生物炭浸提液對(duì)老化水稻種子生理特性的影響

梁瀟 袁珺 紀(jì)金翔 楊東霞

摘? ? 要：為探求生物炭浸提液對(duì)水稻種子活力的影響作用，以沈農(nóng)9816、北粳二號(hào)、遼粳九號(hào)3種人工老化水稻種子為試驗(yàn)材料，分別配制生物炭浸提液濃度3 g/L、6 g/L、9 g/L，處理培養(yǎng)后測(cè)定不同品種水稻種子發(fā)芽情況、丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）和相對(duì)電導(dǎo)率的影響。結(jié)果表明，3個(gè)品種水稻經(jīng)過不同濃度生物炭浸提液培養(yǎng)后發(fā)芽率均有提高，沈農(nóng)9816在濃度為6 g/L的生物炭浸提液作用下，3 d后發(fā)芽率提高了13%;北粳二號(hào)在濃度為3 g/L的生物炭浸提液作用下，9 d后發(fā)芽率提高了6%;遼粳九號(hào)在濃度為6 g/L的生物炭浸提液作用下，3 d后發(fā)芽率提高了17%。適量濃度的生物炭浸提液可以提高老化后水稻種子沈農(nóng)9816、北粳2號(hào)、遼粳9號(hào)膜浸出液的電導(dǎo)率、過氧化物酶（POD）的活性，降低水稻種子萌發(fā)時(shí)丙二醛（MDA）濃度，從而促進(jìn)種子活力的增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：生物炭浸提液;水稻種子;發(fā)芽率;生理特性

文章編號(hào)：1005-2690（2021）18-0015-03? ? ? ?中國圖書分類號(hào)：S511? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

生物炭是生物質(zhì)在缺氧或限氧條件下經(jīng)過高溫裂解形成的穩(wěn)定、富碳、固體產(chǎn)物，具備孔隙結(jié)構(gòu)豐富、吸附能力強(qiáng)等特性[1]。不僅可以改善土壤物理性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，還可以增強(qiáng)土壤保水保肥能力，降低土壤污染物質(zhì)活性[2]，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)[3]。生物炭?jī)?nèi)含有豐富的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素以及Ca、Mg、Fe等礦質(zhì)元素[4]，對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)促進(jìn)作用顯著，將生物炭施入土壤后在一定條件下開始釋放，從而可以為水稻基質(zhì)補(bǔ)充一定外源養(yǎng)分。生物炭浸提液應(yīng)用到小白菜幼苗、大蒜、杜鵑和水稻發(fā)芽率等方面已有初步研究[5-7]，但在老化水稻種子方面未見報(bào)道。

種子老化是種子活力在生理成熟期達(dá)到最高后開始出現(xiàn)不可逆的自然衰退。種子老化可引起種子體內(nèi)貯藏物質(zhì)下降、有毒物質(zhì)積累、細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞、生理代謝紊亂[8]，從而嚴(yán)重影響種子的耐貯性和種子活力。Graber等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭浸提液包括多種可溶性鹽、小分子有機(jī)酸、類腐殖酸的大分子有機(jī)化合物等[9-10]。利用浸提的方法提取生物炭有機(jī)水溶物質(zhì)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，通過研究不同濃度生物炭浸提液對(duì)經(jīng)過人工老化的沈農(nóng)9816、北粳2號(hào)、遼粳9號(hào)種子發(fā)芽率、丙二醛（MDA）、種子膜浸出液電導(dǎo)率、過氧化物酶活性（POD）的影響，探究生物炭浸提液對(duì)3種水稻種子生理特性的影響。生物炭的原材料來源廣泛，具有可再生力，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與功能特性良好，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新途徑、新思路。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

供試水稻品種：沈農(nóng)9816、北粳2號(hào)、遼粳9號(hào)，由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供;生物炭采用玉米秸稈炭，由遼寧省金和福科技有限公司提供。人工加速老化方法對(duì)供試材料進(jìn)行處理：100%RH，43 ℃，老化3 d。老化的水稻種子經(jīng)過挑選后消毒，再使用蒸餾水把其清洗干凈，放入種子發(fā)芽盒內(nèi)。分別以濃度為0 g/L、3 g/L、6 g/L、9 g/L的生物炭浸提液進(jìn)行培養(yǎng)，每3 d更換一次處理液，并統(tǒng)計(jì)一次，記錄種子萌發(fā)情況，設(shè)3次重復(fù)。

1.2? ?試驗(yàn)方法

去離子水按質(zhì)量比分別配制3 g/L、6 g/L 、9 g/L 3種濃度生物炭浸提液，置于錐形瓶?jī)?nèi)，在 180 r/min、25 ℃條件下恒溫振蕩 2 h，抽濾制成生物炭浸提液。

1.3? ?測(cè)定方法

采用種子標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)芽試驗(yàn)方法（GB/T? 3543.4—1995）進(jìn)行水稻發(fā)芽試驗(yàn)，測(cè)定種子發(fā)芽率[11-12]。其具體步驟如下。

步驟一：隨機(jī)挑選3種品種的老化水稻種子各100粒，去除雜質(zhì)、稻殼、稻稈、泥沙，經(jīng)利用去離子水洗凈，再用3%過氧化氫消毒30 min留以備用。

步驟二：準(zhǔn)備多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽盒，利用高溫、酒精擦拭的方法對(duì)發(fā)芽盒進(jìn)行消毒，在發(fā)芽盒內(nèi)鋪一層濾紙，均勻放置100粒經(jīng)過老化的種子。

步驟三：在發(fā)芽盒內(nèi)分別加入蒸餾水和3種不同濃度的生物炭浸提液，其中蒸餾水的發(fā)芽盒作為對(duì)照試驗(yàn)，所有處理均設(shè)3個(gè)重復(fù)。恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫25 ℃培養(yǎng)9 d，培養(yǎng)期間每3 d換水并且補(bǔ)充生物炭浸提液，每隔3 d測(cè)量種子發(fā)芽情況（第3天、第6天、第9天）。

水稻種子膜浸出液電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀;種子過氧化物酶測(cè)定采購于萬澤生物公司POD試劑盒。丙二醛的含量使用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

使用SPSS16.0來進(jìn)行重要的數(shù)據(jù)分析，顯著性檢驗(yàn)是使用Student.Newman-Keuls提供的q檢驗(yàn)進(jìn)行分析（大寫英文字母表示1%的顯著水平）。

2? ?生物炭提取液對(duì)老化種子的影響

2.1? ?發(fā)芽率

由表1可以看出，生物炭浸提液處理可以提高不同水稻種子發(fā)芽率。3種水稻種子的發(fā)芽率皆有促進(jìn)作用，第9天6 g/L濃度生物炭浸提液對(duì)沈農(nóng)9816的發(fā)芽率促進(jìn)作用最顯著，老化后種子仍能達(dá)到90%，而隨著生物炭浸提液濃度增加發(fā)芽率反而下降;3 g/L濃度生物炭浸提液對(duì)北粳2號(hào)的發(fā)芽率促進(jìn)作用最顯著，達(dá)到88%;不同濃度生物炭處理對(duì)遼粳9號(hào)老化后的促發(fā)芽作用不顯著。

2.2? ?電導(dǎo)率

由表2可以看出，生物炭浸提液對(duì)老化后沈農(nóng)9816、北粳2號(hào)、遼粳9號(hào)的電導(dǎo)率都有不同程度的促進(jìn)作用。高濃度生物炭浸提液9 g/L對(duì)老化后沈農(nóng)9816相對(duì)電導(dǎo)率影響較大，其他濃度影響作用不明顯;北粳2號(hào)相對(duì)電導(dǎo)率隨著生物炭浸提液濃度的升高逐漸增大，9 g/L時(shí)達(dá)到了最大值，與對(duì)照相比差異顯著;遼粳9號(hào)對(duì)低濃度生物炭浸提液不敏感，高濃度生物炭浸提液9 g/L時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到最大值。說明濃度過高的生物炭浸提液對(duì)于種子膜滲透性有所影響。

2.3? ?丙二醛（MDA）

由表3可知，3種不同品種的老化水稻種子（沈農(nóng)9816、北粳2號(hào)、遼粳9號(hào)）經(jīng)過3種濃度不同生物炭浸提液的處理，丙二醛含量變化情況如下：沈農(nóng)9816在0～6 g/L時(shí)含量降低，6～9 g/L時(shí)含量增加;北粳2號(hào) 在0～3 g/L時(shí)含量降低，3～9 g/L時(shí)含量增加;遼粳9號(hào)在0～6 g/L時(shí)含量降低，6～9 g/L時(shí)含量增加。丙二醛是膜質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，是膜質(zhì)過氧化程度的直接表現(xiàn)，丙二醛的含量低，膜受損程度越小，說明適量濃度的生物炭浸提液對(duì)于水稻種子內(nèi)丙二醛含量有抑制作用。

2.4? ?過氧化物酶（POD）活性

3種不同水稻種子經(jīng)過不同濃度生物炭浸提液處理其過氧化物酶活性含量的值見表4。隨著生物炭浸提液濃度的升高，不同老化品種水稻種子過氧化物酶含量分別表現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，沈農(nóng)9816水稻種子 過氧化物酶含量在生物炭濃度6 g/L時(shí)達(dá)到最大值，且與對(duì)照比較差異顯著;遼粳9號(hào)水稻種子 過氧化物酶含量在生物炭濃度6 g/L時(shí)達(dá)到最大值，但與對(duì)照比差異不顯著;北粳2號(hào)過氧化物酶含量在生物炭濃度3 g/L時(shí)達(dá)到最大值，隨著生物炭濃度的增加呈逐漸下降趨勢(shì)，與對(duì)照比差異顯著，用9 g/L浸提液處理后仍然比對(duì)照組過氧化物酶濃度高，說明沒達(dá)到生物炭浸提液對(duì)遼粳9號(hào)影響的臨界點(diǎn)。因此不同生物炭浸提液對(duì)老化后不同水稻種子過氧化物酶活性均有促進(jìn)作用。

3? ?討論與結(jié)論

水稻種子發(fā)芽勢(shì)、生理特性可以表示出水稻種子的活力。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，利用生物炭浸提液處理的人工老化水稻種子發(fā)芽率、酶活性均有所提高，濃度過高反之降低。其中，沈農(nóng)9816水稻、遼粳9號(hào)種子發(fā)芽率、 過氧化物酶含量在生物炭濃度6 g/L時(shí)達(dá)到最大值，老化后種子發(fā)芽率仍能達(dá)到90%，丙二醛含量達(dá)到最低值，說明生物炭浸提液濃度6 g/L時(shí)，對(duì)老化后沈農(nóng)9816、遼粳9號(hào)水稻種子促進(jìn)作用最顯著。北粳2號(hào)種子發(fā)芽率、 過氧化物酶含量在生物炭濃度3 g/L時(shí)達(dá)到最大值，丙二醛含量達(dá)到最低值，說明生物炭浸提液濃度3 g/L時(shí)，對(duì)老化后北粳2號(hào)水稻種子促進(jìn)作用最顯著。丙二醛通常作為脂質(zhì)過氧化指標(biāo)，其含量在一定程度上可以反映膜脂質(zhì)過氧化水平。

不同濃度生物炭浸提液對(duì)老化處理水稻種子顯著增加了種子體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的活性，減弱了膜脂過氧化程度，減少了種子的劣變。隨著生物炭浸提液濃度的提高，不同品種老化水稻種子的膜浸出液電導(dǎo)率都有先降低后升高的趨勢(shì)，但由于試驗(yàn)濃度梯度有限，9 g/L時(shí)未達(dá)到影響老化種子電導(dǎo)率上升的臨界點(diǎn)，關(guān)于生物炭浸提液濃度需細(xì)化研究。

綜上所述，適量濃度的生物炭浸提液對(duì)沈農(nóng)9816、北粳2號(hào)、遼粳9號(hào)老化后的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、生理特性均起促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 高繼平，隋陽輝，張文忠，等.生物炭對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)及內(nèi)源激素的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，48（2）：145-151.

[ 2 ] 張偉明，孟軍，王嘉宇，等.生物炭對(duì)水稻根系形態(tài)與生理特性及產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2013，39（8）：1445-1451.

[ 3 ] 王悅滿，高倩，薛利紅，等.生物炭不同施加方式對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，35（1）：58-65.

[ 4 ] 周勁松，閆平，張偉明，等.生物炭對(duì)水稻苗期生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收及土壤礦質(zhì)元素含量的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2016，35（11）：2952-2959.

[ 5 ] 卓亞魯，李磊，鄭金偉，等.生物質(zhì)炭浸提液對(duì)大蒜生長(zhǎng)品質(zhì)及土壤的影響[J].水土保持通報(bào)，2017，10（5）：81-85.

[ 6 ] 甄曉溪，徐凡，蔣太英，等.生物炭浸提液對(duì)鹽脅迫水稻幼苗生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)作用機(jī)制[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，46（4）：471-475.

[ 7 ] 王晉，莊舜堯，曹志洪，等.不同生物炭浸提液對(duì)水稻發(fā)芽及幼苗發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（30）：50-55.

[ 8 ] 王鳳，廖樂，華淼源，等.人工老化處理對(duì)啤酒大麥籽粒淀粉酶和麥芽品質(zhì)的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2017，31（2）：288-297.

[ 9 ] Ellis R H，Hong T D，Roberts E H.A low-postire-content，limit to logarithmic relations between seed moisture content and longevity[J].Annals of Botany，1998（61）：405-408.

[ 10 ] Graber E R，Tsechansky L，Lew B.Ruducing capacity of water extracts of biochar and their solubilization of soil Mn and Fe[J].European Journal of Soil Science，2014，65（1）：162-172.

[ 11 ] 渠云芳，馬金虎，賀潤(rùn)平，等.高溫老化對(duì)兩個(gè)玉米品種種子活力發(fā)芽指標(biāo)影響的研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006（2）：156-159.

[ 12 ] Christoph Steiner，Wenceslau G.Teixeira，Johannes Lehmann，et al.Long term effects of manure，charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil[J].Plant and Soil，2007，291（1-2）：275-290.