不同质量浓度硼肥对荞麦种子萌发及幼苗生长的影响

蔡天革, 胡智馨, 杜春明, 唐凤德

(辽宁大学 a. 生命科学院, b. 商学院, 辽宁 沈阳 110036)

荞麦(FagopyrumesculentumMoench)属蓼科荞麦属双子叶禾谷类作物,一年生,种子三角形,是一种重要的杂粮作物[1].荞麦在我国的种植历史悠久,大部分地区都有栽种[1-2].荞麦的生育期短,适应性广,在春、夏、秋3季均可播种[3].主要分布在与云南、四川相邻的大小凉山及贵州西北的毕节等地区,并且在青海高原、甘肃甘南、云贵高原、川鄂湘黔边境山地丘陵和秦巴山区南麓也有大量分布[4].荞麦有2个栽培种,一个品种是甜荞(F.esculentum),即普通荞麦,另一个品种是苦荞(F.tataricum)[5].荞麦营养丰富,是粮食中氨基酸种类最全面的粮种之一,麦粉蛋白质中含有19种氨基酸,特别是富含人体必需的8种氨基酸,这在一般谷物中是少见的.荞麦的药用价值也很高,含有具保健疗效的纤维素及多种维生素和矿物质等[6].在古代医书上,从来都不乏关于荞麦药用价值的记载,如李时珍的《本草纲目》中记载,荞麦可以“益肠胃、实气力、强精神”[7].荞麦在食品、药品、饮料、化妆品以及黄酮类产品方面的开发应用也受到人们的青睐,国内外对荞麦的需求日益增加[8].

植物中含有的中量元素(如钙、镁、硫等)质量分数介于1～5 g·kg-1之间,含有的微量元素如锌、硼、锰、钼、铜、铁、氯等质量分数介于0.2～200 mg·kg-1之间[9].中、微量元素在土壤中的质量分数虽然相对较低,但是对作物的生长发育是必不可少的,并且在一定程度上会直接影响作物的生长与产量.21世纪以来,人们普遍认识到了中、微量元素对作物产量和品质的重要作用,一些中、微量元素肥料蓬勃发展,已成为土壤科学的研究热点[10-11]. 目前,中、微量元素肥料的应用研究在玉米[12]、小麦[13]、棉花[14]、大豆[15]、花生[16]、甘薯[17]和甜菜[18]等作物已有报道,多数为关于叶喷硼对作物产量及品质的影响研究,有关硼浸种对种子萌发及幼苗生长影响的研究报道较少,尤其是硼浸种对荞麦种子萌发及幼苗生长影响的研究尚未见相关报道.浸种是一种常见的种子处理方法,可用清水或各种溶液来浸泡种子,这种方法可以提高种子的发芽率,缩短种子的萌发时间,促进幼苗的生长发育,从而实现出苗快、苗全、苗齐和苗壮的目的,为作物增产、增收、提高品质打下良好基础,而且简单易施行.因此,本文通过使用不同质量浓度硼肥溶液处理2个品种的荞麦种子,对种子萌发及幼苗生长进行研究,以期为在荞麦生产中科学、合理使用硼肥提供更多的理论依据和实践指导.

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试荞麦品种为通荞1号和通荞2号,2个荞麦品种.

1.2 发芽试验

将供试的荞麦种子用蒸馏水进行漂洗,去除杂质,挑选饱满无缺损、大小均匀一致的荞麦种子.硼肥溶液质量浓度分别为0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 g·L-1,用相应质量浓度的硼肥溶液浸泡荞麦种子8 h,对照组用蒸馏水处理.之后将种子用蒸馏水冲洗,种子表面的水分用滤纸吸干,种子被均匀放到铺有滤纸、直径为90 mm的培养皿中,每个培养皿放30粒,并用移液管加入3 mL相应质量浓度的硼肥溶液,置于室温下培养,每天补充相应质量浓度硼肥溶液,对照组添加蒸馏水培养并每天补充蒸馏水,使滤纸保持水分饱和状态.

1.3 盆栽试验

将供试的荞麦种子在半径为10 cm、深25 cm的花盆中培养,每个花盆15粒种子,当荞麦生长到幼苗期时,分别加入100 mL不同质量浓度硼肥溶液,对照组加入蒸馏水,处理5 d后进行各项指标测定.

1.4 测定指标及方法

每天的同一时间记录种子的发芽数(以胚根突破种皮为种子萌发标准),5 d后测定苗鲜重、胚根长,计算发芽率、发芽指数和活力指数.

式中:Gt为在时间t(单位:d)的发芽数;Dt为相应的发芽天数,d.

幼苗处理5 d后,测定株高、茎粗(用游标卡尺测量茎基部的直径[19])、鲜重、干重、主茎节数、主茎分枝数、单株叶片数和叶绿素SPAD值,叶绿素SPAD值测定利用日本生产的SPAD-502型叶绿素仪进行测定.

1.5 数据分析

试验用Microsoft Excel 2016和Graphpad 7进行数据计算和绘图,用SPSS 21.0统计分析软件进行数据分析.

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子萌发的影响

2.1.1 发芽率

不同质量浓度硼肥溶液处理对通荞1号种子发芽进程的影响如图1所示.从图中可以看到,第1 d,对照组发芽率为56.67%,用质量浓度为1.0 g·L-1的硼肥溶液处理后的种子发芽率达76.67%,是所有处理后的种子发芽率最高的,用大于1.0 g·L-1的硼肥溶液处理后,种子发芽率随质量浓度升高而下降;第2 d和第3 d,不同质量浓度硼肥溶液处理的种子发芽率均随天数增加而上升;第4 d时,对照组发芽率为76.67%,1.0 g·L-1硼肥溶液处理后的种子发芽率达到93.33%;第5 d,所有处理后的种子发芽率均达到稳定.小于1.0 g·L-1的硼肥溶液处理的种子可促进通荞1号荞麦种子萌发,当硼肥溶液质量浓度大于1 g·L-1后,通荞1号种子萌发进程有延迟现象.

图1 不同质量浓度硼肥溶液对通荞1号的累积发芽曲线

不同质量浓度硼肥溶液处理对通荞2号种子发芽进程的影响如图2所示.从图中可以看到,第1 d,对照组发芽率为53.33%,用质量浓度为0.5 g·L-1的硼肥溶液处理后的种子发芽率达70%,是所有处理后的种子发芽率最高的,用大于0.5 g·L-1的硼肥溶液处理后,种子发芽率随质量浓度升高而下降;第2 d和第3 d,不同质量浓度硼肥溶液处理的种子发芽率均随天数增加而上升;第4 d,0.5 g·L-1硼肥溶液处理后的种子发芽率达到最大,为86.67%;第5 d,所有处理后的种子发芽率均达到稳定.小于0.5 g·L-1的硼肥溶液处理的种子可促进通荞2号荞麦种子萌发,当硼肥溶液质量浓度大于0.5 g·L-1后,通荞2号种子萌发受到抑制.

图2 不同质量浓度硼肥溶液对通荞2号的累积发芽曲线

2.1.2 相对发芽率

不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子相对发芽率的影响如图3所示,从图中可以看到,随着硼肥溶液质量浓度的增加,2个荞麦品种种子相对发芽率均呈先上升后下降趋势.通荞1号种子相对发芽率在硼肥溶液质量浓度为1.0 g·L-1时最高.通荞2号相对发芽率在硼肥溶液质量浓度为0.5 g·L-1时最高,整体来看,硼肥溶液对通荞1号种子发芽率的影响比对通荞2号种子发芽率的影响更明显.当硼肥溶液质量浓度相同时,通荞1号种子的相对发芽率更高.

图3 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子 相对发芽率的影响Fig.3 Effect of boron fertilizer on the elative germination rate of buckwheat seed

2.1.3 发芽指数

发芽指数是种子的活力指标.在发芽试验期间,每天记录发芽粒数,然后计算发芽指数,发芽指数高,表示种子活力高.不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子发芽指数的影响如图4所示,从图中可以看到,随着硼肥溶液质量浓度的增加,2个荞麦品种的发芽指数均呈先上升后下降趋势,通荞1号的发芽指数在硼肥溶液质量浓度为1.0 g·L-1时达到最高,为45.33,在硼肥溶液质量浓度为1.5和2.0 g·L-1时,发芽指数明显低于对照组;通荞2号的发芽指数在硼肥溶液质量浓度为0.5 g·L-1时达到最高,为41.33,在硼肥溶液质量浓度为1.0、1.5、2.0 g·L-1时低于对照组.

图4 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子 发芽指数的影响Fig.4 Effect of boron fertilizer solution with different mass concentrations on seed germination index of buckwheat

2.1.4 活力指数

活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映,是体现种子活力的指标,高活力种子具有明显的生长优势和生长潜力.不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子活力指数的影响如图5所示,随着硼肥溶液质量浓度的增加,2个荞麦品种的活力指数均呈先上升后下降趋势,通荞1号的活力指数在硼肥溶液质量浓度为1.0 g·L-1时达到最高,为7.50,在硼肥溶液质量浓度为1.5和2.0 g·L-1时,活力指数明显低于对照组;通荞2号的活力指数在硼肥溶液质量浓度为0.5 g·L-1时达到最高,为7.54,在硼肥溶液质量浓度为1.0、1.5、2.0 g·L-1时,活力指数明显低于对照组.

图5 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子 活力指数的影响Fig.5 Effects of boron fertilizer solution with different mass concentrations on seed activity index of buckwheat

2.2 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦幼苗生长的影响

2.2.1 株高、茎粗、鲜重和干重

不同硼肥溶液对荞麦幼苗的株高、茎粗、鲜重和干重的影响如表1所示,荞麦幼苗的株高,茎粗和单株鲜重随硼肥溶液质量浓度的升高呈先增加后降低的趋势,硼肥溶液对通荞2号幼苗的影响大于对通荞1号幼苗的的影响.通荞1号在硼肥溶液质量浓度为1.0 g·L-1时株高、茎粗和单株鲜重达到最高;通荞2号在硼肥溶液质量浓度为0.5 g·L-1时株高,茎粗和单株鲜重达到最高,质量浓度过高均不利于通荞1号和通荞2号幼苗生长. 通荞1号的幼苗对照组干重为0.001 8 g,在质量浓度为2.0 g·L-1的硼肥溶液处理后干重较低,为0.001 0 g,比对照组降低0.000 8 g;在质量浓度为1.0 g·L-1的硼肥溶液处理后干重较高,为0.003 0 g,比对照组提高了0.001 2 g,并且显著高于其他质量浓度硼肥溶液处理的幼苗.通荞2号的幼苗对照组干重为0.002 4 g,在质量浓度为2.0 g·L-1的硼肥溶液处理后干重较低,为0.001 2 g,比对照组降低0.001 2 g;在质量浓度为0.5 g·L-1的硼肥溶液处理后干重较高,为0.004 0 g,比对照组提高了0.001 6 g,并且显著高于其他质量浓度硼肥溶液处理的幼苗.

表1 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦幼苗的株高、茎粗、鲜重和干重的影响

2.2.2 主茎节数、主茎分枝数和单株叶片数

不同质量浓度硼肥溶液对荞麦幼苗主茎节数、主茎分枝数和单株叶片数的影响如表2所示,从表中可以看到,荞麦幼苗的主茎节数、主茎分枝数和单株叶片数随硼肥溶液质量浓度升高呈先升高后下降的趋势.通荞1号和通荞2号的主茎节数、主茎分枝数和单株叶片数分别在硼肥溶液质量浓度为1.0 g·L-1和0.5 g·L-1处理时达到较高值,主茎节数均为为1.6,主茎分枝数均为1.0,单株叶片数均为3.0.虽然此时荞麦处于幼苗时期,但不同质量浓度硼肥溶液处理对荞麦的主茎节数、主茎分枝数和单株叶片数仍有影响.

表2 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦幼苗主茎节数、主茎分枝数和单株叶片数的影响

2.2.3 叶绿素SPAD值

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质之一,是反映叶片光合能力的主要指标之一,叶绿素SPAD值会直接对光合作用的进行及净光合速率产生影响.不同质量浓度硼肥溶液对荞麦幼苗叶绿素SPAD值的影响如图6所示,从图中可以看到,荞麦幼苗叶绿素SPAD值随硼肥溶液质量浓度升高呈先增加后降低的趋势.通荞1号叶片叶绿素SPAD值在硼肥溶液质量浓度为1.0 g·L-1时最高;通荞2号叶片叶绿素SPAD值在硼肥溶液质量浓度为0.5 g·L-1时最高.在高质量浓度的硼肥溶液处理和低质量浓度的硼肥溶液处理比较中发现,通荞2号叶片叶绿素SPAD值变化幅度明显大于通荞1号,叶片的叶绿素SPAD值对硼肥溶液处理的反应更敏感.

图6 不同质量浓度硼肥溶液对荞麦幼苗 叶绿素SPAD值的影响Fig.6 Effect of boron fertilizer solution with different mass concentrations on the SPAD value of chlorophyll of buckwheat seedlings

3 讨 论

中、微量元素肥料的合理应用已经成为现代化农业集约生产的重要标志,也是当前农业研究中的一个热点[10]. 在微量元素研究中发现,土壤缺硼最普遍,几乎占国土面积一半的土壤都缺硼,特别是黄淮的冲积平原土壤严重缺硼[11].硼是植物必需的营养元素之一,能够促进根系生长,对碳水化合物的合成与转运有重要作用,对受精过程的正常进行有特殊作用[20].用硼处理植物的种子,不仅能增强植物的抗旱、抗寒、抗病能力,还可以促进种子发芽.木瓜种子在2.0 mg·L-1的硼肥溶液中浸种6 h后,种子的萌发和早期的幼苗生长得到了明显的改善[21].适宜质量浓度的硼肥溶液浸种也对荞麦的生长有一定的促进作用,这可能与硼肥溶液有稳定叶绿素结构、促进碳水化合物运输作用有关[22].刘鹏等[23]利用硼砂浸种对大豆幼苗生理特性的研究表明,硼的质量分数变化对大豆幼苗产生的影响变化较大,当硼的浸种质量分数由1.0 mg·kg-1增加到10 mg·kg-1时,硼会降低大豆幼苗的呼吸速率,降低过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶等抗逆性酶的活性,提高质膜透性及丙二醛和脯氨酸的浓度,从而降低大豆幼苗生长质量,使硼对大豆幼苗产生的影响由正效应转变为负效应(毒害作用) .有关高质量浓度的硼肥溶液抑制种子发芽及幼苗生长的原因有待进一步探索和研究,有关硼肥溶液浸种对植物出苗以后生长发育的影响还有待进一步试验分析和讨论.

4 结 论

本试验结果表明,不同质量浓度硼肥溶液对荞麦种子萌发及幼苗生长的影响不同,荞麦种子萌发和幼苗生长的指标随硼肥溶液质量浓度增加呈先升高后下降趋势.发芽率和活力指数是判定种子活力的重要指标,当硼肥溶液质量浓度达到1.0 g·L-1时,通荞1号的发芽率和活力指数达到最大值;当硼肥溶液质量浓度达到0.5 g·L-1时,通荞2号的发芽率和活力指数达到最大值.低质量浓度硼肥溶液处理下,通荞1号和通荞2号幼苗的株高、茎粗、叶绿素SPAD值、鲜重和干重均显著高于对照组;高质量浓度硼肥溶液处理下,通荞1号和通荞2号幼苗的株高、茎粗、叶绿素SPAD值、鲜重和干重均显著低于对照组,所以使用低质量浓度的硼肥溶液对荞麦种子的萌发及幼苗生长有促进的作用.