丙氨酸浸種對(duì)水稻發(fā)芽及幼苗生長和養(yǎng)分元素含量的影響

陳 鵬, 霍天滿, 夏金林, 裴文霞, 汪建飛, 邢素芝*

(1.安徽科技學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 鳳陽 233100；2.安徽盛農(nóng)農(nóng)業(yè)集團(tuán)有限公司，安徽 當(dāng)涂 243100)

水稻(OryzasativaL.)是世界三大主糧之一,也是我國種植面積最大的糧食作物[1],約占我國糧食總產(chǎn)量的40%左右。其作為我國60%以上人口的主食[2],在居民飲食結(jié)構(gòu)中占據(jù)著十分重要的地位,并且隨著時(shí)間推移,以水稻為主糧的人口正在不斷增加[3-4]。

外源氨基酸具有調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、提高肥料利用率的能力,還具有提高多種逆境條件下作物抗逆性的作用[5]。從20世紀(jì)80年代起,氨基酸對(duì)植物的促生作用便受到廣泛重視,且已于大田中進(jìn)行應(yīng)用與推廣。研究發(fā)現(xiàn),外源氨基酸可以加速作物種子萌發(fā)和幼苗生長,氨基酸浸種可促進(jìn)韭菜、糯玉米和鷹嘴豆種子萌發(fā),增強(qiáng)種子的活力,提高種子內(nèi)部養(yǎng)分元素的含量[6]。但也有研究表明,部分外源氨基酸也會(huì)影響種子的萌發(fā)與生長,導(dǎo)致其生長發(fā)育得到抑制[7-8]。

本研究選用室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn),采用我國大面積種植的水稻品種(南粳46)為供試材料,進(jìn)行氨基酸浸種處理,從前期預(yù)選的0.05%、0.1%、1%和5%質(zhì)量濃度中,挑選出0.1%和1%的丙氨酸溶液進(jìn)行浸種實(shí)驗(yàn)。同時(shí)在砂培條件下,于培養(yǎng)皿中定期添加霍格蘭營養(yǎng)液,比較不同質(zhì)量濃度的丙氨酸浸種對(duì)秧苗生長以及體內(nèi)養(yǎng)分元素含量的影響,以期為水稻的育秧壯苗過程提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試水稻品種為“南粳46”(安徽盛農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司);丙氨酸(安徽華恒生物科技股份有限公司);硝酸(GR)和過氧化氫(AR)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 水稻種子浸種以及萌發(fā)過程

2020年7月22日,分別配制0%、0.1%、1%丙氨酸溶液,記為CK、Ala1和Ala2,各取南粳46種子100粒充分浸泡于3種丙氨酸溶液中。浸種24 h后,取出用蒸餾水反復(fù)沖洗3次,置于陰涼處晾干。采用直徑9 cm的玻璃培養(yǎng)皿,洗凈，置于烘箱中高溫殺菌后,內(nèi)放2層無菌定性濾紙,加入5 mL蒸餾水使濾紙濕潤,取30粒浸種晾干后的水稻種子于培養(yǎng)皿中,每個(gè)處理做3次平行實(shí)驗(yàn)。將培養(yǎng)皿置于室內(nèi)于24～28 ℃下黑暗催芽72 h,記錄各培養(yǎng)皿中種子的萌發(fā)數(shù)。繼續(xù)培養(yǎng)4 d,記錄各處理種子最終萌發(fā)數(shù)。將過1 mm篩的石英砂顆粒,用蒸餾水洗凈后晾干。各培養(yǎng)皿內(nèi)加入同等質(zhì)量石英砂顆粒以覆蓋秧苗根部,同時(shí)每3天移取10 mL霍格蘭營養(yǎng)液于培養(yǎng)皿中。在后期秧苗生長時(shí),采用稱重法補(bǔ)充蒸發(fā)的水分,以保持各培養(yǎng)皿水分一致。秧苗培養(yǎng)10 d后采樣,進(jìn)行株高、根長等數(shù)據(jù)的測定與分析。

1.3 測定項(xiàng)目及分析方法

1.3.1 發(fā)芽勢與發(fā)芽率的測定 以芽長為谷粒長的一半、根長約等于谷粒長為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽勢(%)=(3 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%,發(fā)芽率(%)=(7 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。本實(shí)驗(yàn)依次統(tǒng)計(jì)第3天及第7天的種子發(fā)芽數(shù),計(jì)算發(fā)芽勢與發(fā)芽率。

1.3.2 秧苗生長指標(biāo)的測定 秧苗培養(yǎng)10 d后進(jìn)行采樣,幼苗洗凈后用濾紙吸干表面水分,每個(gè)培養(yǎng)皿隨機(jī)選取10株幼苗,測定其株高和根長;重復(fù)選取3次,測定10株秧苗的總質(zhì)量、根鮮重以及根干重。

1.3.3 大中微量元素的測定 將秧苗分為地上部和地下部，于105 ℃殺青30 min后,調(diào)至70 ℃烘干至恒重,研磨過60目篩備用。稱取各部位樣品于消解罐中,加硝酸和過氧化氫后放入微波消解儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)進(jìn)行消解,消解完成后將樣品置于趕酸器(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司),蒸發(fā)至約1 mL左右取出定容至25 mL。定容后的樣品于ICP-OES(珀金埃爾默儀器上海有限公司)測定其磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅的濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,SPSS 22.0進(jìn)行方差分析,Origin 2019進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響

圖1為不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響。發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別表示第3天和第7天水稻種子發(fā)芽數(shù)占各培養(yǎng)皿種子總數(shù)的比例。由圖1可得,3個(gè)處理的水稻種子發(fā)芽勢與發(fā)芽率均在75%以上,但2個(gè)丙氨酸浸種處理較對(duì)照組均降低了水稻種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率。其中0.1%和1%的丙氨酸浸種的種子發(fā)芽勢較CK處理分別降低了3.3%和10.0%,Ala2處理種子發(fā)芽勢顯著低于CK處理。且Ala2處理的種子發(fā)芽率顯著低于CK處理,較空白對(duì)照組下降了8.9%。因此,本實(shí)驗(yàn)2個(gè)質(zhì)量濃度的丙氨酸浸種均未對(duì)水稻種子的萌發(fā)指標(biāo)產(chǎn)生促進(jìn)作用,且發(fā)芽勢和發(fā)芽率隨著丙氨酸質(zhì)量濃度的增加而逐漸降低。

2.2 不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗生長指標(biāo)的影響

不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗生長指標(biāo)的影響如表1所示。由表1可知,Ala1處理較CK處理均顯著增加了秧苗的各項(xiàng)生長指標(biāo),0.1%的丙氨酸浸種的秧苗株高、根長和總質(zhì)量較CK分別增加了18.5%、72.8%和7.9%;而Ala2處理與空白對(duì)照相比,除株高差異不顯著外,其余4項(xiàng)生長指標(biāo)均差異顯著,其株高較CK下降了1.6%,根長和總質(zhì)量則增加了37.7%和6.9%。

表1 不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗生長指標(biāo)的影響Table 1 Effect of different mass concentrations of alanine on the growth index of rice seedlings

從表1還可以看出,2個(gè)質(zhì)量濃度的丙氨酸浸種均顯著提高了水稻秧苗的根鮮重和根干重。其中Ala1處理的根鮮重和根干重較CK處理提高了37.7%和86.0%,而Ala2處理的效果則略低于Ala1處理,較CK提高了33.1%和80.9%。因此,在本實(shí)驗(yàn)所選用的2個(gè)質(zhì)量濃度中,0.1%的丙氨酸浸種能更好地提高水稻秧苗的各項(xiàng)生長指標(biāo)。

2.3 不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗大中微量元素含量的影響

圖2是不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗大量元素磷和鉀含量的影響?？梢钥闯?磷元素在秧苗中分布均勻,地上部與地下部含量接近;而鉀元素分布差異較大,近90%的鉀元素都存在于秧苗的地上部。從處理上看,CK處理的地上部磷元素顯著高于另2個(gè)丙氨酸浸種處理,而地下部磷元素則顯著低于另2個(gè)處理。3個(gè)處理的地上部鉀元素間差異均顯著,順序?yàn)锳la2>CK>Ala1;3個(gè)處理的地下部鉀元素間僅CK處理與Ala2處理差異顯著,順序?yàn)锳la2>Ala1>CK。

圖2 不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗大量元素含量的影響Fig.2 Effect of different mass concentrations of alanine on the macronutrient content of rice seedlings

圖3是不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗中微量元素含量的影響。由圖3可得,鎂元素、錳元素和銅元素主要存在于秧苗的地上部,而鈣元素和鋅元素主要分布在秧苗的地下部。Ala1處理的地上部中Ca、Mn和Zn分別較CK處理顯著增加了35.8%、50.7%和49.6%;Ala2處理的地上部中Ca、Mg、Mn、Cu和Zn則分別較CK處理顯著提高了69.4%、73.0%、104.0%、300.0%和94.7%。Ala1處理的地下部中Ca和Zn與CK處理相比顯著提高了34.7%和54.6%；Ala2處理的地下部中Ca和Fe與CK處理相比則顯著增加了31.7%和193.8%。由此可得,2個(gè)質(zhì)量濃度的丙氨酸浸種均能顯著提高秧苗中的鈣含量,但綜合其它元素判斷,1%丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗中微量元素的提升效果更為明顯。

圖3 不同質(zhì)量濃度丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗中微量元素含量的影響Fig.3 Effect of different mass concentrations of alanine on the content of intermediate and trace elements in rice seedlings by seed soaking

3 結(jié)論與討論

3.1 丙氨酸浸種影響水稻種子的萌發(fā)

在作物生長的整個(gè)生育期內(nèi),種子的萌發(fā)是生命周期的伊始。所以種子萌發(fā)質(zhì)量的高低直接決定了作物的立苗、后續(xù)發(fā)育時(shí)期單株生長質(zhì)量乃至產(chǎn)量的高低。在評(píng)價(jià)作物時(shí),萌發(fā)期也是必要或決定性的階段[9-10]。

本研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于空白處理,0.1%和1%丙氨酸浸種均顯著降低了水稻種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率,這與李艷等[11]的氨基酸浸種能夠提高黃瓜和番茄種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率的結(jié)果完全不同?？赡苁潜彼釢舛仍O(shè)置過高導(dǎo)致種子初期內(nèi)部酶代謝失調(diào),從而降低了水稻種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率,后期應(yīng)調(diào)整丙氨酸濃度繼續(xù)探究其對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響機(jī)制。

3.2 丙氨酸浸種影響秧苗的生長與發(fā)育

徐菲[12]研究表明,多種氨基酸浸種均能增加秧苗的株高和根長,促進(jìn)幼苗生長。王興[13]研究發(fā)現(xiàn)適宜濃度的氨基酸浸種顯著促進(jìn)了冬小麥幼苗的生長與發(fā)育。這是由于浸種時(shí),種子吸收的氨基酸直接參與蛋白質(zhì)以及其它含氮化合物的合成,從而促進(jìn)作物的生長[14]。本實(shí)驗(yàn)得到了類似的結(jié)果,丙氨酸浸種能提高水稻秧苗的株高、根長等各項(xiàng)生長指標(biāo),其中0.1%丙氨酸浸種較1%的效果更佳。這說明,適宜濃度的丙氨酸浸種可以起到壯秧的作用,為水稻后期的生長發(fā)育奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.3 丙氨酸浸種增加秧苗體內(nèi)大中微量元素的含量

由于特殊的種植環(huán)境,本實(shí)驗(yàn)?zāi)M長期處于相對(duì)封閉的狀態(tài),影響水稻幼苗體內(nèi)大中微量元素的含量的原因?yàn)楸彼豳|(zhì)量濃度以及光照、溫度、水分和養(yǎng)分等。實(shí)驗(yàn)過程中,控制其它條件一致,以丙氨酸浸種濃度為主要影響因素。

于會(huì)麗等[15]發(fā)現(xiàn)葉面噴施適宜濃度的甘氨酸可以促進(jìn)小油菜對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收。Khan等[16]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明,外源氨基酸能夠增加萵苣體內(nèi)鈣、鎂、銅、鋅等中微量營養(yǎng)元素的含量。究其原因,是作物利用氨基酸的螯合作用,結(jié)合可被利用的營養(yǎng)元素,從而提高作物體內(nèi)的元素含量[17]。本實(shí)驗(yàn)與前人研究結(jié)果相似,2個(gè)質(zhì)量濃度的丙氨酸浸種對(duì)水稻秧苗地上部與地下部的大量元素磷和鉀以及中微量元素鈣、鎂、鐵、錳、銅和鋅均有不同程度的提升。其中1%的丙氨酸浸種的秧苗地上部的銅含量和地下部的鐵含量分別較對(duì)照組增加300.0%和193.8%,提升效果最顯著。

綜上,本實(shí)驗(yàn)選取的2個(gè)質(zhì)量濃度的丙氨酸浸種對(duì)水稻種子的萌發(fā)雖起到負(fù)作用,但對(duì)后期秧苗的生長發(fā)育及體內(nèi)大中微量營養(yǎng)元素的含量均有顯著的正影響。0.1%的丙氨酸浸種更能夠促進(jìn)水稻秧苗的生長和發(fā)育,而1%的丙氨酸浸種則可以更好地增加秧苗體內(nèi)養(yǎng)分元素的含量。因此,關(guān)于丙氨酸的最佳浸種濃度還有待進(jìn)一步探討。