不同浓度沼液浸种对甜瓜种子萌发的影响

张继红 ，靳世峰 ，何宝林 ，康恩祥

近年来，随着沼气建设技术的进步和管理经验的提高，我国农村沼气建设力度加大，发展较快。2010年底，全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4 700处左右，约占现有大中型畜禽养殖场总数的39%。全国沼气用户总数达到4 000万户左右，约占适宜农户的30%[1]。沼气、沼液和沼渣（简称“三沼”）在作物生产中利用途径及效果也日益受到重视，已成为国内外研究的热点之一。前人对沼液在不同作物[2~7]、浸种时间[4，5]、浸种浓度[2，7]、浸种效果[5~7]等方面的影响开展了大量研究，但仅限于观测试验，未进行深入的机理研究，尚未形成一致的结论。种子萌发是成苗的初始阶段，成苗质量将决定作物产量及产品品质。本研究以北方广泛栽培的特色作物甜瓜为试材，在实验室控温条件下研究了不同浓度沼液浸种对甜瓜种子萌发的影响，探索沼液促进或抑制种子萌发的机理。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以厚皮甜瓜黄河蜜为材料。黄河蜜是甘肃农业大学瓜类研究所于1987年育成，母本自白兰瓜黄皮变异系统中选育而成，父本是墨西哥品种甘露，黄河蜜作为甘肃厚皮甜瓜主栽品种已近20 a。

1.2 材料处理

试验于2009年2~11月在甘肃省农业科学院农业部重点实验室进行，沼液取自庄浪县农村能源办公室试验基地金锁猪场大型沼气池，分别于2月、6月、10月抽取沼液原液，当天过滤后带回兰州农业部重点开放实验室进行稀释配比，用沼液原液和去离子水配制浓度为 100%、80%、60%、40%、20%、0（CK）的沼液作为试验处理。在洁净烘干的培养皿中放入双层滤纸，分别加入不同浓度的沼液至滤纸吸足水分后，称量其质量，然后摆入经过筛选的籽粒饱满、大小一致的甜瓜种子50粒，重复3次，置于30℃的培养箱中进行黑暗培养，注意补充蒸发的水分，使处理期浓度保持恒定。最后取3个月的平均数据。

1.3 测定内容与方法

①种子在萌发过程中吸水量的测定 称取自然风干的种子50粒，重复3次，求其自然风干质量。 分别于处理后 1、2、4、8、12、24、48 h 分别取出50粒种子，在精度为0.001 g的电子秤上称量鲜质量，各重复3次。

种子的吸水率按下式计算：W （%）=[（W1-W2）/W2]×100%。 式中，W1为 50 粒种子鲜质量（g），W2为50粒种子自然风干质量（g）。

②发芽率、发芽指数（Gi）、活力指数（Vi）和胚根长度的测定 处理后逐日统计种子发芽数，在处理后第6天对幼芽胚根进行测量，每个处理测量15株，重复3次，求平均值。

Gi=ΣGt/Dt，Vi=Gi×S。 式中，Gt为在 t日的发芽率，Dt为相应的发芽天数，S为幼芽的生长量（平均胚根长）。Gi值大，表明发芽速度快；Vi值大，表明发芽快而且长势好。

③种子细胞膜透性的测定 分别于处理后1、4、12、24、48 h 取 20 粒种子，小心剥去种壳，用蒸馏水冲洗1次，再用去离子水冲洗2次，后用滤纸吸干其表面浮水，装入小烧杯中加入15 mL去离子水，用真空抽气泵抽气30 min后在室温下静置20 min，测定初始电导率Ax，然后在沸水中煮10 min，冷却至室温再测其电导率Bx，重复3次，以相对电导率表示细胞膜透性， 即相对电导率 （%）=（Ax/Bx）×100%。

④α-淀粉酶活性的测定 种子的α-淀粉酶活性于处理后第1～6天进行测定，重复3次。测定方法参照《植物生理生化试验原理与技术》[8]。

1.4 数据分析

利用Excel 2003、SPSS 13.0软件对试验数据进行差异显著性分析、相关分析和作图表。

2 结果与分析

2.1 不同浓度沼液对甜瓜种子吸水率的影响

甜瓜种子需要吸收其干质量45%以上的水分才能正常发芽[9]。黄河蜜种子浸泡12 h后，除原液外，各浓度沼液下其种子吸水率均达45%以上（图1），达到甜瓜种子萌发所需要的水分。处理48 h后，沼液浓度大于60%处理的种子吸水率均显著低于对照（P＜0.05），且随沼液浓度增加各处理甜瓜种子的吸水率呈下降趋势。

2.2 不同浓度沼液对甜瓜种子发芽率的影响

由图2可知，沼液浓度在60%以上时，随浓度的升高，甜瓜种子同期发芽率逐渐下降，但随着处理时间的推移，各处理下种子累积发芽率逐渐趋于一致，低于60%浓度处理的种子在第2天均开始发芽，其发芽高峰日为处理后2～3 d；而高于60%浓度处理的种子到第3天才开始发芽，且发芽高峰日为处理后3～5 d。说明高浓度沼液延缓了甜瓜种子的萌发进程，说明低浓度对种子萌发有促进作用，这与赵利晖等[5]的研究结果相符。但对甜瓜种子累积发芽率的影响较小，这与王庆亚等[10]在盐角草种子上的研究结果一致，但与戴伟民等[11]在番茄种子上研究结果不同。

图1 不同浓度沼液对甜瓜种子吸水过程的影响

图2 不同浓度沼液对甜瓜种子发芽率的影响

2.3 不同浓度沼液对甜瓜种子发芽指数（Gi）、活力指数（Vi）和胚根生长的影响

由表1可知，沼液浓度在60%以上时，随着浓度的增加，种子相对活力指数、相对发芽指数均呈下降趋势，其中，相对活力指数的下降幅度较大，表明其对高浓度沼液的反应比发芽率对其更敏感。当沼液浓度为60%时，种子胚根的生长量高出对照135.8%，说明低浓度沼液对甜瓜幼根生长有促进作用。随着沼液浓度增加，甜瓜幼根生长量逐渐减小。

2.4 不同浓度沼液对甜瓜种子细胞膜透性的影响

由图3可知，在萌发过程中，甜瓜种子相对电导率呈先升后降的变化趋势。在处理初期，甜瓜种子渗透液的电解质渗漏较少，电导率较低，是因为此时种子吸水量较少，它仅发生在最外层细胞。在处理后8～12 h，甜瓜种子相对电导率达到最大，此时种子已经吸足了其萌发所需要的水分，但由于种子干燥而引起的膜结构的破坏还没有完全修复，造成大量电解质渗漏。此后，随着膜结构得以修复，细胞内电解质渗漏减少，相对电导率迅速下降；在沼液浓度超过60%时，处理4 h以后，随着浓度的增加，种子相对电导率增大，说明高浓度的沼液对甜瓜种子萌发过程中的细胞膜修复有抑制作用，且浓度越大，其抑制作用就越强。

2.5 不同浓度沼液对甜瓜种子α-淀粉酶活性的影响

由表2可知，在不同浓度沼液处理后7 d，甜瓜种子的α-淀粉酶活力随浓度和时间增加呈现不同变化态势。在处理3～4 d，各浓度处理的种子淀粉酶活性达最大。低浓度（＜60%）处理的种子淀粉酶活性升高；沼液浓度超过60%时，其活性降低，种子萌发受到明显抑制。

表1 不同浓度沼液下甜瓜种子的发芽能力（第6天）

图3 不同浓度沼液对甜瓜种子萌发过程中膜透性的影响

表2 不同浓度沼液下甜瓜种子萌发α-淀粉酶活性变化

3 小结与讨论

水是种子萌发必不可少的条件，吸足水分是种子独立生活的第一步。试验结果表明，在不同浓度沼液处理初期，甜瓜种子能够快速吸收种子萌发所需的水分，可能因为在这个阶段种子吸水主要靠内部胶体吸胀作用进行，和种子代谢无关。高浓度沼液延缓了甜瓜种子发芽进程，但对种子的最终发芽率影响不大。而浓度小于60%的沼液处理对甜瓜种子萌发和胚根生长有促进作用，60%以上浓度沼液处理后，甜瓜种子的发芽速度逐渐降低，相对发芽指数、相对活力指数、胚根生长量均呈下降趋势。

土壤溶液可以从2个方面影响种子的萌发：一是抑制种子细胞膜的修复，二是抑制淀粉酶的活力。细胞膜是逆境胁迫对植物伤害的原初点和主要部位[12]。液泡膜和原生质膜均为选择性渗透膜，在正常情况下，能将溶质保留在细胞内，但由于在干燥时，它失去了完整性，因此当种子浸入水中后，并不能起到屏障作用[13]，种子干燥时膜的这种不完整性在种子吸胀过程中逐渐修复与重建。沼液是有机物经沼气池制取沼气后的液体残留物，富含各种营养成分。在高浓度沼液浸泡下，甜瓜种子在吸足其萌发所需要的水分后仍不能正常萌发，说明在沼液溶液离子作用下，膜的修复受阻可能是抑制种子萌发的重要原因之一。赵檀方等[14]对盐胁迫下大麦根系细胞超微结构的研究表明，盐胁迫下细胞及膜系统修复受阻。本试验中电导率的变化说明了不同浓度沼液对甜瓜种子萌发过程中膜修复有影响。α-淀粉酶是分解种子内储藏淀粉的主要酶，种子萌发和幼苗生长初期α-淀粉酶可使种子中的淀粉降解成为小分子物质，以供种子萌发和幼苗生长。因此，α-淀粉酶活性与甜瓜种子萌发速率及其随后的幼苗生长发育有密切关系。本试验研究结果表明，高浓度的沼液处理可以使种子内部α-淀粉酶的活力下降，且其浓度越大，酶活性下降的程度越大，所以高浓度沼液中离子的胁迫作用对α-淀粉酶活力的抑制是造成甜瓜种子发芽速度降低的重要原因。在大田条件下，不同浓度的沼液及沼液和沼渣混合物对作物的影响，还有待深入研究。

[1]袁大刚，蒲光兰.“三沼”在植物生产上的应用研究进展与展望[J].四川农业大学学报，2009，27（2）：258-264.

[2]朱国美.水稻沼液浸种及沼肥综合利用示范研究初报[J].安徽农学通报，2007，13（22）：56，62.

[3]陈仙平，曹群芳.不同浓度沼液浸种对杂交水稻种子发芽率、成秧率的影响[J].福建稻麦科技，2008，26（3）：10-11.

[4]王玉法.春植玉米种浸沼液效果试验初报[J].福建农业科技，2007（3）：62-63.

[5]赵利晖，毛伟.沼液浸种对玉米种子发芽的影响[J].贵州农业科学，2006，34（增刊）：84-85.

[6]章亦军.棉花沼液浸拌种处理与沼液提苗的效果[J].江西棉花，2001，23（3）：31-34.

[7]宋洪川，张无敌，韦小岿，等.蔬菜种子在沼液中发芽的研究[J].云南师范大学学报：自然科学版，2002，22（2）：20-23.

[8]李合生.植物生理生化实验原理与技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[9]马克奇，陈年来，王鸣.甜瓜优质栽培理论与实践[M].北京：中国农业出版社，2001：44-45.

[10]王庆亚，刘敏，张守东.盐胁迫对盐角草种子萌发与幼苗生长效应的研究[J].江苏农业科学，2002（2）：69-71.

[11]戴伟明，蔡润，潘俊松.盐胁迫对番茄幼苗生长发育的影响[J].上海农业学报，2002，18（1）：58-62.

[12]刘友良，汪良驹.植物对盐胁迫的反应和耐盐性[C]//余叔文，汤章成.植物生理与分子生物学.北京：科学出版社，1998：752-769.

[13]比尤利JD，布莱克M.种子萌发的生理生化[M].南京：江苏科学技术出版社，1981：92-93.

[14]赵檀方，闫先喜，胡延吉.盐胁迫对大麦种子吸胀萌发及根尖细胞结构的影响[J].大麦科学，1994（4）：17-20.