β-環糊精緩控釋肥對青稞種子萌發和幼苗生理指標的影響

廖文菊

(四川民族學院 環境與生命科學系， 四川 康定 626001)

β-環糊精緩控釋肥對青稞種子萌發和幼苗生理指標的影響

廖文菊

(四川民族學院 環境與生命科學系， 四川 康定 626001)

為β-環糊精緩控釋肥在青稞種植中的應用提供依據，以純尿素和β-環糊精-尿素包合物緩控釋肥作基肥進行青稞盆栽試驗，對比分析不同肥料種類青稞種子萌發和幼苗生理指標變化。結果表明，施用濃度均為1.33 g/kg時，β-環糊精緩控釋肥比純尿素種子萌芽率提高21.6%，出苗率提高25.0%，幼苗高度提高8.20 cm，葉片電導率降低33.23%，葉綠素含量升高0.284 mg/g，可溶性蛋白含量升高6.94 mg/g。純尿素對青稞種子萌發和幼苗的生長具有抑制作用，β-環糊精-尿素包合物可一定程度上屏蔽尿素對青稞種子萌發和幼苗生長的毒害。

β-環糊精； 尿素； 青稞； 種子萌發； 生理指標

青稞在我國的種植主要分布在西藏、青海和四川西北部等高海拔地區，這些地區由于土壤普遍發育緩慢且腐殖化程度低，農作物生長對肥料的依耐性較大。尿素是青稞種植中重要的肥料源，在青稞生長過程中施肥一般分基肥、苗肥和分蘗拔節肥，但作基肥時，常出現尿素中的縮二脲影響青稞種子萌發和幼苗生長的現象，嚴重影響尿素的有效利用。環糊精是一類重要的主體化合物[1-3]，在藥物控制釋放[4-6]、食品加工[7-8]和環境保護[9-10]等領域已有廣泛應用，β-環糊精-尿素緩控釋肥料是以β-環糊精作為主體分子，尿素作為客體分子制備而成的主客體緩控釋肥料，其緩控釋性能已得到證實[11]。相較于普通的緩控釋肥而言，環糊精作為緩控釋材料不會造成土壤的二次污染，且對土壤污染修復具有促進作用[12-13]。為尋求尿素中縮二脲對青稞種子萌發和幼苗生長影響的解決辦法，筆者采用β-環糊精-尿素緩控釋肥進行青稞基肥試驗，對比分析相同基肥用量下，純尿素與β-環糊精-尿素包合物緩控釋肥對青稞萌發和幼苗生長的影響，旨在為β-環糊精緩控釋肥在青稞種植中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

青稞(HordeumvulgareL.var.nudumHook.f.)品種為康青9號，由甘孜州農科所提供。尿素和β-環糊精(β-CD)均購自成都科龍化工試劑廠。β-環糊精-尿素緩控釋肥的制備采用固相包合法，將質量比為1∶1的β-環糊精和尿素混合均勻，在研缽中充分研磨2 h，獲得試驗用的β-環糊精-尿素緩控釋肥。

1.2 試驗設計

采用25 cm×20 cm的塑料花盆，每盆裝風干土壤3.0 kg。以純尿素、β-環糊精-尿素緩控釋肥料(包合物)和β-環糊精作為肥料試驗對象，分別向每盆中均勻施入0.0 g、2.0 g、4.0 g、6.0 g和8.0 g純尿素、β-環糊精-尿素緩控釋肥料和β-環糊精，即3種肥料在土壤中施用濃度折合為0.0 g/kg、0.67 g/kg、1.33 g/kg、2.0 g/kg和2.67 g/kg。精選顆粒飽滿、大小一致的青稞種子，用10%的雙氧水消毒10 min，蒸餾水反復沖洗，置于5℃蒸餾水浸泡24 h后播入花盆。每盆播種20粒，定期澆水，保持土壤濕潤。播種后7 d觀察種子萌芽率，15 d記錄幼苗出苗率。每個處理3次重復。

1.3 幼苗生理指標測定

播種20 d時，測定青稞苗高，并取葉片進行生理指標測定。葉綠素含量測定采用混合液提取法[14]，可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G250法，電導率測定采用電導率儀法[15]。

2 結果與分析

2.1 不同肥料種類青稞種子的萌發及幼苗生長

1) 萌芽率。由表1可知，純尿素作基肥對青稞種子的萌芽率影響較大，隨著尿素濃度增加，青稞種子萌芽率減小，當尿素濃度達2.67 g/kg時，種子萌芽率僅20.0%。而β-環糊精-尿素緩控釋肥料(包合物)可降低尿素對種子萌發的影響，包合物中尿素質量為1.33 g/kg時，種子萌芽率達100%，比相同濃度的純尿素高21.6%；包合物中尿素質量為2.67 g/kg時，種子萌芽率為65.0%，比相同濃度的純尿素高45.0%。純β-環糊精對種子萌發的影響不大，包合物對種子萌發的影響可能主要是由于β-環糊精包合作用屏蔽尿素對種子的毒害。

2) 出苗率。尿素濃度較高時，青稞種子的萌芽率遠高于出苗率，即尿素濃度高時，即使種子萌發，幼苗也不一定能成活，主要是由于尿素濃度高導致燒苗，表明高濃度尿素不利于青稞幼苗生長。而包合物可在一定程度上提高青稞出苗率，當尿素濃度為1.33 g/kg時，包合作用使青稞出苗率比同濃度純尿素提高25.0%，再次證實β-環糊精能有效屏蔽尿素對青稞幼苗的毒害作用。但由于環糊精的屏蔽作用有限，當尿素濃度較高，如達2.67 g/kg時，青稞出苗率僅為10.0%。

3) 青稞苗高。施用純尿素對青稞苗高有較大影響，當尿素濃度為0.67 g/kg時，青稞苗比尿素濃度0.0 g/kg的處理高3.63 cm，表明一定濃度的尿素有利于幼苗生長；但當尿素濃度為2.67 g/kg時，平均苗高僅15.03 cm，遠低于未施肥時的苗高(26.83 cm)，即高濃度尿素會抑制青稞生長。β-環糊精包合作用可有效抑制尿素對青稞苗生長的影響，當尿素濃度為1.33 g/kg時，以包合物形式施用，青稞苗高可達34.13 cm，比同濃度的純尿素高8.20 cm。純β-環糊精對苗高也有一定影響，隨著β-環糊精濃度的升高，苗高降低，其主要原因是β-環糊精對土壤養分的吸附和包合作用[16]影響了青稞對土壤養分的吸收。

表1 不同肥料種類及濃度青稞的種子發芽率、出苗率及苗高

Table 1 Seed germination rate, emergence rate and seedling height of hulless barley applied with various types and concentrations of fertilizers

肥料濃度/(g/kg)Concentration尿素Ureaβ?環糊精β?Cyclodextrin包合物Complex萌芽率/%Germinationrate0．098．4±2．498．4±2．498．4±2．40．6790．0±4．190．0±4．195．0±4．11．3378．4±2．4100．0±0．0100．0±0．02．060．0±4．193．3±2．480．0±4．12．6720．0±4．173．3±2．465．0±0．0出苗率/%Emergencerate0．093．3±2．493．3±2．493．3±2．40．6781．7±6．288．3±2．490．0±4．11．3358．3±4．798．3±2．483．3±2．42．020．0±4．190．0±4．143．3±2．42．678．3±2．473．3±2．410．0±0．0苗高/cmSeedlingheight0．026．83±0．2626．83±0．2626．83±0．260．6730．46±0．2135．13±0．2130．27±0．211．3325．93±0．1734．03±0．2134．13±0．262．024．76±0．2129．43±0．2933．03±0．122．6715．03±0．2127．97±0．1227．03±0．21

2.2 不同肥料種類青稞幼苗的生理指標

1) 電導率。由表2看出，純尿素的施用對青稞葉片電導率的影響較大，隨著尿素濃度升高，葉片相對電導率也升高，而純β-環糊精和包合物的施用對葉片相對電導率的影響較小。當包合物中尿素濃度為1.33 g/kg時，青稞葉片的相對電導率為30.61%，而同濃度純尿素為63.84%。表明以包合物形式施用尿素，可有效降低尿素對青稞細胞膜的傷害，對保持葉片膜結構完整性具有積極作用。

2) 葉片葉綠素及可溶性蛋白含量。尿素對青稞葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量的影響較大，低濃度尿素有利于提高葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量，隨著施用濃度增加，葉綠素含量和可溶性蛋白含量均降低。當純尿素濃度達2.67 g/kg時，葉片葉綠素含量為0.346 mg/g，低于尿素濃度為0.0 g/kg的處理(0.358 mg/g)，這主要是由于高濃度尿素對青稞幼苗的毒害作用造成。純β-環糊精對葉綠素含量的增加也具有促進作用，但隨著β-環糊精濃度的增加，葉綠素含量有所降低，這主要是由于未包合尿素的β-環糊精空腔對土壤養分的包合作用，降低了土壤中植物可吸收養分含量，從而抑制葉綠素含量和可溶性蛋白含量的增加。包合作用不但可以一定程度上屏蔽尿素對幼苗的毒害作用，還可以促進葉綠素含量和可溶性蛋白含量的增加，當包合物中尿素濃度為1.33 g/kg時，青稞葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量分別為0.899 mg/g和41.62 mg/g，分別比同濃度的純尿素處理增加0.284 mg/g和6.94 mg/g。

表2 不同肥料種類及濃度青稞幼苗的生理指標

3 結論與討論

尿素對青稞種子萌發和幼苗生長具有一定的毒害作用，β-環糊精的包合作用可一定程度上屏蔽尿素對青稞種子萌發和幼苗生長的影響。相同尿素濃度下，施用β-環糊精緩控釋肥可使青稞種子萌芽率、幼苗成活率、苗高、葉片電導率、葉綠素、可溶性蛋白含量得到改善。尿素濃度為1.33 g/kg的β-環糊精緩控釋肥對青稞種子萌發和幼苗生長最有利，與同濃度的純尿素相比，青稞種子萌芽率提高21.6%,出苗率提高25.0%，苗高增加8.20 cm，葉片電導率降低33.23%，葉綠素含量升高0.284 mg/g，可溶性蛋白含量升高6.94 mg/g。青稞種子萌芽率和出苗率的提升主要是由于在β-環糊精-尿素緩控釋肥料中，主體β-環糊精分子具有空腔結構，可對縮二脲分子和尿素分子產生包合作用，一方面β-環糊精的包合作用可屏蔽縮二脲對種子萌發的毒害作用，保證種子的萌芽率；另一方面包合作用降低尿素的表觀濃度，從而避免高濃度尿素對青稞幼苗產生燒苗等影響，保證幼苗的出苗率。同時，β-環糊精具有緩控釋作用，包合物可根據植物生長對養分的需求，緩慢釋放尿素分子，保證青稞生長對養分的需求。

β-環糊精緩控釋肥的施用可提高青稞葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量，降低葉片電導率，表明其對青稞葉片光合作用和生長代謝具有促進作用，一定程度上提升青稞抗性。

[1] Alvaro Antelo,Aida Jover,Luciano Galantini,et al.Formation of host-guest and sandwich complexes by aβ-Cyclodextrin derivative[J].Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry,2011,69(1-2):245-253.

[2] H J Buschmann,E Schollmeyer.Cucurbituril andβ-Cyclodextrin as Hosts for the Complexation of Organic Dyes[J].Journal of inclusion phenomena and molecular recognition in chemistry,1997,29(2):167-174.

[3] V Raj,T Chandrakala,K Rajasekaran.Guest-host interactions in the cleavage of phenylphenyl acetates byβ-Cyclodextrin in alkaline medium[J]. Journal of Chemical Sciences,2008,120(3):325-328.

[4] Vivek Ranjan Sinha,Amita,Renu Chadha,et al. Inter-molecular physiochemical characterization for etodolac-hydroxypropyl-β-cyclodextrin polymeric systems in solid and liquid state[J].Central European Journal of Chemistry,2010,8(4):953-962.

[5] Mingsong Shi,Chunchun Zhang,Yani Xie,et al.Stereoselective inclusion mechanism of ketoprofen intoβ-cyclodextrin: insights from molecular dynamics simulations and free energy calculations[J].Theoretical ChemistryAccounts,2014,133(10):1-12.

[6] N Sudha,Israel M V Enoch.Interaction of Curculigosides and Theirβ-Cyclodextrin Complexes with Bovine Serum Albumin:A Fluorescence Spectroscopic Study[J].Journal of Solution Chemistry,2011,40(10):1755-1768.

[8] Xianghe Meng,Qiuyue Pan,Yun Liu.Preparation and properties of phytosterols with hydroxypropylβ-cyclodextrin inclusion complexes[J].European Food Research and Technology,2012,235(6):1039-1047.

[9] Dong Zhao,Liang Zhao,Cheng-shen Zhu,et al.Water-insolubleβ-cyclodextrin polymer crosslinked by citric acid: synthesis and adsorption properties toward phenol and methylene blue[J].Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry,2009,63(3/4):195-201.

[10] Muhammad Imran Khan,Sardar Alam Cheema,Chaofeng Shen,et al.Assessment of Pyrene Bioavailability in Soil by Mild Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin Extraction[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology,2011,60(1):107-115.

[11] 廖文菊,唐德華,程曉彬.β-環糊精-尿素包合物的制備及應用性能研究[J].安徽農業科學,2014(13):3823-3824.

[12] N Szaniszló,é Fenyvesi,J Balla.Structure-Stability Study of Cyclodextrin Complexes with Selected Volatile Hydrocarbon Contaminants of Soils[J]. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 2005, 53(3/4): 241-248.

[13] Christophe Viglianti,Khalil Hanna,Christine De Brauer,et al.Use of Cyclodextrins as An Environmentally Friendly Extracting Agent in Organic Aged-contaminated Soil Remediation[J].Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry,2006,56(1/2):275-280.

[14] 沈偉其.測定水稻葉片葉綠素含量的混合液提取法[J].植物生理學通訊,1988(3):62-64.

[15] 張憲政,陳鳳玉,王榮富.植物生理學實驗技術[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1994:94-97.

[16] 唐德華.β-環糊精-磷酸一銨包合物的制備及緩/控釋性能研究[J].廣東農業科學,2013(19):105-107.

(責任編輯： 姜 萍)

Effects ofβ-Cyclodextrin Controlled Release Fertilizer on Seed Germination and Seedling Physiological Index of Hulless Barley

LIAO Wenju

(DepartmentofEnvironmentandLifeSciences,SichuanUniversityforNationalities,Kangding,Sichuan626001,China)

To provide references for applyingβ-cyclodextrin controlled release fertilizer in plantation of hulless barley, a pot experiment was conducted to explore the effects of urea andβ-cyclodextrin-urea controlled release fertilizer on seed germination and seedling physiological index of hulless barley. Comparing with common urea the germination rate, emergence rate increased by 21.6% and 25.0%, respectively, the seedling height increased by 8.20 cm, relative conductivity of leaves reduced by 33.23%, total chlorophyll content increased by 0.284 mg/g, soluble protein content increased by 6.94 mg/g. Urea inhibited seed germination and seedling growth, whileβ-cyclodextrin controlled release fertilizer could shielding the toxic effects of urea.

β-cyclodextrin; urea; hulless barley; seed germination; physiological index

2015-09-11； 2016-04-04修回

四川省教育廳項目“甘孜州特種糧食(青稞)產業化發展研究”(15ZB0328)

廖文菊(1984-)，女，講師，從事主客體化學研究。E-mail：wenjuliao@126.com

1001-3601(2016)05-0195-0028-04

S512.3； Q945.34

A