不同濃度沼液浸種對甜瓜種子萌發的影響

張繼紅 ，靳世峰 ，何寶林 ，康恩祥

近年來，隨著沼氣建設技術的進步和管理經驗的提高，我國農村沼氣建設力度加大，發展較快。2010年底，全國規模化養殖場大中型沼氣工程總數達到4 700處左右，約占現有大中型畜禽養殖場總數的39%。全國沼氣用戶總數達到4 000萬戶左右，約占適宜農戶的30%[1]。沼氣、沼液和沼渣（簡稱“三沼”）在作物生產中利用途徑及效果也日益受到重視，已成為國內外研究的熱點之一。前人對沼液在不同作物[2~7]、浸種時間[4，5]、浸種濃度[2，7]、浸種效果[5~7]等方面的影響開展了大量研究，但僅限于觀測試驗，未進行深入的機理研究，尚未形成一致的結論。種子萌發是成苗的初始階段，成苗質量將決定作物產量及產品品質。本研究以北方廣泛栽培的特色作物甜瓜為試材，在實驗室控溫條件下研究了不同濃度沼液浸種對甜瓜種子萌發的影響，探索沼液促進或抑制種子萌發的機理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以厚皮甜瓜黃河蜜為材料。黃河蜜是甘肅農業大學瓜類研究所于1987年育成，母本自白蘭瓜黃皮變異系統中選育而成，父本是墨西哥品種甘露，黃河蜜作為甘肅厚皮甜瓜主栽品種已近20 a。

1.2 材料處理

試驗于2009年2~11月在甘肅省農業科學院農業部重點實驗室進行，沼液取自莊浪縣農村能源辦公室試驗基地金鎖豬場大型沼氣池，分別于2月、6月、10月抽取沼液原液，當天過濾后帶回蘭州農業部重點開放實驗室進行稀釋配比，用沼液原液和去離子水配制濃度為 100%、80%、60%、40%、20%、0（CK）的沼液作為試驗處理。在潔凈烘干的培養皿中放入雙層濾紙，分別加入不同濃度的沼液至濾紙吸足水分后，稱量其質量，然后擺入經過篩選的籽粒飽滿、大小一致的甜瓜種子50粒，重復3次，置于30℃的培養箱中進行黑暗培養，注意補充蒸發的水分，使處理期濃度保持恒定。最后取3個月的平均數據。

1.3 測定內容與方法

①種子在萌發過程中吸水量的測定 稱取自然風干的種子50粒，重復3次，求其自然風干質量。 分別于處理后 1、2、4、8、12、24、48 h 分別取出50粒種子，在精度為0.001 g的電子秤上稱量鮮質量，各重復3次。

種子的吸水率按下式計算：W （%）=[（W1-W2）/W2]×100%。 式中，W1為 50 粒種子鮮質量（g），W2為50粒種子自然風干質量（g）。

②發芽率、發芽指數（Gi）、活力指數（Vi）和胚根長度的測定 處理后逐日統計種子發芽數，在處理后第6天對幼芽胚根進行測量，每個處理測量15株，重復3次，求平均值。

Gi=ΣGt/Dt，Vi=Gi×S。 式中，Gt為在 t日的發芽率，Dt為相應的發芽天數，S為幼芽的生長量（平均胚根長）。Gi值大，表明發芽速度快；Vi值大，表明發芽快而且長勢好。

③種子細胞膜透性的測定 分別于處理后1、4、12、24、48 h 取 20 粒種子，小心剝去種殼，用蒸餾水沖洗1次，再用去離子水沖洗2次，后用濾紙吸干其表面浮水，裝入小燒杯中加入15 mL去離子水，用真空抽氣泵抽氣30 min后在室溫下靜置20 min，測定初始電導率Ax，然后在沸水中煮10 min，冷卻至室溫再測其電導率Bx，重復3次，以相對電導率表示細胞膜透性， 即相對電導率 （%）=（Ax/Bx）×100%。

④α-淀粉酶活性的測定 種子的α-淀粉酶活性于處理后第1～6天進行測定，重復3次。測定方法參照《植物生理生化試驗原理與技術》[8]。

1.4 數據分析

利用Excel 2003、SPSS 13.0軟件對試驗數據進行差異顯著性分析、相關分析和作圖表。

2 結果與分析

2.1 不同濃度沼液對甜瓜種子吸水率的影響

甜瓜種子需要吸收其干質量45%以上的水分才能正常發芽[9]。黃河蜜種子浸泡12 h后，除原液外，各濃度沼液下其種子吸水率均達45%以上（圖1），達到甜瓜種子萌發所需要的水分。處理48 h后，沼液濃度大于60%處理的種子吸水率均顯著低于對照（P＜0.05），且隨沼液濃度增加各處理甜瓜種子的吸水率呈下降趨勢。

2.2 不同濃度沼液對甜瓜種子發芽率的影響

由圖2可知，沼液濃度在60%以上時，隨濃度的升高，甜瓜種子同期發芽率逐漸下降，但隨著處理時間的推移，各處理下種子累積發芽率逐漸趨于一致，低于60%濃度處理的種子在第2天均開始發芽，其發芽高峰日為處理后2～3 d；而高于60%濃度處理的種子到第3天才開始發芽，且發芽高峰日為處理后3～5 d。說明高濃度沼液延緩了甜瓜種子的萌發進程，說明低濃度對種子萌發有促進作用，這與趙利暉等[5]的研究結果相符。但對甜瓜種子累積發芽率的影響較小，這與王慶亞等[10]在鹽角草種子上的研究結果一致，但與戴偉民等[11]在番茄種子上研究結果不同。

圖1 不同濃度沼液對甜瓜種子吸水過程的影響

圖2 不同濃度沼液對甜瓜種子發芽率的影響

2.3 不同濃度沼液對甜瓜種子發芽指數（Gi）、活力指數（Vi）和胚根生長的影響

由表1可知，沼液濃度在60%以上時，隨著濃度的增加，種子相對活力指數、相對發芽指數均呈下降趨勢，其中，相對活力指數的下降幅度較大，表明其對高濃度沼液的反應比發芽率對其更敏感。當沼液濃度為60%時，種子胚根的生長量高出對照135.8%，說明低濃度沼液對甜瓜幼根生長有促進作用。隨著沼液濃度增加，甜瓜幼根生長量逐漸減小。

2.4 不同濃度沼液對甜瓜種子細胞膜透性的影響

由圖3可知，在萌發過程中，甜瓜種子相對電導率呈先升后降的變化趨勢。在處理初期，甜瓜種子滲透液的電解質滲漏較少，電導率較低，是因為此時種子吸水量較少，它僅發生在最外層細胞。在處理后8～12 h，甜瓜種子相對電導率達到最大，此時種子已經吸足了其萌發所需要的水分，但由于種子干燥而引起的膜結構的破壞還沒有完全修復，造成大量電解質滲漏。此后，隨著膜結構得以修復，細胞內電解質滲漏減少，相對電導率迅速下降；在沼液濃度超過60%時，處理4 h以后，隨著濃度的增加，種子相對電導率增大，說明高濃度的沼液對甜瓜種子萌發過程中的細胞膜修復有抑制作用，且濃度越大，其抑制作用就越強。

2.5 不同濃度沼液對甜瓜種子α-淀粉酶活性的影響

由表2可知，在不同濃度沼液處理后7 d，甜瓜種子的α-淀粉酶活力隨濃度和時間增加呈現不同變化態勢。在處理3～4 d，各濃度處理的種子淀粉酶活性達最大。低濃度（＜60%）處理的種子淀粉酶活性升高；沼液濃度超過60%時，其活性降低，種子萌發受到明顯抑制。

表1 不同濃度沼液下甜瓜種子的發芽能力（第6天）

圖3 不同濃度沼液對甜瓜種子萌發過程中膜透性的影響

表2 不同濃度沼液下甜瓜種子萌發α-淀粉酶活性變化

3 小結與討論

水是種子萌發必不可少的條件，吸足水分是種子獨立生活的第一步。試驗結果表明，在不同濃度沼液處理初期，甜瓜種子能夠快速吸收種子萌發所需的水分，可能因為在這個階段種子吸水主要靠內部膠體吸脹作用進行，和種子代謝無關。高濃度沼液延緩了甜瓜種子發芽進程，但對種子的最終發芽率影響不大。而濃度小于60%的沼液處理對甜瓜種子萌發和胚根生長有促進作用，60%以上濃度沼液處理后，甜瓜種子的發芽速度逐漸降低，相對發芽指數、相對活力指數、胚根生長量均呈下降趨勢。

土壤溶液可以從2個方面影響種子的萌發：一是抑制種子細胞膜的修復，二是抑制淀粉酶的活力。細胞膜是逆境脅迫對植物傷害的原初點和主要部位[12]。液泡膜和原生質膜均為選擇性滲透膜，在正常情況下，能將溶質保留在細胞內，但由于在干燥時，它失去了完整性，因此當種子浸入水中后，并不能起到屏障作用[13]，種子干燥時膜的這種不完整性在種子吸脹過程中逐漸修復與重建。沼液是有機物經沼氣池制取沼氣后的液體殘留物，富含各種營養成分。在高濃度沼液浸泡下，甜瓜種子在吸足其萌發所需要的水分后仍不能正常萌發，說明在沼液溶液離子作用下，膜的修復受阻可能是抑制種子萌發的重要原因之一。趙檀方等[14]對鹽脅迫下大麥根系細胞超微結構的研究表明，鹽脅迫下細胞及膜系統修復受阻。本試驗中電導率的變化說明了不同濃度沼液對甜瓜種子萌發過程中膜修復有影響。α-淀粉酶是分解種子內儲藏淀粉的主要酶，種子萌發和幼苗生長初期α-淀粉酶可使種子中的淀粉降解成為小分子物質，以供種子萌發和幼苗生長。因此，α-淀粉酶活性與甜瓜種子萌發速率及其隨后的幼苗生長發育有密切關系。本試驗研究結果表明，高濃度的沼液處理可以使種子內部α-淀粉酶的活力下降，且其濃度越大，酶活性下降的程度越大，所以高濃度沼液中離子的脅迫作用對α-淀粉酶活力的抑制是造成甜瓜種子發芽速度降低的重要原因。在大田條件下，不同濃度的沼液及沼液和沼渣混合物對作物的影響，還有待深入研究。

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