賴 鈺,汪 瑞,李 鑫,沈榮晨,劉浩林,孫光聞*
(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,廣東 廣州 510642;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院,廣東 廣州 510642)
隨著納米技術(shù)研究的不斷深入,納米材料在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用也越來越多[1]。納米材料主要分為碳納米材料、金屬氧化物納米材料、零價金屬納米顆粒、量子點以及有機聚合物納米材料5大類[2]。目前針對植物研究較多的是碳納米材料、金屬氧化物納米材料和零價金屬納米顆粒,而針對有機聚合物類納米材料在植物上的應(yīng)用研究較少。石墨相氮化碳納米材料是一種非金屬的有機聚合物半導(dǎo)體,其化學(xué)和熱穩(wěn)定性好、無毒、易制備且原料便宜易得,同時具有十分良好的光催化性[3]。因此,石墨相氮化碳納米材料在農(nóng)業(yè)上具有十分廣泛的應(yīng)用前景。生菜是一種富含礦物質(zhì)和維生素的蔬菜,具有較高的營養(yǎng)價值,在世界范圍內(nèi)被廣泛消費[4-5],而生菜種子休眠期較長,對外界環(huán)境的要求較高,因此研究如何提高生菜種子的發(fā)芽率十分有意義[6]。試驗通過對2種生菜種子施用不同用量的石墨相氮化碳納米材料,探尋促進生菜種子萌發(fā)的最適石墨相氮化碳納米材料用量,旨在為今后石墨相氮化碳納米材料在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。
供試材料為全年耐抽薹意大利生菜和紅脆香生菜,均購于當(dāng)?shù)胤N子市場。石墨相氮化碳納米材料由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院提供。
試驗于2018年10月3日至10月17日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院設(shè)施園藝實驗室進行。將生菜種子浸泡在5%次氯酸鈉中10 min,然后用無菌水洗滌3次。試驗共設(shè)置5個處理(T1、T2、T3、T4、CK),即石墨相氮化碳納米材料用量分別為50、100、150、200 mg/L,用無菌水作為對照,每個處理3次重復(fù)。選擇滅菌后的培養(yǎng)皿15個,并鋪上2層干凈的濾紙,然后各加入對應(yīng)處理濃度的石墨相氮化碳納米材料5 mL,并將殺菌后的生菜種子均勻地鋪在濾紙上,每個培養(yǎng)皿放置種子30粒。將培養(yǎng)皿放入20 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),每天上午9點觀察并記錄生菜種子的發(fā)芽情況。
每天觀察并記錄培養(yǎng)皿種子發(fā)芽情況,第3天作為統(tǒng)計發(fā)芽勢的截止日,第7天作為統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的截止日,并在第7天測量種子的胚根長和胚芽長。發(fā)芽勢=發(fā)芽勢統(tǒng)計截止日培養(yǎng)皿中種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽率=發(fā)芽率統(tǒng)計截止日培養(yǎng)皿中種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt),其中,Gt表示不同天數(shù)內(nèi)種子發(fā)芽數(shù),Dt表示發(fā)芽天數(shù)。
試驗數(shù)據(jù)采用SPSS和Excel 2013進行統(tǒng)計分析。
由表1可知,與對照相比,納米材料用量在50、100、150 mg/L時,意大利生菜種子的發(fā)芽勢都有所增加,分別增加了18.18%、15.91%、15.91%,但差異都不顯著;石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時,發(fā)芽勢減少。與對照相比,石墨相氮化碳納米材料用量在50、100、150、200 mg/L時,紅脆香生菜種子的發(fā)芽勢都有所增加,其中以100 mg/L用量下的效果最好,相比對照增加了55.60%,但5個處理間差異都不顯著。
由表2可知,與對照相比,納米材料用量在50、100、150 mg/L時,意大利生菜種子發(fā)芽率都有不同程度的增加,其中納米材料用量在100 mg/L時效果最好,相比對照增加了23.89%,且差異顯著;石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時,意大利生菜種子的發(fā)芽率減少。紅脆香生菜種子的發(fā)芽率在所有納米材料的用量下較對照都有不同程度的增加,但差異不顯著;其中在150 mg/L時效果最好,相比對照增加了27.97%。
表1 不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽勢的影響
表2 不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽率的影響
由表3可知,與對照相比,石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時,意大利生菜種子的發(fā)芽指數(shù)減少,與對照差異顯著,其他用量下種子的發(fā)芽指數(shù)都有不同程度增加,其中以100 mg/L時的效果最佳,相比對照增加了21.33%,差異顯著。與對照相比,紅脆香生菜種子的發(fā)芽指數(shù)在所有納米材料的用量下都有不同程度的增加,但差異均不顯著,其中在150 mg/L時效果最好,相比對照增加了28.09%。
由表4可知,與對照相比,納米材料用量在50、100、150、200 mg/L時,意大利生菜的胚根長度都有不同程度增加,其中納米材料用量在150 mg/L時效果最明顯,相比對照增加了24.8%,且差異顯著。與對照相比,納米材料用量在50、100、150 mg/L時,紅脆香生菜種子的胚根長沒有顯著差異,當(dāng)納米材料用量在200 mg/L時,胚根長相比對照增加了37.20%,且差異顯著。
由表5可知,不同處理下,意大利生菜種子和紅脆香生菜種子胚芽長與對照相比差異不顯著。其中,50 mg/L處理下,意大利生菜的胚芽最長,而紅脆香生菜種子胚芽在200 mg/L的處理下最長。
表3 不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響
表4 不同用量納米材料對生菜種子胚根長的影響
表5 不同用量納米材料對生菜種子胚芽長的影響
納米材料可以促進種子的萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn),nPd、nCu、nAu可以促進萵苣種子的萌發(fā)[7];多壁碳納米管可以促進番茄種子的發(fā)芽,向番茄種子培養(yǎng)基添加多壁碳納米管,番茄種子發(fā)芽率提高了40%[8];600 mg/L的氧化石墨烯可以顯著促進紅豆種子的萌發(fā)[9-10]。除此以外,納米材料還可以促進根的伸長。質(zhì)量濃度為30 mg/L 的碳納米洋蔥溶液對鷹嘴豆種子培養(yǎng)10 d后,根的生長得到了顯著促進[11];2 g/L的多壁碳納米管可以促進油菜、黑麥草、玉米根的伸長,但是在萵苣、黃瓜、蘿卜上并沒有表現(xiàn)出相同的效果[12]。
但也有研究發(fā)現(xiàn)納米材料對種子萌發(fā)存在抑制現(xiàn)象,對于不同的作物效果也不相同。質(zhì)量濃度為10~40 mg/L的單壁碳納米管溶液對水稻種子萌發(fā)有延遲作用[13];氧化石墨烯在質(zhì)量濃度適宜時(400、800 mg/L)可促進蠶豆根的生長,但濃度過低(100、200 mg/L)和過高(1 600 mg/L)會對蠶豆根伸長起抑制作用[14-15];有人對大麥、玉米、大豆、水稻、柳枝稷以及番茄等6種作物種子進行了研究,發(fā)現(xiàn)碳納米角(一種新型納米材料,為一端封閉的錐形結(jié)構(gòu))促進種子萌發(fā)現(xiàn)象只在特定的作物中出現(xiàn),并且不同作物的種子對添加不同濃度的碳納米角表現(xiàn)出不同的敏感性[16]。
本試驗表明,石墨相氮化碳納米材料用量在50~150 mg/L時,可以促進生菜種子的萌發(fā);對于不同品種的生菜種子,最適的石墨相氮化碳納米材料用量也不盡相同,意大利生菜種子最適的石墨相氮化碳納米材料用量為100 mg/L,紅脆香生菜的最適用量為150 mg/L;當(dāng)石墨相氮化碳納米材料用量達到200 mg/L時,對生菜種子萌發(fā)的促進效果減小甚至抑制;較高用量(150、200 mg/L)的石墨相氮化碳納米材料可以促進生菜種子胚根的伸長;施加石墨相氮化碳納米材料對胚芽長的影響不顯著。