缓慢，不利于玉米后期生长发育[12]。研究采用腐植酸浸种对促进玉米出苗和早期生长的影响。【拟解决的关键问题】在模拟低温条件下，用腐植酸对玉米进行浸种处理，分析腐植酸对玉米萌发及幼苗生长的各项形态指标、种子萌发过程中淀粉酶活性及幼苗根系活力的影响，筛选出适宜玉米生长的腐植酸种类及浓度。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试玉米材料为新玉64号(ZeamaysL.)，供试3种腐植酸分别为腐植酸钾(HA1)、硝基腐植酸(HA2)、黄腐酸钾(HA3)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

挑选出饱满的玉米种子使用10%的过氧化氢溶液浸泡消毒处理10 min后，分别置于不同种类的腐植酸溶液中浸泡24 h，腐植酸溶液设置不同的浓度梯度(50、200、500、1 500、3 000、5 000 μg/mL)，以加蒸馏水处理作为对照。其中每梯度重复4次，每重复20粒玉米种子。将处理后的玉米种子均匀摆放在垫有滤纸的发芽盒内，放置在18℃的恒温光照培养箱中进行24 h低温避光培养6 d。自第7 d起在恒温光照培养箱中对玉米进行25℃、12 h光照/12 h黑暗培养试验，在第15 d时结束试验采样测定相关指标。

1.2.2 测定指标

按张美华[13]方法，以胚根长2 mm为萌发标准，第4 d计算发芽势，第7 d计算发芽率；按谢兆辉[14]方法，在试验开始的第0、2、4、6 d分别测定玉米淀粉酶活性；并于第15 d用直尺或游标卡尺测定各处理株高、茎粗、主根长，记录各处理次生根数目，用天平称量幼苗鲜重；按Bates[15,16]方法测定幼苗叶片脯氨酸含量；采用TTC法测定玉米根系活力。

1.3 数据处理

数据处理及作图选择Excel 2010。

2 结果与分析

2.1 腐植酸浸种对玉米种子萌发的影响

研究表明，在供试的腐植酸的6个浓度中，不同腐植酸处理对低温下玉米发芽势的促进趋势大致可分为两类：一类随着腐植酸浓度的增加，对玉米种子发芽势的促进作用呈现先升高后降低的趋势，即HA1和HA2处理对玉米种子发芽势促进的最高点分别出现在200和500 μg/mL浓度下，分别较CK处理提高了18.52%和13.58%；当浸种浓度超过1 500 μg/mL后，与CK处理相比HA1处理种子发芽势首先被抑制，当浸种浓度为5 000 μg/mL时，HA1和HA2处理发芽势分别较CK处理降低了19.12%和6.58%。另一类为HA3处理，对玉米种子发芽势促进的最高点出现在50 μg/mL浓度下，后随着浸种浓度的升高种子发芽势不断降低，在3 000 μg/mL浓度下表现为抑制。各处理中又以50 μg/mL浓度的HA3处理表现最优，较CK处理提高了28.40%。图1A

低温条件下供试腐植酸在50、200、500、1 500 μg/mL处理下均呈现对种子发芽率的促进作用，其中1 500 μg/mL浓度的HA1和HA3处理促进作用均不显著；HA1处理中以浓度为200 μg/mL溶液对种子发芽率促进效果最显著，较CK处理增加了9.80%；HA2处理中以浓度为500 μg/mL溶液促进效果最显著，较CK处理增加了5.88%；HA3处理中以浓度为50 μg/mL溶液促进效果最显著，较CK处理增加了11.77%。当浸种浓度为5 000 μg/mL时，HA1、HA2和HA3处理发芽率较CK处理分别降低了8.51%、2.00%和2.00%。图1B

图1 不同腐植酸浸种下玉米发芽势(A)和发芽率(B)变化Fig.1 Effects of seeds soaked with humic acid on germination potential (A) and germination rate (B) of maize

2.2 腐植酸浸种对玉米淀粉酶活性的影响

研究表明，玉米淀粉酶活性随发芽天数的增加不断提高，且在适宜的浸种浓度范围内3种腐植酸均不同程度的提高了低温下玉米种子的淀粉酶活性。第2 d淀粉酶活性结果中，HA1处理下当浸种浓度超过1 500 μg/mL后淀粉酶活性被抑制，后期虽然有所回升但仍显著低于CK处理；HA2和HA3处理下当浸种浓度为5 000 μg/mL时淀粉酶活性被抑制。第6 d CK处理下种子淀粉酶活性为26.47，较起始种子淀粉酶活性增加了19.58；HA1浸种处理下淀粉酶活性以200 μg/mL处理最高，较CK处理增加了6.63；HA2浸种处理下以500 μg/mL处理最高，较CK处理增加了3.65；HA3浸种处理下以50 μg/mL处理最高，较CK处理增加了7.96。图2

图2 不同腐植酸浸种下玉米淀粉酶活性变化Fig.2 Effects of seed soaked with humic acid on amylase activity of maize

2.3 腐植酸浸种对玉米幼苗形态指标和根部形态的影响

研究表明，低温处理下第15 d玉米幼苗株高、茎粗、幼苗鲜重都以50 μg/mL的HA3处理最高，与其他处理差异显著。HA1浸种处理下幼苗株高以200 μg/mL处理最高为34.96 cm，较CK处理提高了38.19%；HA2浸种处理下幼苗株高以500 μg/mL处理最高为31.22 cm，较CK处理提高了23%；HA3浸种处理下，株高以50 μg/mL处理最高为37.93 cm，较CK处理提高了50.00%。

低温条件下供试腐植酸在50、200、500、1 500、3 000 μg/mL处理下均呈现对幼苗茎粗和植株鲜重的促进作用，其中浓度为3 000 μg/mL的HA3处理对幼苗茎粗促进作用不显著；HA1处理中以浓度为200 μg/mL溶液对茎粗和植株鲜重促进效果最显著，较CK处理增加了0.78 mm和0.92 g；HA2处理中以浓度为500 μg/mL溶液促进效果最显著，较CK处理增加了0.65 mm和0.67 g；HA3处理中以浓度为50 μg/mL溶液促进效果最显著，较CK处理增加了0.97 mm和1.51 g；其中，各处理以HA3处理下浓度为50 μg/mL浸种处理最佳。图3

图3 不同腐植酸浸种下玉米株高(A)、茎粗(B)和植株鲜重(C)变化Fig.3 Effects of seeds soaked with humic acid on plant height (A), and thick stem (B) and fresh weight (C) of maize

研究表明，HA1浸种处理下，主根长以200 μg/mL处理最高为26.68 cm，较CK处理增加了10.77 cm；HA2浸种处理下，主根长以500 μg/mL处理最高为24.16 cm，较CK处理增加了8.24 cm；HA3浸种处理下，主根长以50 μg/mL处理最高为31.15 cm，较CK处理增加了15.23 cm。与CK处理相比各腐植酸处理在50～3 000 μg/mL浓度范围内均有效增加了玉米次生根；当浸种浓度为5 000 μg/mL时玉米次生根发育受到抑制，玉米幼苗次生根数目较CK处理明显减少。图4

图4 不同腐植酸浸种下玉米主根长(A)和次生根数目(B)变化Fig.4 Effects of seeds soaked with humic acid on main root length (A) and secondary root number (B) of maize

2.4 腐植酸浸种对玉米根系活力的影响

研究表明，低温条件下腐植酸浸种对玉米幼苗的根系活力有明显的影响，50～5 000 μg/mL浓度范围内，各处理以200 μg/mL浓度下HA1、500 μg/mL浓度下HA2和50 μg/mL浓度下HA3处理表现最佳，根系活力显著高于CK处理，分别增加了0.29、0.25和0.36 mg/(g·h)，其中以50 μg/mL的HA3处理根系活力最强；浸种浓度超过各处理最佳浓度后玉米幼苗的根系活力呈下降趋势，浓度为5 000 μg/mL时腐植酸促进作用均不显著。图5

图5 不同腐植酸浸种下玉米根系活力变化Fig.5 Effects of seeds soaked with humic acid on root vigor of maize

2.5 腐植酸浸种对玉米脯氨酸含量的影响

研究表明，低温条件下不同浓度腐植酸浸种对玉米幼苗脯氨酸含量的影响不同。与CK处理相比，腐植酸处理6个浓度表现不同，即显著促进和显著抑制。HA1处理在5 000 μg/mL显著抑制，在50～500 μg/mL表现为显著增加，其中浓度为200 μg/mL时表现最优较CK处理提高了30.74%；HA2处理在浓度为5 000 μg/mL时被抑制效果不显著，在50 ～1 500 μg/mL浓度范围内表现为显著增加，其中浓度为500 μg/mL时表现最优较CK处理提高了10.53%；HA3处理在50 ～1 500 μg/mL表现为显著增加，其中浓度为50 μg/mL时表现最优较CK处理提高了47.37%。图6

图6 不同腐植酸浸种下玉米脯氨酸含量变化Fig.6 Effects of seeds soaked with humic acid on proline content of maize

3 讨 论

腐植酸是一类含有大分子官能团、以木质素为骨架的混合物，但不同种类的腐植酸其生物活性有很大差异。试验采用的3种腐植酸性质不同，其中黄腐酸钾分子量较小，活性功能团数量较多，更容易被作物吸收利用[17]。在低温条件下，不同浓度的腐植酸浸种处理下玉米种子发芽势、发芽率差异很大，不同的浸种处理在不同程度上抑制或促进了玉米种子的萌发能力。研究发现，18℃低温条件下HA1、HA2和HA3处理最佳的浸种浓度分别为200、500、50 μg/mL，其中又以50 μg/mL的HA3处理(黄腐酸钾)效果最佳，较HA1和HA2处理发芽率分别提高了1.79%和5.56%，能有效的解除玉米种子休眠，促进种子萌芽，这与全亚明等[18]的研究结果相同。

种子萌发生长需吸水分解淀粉等贮藏物质为幼苗生长提供能量，有研究结果表明，烯效唑降低了玉米发芽初期的淀粉酶活性，但提高了后期淀粉酶活性，影响了玉米的生长发育使玉米出苗更为整齐[19]。研究中，适宜浓度的腐植酸浸种可显著提高低温条件下萌发种子的淀粉酶活性，浓度过高时反而会抑制种子淀粉酶活力，第6 d时浓度为5 000 μg/mL的HA1、HA2和HA3处理淀粉酶活力较CK处理分别降低了31.20%、16.20%和9.74%。HA1、HA2和HA3处理最佳浸种浓度下第6 d种子淀粉酶活性较CK处理分别提高了25.03%、15.21%和31.69%；与CK处理相比幼苗的株高和茎粗均显著提高，分别较CK处理提高了66.11%、48.21%和92.36%。

腐植酸是一种安全、低成本的生物活性物质，有利于植株根茎的生长发育及幼苗的伸长。有研究表明，植物生长调节物质浸种对有利于作物根系发育，并可提高作物根系活力[20,21]。研究中，HA3整体处理对玉米根系发育效果较好优于HA1和HA2处理，且有效的提高了低温下幼苗的根系活力，促进幼苗生长发育形成壮苗。外源维生素浸种可引起幼苗可溶性糖含量和脯氨酸含量增加，提高玉米苗其抗逆性[22]。研究表明，18℃下HA1、HA2和HA3各处理的最佳浸种浓度下幼苗脯氨酸含量较CK处理分别提高了30.74%、10.53%和47.37%。

4 结 论

3种腐植酸中，黄腐酸钾(HA3)是最适玉米的腐植酸。HA3处理下以浓度为50 μg/mL浸种处理效果最佳；促进玉米种子萌发，发芽势和发芽率较CK处理分别提高了28.40%和11.76%；有效的提高种子中淀粉酶活性，与CK处理相比第6 d淀粉酶活性增加了7.96；有利于玉米根系发育，增加了玉米的次生根数目，且与与CK处理相比玉米主根长增加了15.23 cm；提高了玉米根系活力，较CK处理增加了0.36 mg/(g·h)；增加了玉米幼苗脯氨酸含量，提高玉米抗逆性，促进玉米抵抗低温的能力。

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