腐植酸浸種對玉米種子萌發及幼苗生長的影響

趙海蓓，危常州，張新疆，呂小凡，陳英花

(石河子大學農學院農業資源與環境系，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】新疆2018年玉米種植面積103.33×104hm2。腐植酸類物質是有機質中的重要組分，是動植物等有機物經過一系列長期的生物化學過程形成的一種結構復雜的物質，含有多種活性基團，近年來在農業生產中應用廣泛[1]。有研究表明，腐植酸類物質能有效地促進作物生長，這種促進作用與植物激素對作物作用效果類似[2,3]。在脅迫植物的生長環境下，腐植酸通過影響植物生理活動提高植物抗逆性，促進植物生長抵抗逆境。【前人研究進展】腐植酸處理下番茄株高、莖粗及根系活力和硝酸還原酶活性均被提高[4]，且側根數目顯著增加[5]。腐植酸浸種顯著提高了干旱脅迫下谷子的萌發及幼苗的發育及抗旱指數[6]，調控小麥的碳氮代謝[7]，影響小麥根系的抗氧化系統[8,9]。腐植酸鉀浸種可提高玉米抗性酶活性[10]，黃腐植酸浸種提高了栽培稻光合性能及根系活力，降低了雜草稻的生長[11]。【本研究切入點】新疆早春土壤溫度較低，玉米出苗期長，且低溫階段生長緩慢，不利于玉米后期生長發育[12]。研究采用腐植酸浸種對促進玉米出苗和早期生長的影響。【擬解決的關鍵問題】在模擬低溫條件下，用腐植酸對玉米進行浸種處理，分析腐植酸對玉米萌發及幼苗生長的各項形態指標、種子萌發過程中淀粉酶活性及幼苗根系活力的影響，篩選出適宜玉米生長的腐植酸種類及濃度。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試玉米材料為新玉64號(ZeamaysL.)，供試3種腐植酸分別為腐植酸鉀(HA1)、硝基腐植酸(HA2)、黃腐酸鉀(HA3)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

挑選出飽滿的玉米種子使用10%的過氧化氫溶液浸泡消毒處理10 min后，分別置于不同種類的腐植酸溶液中浸泡24 h，腐植酸溶液設置不同的濃度梯度(50、200、500、1 500、3 000、5 000 μg/mL)，以加蒸餾水處理作為對照。其中每梯度重復4次，每重復20粒玉米種子。將處理后的玉米種子均勻擺放在墊有濾紙的發芽盒內，放置在18℃的恒溫光照培養箱中進行24 h低溫避光培養6 d。自第7 d起在恒溫光照培養箱中對玉米進行25℃、12 h光照/12 h黑暗培養試驗，在第15 d時結束試驗采樣測定相關指標。

1.2.2 測定指標

按張美華[13]方法，以胚根長2 mm為萌發標準，第4 d計算發芽勢，第7 d計算發芽率；按謝兆輝[14]方法，在試驗開始的第0、2、4、6 d分別測定玉米淀粉酶活性；并于第15 d用直尺或游標卡尺測定各處理株高、莖粗、主根長，記錄各處理次生根數目，用天平稱量幼苗鮮重；按Bates[15,16]方法測定幼苗葉片脯氨酸含量；采用TTC法測定玉米根系活力。

1.3 數據處理

數據處理及作圖選擇Excel 2010。

2 結果與分析

2.1 腐植酸浸種對玉米種子萌發的影響

研究表明，在供試的腐植酸的6個濃度中，不同腐植酸處理對低溫下玉米發芽勢的促進趨勢大致可分為兩類：一類隨著腐植酸濃度的增加，對玉米種子發芽勢的促進作用呈現先升高后降低的趨勢，即HA1和HA2處理對玉米種子發芽勢促進的最高點分別出現在200和500 μg/mL濃度下，分別較CK處理提高了18.52%和13.58%；當浸種濃度超過1 500 μg/mL后，與CK處理相比HA1處理種子發芽勢首先被抑制，當浸種濃度為5 000 μg/mL時，HA1和HA2處理發芽勢分別較CK處理降低了19.12%和6.58%。另一類為HA3處理，對玉米種子發芽勢促進的最高點出現在50 μg/mL濃度下，后隨著浸種濃度的升高種子發芽勢不斷降低，在3 000 μg/mL濃度下表現為抑制。各處理中又以50 μg/mL濃度的HA3處理表現最優，較CK處理提高了28.40%。圖1A

低溫條件下供試腐植酸在50、200、500、1 500 μg/mL處理下均呈現對種子發芽率的促進作用，其中1 500 μg/mL濃度的HA1和HA3處理促進作用均不顯著；HA1處理中以濃度為200 μg/mL溶液對種子發芽率促進效果最顯著，較CK處理增加了9.80%；HA2處理中以濃度為500 μg/mL溶液促進效果最顯著，較CK處理增加了5.88%；HA3處理中以濃度為50 μg/mL溶液促進效果最顯著，較CK處理增加了11.77%。當浸種濃度為5 000 μg/mL時，HA1、HA2和HA3處理發芽率較CK處理分別降低了8.51%、2.00%和2.00%。圖1B

圖1 不同腐植酸浸種下玉米發芽勢(A)和發芽率(B)變化Fig.1 Effects of seeds soaked with humic acid on germination potential (A) and germination rate (B) of maize

2.2 腐植酸浸種對玉米淀粉酶活性的影響

研究表明，玉米淀粉酶活性隨發芽天數的增加不斷提高，且在適宜的浸種濃度范圍內3種腐植酸均不同程度的提高了低溫下玉米種子的淀粉酶活性。第2 d淀粉酶活性結果中，HA1處理下當浸種濃度超過1 500 μg/mL后淀粉酶活性被抑制，后期雖然有所回升但仍顯著低于CK處理；HA2和HA3處理下當浸種濃度為5 000 μg/mL時淀粉酶活性被抑制。第6 d CK處理下種子淀粉酶活性為26.47，較起始種子淀粉酶活性增加了19.58；HA1浸種處理下淀粉酶活性以200 μg/mL處理最高，較CK處理增加了6.63；HA2浸種處理下以500 μg/mL處理最高，較CK處理增加了3.65；HA3浸種處理下以50 μg/mL處理最高，較CK處理增加了7.96。圖2

圖2 不同腐植酸浸種下玉米淀粉酶活性變化Fig.2 Effects of seed soaked with humic acid on amylase activity of maize

2.3 腐植酸浸種對玉米幼苗形態指標和根部形態的影響

研究表明，低溫處理下第15 d玉米幼苗株高、莖粗、幼苗鮮重都以50 μg/mL的HA3處理最高，與其他處理差異顯著。HA1浸種處理下幼苗株高以200 μg/mL處理最高為34.96 cm，較CK處理提高了38.19%；HA2浸種處理下幼苗株高以500 μg/mL處理最高為31.22 cm，較CK處理提高了23%；HA3浸種處理下，株高以50 μg/mL處理最高為37.93 cm，較CK處理提高了50.00%。

低溫條件下供試腐植酸在50、200、500、1 500、3 000 μg/mL處理下均呈現對幼苗莖粗和植株鮮重的促進作用，其中濃度為3 000 μg/mL的HA3處理對幼苗莖粗促進作用不顯著；HA1處理中以濃度為200 μg/mL溶液對莖粗和植株鮮重促進效果最顯著，較CK處理增加了0.78 mm和0.92 g；HA2處理中以濃度為500 μg/mL溶液促進效果最顯著，較CK處理增加了0.65 mm和0.67 g；HA3處理中以濃度為50 μg/mL溶液促進效果最顯著，較CK處理增加了0.97 mm和1.51 g；其中，各處理以HA3處理下濃度為50 μg/mL浸種處理最佳。圖3

圖3 不同腐植酸浸種下玉米株高(A)、莖粗(B)和植株鮮重(C)變化Fig.3 Effects of seeds soaked with humic acid on plant height (A), and thick stem (B) and fresh weight (C) of maize

研究表明，HA1浸種處理下，主根長以200 μg/mL處理最高為26.68 cm，較CK處理增加了10.77 cm；HA2浸種處理下，主根長以500 μg/mL處理最高為24.16 cm，較CK處理增加了8.24 cm；HA3浸種處理下，主根長以50 μg/mL處理最高為31.15 cm，較CK處理增加了15.23 cm。與CK處理相比各腐植酸處理在50～3 000 μg/mL濃度范圍內均有效增加了玉米次生根；當浸種濃度為5 000 μg/mL時玉米次生根發育受到抑制，玉米幼苗次生根數目較CK處理明顯減少。圖4

圖4 不同腐植酸浸種下玉米主根長(A)和次生根數目(B)變化Fig.4 Effects of seeds soaked with humic acid on main root length (A) and secondary root number (B) of maize

2.4 腐植酸浸種對玉米根系活力的影響

研究表明，低溫條件下腐植酸浸種對玉米幼苗的根系活力有明顯的影響，50～5 000 μg/mL濃度范圍內，各處理以200 μg/mL濃度下HA1、500 μg/mL濃度下HA2和50 μg/mL濃度下HA3處理表現最佳，根系活力顯著高于CK處理，分別增加了0.29、0.25和0.36 mg/(g·h)，其中以50 μg/mL的HA3處理根系活力最強；浸種濃度超過各處理最佳濃度后玉米幼苗的根系活力呈下降趨勢，濃度為5 000 μg/mL時腐植酸促進作用均不顯著。圖5

圖5 不同腐植酸浸種下玉米根系活力變化Fig.5 Effects of seeds soaked with humic acid on root vigor of maize

2.5 腐植酸浸種對玉米脯氨酸含量的影響

研究表明，低溫條件下不同濃度腐植酸浸種對玉米幼苗脯氨酸含量的影響不同。與CK處理相比，腐植酸處理6個濃度表現不同，即顯著促進和顯著抑制。HA1處理在5 000 μg/mL顯著抑制，在50～500 μg/mL表現為顯著增加，其中濃度為200 μg/mL時表現最優較CK處理提高了30.74%；HA2處理在濃度為5 000 μg/mL時被抑制效果不顯著，在50 ～1 500 μg/mL濃度范圍內表現為顯著增加，其中濃度為500 μg/mL時表現最優較CK處理提高了10.53%；HA3處理在50 ～1 500 μg/mL表現為顯著增加，其中濃度為50 μg/mL時表現最優較CK處理提高了47.37%。圖6

圖6 不同腐植酸浸種下玉米脯氨酸含量變化Fig.6 Effects of seeds soaked with humic acid on proline content of maize

3 討 論

腐植酸是一類含有大分子官能團、以木質素為骨架的混合物，但不同種類的腐植酸其生物活性有很大差異。試驗采用的3種腐植酸性質不同，其中黃腐酸鉀分子量較小，活性功能團數量較多，更容易被作物吸收利用[17]。在低溫條件下，不同濃度的腐植酸浸種處理下玉米種子發芽勢、發芽率差異很大，不同的浸種處理在不同程度上抑制或促進了玉米種子的萌發能力。研究發現，18℃低溫條件下HA1、HA2和HA3處理最佳的浸種濃度分別為200、500、50 μg/mL，其中又以50 μg/mL的HA3處理(黃腐酸鉀)效果最佳，較HA1和HA2處理發芽率分別提高了1.79%和5.56%，能有效的解除玉米種子休眠，促進種子萌芽，這與全亞明等[18]的研究結果相同。

種子萌發生長需吸水分解淀粉等貯藏物質為幼苗生長提供能量，有研究結果表明，烯效唑降低了玉米發芽初期的淀粉酶活性，但提高了后期淀粉酶活性，影響了玉米的生長發育使玉米出苗更為整齊[19]。研究中，適宜濃度的腐植酸浸種可顯著提高低溫條件下萌發種子的淀粉酶活性，濃度過高時反而會抑制種子淀粉酶活力，第6 d時濃度為5 000 μg/mL的HA1、HA2和HA3處理淀粉酶活力較CK處理分別降低了31.20%、16.20%和9.74%。HA1、HA2和HA3處理最佳浸種濃度下第6 d種子淀粉酶活性較CK處理分別提高了25.03%、15.21%和31.69%；與CK處理相比幼苗的株高和莖粗均顯著提高，分別較CK處理提高了66.11%、48.21%和92.36%。

腐植酸是一種安全、低成本的生物活性物質，有利于植株根莖的生長發育及幼苗的伸長。有研究表明，植物生長調節物質浸種對有利于作物根系發育，并可提高作物根系活力[20,21]。研究中，HA3整體處理對玉米根系發育效果較好優于HA1和HA2處理，且有效的提高了低溫下幼苗的根系活力，促進幼苗生長發育形成壯苗。外源維生素浸種可引起幼苗可溶性糖含量和脯氨酸含量增加，提高玉米苗其抗逆性[22]。研究表明，18℃下HA1、HA2和HA3各處理的最佳浸種濃度下幼苗脯氨酸含量較CK處理分別提高了30.74%、10.53%和47.37%。

4 結 論

3種腐植酸中，黃腐酸鉀(HA3)是最適玉米的腐植酸。HA3處理下以濃度為50 μg/mL浸種處理效果最佳；促進玉米種子萌發，發芽勢和發芽率較CK處理分別提高了28.40%和11.76%；有效的提高種子中淀粉酶活性，與CK處理相比第6 d淀粉酶活性增加了7.96；有利于玉米根系發育，增加了玉米的次生根數目，且與與CK處理相比玉米主根長增加了15.23 cm；提高了玉米根系活力，較CK處理增加了0.36 mg/(g·h)；增加了玉米幼苗脯氨酸含量，提高玉米抗逆性，促進玉米抵抗低溫的能力。

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