農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子萌發(fā)及生長的影響

戴 燚, 黃仁權(quán), 高 永, 何安會, 蘇 躍

(貴州農(nóng)業(yè)職業(yè)學院, 貴陽 551400)

作物生長過程中受多種因素的影響,其中水分是影響植物生長、產(chǎn)量及品質(zhì)重要因素之一[1]。水分缺失達到一定閾值時,會顯著抑制種子萌發(fā)和幼苗生長,導致作物大幅減產(chǎn),甚至植株死亡[2]。高粱(SorghumbicolorL.Moench)為禾本科高粱屬一年生C4植物[3],主要做為糧食和飼料以及釀酒原料。高粱具有較強的抗旱能力,但在種子萌發(fā)階段易受干旱因素的影響,種子萌發(fā)期是高粱生長發(fā)育的關(guān)鍵時期,對其群體數(shù)量和結(jié)構(gòu)起決定作用[4-6]。因此,開展高粱種子萌發(fā)期干旱相關(guān)研究,對保障高粱高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要現(xiàn)實意義。

酵素是以動物、植物等經(jīng)微生物發(fā)酵制得具有特定活性成分的制品,對作物有提高發(fā)芽率、促進植物生長發(fā)育、提高作物生長品質(zhì)和產(chǎn)量等作用[7]。然而,關(guān)于酵素在高粱種子萌發(fā)方面的研究鮮有報道。因此,本研究以紅纓子和紅珍珠兩個高粱品種為試驗材料,研究農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫條件下高粱種子萌發(fā)和生長的影響,旨在探究農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子的緩釋作用,為高粱生產(chǎn)提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

以貴州省農(nóng)業(yè)科學院旱糧所提供的高粱品種(紅纓子和紅珍珠)為試驗材料,聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)購自北京索萊寶科技有限公司,酵素為貴州農(nóng)業(yè)職業(yè)學院酵素研發(fā)團隊生產(chǎn)的農(nóng)用植物酵素。

1.2 實驗方法

1.2.1不同濃度PEG-6000處理高粱種子

設置不同濃度(5%、10%、15%和20%)的PEG-6000溶液模擬干旱脅迫,分別用A 1、A 2、A 3和A 4表示,以清水作為對照(ck)。分別隨機挑選籽粒飽滿、大小均勻的紅纓子和紅珍珠種子各30粒,將不同濃度的PEG-6000溶液浸泡種子2 h,每個處理3次重復。采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法,在培養(yǎng)皿底部放置珍珠巖,覆蓋兩層濾紙,將種子置于濾紙上,處理液浸濕濾紙,置于28 ℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)。以種子露白作為萌發(fā)標準,每天定時觀察種子萌發(fā)數(shù)和發(fā)霉數(shù),適時更換濾紙避免培養(yǎng)皿內(nèi)水分蒸發(fā)導致處理液濃度變化,連續(xù)3 d種子萌發(fā)數(shù)未有增加視為萌發(fā)停止。

1.2.2不同濃度農(nóng)用植物酵素處理高粱種子

稀釋不同濃度的農(nóng)用植物酵素(200倍、400倍、600倍、800倍、1 000倍、1 200倍、1 400倍和1 600倍)對兩個高粱種子進行浸種,分別用B 1、B 2、B 3、B 4、B 5、B 6、B 7、B 8表示,以清水作為對照(ck)。隨機挑選籽粒飽滿、大小均勻的紅纓子和紅珍珠種子各30粒,將稀釋的不同濃度農(nóng)用植物酵素對種子進行處理,方法同1.2.1。每個處理30粒種子,每個處理3次重復。

1.2.3酵素對干旱脅迫下高粱種子萌發(fā)的影響

用不同濃度(0、5%、10%、15%和20%)PEG-6000溶液處理種子,然后利用1.2.2篩選出最適高粱種子萌發(fā)的農(nóng)用植物酵素分別處理干旱脅迫下的高粱種子,分別用ck 1、C 1、C 2、C 3、C 4表示,每個處理3次重復。計數(shù)方法同1.2.1。

1.3 指標測定

測定指標主要包括發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)霉率、苗高以及根長。

發(fā)芽率/%=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽勢/%=(第4天種子萌發(fā)數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)霉率/%=(發(fā)霉種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt,

式中:Gt為第t天發(fā)芽種子數(shù);Dt為相應的發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel和SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同PEG濃度對高粱種子萌發(fā)的影響

如表1可知,兩個高粱種子在ck處理中發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均為最高,其中紅纓子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)分別為81.41%、21.11%及9.35,紅珍珠分別為80.00%、22.22%和9.30。隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均呈降低趨勢,當PEG-6000溶液濃度為20%時,紅纓子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)分別比ck降低了52.52%、14.44%和6.32,紅珍珠分別比ck降低了52.22%、15.55%和4.22,差異均達顯著水平。隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子發(fā)霉率均呈增加趨勢。說明干旱脅迫不但影響高粱種子萌發(fā),也會影響種子發(fā)霉。

表1 不同PEG-6000濃度對高粱種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of different PEG-6000 concentrations on seed germination of sorghum

2.2 不同濃度農(nóng)用植物酵素對高粱種子萌發(fā)的影響

如表2可知,不同稀釋倍數(shù)的農(nóng)用植物酵素對高粱種子的萌發(fā)指標存在差異,但所有處理組發(fā)霉率均比ck處理低。隨著農(nóng)用植物酵素稀釋倍數(shù)的增加,紅纓子種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)呈先降低后升高再降低的趨勢。其中,當稀釋倍數(shù)為B 6(1 200倍)時,紅纓子種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)達最大值,分別為82.33%和10.08,且此時種子發(fā)霉率最低(1.11%),比ck降低了8.89%,差異達顯著水平。隨著農(nóng)用植物酵素稀釋倍數(shù)的增加,紅珍珠種子發(fā)芽率呈先降低后升高再降低的趨勢,當稀釋倍數(shù)為B 6(1 200倍)時,紅珍珠種子發(fā)芽率達最大值(85.56%),比ck增加了5.56%,差異達顯著水平,此時種子發(fā)霉率最低(1.48%)。說明一定濃度的農(nóng)用植物酵素能促進種子萌發(fā),并降低種子的發(fā)霉率。綜上所述,B 6處理組為最優(yōu)處理,即農(nóng)用植物酵素稀釋至1 200倍,將作為最佳處理濃度開展后續(xù)試驗。

表2 不同濃度農(nóng)用植物酵素對高粱種子萌發(fā)的影響Table 2 Effects of different concentrations of agricultural plant Jiaosu on seed germination of sorghum

2.3 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子萌發(fā)的影響

2.3.1農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知,隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子萌發(fā)率呈逐漸降低趨勢,當添加了稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素后,處于干旱脅迫的兩個高粱種子發(fā)芽率均得到提升。其中,在20%濃度PEG-6000溶液下種子萌發(fā)解除效果最明顯,添加農(nóng)用植物酵素后,紅纓子和紅珍珠發(fā)芽率分別比脅迫條件下的種子提高了16.67%和37.78%,差異達顯著水平。說明稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素能解除高粱種子處于干旱脅迫條件下的影響,促進種子萌發(fā)。

圖1 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of agricultural plant Jiaosu on germination rate of sorghum seeds under drought stress

2.3.2農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)芽勢的影響

由圖2可知,整批種子發(fā)芽整齊度較差,發(fā)芽勢較低。隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子發(fā)芽勢呈先降后升再降的趨勢,當添加了稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素后,處于干旱脅迫的兩個高粱種子發(fā)芽勢均有不同程度的提升。其中,紅珍珠在20%濃度PEG-6000溶液下種子萌發(fā)解除效果最明顯,添加農(nóng)用植物酵素后,發(fā)芽勢分別比脅迫條件下的種子提高了6.67%,差異達顯著水平。

圖2 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)芽勢的影響Fig.2 Effects of agricultural plant Jiaosu on germination potential of sorghum seeds under drought stress

2.3.3農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖3可知,隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子發(fā)芽勢呈逐漸降低趨勢,當PEG-6000溶液濃度為20%時,發(fā)芽指數(shù)最低。當添加了稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素后,處于干旱脅迫的兩個高粱種子發(fā)芽指數(shù)均有不同程度的提升。

圖3 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.3 Effects of agricultural plant Jiaosu on germination index of sorghum seeds under drought stress

2.3.4農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)霉率的影響

種子萌發(fā)過程中出現(xiàn)發(fā)霉對種子的萌發(fā)及幼苗的生長有重要影響,降低種子發(fā)霉率是提高種子萌發(fā)的一項重要措施。由圖4可知,隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子發(fā)霉率呈逐漸增加趨勢,當添加了稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素后,處于干旱脅迫的兩個高粱種子發(fā)霉率均有不同程度的降低。其中,在20%濃度PEG-6000溶液下,添加農(nóng)用植物酵素后抑制種子發(fā)霉的效果最明顯,紅纓子和紅珍珠發(fā)霉率分別比脅迫條件下的種子降低了9.03%和10.78%,差異達顯著水平。說明稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素能抑制高粱種子發(fā)霉,進而提高種子萌發(fā)。

圖4 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子發(fā)霉率的影響Fig.4 Effects of agricultural plant Jiaosu on the mildew rate of sorghum seeds under drought stress

2.3.5農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子根長的影響

由圖5可知,種子萌發(fā)結(jié)束后對其種子根長進行測定,隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱種子根長呈逐漸降低趨勢,當PEG-6000溶液濃度為20%時,根長受抑制情況最嚴重,紅珍珠種子未長根。當添加了稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素后,處于干旱脅迫下的兩個高粱種子根長均有不同程度的提高。其中,紅珍珠在20%濃度PEG-6000溶液下,添加農(nóng)用植物酵素后種子根生長效果最明顯,根長達1.03 cm,差異達顯著水平。

圖5 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子根長的影響Fig.5 Effects of agricultural plant Jiaosu on root length of sorghum seed under drought stress

2.3.6農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子苗高的影響

由圖6可知,種子萌發(fā)結(jié)束后對其苗高進行測定,隨著PEG-6000溶液濃度的增加,兩個高粱苗高降低程度較大。當PEG-6000溶液濃度為20%時,紅珍珠種子幾乎無生長。當添加了稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素后,處于干旱脅迫下的兩個高粱種子苗高均有不同程度的提高。其中,紅珍珠在20%濃度PEG-6000溶液下,添加農(nóng)用植物酵素后種子苗高變化效果最明顯,苗高達0.9 cm,差異達顯著水平。

圖6 農(nóng)用植物酵素對干旱脅迫下高粱種子苗高的影響Fig.6 Effects of agricultural plant Jiaosu on seedling height of sorghum seed under drought stress

3 結(jié)論與討論

高粱是重要的糧食和飼料作物之一,市場上需求量逐年增加,其中干旱是影響高粱產(chǎn)量的重要限制性因素。因此,探究適宜的方法解除干旱脅迫對農(nóng)作物的影響,確保高粱高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

3.1 干旱脅迫對高粱種子萌發(fā)的影響

干旱是影響作物種子萌發(fā)的重要因子,PEG-6000 常被用來模擬干旱環(huán)境進行萌發(fā)期抗旱鑒定[8-9]。王平等[10]利用17.5%的PEG-6000水溶液對575份高粱材料進行萌發(fā)期干旱脅迫,發(fā)現(xiàn)高粱萌發(fā)期不同材料間萌發(fā)率差異較大;王志恒等[11]認為,PEG-6000干旱脅迫能顯著抑制甜高粱種子的萌發(fā)指標。本研究發(fā)現(xiàn),紅珍珠和紅纓子高粱種質(zhì)對20%的PEG-6000水溶液最敏感,且隨著干旱脅迫程度的增加,高粱種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)逐漸降低,后期的種子根長的生長也受到抑制。

3.2 農(nóng)用植物酵素對種子萌發(fā)的影響

酵素可以迅速催化農(nóng)作物秸稈、雜草、落葉等有機物質(zhì),并可以將其分解,形成腐殖質(zhì)、沸石頁巖等礦物質(zhì),活化營養(yǎng)元素,增加作物產(chǎn)量[12]。 同時,酵素能促進作物種子萌發(fā),提高種子發(fā)芽率。本研究發(fā)現(xiàn),不同稀釋倍數(shù)的農(nóng)用植物酵素對高粱種子的萌發(fā)促進作用不同,過高濃度或過低濃度的農(nóng)用植物酵素會降低高粱種子萌發(fā),但均會降低種子發(fā)霉率。當稀釋為1 200倍時對兩個高粱的萌發(fā)效果最好,紅纓子和紅珍珠的發(fā)芽率分別為82.33%和85.56%,種子發(fā)霉率分別為1.11%和1.48%,與對照相比差異顯著。說明稀釋為1 200倍的農(nóng)用植物酵素對高粱種子的萌發(fā)促進效果最好,且能降低種子發(fā)霉率,可能是由于農(nóng)用植物酵素自身在發(fā)酵的過程中產(chǎn)生某種物種,抑制霉菌的生長,從而促進種子的萌發(fā),具體原因有待進一步研究。

3.3 農(nóng)用植物酵素對逆境脅迫種子萌發(fā)的影響

酵素被廣泛應用到種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和食用菌生產(chǎn)中,但其在作物逆境脅迫下的研究較少。本研究發(fā)現(xiàn),當添加稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素處理干旱脅迫條件下的高粱種子,其種子的萌發(fā)抑制得到解除,種子發(fā)霉率降低,根長和苗高均有提高,其中對PEG-6000溶液濃度為20%時的解除效果最為顯著。農(nóng)用植物酵素不僅作為生產(chǎn)綠色食品的理想肥料,還可以在田間生產(chǎn)中作為緩沖劑,開發(fā)前景廣闊,但其緩釋機制有待進一步研究。

本研究表明,稀釋1 200倍的農(nóng)用植物酵素濃度是紅纓子和紅珍珠高粱種子最適的萌發(fā)濃度,且該濃度的農(nóng)用植物酵素能解除高粱種子在干旱脅迫條件下受到的影響,此結(jié)果僅為室內(nèi)研究結(jié)果,還需進一步開展田間試驗,以探究農(nóng)用植物酵素對高粱生產(chǎn)的作用規(guī)律,為高粱生產(chǎn)提供更為具體和科學的指導。