褪黑素浸種對寧粳8號水稻機插植傷修復效應研究

林曉金 付堯 李林

摘要 水稻機插育秧是水稻生產的核心環節，但目前小苗移栽和機械栽插植傷較重，影響水稻生根立苗，減緩栽后緩苗返青，進而影響水稻的生產。褪黑素是廣泛存在于高等植物中的抗氧化效應分子，對多種非生物脅迫存在響應。本文以寧粳8號為研究對象，實施不同濃度（1、50、100 mg/L）褪黑素浸種處理機插大田試驗。結果表明，50 mg/L的中濃度褪黑素處理效果最好，可以降低秧苗株高，提高秧苗發根力，增強根系活力，提高葉綠素的含量，加快緩苗返青，且不減少水稻產量。

關鍵詞 水稻；寧粳8號；褪黑素；浸種；植傷修復；形態指標；產量構成

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）19-0009-03

種子處理主要是應用生物、物理、化學方法和手段，為農作物種子提供保護，以促進作物健康出苗。種子處理不僅可以促進作物生育安全，使作物健康茁壯成長，而且與作用于植物葉面的植保產品相比，種子處理劑能以很低的用量和較明顯的效果調控植物的生長過程。種子處理技術主要包括種子包衣、種子丸粒化、浸種、拌種等。

研究發現，褪黑素是廣泛存在于高等植物中具有重要生理功能的多效性分子[1-3]。有研究表明，褪黑素通過促進細胞膨大以促進生長，并可以通過誘導中柱鞘細胞產生新的根原基，增加側生根的長度和數量，促進根系發育[4-5]。王英利等[6]發現，外源褪黑素對增強UV-B輻射下生長的綠豆有防護作用。Lei等[7]以胡蘿卜懸浮細胞為材料進行試驗，結果表明，加入外源褪黑素降低了低溫脅迫下細胞的凋亡。Zhao等[3]報道，褪黑素提高了低溫脅迫下大花紅景天（Rhodiola crenulata）愈傷組織的存活率。一些研究還發現，褪黑素對植物生長有促進作用[8]。用外源褪黑素處理貫葉連翹，促進了根的形成[9]；Arnao等[10]用高濃度褪黑素短期處理羽扇豆（Lupinus albus L.）的下胚軸、子葉，發現褪黑素可以促進下胚軸形成不定根，子葉也顯著擴展。

目前，褪黑素在水稻生產中的應用較少，不同濃度褪黑素對水稻秧苗的形態及生理生化方面的影響還尚不清楚。本試驗從水稻育秧的角度，通過常規粳稻寧粳8號的浸種試驗及其形態和產量分析[11]，以期為寧粳8號的推廣和水稻機插育秧技術的完善提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2017年5—11月在丹陽市延陵鎮寶林農場進行。該地區屬于亞熱帶季風性氣候，年平均降雨量882 mm，平均氣溫16.4 ℃。供試土壤為黃白土，0～20 cm土層土壤基礎理化性狀：pH值6.31，有機質23.2 g/kg，全氮1.125 g/kg，速效磷23.8 mg/kg，速效鉀251.2 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物為常規粳稻品種寧粳8號。試驗使用的褪黑素為普通商用試劑（麥克林化學試劑有限公司），純度為92%，按需配制相應濃度溶液。

1.3 試驗設計

選取充實飽滿的種子浸泡于45 ℃的0.3%乙醇消毒水中5 min。共設4個浸種處理，即選取4份消毒后種子，分別轉移至盛有清水（CK）、1 mg/L褪黑素（TL）、50 mg/L褪黑素（TM）和100 mg/L褪黑素（TH）的相應溶液中浸種。48 h后，取出種子，用清水沖洗稻種3遍，然后采用常規育秧方法機械育秧。

1.4 試驗實施

試驗于6月1日播種，6月15日移栽，采用井關（PZ640）乘坐式高速插秧機作業，栽植規格為30 cm×14 cm。試驗在移栽前和移栽后6、9、12 d分別取樣30株，成熟期獲取產量數據，3次重復。其他大田管理同當地高產栽培一致。

1.5 測定內容與方法

1.5.1 形態指標的測定。取樣測定秧苗地上部鮮重、株高、莖粗、根數等形態指標及根系活力和干物質重，各指標測量方法如下：①鮮重，獲取樣品用精度為0.01的分析天平稱量；②株高，使用米尺測量水稻秧苗從根系著生點起向上至綠色葉片頂端距離為株高；③莖粗，使用直尺測量水稻秧苗根系著生點以上1 cm處莖稈寬度為莖粗；④根數，在秧苗栽后6、9、12 d觀察新生白根數，并記錄。

1.5.2 根系活力的測定。參照李玉祥等[12]的方法，采用α-萘胺法進行根系活力的測定。

1.5.3 葉綠素含量的測定。準確稱取0.1 g新鮮秧苗葉片置于10 mL 95%乙醇中避光提取36 h，在波長652 nm處測定吸光度值并按下式計算：

CT=A652×1 000/34.5

1.6 數據分析

本試驗所有數據采用Microsoft Excel 2013進行初步分析，并繪制圖表。運用SPSS進行數據分析，并使用t-test在P<0.05的水平下進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度褪黑素浸種對水稻秧苗形態指標的影響

2.1.1 對水稻秧苗株高的影響。由圖1可知，與CK相比，不同濃度褪黑素對寧粳8號浸種處理后的株高具有一定的影響，其變化隨時間的推移有增大的趨勢。與CK相比，秧苗栽后6 d時，處理TL與處理TH秧苗株高顯著低于CK，降幅分別為11.33%和12.67%，處理TM降幅7.33%，未達到差異顯著水平。秧苗栽后9 d時，處理TL與處理TH秧苗株高依然顯著低于CK，分別降低了14.38%和13.07%；而處理TM秧苗株高有所增加，與CK相比差異不明顯，與處理TL、TH之間差異進一步擴大。可以看出，低濃度和高濃度褪黑素對水稻秧苗栽后的株高存在一定的抑制作用，中濃度褪黑素處理的秧苗株高有所降低，但與CK之間未達到差異顯著水平。

2.1.2 對水稻秧苗莖粗的影響。由圖2可知，與CK相比，秧苗栽后6 d時，處理TL與處理TM秧苗莖粗分別增加10.21%、8.45%，處理TH莖粗降低3.95%，差異均不顯著；栽后9 d時，處理TM莖粗增大10.53%，與CK之間差異顯著，同時處理TL莖粗相比CK略有增加，處理TH則低于CK，但各處理與CK之間差異均不顯著。由此表明，中低濃度褪黑素在一定時間內可以促進秧苗莖粗的增加，其中中濃度褪黑素處理效果更為顯著，而高濃度褪黑素處理則存在一定的抑制作用。

2.1.3 對水稻秧苗根數的影響。由圖3可知，褪黑素處理對秧苗根數影響顯著。與CK相比，栽后6 d時，各濃度褪黑素處理的根數均顯著增加；在栽后9 d時，處理TM根數持續增加，平均達4.6條，數量顯著高于其他各處理，而處理TL和處理TH的根數與CK相似，但相比第6天有所下降。由此表明，褪黑素浸種處理在一定程度上能促進水稻秧苗根系的生長，但不同濃度的褪黑素處理在時間效果上存在較大差異。

2.1.4 對水稻秧苗鮮重的影響。由圖4可知，栽后12 d時，與CK相比，中濃度褪黑素（處理TM）可以顯著提高秧苗地下部及地上部鮮重，使其分別增加31.69%和64.69%，地上部鮮重的增幅更大；低濃度褪黑素（處理TL）對秧苗的鮮重沒有顯著影響，而高濃度處理（處理TH）秧苗鮮重相比CK略有下降，但并未達到差異顯著水平。表明各濃度處理中，中濃度褪黑素對秧苗的生長具有明顯的促進作用。

2.2 不同濃度褪黑素浸種對水稻秧苗根系活力的影響

由圖5可知，栽后秧苗的根系活力均呈現先增加后下降的趨勢，各濃度褪黑素處理不同程度地提高了秧苗的根系活力，其中中濃度褪黑素處理效果最佳。在栽后當天（第0天，褪黑素浸種處理12 h）褪黑素即顯著提高了秧苗的根系活力，各處理中以處理TM秧苗根系活力最高，增幅為74.50%，處理TL、TH次之，二者效果相似，增幅約為45%；在第6天時，處理TM、TL根系活力持續增加，顯著高于CK，同時處理間差異顯著，而處理TH根系活力增幅下降，與CK相比差異不明顯；到第9天，各處理根系活力均有所下降，但處理間差異與第6天結果相似；隨著時間推移，各處理根系活力在第12天時進一步下降，其中處理TM根系活力依然最高，約為CK的1.6倍。因此，中濃度褪黑素對秧苗根系的活化效果最好，低濃度次之，高濃度褪黑素處理效果不明顯；中濃度褪黑素處理秧苗根系活力值下降幅度較低，表明其處理后效更長。

2.3 不同濃度褪黑素浸種對水稻秧苗葉綠素含量的影響

由圖6可知，與CK相比，栽后第6天時，處理TL、TH葉綠素含量均顯著高于CK，分別增加了18.04%、21.87%，處理TM與CK葉綠素含量相差不大；栽后第9天時，處理TM葉綠素含量顯著增加，較CK增加15.87%，達到顯著水平，處理TL與處理TH葉綠素含量分別降低11.25%、17.71%，其中處理TH與CK差異顯著。

2.4 不同濃度褪黑素浸種對水稻產量及產量構成的影響

由表1可知，褪黑素浸種處理使寧粳8號的產量有略微的提升，但與清水對照無顯著差異。與CK相比，處理TH顯著提高了水稻的穗粒數和結實率，但千粒重與CK相比顯著降低，因此處理TH的最終產量僅略微增加。處理TM的結實率顯著高于CK，由于其他產量構成因素與CK相差不大，故產量與CK無顯著差異，處理TL與處理TM變化保持一致。值得指出的是，不同濃度的褪黑素浸種處理后均提高了寧粳8號的結實率，與CK相比差異明顯。

3 結論與討論

目前，有關褪黑素對植物生長影響的研究眾多。褪黑素能通過促進細胞的分裂和伸長來促進植物的生長，同時也參與調節植物體內多種酶的活性和光合作用[10-11]。在IAA和褪黑素的生理對比試驗中，兩者均能促進小麥胚芽鞘的生長，但褪黑素對胚芽鞘的促生效果只能達到IAA促生效果的30%；并且褪黑素對單子葉植物的根系生長存在一定的抑制作用[8]。

雖然褪黑素對植物生長的調控機制不清楚，但是所有的結果表明，褪黑素在植物生長調控中可起到積極作用。本研究結果表明，褪黑素可以促進緩苗期內秧苗的生長，提高秧苗鮮重，增加莖粗，其中50 mg/L的褪黑素處理效果最好，與王 蕊等[13]的研究結果相似。秧苗在機插過程中會造成一定的植傷，植物在根系損傷后為了適應新的環境，會長出許多不定根來提高獲取氧氣的能力[14-15]。

據報道，褪黑素存在濃度差異的根系生長調控作用，1 μmol/L褪黑素使植物不定根明顯再生，而10 μmol/L褪黑素則會對再生作用產生抑制[16]。本試驗結果表明，中濃度褪黑素處理可以提高秧苗栽后的生根能力，同時不同濃度的褪黑素處理均不同程度地提高了秧苗的根系活力，其中中濃度和低濃度的褪黑素處理的根系活力均顯著增加，而中濃度褪黑素處理的效果最佳；另一方面，褪黑素處理后對秧苗根數顯著增加，這可以減緩斷根后的損傷，促進秧苗對養分和水分吸收能力，加速機插秧緩苗，縮短返青期[16-18]。

此外，植物在遭受植傷后，其自身的生長會受到抑制，膜脂過氧化加劇，加速葉綠素降解，影響植株的光合作用，最終使干物質積累下降[19]。相關研究表明，褪黑素改變了蘋果樹的代謝活動，減緩可溶性蛋白含量的降低，提高葉綠素含量和光合作用，延緩植株的衰老；外源褪黑素抑制了正常條件下葉綠素含量的減小和PSⅡ最大光化學量子產量，同時也使葉綠素轉錄水平的關鍵降解基因、脫鎂葉綠酸a加氧酶和與衰老相關的基因的表達降低[20-21]。本研究中，中濃度褪黑素處理顯著提高了秧苗葉綠素含量，與前人研究結果一致。產量方面，所有褪黑素處理都顯著提高了寧粳8號的結實率，略微提高了其產量，但效果都不顯著。高濃度褪黑素處理顯著提高了水稻的穗粒數，但由于千粒重顯著降低，使得最終產量與清水對照差異不明顯，其他處理的產量構成指標與清水對照大致相似。

綜上所述，50 mg/L褪黑素浸種處理可以顯著降低植傷對寧粳8號水稻秧苗緩苗期的負面影響，降低秧苗株高，提高秧苗生根能力，增強根系活力和提高葉綠素的含量，加速秧苗栽后的植傷修復，加快秧苗緩苗返青，提高結實率。1 mg/L褪黑素處理對秧苗植傷修復效果較弱，而過高濃度（100 mg/L）的褪黑素處理對秧苗的生長存在一定的副作用。

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