李應(yīng)心 柳夏艷 孔令宇 曹浩軒 呂貽忠

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100193

黃瓜在我國(guó)已經(jīng)栽培了幾千年，占我國(guó)蔬菜總栽培面積10%左右[1]。蔬菜種子萌發(fā)是比較復(fù)雜的物質(zhì)代謝過(guò)程，活性有機(jī)物質(zhì)可調(diào)節(jié)種子萌發(fā)。我國(guó)的畜禽養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)?？焖僭龃?，產(chǎn)生較多的畜禽糞便，如果這些畜禽糞便得不到很好的處理，將嚴(yán)重污染環(huán)境，威脅人類健康[2]。但畜禽糞便也是一種肥料來(lái)源，含有豐富的N、P、K等植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素[3]，將畜禽糞便堆肥發(fā)酵制成有機(jī)肥，已經(jīng)成為一種資源化綠色處理方式。水溶性有機(jī)物質(zhì)（DOM）被普遍認(rèn)為是堆肥中最活躍的有機(jī)組分[4，5]。有研究表明，黃瓜種子的發(fā)芽率在不同水浸提比的堆肥DOM處理下均大于80%，隨著水浸提比的增加，黃瓜種子在豬糞DOM中的相對(duì)根長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)[6]。DOM對(duì)種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)的探究不僅能檢測(cè)堆肥腐熟程度，也能探討種子生長(zhǎng)最有益的濃度。吲哚乙酸（IAA）是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的一種重要激素。IAA與作物根系生長(zhǎng)有著密切聯(lián)系[7]。有研究指出，IAA浸泡黃瓜種子，黃瓜幼苗根系各指標(biāo)數(shù)據(jù)均高于CK[8]。堆肥中含有較高濃度的黃腐酸。有研究表明，在苗期沖施0.8 kg/667 m2礦物源黃腐酸鉀對(duì)黃瓜幼苗株高生長(zhǎng)作用最為顯著[9]；施用黃腐酸液體配方肥可顯著提高大棚黃瓜產(chǎn)量[10]。從秸稈、畜禽糞便中提取的黃腐酸可使廢物得到安全利用，在堆肥中提取黃腐酸將成為一種綠色可持續(xù)發(fā)展途徑。殼聚糖是自然界僅次于纖維素的第二大有機(jī)資源，也是僅次于蛋白質(zhì)的第二大氮源[11]。有研究指出，在高溫脅迫下，外源殼聚糖能促進(jìn)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)，提高植株壯苗指數(shù)，提高幼苗抗逆性，減輕高溫對(duì)植株的傷害[12]。殼聚糖在食品、醫(yī)藥、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[13]。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也具有很廣闊的應(yīng)用前景。大量研究證明，殼聚糖作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)作物抗性、提高作物產(chǎn)量和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)；對(duì)農(nóng)產(chǎn)品貯存保鮮也具有明顯的效果[14～16]。本試驗(yàn)探討了DOM、IAA、黃腐酸、殼聚糖浸種對(duì)黃瓜種子發(fā)芽初期的影響，為黃瓜高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培特別是壯苗的培育提供相應(yīng)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試試劑

吲哚乙酸購(gòu)于上海麥克林生化科技有限公司，純度為98%；水溶性殼聚糖購(gòu)于青島博智匯力生物科技有限公司，純度＞90%。

1.1.2 供試DOM

DOM是從堆肥中提取出來(lái)的水溶性有機(jī)物質(zhì)。堆肥的制備是牛糞∶雞糞∶蘑菇渣=6∶5∶5進(jìn)行一次發(fā)酵，采用好氧槽式堆肥模式。收集一次發(fā)酵30天左右的堆肥樣品進(jìn)行二次發(fā)酵，二次發(fā)酵過(guò)程采用100 L小型發(fā)酵裝置模擬實(shí)際生產(chǎn)中靜置通氣陳化模式，設(shè)置周期為15天，獲得二次堆肥樣品。按水肥比10∶1，于200 rpm的振蕩機(jī)上振蕩2 h，4000 rpm的高速離心機(jī)上低溫離心20 min，上清液過(guò)0.45 μm濾膜，得到供試DOM。

1.1.3 供試黃腐酸

采用焦磷酸鈉法從堆肥中提取黃腐酸。

1.1.4 供試黃瓜

京研益農(nóng)種業(yè)科技有限公司研發(fā)的黃瓜品種“京研夏美2號(hào)”。

1.2 試驗(yàn)方法

將黃瓜種子用自來(lái)水漂洗，75%酒精消毒5 s，無(wú)菌水洗滌5次。隨機(jī)挑選飽滿、大小相似的種子。每個(gè)培養(yǎng)皿上放置8粒種子，設(shè)置3次重復(fù)。采用紙上發(fā)芽床法，將2層濾紙置于洗凈、烘干的培養(yǎng)皿上，使用下述有機(jī)活性物質(zhì)溶液將濾紙濕潤(rùn)至飽和，將種子置于實(shí)驗(yàn)室氣候箱中培養(yǎng)，溫度25 ℃，光照12 h，白熾燈為光源，光強(qiáng)8000 lx，相對(duì)濕度60%。

DOM與蒸餾水按一定比例配比，設(shè)置濃度梯度為1%、5%、10%、20%、50%，以下稱為DOM1、DOM2、DOM3、DOM4、DOM5。

IAA與蒸餾水按一定比例配比，在超聲波中攪拌溶解，設(shè)置濃度梯度為0.1、1.0、10、100、1000 mg/L，以下稱為IAA1、IAA2、IAA3、IAA4、IAA5。

黃腐酸與蒸餾水按一定比例配比，設(shè)置濃度梯度為0.1、1.0、10、100、1000 mg/L，以下稱為黃腐酸1、黃腐酸2、黃腐酸3、黃腐酸4、黃腐酸5。

水溶性殼聚糖與蒸餾水按一定比例配比，用NaHCO3調(diào)pH至5.5～7.0，設(shè)置濃度梯度為1000、2000、3000、4000、5000 mg/L，以下稱為殼聚糖1、殼聚糖2、殼聚糖3、殼聚糖4、殼聚糖5。

用蒸餾水做空白對(duì)照（CK）。

浸種12 h，置于培養(yǎng)皿上，每2天用10 mL相應(yīng)處理的溶液濕潤(rùn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2天計(jì)算其發(fā)芽勢(shì)，7天計(jì)算其發(fā)芽率；每2天計(jì)算其根長(zhǎng)與根毛數(shù)，共8天，分析數(shù)據(jù)。

發(fā)芽勢(shì)（%）=（第2天處理的發(fā)芽種子數(shù)）/（第2天處理的總種子數(shù)）×100。

發(fā)芽率（GR，%）=（第7天處理的發(fā)芽種子數(shù)）/（第7天處理的總種子數(shù)）×100。

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt，其中Gt指浸種后t日的發(fā)芽數(shù)，Dt指相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=S×GI，其中S為發(fā)芽t時(shí)間時(shí)胚根及胚軸的總長(zhǎng)度，GI表示發(fā)芽指數(shù)。

用卷尺測(cè)量黃瓜種子發(fā)芽期間的根長(zhǎng)。根系掃描儀掃描黃瓜根系，肉眼數(shù)根毛數(shù)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Microsoft Office Excel 2010及Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)活性物質(zhì)對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響

由表1可以看出，DOM5時(shí)的發(fā)芽勢(shì)與CK及其他濃度處理有顯著性差異，發(fā)芽率與CK無(wú)明顯差異，說(shuō)明在此濃度下的DOM溶液抑制了初期黃瓜種子發(fā)芽；IAA5濃度下的種子發(fā)芽勢(shì)為0，但第7天的發(fā)芽率為87.5%（比其他濃度IAA均低，且差異顯著），說(shuō)明高濃度的IAA抑制種子的發(fā)芽，低濃度的IAA促進(jìn)種子發(fā)芽；有文獻(xiàn)證明黃腐酸能有效地促進(jìn)種子內(nèi)酶的活性，加速發(fā)芽過(guò)程中的生化反應(yīng)[17]，在黃腐酸2、3、4濃度下的發(fā)芽勢(shì)高于CK，雖然差異不顯著，但有增加趨勢(shì)，這驗(yàn)證了一定濃度的黃腐酸能促進(jìn)種子的萌發(fā)；在殼聚糖1、2、3濃度下發(fā)芽勢(shì)高于CK（差異不顯著），有文獻(xiàn)證明殼聚糖能有效地促進(jìn)種子內(nèi)酶的活性，加速發(fā)芽過(guò)程中的生化反應(yīng)，可作為一種新的引發(fā)劑激發(fā)種子活力[18～22]。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都是對(duì)種子活力的反映，活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合指標(biāo)，是種子活力的更好指標(biāo)?；盍χ笖?shù)越高，種子活性越大，本文以活力指數(shù)為判斷種子活力的有利依據(jù)：DOM4種子活性最高，遠(yuǎn)超過(guò)CK，DOM3和DOM4與CK及其他處理間有顯著性差異；IAA和殼聚糖的種子活性均低于CK，且隨濃度的升高而降低；黃腐酸處理下黃腐酸2活力指數(shù)達(dá)到最高，黃腐酸2和3處理下的種子活力指數(shù)高于CK。

表1 黃瓜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)Tab.1 Germination rate, germination potential, germination index and vigor index of cucumber seeds

2.2 有機(jī)活性物質(zhì)對(duì)黃瓜種子根長(zhǎng)的影響

由圖1～圖4可以看出，所有處理中根長(zhǎng)隨發(fā)芽實(shí)驗(yàn)時(shí)間的推移逐漸升高。DOM處理時(shí)在發(fā)芽初期與CK無(wú)顯著性差異，第8天DOM4濃度下根長(zhǎng)與CK有明顯差異，增長(zhǎng)35.9%，證明適量DOM能促進(jìn)根的伸長(zhǎng)；IAA抑制黃瓜根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，濃度越高對(duì)黃瓜種子根長(zhǎng)的抑制效果越明顯，甚至導(dǎo)致黃瓜種子死亡，IAA1水平下與CK無(wú)顯著性差異，其他高濃度的IAA在第8天的根長(zhǎng)要低于CK；第2天時(shí)CK根長(zhǎng)要略高于黃腐酸處理的根長(zhǎng)，在黃腐酸3下，第2天根長(zhǎng)比CK低35.2%，第8天根長(zhǎng)比CK長(zhǎng)6.1%，說(shuō)明在根生長(zhǎng)過(guò)程中適宜濃度黃腐酸可促進(jìn)根的生長(zhǎng)；殼聚糖處理下的根長(zhǎng)普遍低于CK，隨著殼聚糖濃度的增長(zhǎng)，根長(zhǎng)在第8天的增長(zhǎng)率依次為65.7%、46.1%、24.4%、11.9%和0.02%，隨著濃度的升高增長(zhǎng)率逐漸降低，說(shuō)明高濃度殼聚糖抑制了根的生長(zhǎng)。

圖1 DOM對(duì)黃瓜種子根長(zhǎng)的影響Fig.1 Effects of DOM on root length of cucumber seeds

圖4 殼聚糖對(duì)黃瓜種子根長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of chitosan on root length of cucumber seeds

2.3 有機(jī)活性物質(zhì)對(duì)黃瓜種子根毛數(shù)的影響

由圖5～圖8可以看出，各處理下根毛數(shù)隨著發(fā)芽實(shí)驗(yàn)時(shí)間的推移逐漸升高。第8天時(shí)，DOM處理根毛數(shù)只有在濃度為10%時(shí)才高于CK，且增長(zhǎng)率最快。高濃度的IAA抑制黃瓜根毛的生長(zhǎng)，低濃度的IAA在根突破種皮時(shí)（第2天）促進(jìn)黃瓜根毛的生長(zhǎng)，在第2天時(shí)，IAA1和IAA2的根毛數(shù)與CK有顯著性差異；第8天時(shí)可以看到IAA1～I(xiàn)AA3根毛數(shù)與CK無(wú)明顯差異。在種子發(fā)芽第8天時(shí)，黃腐酸3根毛數(shù)最多，整個(gè)生長(zhǎng)期間的根毛數(shù)增長(zhǎng)率為768.2%，在發(fā)芽實(shí)驗(yàn)的生長(zhǎng)周期內(nèi)其他濃度的根毛數(shù)增長(zhǎng)率依次為111.3%、188.4%、293.4%、204.3%，呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。殼聚糖處理下的根毛數(shù)低于CK，隨著濃度的增大根毛數(shù)逐漸減少。

圖2 IAA對(duì)黃瓜種子根長(zhǎng)的影響Fig.2 Effects of IAA on root length of cucumber seeds

圖3 黃腐酸對(duì)黃瓜種子根長(zhǎng)的影響Fig.3 Effects of fulvic acid on root length of cucumber seeds

圖5 DOM對(duì)黃瓜種子根毛數(shù)的影響Fig.5 Effects of DOM on root hair number of cucumber seeds

圖8 殼聚糖對(duì)黃瓜種子根毛數(shù)的影響Fig.8 Effects of chitosan on root hair number of cucumber seeds

圖6 IAA對(duì)黃瓜種子根毛數(shù)的影響Fig.6 Effects of IAA on root hair number of cucumber seeds

圖7 黃腐酸對(duì)黃瓜種子根毛數(shù)的影響Fig.7 Effects of fulvic acid on root hair number of cucumber seeds

3 結(jié)論與討論

發(fā)芽實(shí)驗(yàn)是從生物學(xué)的角度來(lái)判斷試劑是否對(duì)種子有毒害的標(biāo)準(zhǔn)之一，而種子發(fā)芽率是衡量毒性最直觀簡(jiǎn)便的方式。通過(guò)4種有機(jī)活性物質(zhì)對(duì)黃瓜種子的發(fā)芽實(shí)驗(yàn)來(lái)證明活性物質(zhì)對(duì)黃瓜的促生作用，以便得出對(duì)黃瓜種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)起積極作用的有機(jī)活性物質(zhì)濃度。

在本試驗(yàn)中，用不同濃度的DOM、IAA、黃腐酸、殼聚糖溶液浸種處理黃瓜種子，DOM對(duì)黃瓜種子發(fā)芽勢(shì)的影響隨著DOM濃度的升高呈先增后降的趨勢(shì)，其中DOM3（濃度為10%）對(duì)黃瓜的促生長(zhǎng)作用最好，DOM4（濃度為20%）時(shí)活力指數(shù)最高，但DOM5（濃度為50%）時(shí)發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最低，活力指數(shù)下降明顯，原因是DOM是直接從堆肥中提取出來(lái)，含有大量重金屬元素等，對(duì)種子有一定的抑制作用。IAA高濃度時(shí)抑制種子萌發(fā)，低濃度時(shí)促進(jìn)種子萌發(fā)，在種子突破種皮前高濃度的IAA對(duì)種子便有抑制作用，種子活力指數(shù)均低于CK。黃腐酸2、3、4時(shí)發(fā)芽勢(shì)高于CK，說(shuō)明黃腐酸2、3、4有利于種子的萌發(fā)，其中黃腐酸2濃度下活力指數(shù)最高。殼聚糖1、2、3時(shí)發(fā)芽勢(shì)高于CK，說(shuō)明殼聚糖1、2、3促進(jìn)種子初期萌發(fā)；隨濃度增大，發(fā)芽勢(shì)隨著殼聚糖濃度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

綜上，適宜濃度的DOM、IAA、黃腐酸、殼聚糖等均可促進(jìn)黃瓜種子的萌發(fā)。DOM處理下，發(fā)芽前期根長(zhǎng)與CK沒有差異，第8天時(shí)DOM4濃度下根長(zhǎng)與CK有顯著性差異，較CK增長(zhǎng)35.9%，證明DOM4是根系伸長(zhǎng)的最適濃度。IAA抑制黃瓜種子根長(zhǎng)生長(zhǎng)；根生長(zhǎng)過(guò)程中黃腐酸促進(jìn)根長(zhǎng)生長(zhǎng)，尤其是黃腐酸3（濃度為10 mg/L）時(shí)最為明顯，發(fā)芽結(jié)束時(shí)比CK高6.1%；殼聚糖處理下的根長(zhǎng)均低于不施加殼聚糖的溶液，殼聚糖不能促進(jìn)黃瓜根長(zhǎng)增長(zhǎng)，在5種濃度的殼聚糖處理下，隨濃度的增加根長(zhǎng)降低，原因需要進(jìn)一步研究探討。DOM處理中根毛數(shù)只有在濃度為10%時(shí)才高于CK；發(fā)芽初期低濃度的IAA促進(jìn)黃瓜根毛數(shù)增多，而高濃度IAA時(shí)的根毛數(shù)極少；黃腐酸3（濃度為10 mg/L）在第8天時(shí)根毛數(shù)最多，增長(zhǎng)最快，整個(gè)生長(zhǎng)期間的根毛數(shù)增長(zhǎng)率為768.2%，10 mg/L的黃腐酸能促進(jìn)黃瓜根毛生長(zhǎng)；殼聚糖處理下的根毛數(shù)普遍低于CK，殼聚糖不能促進(jìn)黃瓜根毛數(shù)增加，在5種濃度的殼聚糖處理下，低濃度的殼聚糖比高濃度的根毛數(shù)要多。因此，本試驗(yàn)條件下，適宜濃度的DOM、IAA、黃腐酸能促進(jìn)黃瓜根系生長(zhǎng)，殼聚糖對(duì)黃瓜根系生長(zhǎng)沒有促進(jìn)作用。