含腐植酸褐煤浸提液浸种对Na2CO3 胁迫下玉米种子发芽的影响

顾 鑫 任翠梅 杨 丽 王丽娜 张宏宇 胡禧熙 韩 冰

黑龙江省农业科学院大庆分院 大庆 163316

土壤的盐碱化是限制农业生产的障碍因素，土壤含盐量和酸碱度与农作物生长发育息息相关。土壤含盐量过高，导致土壤溶液渗透压增大[1]，致使作物细胞吸水困难甚至失水枯竭死亡。土壤碱性过大，影响土壤养分的有效性，不利于作物根系对土壤中营养元素的吸收利用。玉米是禾本科一年生草本农作物[2]，是畜牧业饲料和轻工业原料的主要来源，也是我国重要的粮食作物，营养价值和功能作用极高[3]。我国东北松嫩平原苏打盐碱土以含有大量代换性Na+的碳酸盐为主要盐分[4]，导致玉米种子发芽受到土壤中盐与碱的双重迫害，因此在种子发芽阶段增强其抗逆性和耐盐碱性是提高盐碱地玉米优质高效生产的有效手段[5]。近年来，普遍采用水杨酸[6]、过氧化氢[7]、微量元素[8]、外源激素[9]、腐植酸类[10]等浸种溶剂进行种子浸泡引发以提高种子的活力[11]，促进种子发芽。不同浸种剂的作用效果也不尽相同。含腐植酸褐煤是具有矿物成分、腐植酸等物质的珍贵资源，对污染农田土壤中重金属的钝化效果显著[12，13]，对土壤结构和土壤肥力有较好的改善作用[14]，对作物幼苗生长有一定的促进作用[15，16]。为此，本文通过培养皿发芽试验，探索利用含腐植酸褐煤的浸提液浸种对Na2CO3胁迫下玉米种子发芽的影响，以期为东北苏打盐碱地玉米高效生产提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

玉米种子：子粒饱满、大小均一且健康无病虫害的玉米种子（品种：“先玉335”）。

含腐植酸褐煤的浸提液制备[17]：来自黑龙江省萝北县的含有50.1%总腐植酸的褐煤经研磨过2 mm筛子，分别称取10、20、30、40、50、60、70 g 置于三角瓶中，加入蒸馏水500 mL，25 ℃条件下振荡24 h，静置12 h 后过滤，获得煤水比（g∶mL）分 别 为2∶100、4∶100、6∶100、8∶100、10∶100、12∶100、14∶100的浸提液。

1.2 试验设计

1.2.1 筛选Na2CO3溶液浓度

种子先用5%的次氯酸钠消毒10 min，蒸馏水冲洗5 次，再在蒸馏水中浸泡24 h，取出并用滤纸吸干种子表面水分。培养皿中铺2 层滤纸，滤纸用不同浓度（12.5、25.0、37.5、50.0、62.5、75.0、87.5、100.0 mmol/L）Na2CO3溶液完全浸湿，将种子均匀放于滤纸上，盖上盖子。每皿种子30 粒，重复3 次，置于25 ℃恒温培养箱中培养发芽，为保持Na2CO3浓度稳定，每天更换1 次浸湿的滤纸。第3、4、5、6 天统计发芽数，筛选出抑制玉米种子发芽率低于50%的Na2CO3溶液，最终确定下一步试验用Na2CO3溶液浓度为75.0 mmol/L。

1.2.2 浸提液浸种与Na2CO3胁迫

种子仍先用5%的次氯酸钠消毒10 min，蒸馏水冲洗5 次，再分别用不同煤水比的浸提液30 mL浸泡24 h，取出并用滤纸吸干种子表面溶液。培养皿中铺2 层滤纸，滤纸用蒸馏水或75 mmol/L Na2CO3溶液完全浸湿，将种子均匀放于滤纸上，盖上盖子。设置9 个处理：（1）蒸馏水浸种，蒸馏水浸湿滤纸（CK）；（2）蒸馏水浸种，75 mmol/L Na2CO3溶液浸湿滤纸（T0）（下同）；（3）2∶100 浸提液浸种（T1）；（4）4∶100浸提液浸种（T2）；（5）6∶100 浸提液浸种（T3）；（6）8∶100 浸提液浸种（T4）；（7）10∶100浸提液浸种（T5）；（8）12∶100 浸提液浸种（T6）；（9）14∶100 浸提液浸种（T7）。每皿种子30 粒，重复3 次，置于25 ℃恒温发芽，每天更换1 次浸湿的滤纸。

1.3 测定指标

逐天记录种子发芽的情况，第3 天测定发芽势，第7 天测定发芽率、发芽指数、活力指数、相对损害率，同时测定发芽后鲜重、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重、根冠比。

发芽势GP=（第3 天正常发芽数/种子总数）×100%；发芽率GR=（第7 天正常发芽数/种子总数）×100%；发芽指数GI=∑（发芽试验终期内每日发芽数/发芽日数）；活力指数VI=发芽后鲜重×发芽指数；相对损害率RR=（对照发芽率-处理发芽率）/对照发芽率；根冠比RS=胚根鲜重∶胚芽鲜重。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 软件进行数据整理，SPSS 25.0 软件进行单因素方差分析，运用Duncan’s 新复极差法进行多重比较（显著性水平为0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同Na2CO3 浓度对玉米种子发芽率的影响

由表1 可知，玉米种子的发芽情况明显受到Na2CO3的抑制，随着Na2CO3溶液浓度的升高种子发芽率逐渐降低。至第6 天时75.0 mmol/L Na2CO3浓度下种子发芽率仅为36.67%，发芽率不足试验种子的50%，显著低于75.0 mmol/L Na2CO3浓度以下的其他处理，为此选用75.0 mmol/L Na2CO3作为下一步胁迫试验溶液。

2.2 含腐植酸褐煤浸提液对Na2CO3 胁迫下玉米种子萌发指标的影响

由表2 可知，未受Na2CO3胁迫的CK 处理玉米种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别为75.56%、93.33%、36.53 和21.82，均显著高于其他处理。在Na2CO3胁迫条件下应用含腐植酸褐煤浸提液浸种处理，种子受胁迫的程度有所缓解，相比之下T3 处理表现最佳。T3 处理种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别为42.22%、57.78%、20.90 和12.58，与T0 处理差异显著，分别提高了58.31%、57.57%、55.04% 和59.24%。另外，种子相对损害率由低到高的顺序依次为T3（38.10%）

表2 不同处理玉米种子萌发指标情况Tab.2 Germination indicators of maize seeds under different treatments

2.3 含腐植酸褐煤浸提液对Na2CO3 胁迫下玉米种子生长指标的影响

由表3 可知，种子发芽后的鲜重在0.514～0.604 g 之间，各个处理之间差异不显著。T3 和T4处理胚芽长分别为2.742 cm 和2.648 cm，均与CK处理差异不显著，均显著高于其他处理。T3 处理胚根长为4.315 cm，比CK 显著降低42.31%，显著高于其他处理。T3 和T4 处理胚芽鲜重分别为0.102 g和0.110 g，均显著高于T0、T1、T2 处理，与其他处理差异不显著。T3 处理胚根鲜重为0.069 g，显著高于T1、T7 处理，与其他处理差异不显著。T3处理根冠比为0.688，与其他处理差异不显著。

表3 不同处理玉米种子生长指标情况Tab.3 Growth indicators of maize seeds under different treatments

3 结论与讨论

盐碱胁迫是作物生长环境中有害影响因子[18]，对作物种子的发芽及植株的生长均产生一定影响。在本研究中，蒸馏水浸种处理的玉米种子发芽率随着Na2CO3浓度的升高而逐渐降低，在Na2CO3浓度≥75.0 mmol/L 条件下玉米种子的发芽率已不足50%，发芽受到严重抑制。利用含腐植酸褐煤的浸提液浸种处理对Na2CO3的抑制作用起到了有效的缓解，相比于Na2CO3胁迫下未利用浸提液（T0）浸种处理，T3 处理种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均显著提高，相对损害率显著降低，胚芽和胚根的生长能力均显著增强。适宜浓度的含腐植酸褐煤浸提液浸种有利于玉米种子的发芽，这与前人的研究结果相符[19，20]，本研究中煤水比为6∶100的浸提液浸种效果最佳。含腐植酸褐煤浸提液浓度过高反而抑制了种子的发芽，可能原因在于外界溶液的渗透压大不利于种子吸水致使种皮膨胀软化困难[21]，导致种子的呼吸能力下降，获得的能量不足，储存在种子内部的营养物质难以被细胞利用[22]。种子的发芽过程是极其重要的生理阶段，直接关系作物后期的生长。发芽率高、发芽势强、发芽指数高和活力指数大，表明种子发生劣变数量少、抗逆性高、发芽能力强且出苗整齐[23]。相关研究指出，Na2CO3通过渗透胁迫和离子胁迫破坏了玉米种子细胞膜透性和完整性，引起脂膜过氧化和膜透性增大[24]，组织内渗透势大于外界溶液渗透势，致使种子吸水能力下降，生长发育受到抑制[25]。而种子预先用浸种剂浸泡引发可以使种皮软化膨胀，提高种子的呼吸能力，促使种子快速发芽[26，27]。

综上所述，利用含腐植酸褐煤的浸提液浸种能够有效缓解Na2CO3的胁迫，促进玉米种子发芽，在75.0 mmol/L Na2CO3胁迫下含腐植酸褐煤的浸提液最适宜煤水比为6∶100。本研究初步探索了利用含腐植酸褐煤的浸提液浸种对玉米种子发芽的影响，而未对玉米种子逆境生长的相关生理指标（渗透调节物质、抗氧化酶等）、根系生理指标（胚根体积、表面积、根系活力等）及含腐植酸褐煤的浸提液促进玉米种子萌发的机理进行研究，后续将深入研究，并做相应的大田试验，研究含腐植酸褐煤的浸提液浸种后对玉米产量、品质等方面的影响。