饒曉娟，付彥博，孟阿靜，王新勇，蔣平安,王治國

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊　830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所,烏魯木齊　830091；

3.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆昌吉　831100)

?

不同濃度溶解氧水浸潤棉花種子對萌發(fā)的影響

饒曉娟1，2 ，3，付彥博2，孟阿靜2，王新勇2，蔣平安1,王治國2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所,烏魯木齊830091；

3.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆昌吉831100)

摘要：【目的】通過4個(gè)品種棉花種子浸潤不同溶解氧濃度水，研究不同濃度溶解氧浸潤水對各品種棉花種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗干鮮重的影響。【方法】在培養(yǎng)皿中加入相同量的溶解氧濃度為7.15和11.4 mg/L水浸潤棉花種子，在智能光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng)。【結(jié)果】浸潤水溶解氧濃度為11.4 mg/L能顯著提高棉花種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)、新海21號(hào)發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別比對照提高11.93%、4.61%、25.19%、22.00%和18.41%、18.67%、9.49%、15.48%；顯著提高新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、新海21號(hào)三個(gè)品種的發(fā)芽率，分別比對照提高4.26%、6.25%、4.4%，顯著提高新陸早48號(hào)棉花幼苗干重，比對照增加14.27%?！窘Y(jié)論】中棉49號(hào)棉種萌發(fā)對浸潤水溶解氧濃度不敏感，而新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、新海21號(hào)棉種較為敏感，說明棉種萌發(fā)期間增加氧供給的措施能夠促進(jìn)棉種萌發(fā)。

關(guān)鍵詞：溶解氧;棉花種子;發(fā)芽率;發(fā)芽指數(shù);活力指數(shù)

0引 言

【研究意義】新疆是我國優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地， 近年來雖然選育了許多新品種，但有的品種存在發(fā)芽率不高，有的品種發(fā)病率較高， 有的品種不耐早春冷害等弊病[1]。種子萌發(fā)時(shí)，生理活動(dòng)都需要能量的供應(yīng)，而能量來自呼吸作用，種子萌發(fā)時(shí)，呼吸強(qiáng)度顯著增加，因而需要大量氧氣的供應(yīng)。而氧氣不足時(shí)，種子內(nèi)乙醇酸脫氫酶誘導(dǎo)產(chǎn)生乙醇，乳酸脫氫酶誘導(dǎo)產(chǎn)生乳酸，乙醇和乳酸對種子發(fā)芽都是有害的。當(dāng)播種過深，土壤過于粘重板結(jié)，土壤含水量過高，或其他條件限制氧氣的供應(yīng)時(shí)，胚生長不良，發(fā)芽率低，出苗率降低。限制氧氣供應(yīng)的主要原因是水分和種皮。有些種子的種皮透氣性原本就差，發(fā)芽環(huán)境中水分過多，氧氣供應(yīng)進(jìn)一步受阻，發(fā)芽會(huì)受到嚴(yán)重影響[2]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有關(guān)微氣泡及微/納米氣泡的探究始于日本，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以充O2、O3及N2等；目前應(yīng)用領(lǐng)域已涉及水質(zhì)凈化、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)學(xué)保健、食品殺菌以及營養(yǎng)液栽培等[3]，【本研究切入點(diǎn)】通過微納米氣泡發(fā)生裝置提高水體中的溶解氧濃度，從而改善棉花種子萌發(fā)時(shí)的氧環(huán)境，促進(jìn)棉花種子萌發(fā)，提高棉花種子活力，因此微納米增氧灌溉是一種可以發(fā)揮棉花生長潛力且安全有效增產(chǎn)措施?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過智能光照培養(yǎng)試驗(yàn)，探討不同濃度溶解氧水對棉花種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗干鮮重的影響，分析評價(jià)不同溶解氧濃度之間的影響效果，為該技術(shù)的應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)，為水培棉花加氧試驗(yàn)和膜下滴灌棉田加氧試驗(yàn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材 料

供試材料為棉花新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)、新海21號(hào)四個(gè)品種種子，挑選飽滿有光澤的種子作供試材料。試驗(yàn)主要儀器設(shè)備為 “B&W微納米氣泡發(fā)生裝置”為本洲(北京)新技術(shù)推廣有限公司生產(chǎn)?！癥SI5000”溶解氧測定儀為美國維賽生產(chǎn)。“Bluepard”MGC-350BP型智能型光照培養(yǎng)箱為上海一恒科技有限公司生產(chǎn)。

1.2方 法

1.2.1制增氧水

微納米氣泡發(fā)生裝置是通過水泵增壓，使水介質(zhì)和目標(biāo)氣體經(jīng)過混合后，在曝氣分散器內(nèi)超高速旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速在18 000 r/min秒以上)，在曝氣分散器旋轉(zhuǎn)過程中，大氣泡被流速相差較大的液體流層摩擦切割成小氣泡，氣泡水通過排出孔排出，形成微小氣泡(超微小氣泡)。微納米氣泡是指氣泡的直徑極為細(xì)小，基本處于微米或納米級別。通常直徑小于50 μm的氣泡被稱之為微氣泡[5-6]，而直徑小于1 μm的氣泡則被稱之為納米氣泡。這些微小氣泡由于比表面積較大，具有因表面張力作用而使直徑不斷縮小，形成更細(xì)微氣泡，并最終湮滅溶于水中的特點(diǎn)[7-9]。同時(shí)由于氣泡極微細(xì)，在水中上浮速度極緩慢，存在時(shí)間長，進(jìn)而提高了所充氣體在溶液中的溶解度，并延長了氣體溶解度的維持時(shí)間。

增氧水的制作方法：以氣流量1.5 L/min對微納米氣泡發(fā)生裝置進(jìn)行供氣，對20 L灌溉水進(jìn)行10 min曝氣充氧，用溶解氧測定儀測定水體的即時(shí)溶解氧含量為11.4 mg/L。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

增氧水按照相同標(biāo)準(zhǔn)處理得到溶解氧含量為11.4 mg/L的增氧水；棉花種子每個(gè)品種100粒/培養(yǎng)皿，將種子浸潤在培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿內(nèi)鋪3層中速濾紙，加蓋，置于智能型光照培養(yǎng)箱內(nèi)，溫度20～30℃，SL為66%(12 h為66%光照度，12 h為0%光照度)。棉種萌發(fā)培養(yǎng)試驗(yàn)為2因素4水平試驗(yàn)，2因素為增氧水(DO 11.4 mg/L)和灌溉水CK(DO 7.15 mg/L)處理，4水平為棉花品種分別是新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)、新海21號(hào)，8個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)三次，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行浸潤培養(yǎng)。

1.2.3測定項(xiàng)目

測定發(fā)芽數(shù)量和鮮芽質(zhì)量，計(jì)算各品種棉花種子發(fā)芽率、發(fā)芽速度和發(fā)芽指數(shù)。發(fā)芽數(shù)量的計(jì)數(shù)是在整個(gè)棉花發(fā)芽過程中，白天以8 h為間隔，夜晚以16 h為間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，直到發(fā)芽基本完成為止(即任何一組發(fā)芽率達(dá)到100%)。統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率GP=發(fā)芽種子數(shù)×100%/供試種子總數(shù)；簡化活力指數(shù)VI=發(fā)芽率×芽鮮重(g)；發(fā)芽指數(shù)GI=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為與Dt相對應(yīng)的不同時(shí)間(第td)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)[10]。結(jié)束期用吸水紙擦干后，稱鮮重，70℃烘干后稱干重。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用DPS軟件和Excel進(jìn)行處理和分析。

2結(jié)果與分析

2.1微納米氣泡水對不同品種棉花種子萌發(fā)的影響

研究表明，微納米氣泡水對大多數(shù)棉花品種種子發(fā)芽都有促進(jìn)作用。其中新陸早41號(hào)棉花品種在增氧條件下種子發(fā)芽率最高為98.3%，比對照提高4.26%，差異達(dá)到顯著水平；新陸早48號(hào)、新海21號(hào)分別提高6.25%、4.4%，差異均達(dá)到顯著水平；中棉49號(hào)差異不顯著。品種新海21號(hào)、新陸早41號(hào)與新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)種子發(fā)芽率存在顯著差異。表1

2.2微納米氣泡水對不同品種棉花種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

研究表明，微納米氣泡水對各棉花品種種子發(fā)芽指數(shù)和種子活力都有促進(jìn)作用，其中，新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)、新海21號(hào)在增氧條件下，發(fā)芽指數(shù)分別比對照提高11.93%、4.61%、25.19%、22.00%，差異達(dá)到顯著水平；品種之間發(fā)芽指數(shù)存在顯著差異，新海21號(hào)的發(fā)芽指數(shù)最高，分別比新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)高3.8%、45.1%、65.7%。新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)、新海21號(hào)在增氧條件下，活力指數(shù)分別比對照提高18.41%、18.67%、9.49%、15.48%，差異達(dá)到顯著水平；品種之間活力指數(shù)存在顯著差異，新海21號(hào)的活力指數(shù)最高，分別比新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)高26.49%、59.08%、68.90%，并且各處理之間的差異達(dá)到顯著水平。

表1微納米氣泡水下棉花種子萌發(fā)變化
Table 1Effect of micro/nano-bubble water on germination of cotton

處理Treatment發(fā)芽率(%)Germinationpercentage發(fā)芽指數(shù)Germinationindex活力指數(shù)Vigorindex新陸早41號(hào)Xinluzao4194.10bc80.33c18.14d新陸早48號(hào)Xinluzao4880.20e61.50f14.39h中棉49號(hào)Zhongmian4981.90de45.00h14.69g新海21號(hào)Xinhai2191.10c76.50d23.52b新陸早41號(hào)+OXinluzao41+O98.30a89.92b21.48c新陸早48號(hào)+OXinluzao48+O85.40d64.33e17.08e中棉49號(hào)+OZhongmian49+O82.40de56.33g16.08f新海21號(hào)+OXinhai21+O95.30ab93.33a27.17a

注：不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)

Note: The difference lower case letters indicate the significant difference (P< 0.05)，the same as below

2.3微納米氣泡水對棉花幼苗干鮮重的影響

隨著水體中溶解氧含量的提高，各棉花品種的幼苗干鮮重都有不同程度地提高，但鮮重各處理之間的差異未達(dá)到顯著水平，品種間只有新海21號(hào)與其他三個(gè)品種之間達(dá)到顯著差異分別比新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)高30.48%、42.33%、44.89%。表2、圖1

表2 微納米氣泡水下棉花幼苗鮮重變化
Table 2 Effect of micro/nano-bubble water(g)

處理TreatmentCK增氧水Oxygenedwater新陸早41號(hào)Xinluzao418.24c8.38cd新陸早48號(hào)Xinluzao487.85e8.97b中棉49號(hào)Zhongmian497.96de8.01cde新海21號(hào)Xinhai2110.76a10.85a

表3 微納米氣泡水下棉花幼苗干重變化
Table 3 Effect of micro/nano-bubble water (g)

處理TreatmentCK增氧水Oxygenedwater新陸早41號(hào)Xinluzao4119.30bc21.92b新陸早48號(hào)Xinluzao4818.10c20.09bc中棉49號(hào)Zhongmian4918.03c19.74bc新海21號(hào)Xinhai2125.85a28.60a

棉花幼苗干重只有新陸早48號(hào)處理間差異達(dá)到顯著水平，增氧處理比對照增加14.27%；品種間新海21號(hào)與新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)幼苗干重差異顯著，比新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、中棉49號(hào)分別高29.47%、20.96%、35.46%。表3、圖2

圖1微納米氣泡水下棉花幼苗鮮重變化
Fig. 1 Effect of micro/nano-bubble wateron fresh weight of cotton seedling

圖2 微納米氣泡水下棉花幼苗干重變化
Fig. 2 Effect of micro/nano-bubble wateron dry weight of cotton seedling

3討 論

不同品種棉花種子在發(fā)芽過程中，因發(fā)芽環(huán)境中水分過多或種皮透氣性差等原因，造成氧氣不足，棉花種子呼吸受到抑制，種子內(nèi)乙醇和乳酸增加，影響棉花種子發(fā)芽。相關(guān)文獻(xiàn)也表明水分、溫度、氧氣、光照等均是影響種子萌發(fā)的重要環(huán)境因素[11-12]。用剪刀從種子的珠孔端剪口，是加快種子發(fā)芽速度的一種發(fā)芽試驗(yàn)方法[13]；董鳳英等[14]通過棉種剝殼后做發(fā)芽試驗(yàn)，因種胚直接接觸水分、氧氣，加快了棉種吸水、呼吸和胚根生長速度，有效地縮短了發(fā)芽的時(shí)間。這些方法就是通過破壞種皮，增加種子發(fā)芽過程中與氧氣接觸量，可以使細(xì)胞內(nèi)乙醇酸脫氫酶及乳酸脫氫酶等無氧呼吸酶活性受抑制，產(chǎn)生乙酸等的毒性物質(zhì)可能性降低，能避免種子因缺氧無氧呼吸而產(chǎn)生有害中間物質(zhì)導(dǎo)致“爛種、爛芽”的現(xiàn)象，進(jìn)而保證種子發(fā)芽率[9，11]。

4結(jié) 論

隨著微納米氣泡水中溶解氧含量的提高，棉花種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗干鮮重等均出現(xiàn)不同程度的提高。

4.1微納米氣泡水促進(jìn)品種新陸早41號(hào)、新陸早48號(hào)、新海21號(hào)種子發(fā)芽，發(fā)芽率分別比對照提高4.26%、6.25%、4.4%，差異顯著，對中棉49號(hào)作用不顯著；就品種比較而言，新陸早41號(hào)和新海21號(hào)發(fā)芽率高于新陸早48號(hào)和中棉49號(hào)，差異顯著。

4.2微納米氣泡水提高各棉花品種種子發(fā)芽指數(shù)和種子活力，與對照差異均顯著；就品種比較而言，新陸早41號(hào)和新海21號(hào)發(fā)芽指數(shù)和種子活力均高于新陸早48號(hào)和中棉49號(hào)，差異顯著。

4.3微納米氣泡水對棉花幼苗鮮重有一定程度的提高，但差異不顯著，品種比較而言，新海21號(hào)鮮重最高，與其他三個(gè)品種之間的差異顯著；微納米氣泡水對新陸早48號(hào)幼苗干重作用顯著，就品種比較而言，在增氧條件下，新海21號(hào)干重最高，與其他三個(gè)品種之間的差異顯著。

4.4在中棉49號(hào)增氧效果不顯著，可能與品種特性有關(guān)；新陸早48號(hào)對照出現(xiàn)種子霉?fàn)€現(xiàn)象，建議該品種尤其注重增氧措施，并且該品種在增氧條件下，發(fā)芽率提高最多，達(dá)到6.25%。各處理發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達(dá)到顯著水平。幼苗干鮮重中，只有新陸早48號(hào)增氧條件下，對棉花幼苗干重影響達(dá)到顯著水平，其他均為達(dá)到顯著水平。

4.5微納米氣泡發(fā)生裝置采用氣流量1.5 L/ min，充入空氣，能夠使水體中溶解氧達(dá)到11.4 mg/L，呂夢華等[15]充氧微納米氣泡水溶解氧濃度30 mg/L對設(shè)施蔬菜白蘿卜的生長發(fā)育以及部分品質(zhì)指標(biāo)有明顯的促進(jìn)作用。建議采用充入純氧或者制氧機(jī)，進(jìn)一步提高水體中溶解氧濃度，解決棉花種子發(fā)芽中存在的低氧脅迫問題。

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Effect of Different Concentration of Dissolved Oxygen in Water Infiltrating on Germination of Cotton Seed

RAO Xiao-juan1，2，3, FU Yan-bo2, MENG A-jing2, WANG Xin-yong2,JIANG Ping-an1, WANG Zhi-guo2

(1.CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China; 2.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China; 3.XinjiangVocationalCollegeofAgriculture,ChangjiXinjiang831100,China)

Abstract：【Objective】 The article aims to analyze the effects of different concentrations of dissolved oxygen on the germination percentage, germination index, vigor index and prove fresh weight of the cotton seed by the cotton seed soaked with different dissolved oxygen concentrations.【Method】The germination test was carried out by adding the same amount of water with different dissolved oxygen concentrations (7.15 mg/L and11.4 mg/L) to the culture dishes in the intelligent light incubator.【Result】The result showed that the water dissolved in oxygen concentration 11.4 mg/L obviously improved the cotton seed germination index and vigor index. And Xinluzao 41, Xinluzao 48, Zhongmian 49, Xinhai 21, germination index and vigor index were 11.93%,4.61%, 25.19%, 22.00% and 18.41%, 18.67%, 9.49%, 15.48% higher than CK treatment respectively. The water dissolved oxygen concentration 11.4mg/L significantly promoted the germination percentage of Xinluzao 41, Xinluzao 48, Xinhai 21 4.26%, 6.25%, 4.4% higher than CK treatment respectively; The water dissolved oxygen concentration 11.4 mg/L could significantly improve Xinluzao 48 cotton seedling dry weight 14.27% than CK treatment.【Conclusion】The effect of Zhongmian 49 cotton seed germination with the water dissolved oxygen was not significant, and Xinluzao 41, Xinluzao 48, Xinhai 21 cotton species were very effective, which indicated that the measure of increasing oxygen supply could promote cotton seed germination.

Key words:dissolved oxygen; cotton seed; germination percentage; germination index; vigor index

中圖分類號(hào)：S562

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-4330(2016)03-0518-05

作者簡介:饒曉娟(1979-)，女， 副教授，在讀博士，研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)，(E - mail)：raoxiaojuan@qq.com通訊作者:王治國(1980-)，男，副研究員，碩士，研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)與農(nóng)業(yè)節(jié)水，(E - mail)：wangzhiguo214@126.com

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“膜下加氧滴灌對棉田土壤環(huán)境及棉花生長的影響”(41261076)；國家自然科學(xué)基金“滴灌灌溉水溫對新疆灰漠土環(huán)境及棉花生長的影響機(jī)制研究”(51169025)；新疆水利科技項(xiàng)目專項(xiàng)(2015Y04)

收稿日期：2015-07-09

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.018

Fund project:Supported by NSFC "Effect on the growth and soil environment of cotton with drip irrigation under the membrane added with oxygen" (41261076)and "Effects of drip irrigation water temperature on the environment and cotton growth in Xinjiang gray desert soil" (51169025) and Special fund of Xinjiang water conservancy science and technology project (2015Y04)