申嗪酵素与氨基酸浸种对黄瓜和番茄种子萌发的影响

李 艳 王 祺 任如佳 潘玉乐 张红艳 于福同 慕康国*

（1中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2江苏汉菱肥业有限责任公司，江苏徐州 221422；3上海农乐生物制品股份有限公司，上海 201419）

申嗪酵素与氨基酸浸种对黄瓜和番茄种子萌发的影响

李 艳1王 祺1任如佳1潘玉乐2张红艳3于福同1慕康国1*

（1中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2江苏汉菱肥业有限责任公司，江苏徐州 221422；3上海农乐生物制品股份有限公司，上海 201419）

以黄瓜品种碧秋和番茄品种中杂9号为试材，研究不同浓度申嗪酵素（10、50、100、125、175 mg·L-1）、氨基酸母液（50、333、833、1 250、2 000 mg·L-1）及适宜浓度的复混液对黄瓜和番茄种子萌发及胚生长的影响。结果表明：适宜浓度的氨基酸母液和申嗪酵素能显著提高番茄、黄瓜种子的发芽势、发芽指数、活力指数，并显著促进胚根和下胚轴的生长。番茄种子萌发的最适浓度为氨基酸母液50 mg·L-1，申嗪酵素10 mg·L-1；黄瓜种子萌发的最适浓度为氨基酸母液333 mg·L-1，申嗪酵素50 mg·L-1；番茄和黄瓜种子胚根及下胚轴生长最适浓度均为氨基酸母液333 mg·L-1，申嗪酵素50 mg·L-1。申嗪酵素对2种蔬菜种子萌发的促进效果优于氨基酸母液，对黄瓜的促根生长作用亦优于氨基酸母液，而氨基酸母液对番茄的促根生长作用较好。333 mg·L-1氨基酸母液与50 mg·L-1申嗪酵素的复混液（1 V∶1 V）对番茄和黄瓜种子萌发及胚根、下胚轴的生长具有一定的促进作用，但不如两种物质单独使用效果好。

申嗪酵素；氨基酸；黄瓜；番茄；种子萌发

申嗪酵素又名申嗪霉素（化学名称为吩嗪-1-羧酸，简称PCA），是铜绿假单胞菌M18的次生代谢产物，能有效抑制多种农作物病原菌的生长，是一种高效、低毒、环境友好型微生物源抗菌剂（Hu et al.，2005）。前人研究表明，微生物代谢产物会对植物生长产生促进或抑制作用（张庆 等，1999；蒋先军 等，2000；林启美 等，2001），依据此理论假设申嗪酵素对植物的生长具有促进或抑制作用。氨基酸是含有胺官能团和羧酸官能团的一类生物化合物的总称，既能够通过根部直接被作物吸收，又可作为氮源为作物生长提供能量（Kolomaznik et al.，2012），促进作物生长，提高产量、改善品质。吴玉群等（2005）研究表明，采用植物氨基酸液肥浸泡甜玉米种子可以增加幼苗根数和根系干质量，提高根冠比和根系活力，增加叶绿素含量，促进幼苗生长。郭宗祥等（2004）在齐穗期喷施氨基酸螯合肥，明显提高了小麦千粒重，进而显著增产。刘德辉等（2005）研究表明，施用氨基酸螯合微肥可提高小麦籽粒蛋白质含量，而且对后作水稻淀粉含量的提高有一定促进作用。近年来，随着化学工业的发展，氨基酸的生产成本大大降低，且氨基酸对动植物及生存环境无害，属于安全、绿色的营养物质，越来越多的氨基酸肥料应用于农业生产（吴良欢和陶勤南，2000；王莹 等，2008；苑婧娴，2013）。但需要注意的是，氨基酸来源不同，对植物的促生效果也不尽相同，因此要根据氨基酸的来源对其作用进行分析。

随着化肥减施项目的开展，开发具有抗逆、促生、改土等功能的增效剂/载体，综合调控“作物—肥料—土壤”系统，是养分高效利用的重要途径（赵秉强，2013）。为了提高作物对养分的利用率、减少肥料的投入、保护自然环境，需继续开发微量、高效、环保的增效剂。在开发多功能增效剂的过程中，人们也逐渐认识到多种增效剂配合使用可发挥相加作用或协同增效作用（刘传记，2008）。本试验采用不同浓度的申嗪酵素和氨基酸母液对番茄和黄瓜进行浸种处理，探究两种物质对番茄、黄瓜种子萌发的影响，旨在明确申嗪酵素和氨基酸母液对果菜类蔬菜种子萌发的作用与效果，为开发新的作物生长增效剂和提高果菜类蔬菜产量提供理论依据和技术指导。此外，基于充分利用已有资源的目的，本试验将确定的适宜浓度的氨基酸母液和申嗪酵素按一定比例复混形成复混液，进一步探究复混液是否能够发挥两者的相加或协同增效作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年3～4月在中国农业大学农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室进行。供试番茄品种为中杂9号，黄瓜品种为碧秋，均购于北京研禾玉科技发展有限公司。供试氨基酸母液由江苏汉菱肥业有限责任公司提供，是从家禽类羽毛水解为氨基酸后的废弃物中提取的混合物，氨基酸总含量为18.2%，具体种类及含量详见表1；1%申嗪酵素悬浮剂由上海农乐生物制品股份有限公司提供。

表1 供试氨基酸母液中各种氨基酸及主要离子的种类与含量

1.2 试验设计

分别挑选籽粒饱满、大小基本一致的番茄、黄瓜种子各2 880粒，在55 ℃热水中浸泡消毒10 min，期间不断搅拌；然后用蒸馏水冲洗3次，置于阴凉处恢复至常温并风干至初始含水量。将番茄、黄瓜种子分别放入稀释至50、333、833、1 250、2 000 mg·L-1的氨基酸母液和10、50、100、125、175 mg·L-1的申嗪酵素中进行浸种处理，均以蒸馏水为对照；浸种4 h后，用蒸馏水冲洗3次，置于阴凉处晾干。采用直径18 cm的玻璃培养皿，洗净、置于烘箱中高温杀菌后，内放两层无菌定性滤纸，加入30 mL蒸馏水使滤纸湿润；然后将晾干的番茄、黄瓜种子分别放入培养皿中，每个培养皿80粒，3次重复。将培养皿置于恒温培养箱中，25 ℃下黑暗催芽24 h，记录各培养皿中种子的萌发数；然后继续在25 ℃的恒温培养箱中黑暗培养，每天18：00记录种子萌发数，采用称重法补充蒸发的水分，保持各培养皿湿度一致。

将上述试验所确定的最适浓度的氨基酸母液与申嗪酵素按1∶1（体积比）的比例混合，按照上述方法对番茄、黄瓜种子分别进行浸种处理并培养。

1.3 发芽指标测定

以胚根长超过种子长度的1/2计为发芽，每天记录种子的萌发数（试验结束标准为：连续2 d发芽数不发生变化，本试验中80%以上的处理的发芽数在培养第5天基本稳定）。处理后第2天统计发芽势，第5天统计发芽率；并采用直尺测量下胚轴、胚根的长度。

发芽势=第2天种子萌发数/供试种子总数×100%

发芽率=第5天种子萌发数/供试种子总数×100%

发芽指数（GI）=∑Gt/Dt

活力指数（VI）=GI×S

式中，Gt为第t天的种子萌发数，Dt为相应的种子萌发天数；S为平均根长。

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析，采用Microsoft Excel软件进行数据处理及作图。

2 结果与分析

2.1 氨基酸母液浸种对番茄和黄瓜种子萌发的影响

由表2可知，不同浓度的氨基酸母液浸种对番茄和黄瓜种子的活力指数有显著影响（除2 000 mg·L-1氨基酸母液处理番茄种子外），对发芽势、发芽指数有明显影响，而对发芽率无显著影响。当氨基酸母液浓度为50 mg·L-1时，番茄种子的活力指数最高；而黄瓜种子活力指数最高的处理浓度为333 mg·L-1。当氨基酸母液浓度为50、333 mg·L-1时，对番茄和黄瓜种子的发芽势、发芽指数均有显著的促进作用，两种种子的发芽势分别比对照增加26.6%、20.5%和6.0%、6.0%，发芽指数分别增加6.3%、5.9%和4.8%、5.4%。氨基酸母液对番茄和黄瓜种子发芽率的作用不显著，可能是因为所使用的种子是新种子；当氨基酸母液浓度为333、1 250 mg·L-1时可以提高黄瓜种子的发芽率，而浓度为833 mg·L-1时发芽率降低，这与理论不符，可能是由于试验过程中种子染菌造成结果出现偏差。

2.2 氨基酸母液浸种对番茄和黄瓜种子胚根长、下胚轴长的影响

由表3可知，333～1 250 mg·L-1氨基酸母液浸种对番茄和黄瓜种子胚根、下胚轴的生长均有显著促进作用；随着氨基酸母液浓度的增加，番茄和黄瓜种子胚根长、下胚轴长呈现先上升后降低的趋势；当氨基酸母液浓度为333 mg·L-1时，番茄和黄瓜种子的胚根长、下胚轴长均达到最大值，分别比对照显著增加了17.1%、27.5%和81.7%、35.7%。

2.3 申嗪酵素浸种对番茄和黄瓜种子萌发的影响

由表4可知，不同浓度的申嗪酵素浸种对番茄和黄瓜种子的活力指数有显著促进作用，对发芽势和发芽指数具有明显影响，而对发芽率有一定的促进作用但无显著影响。当申嗪酵素浓度为50 mg·L-1时，番茄和黄瓜种子的活力指数最大，分别比对照显著增加70.9%和43.5%。当申嗪酵素浓度为10 mg·L-1时，番茄种子的发芽势和发芽指数最大，分别比对照显著增加48.7%和30.0%；而黄瓜种子的发芽势和发芽指数最大的处理浓度为50 mg·L-1，分别比对照显著增加16.0%和25.9%。

动态规划(Dynamic Programming,DP)是运筹学的一个分支,是求解决策过程的最优化的数学方法,是一种强大的离散时间方法,可以为非凸最优控制问题提供全局解决方案[11].在实践中,需要对状态和控件进行离散化,从而产生一个网格,其中所涉及的变量只需要有限数量的离散值,对这些离散点进行成本计算.离散化越好,得到的解就越接近全局最优解.在离散化的情况下,用递归Bellman方程[12] (最优化原理)得到最优控制问题的解为

2.4 申嗪酵素浸种对番茄和黄瓜种子胚根长、下胚轴长的影响

由表5可知，随着申嗪酵素浓度的增加，番茄和黄瓜种子胚根长、下胚轴长呈现先上升后降低的趋势。当申嗪酵素浓度为10～125 mg·L-1时，对番茄、黄瓜种子胚根、下胚轴的生长有显著促进作用，其中10 mg·L-1申嗪酵素处理的番茄种子下胚轴长最大，比对照显著增加27.4%；50 mg·L-1申嗪酵素处理的番茄种子胚根长和黄瓜种子胚根长、下胚轴长最大，分别比对照显著增加32.8%和22.2%、15.4%。

表2 不同浓度氨基酸母液对番茄和黄瓜种子发芽指标、活力指数的影响

表3 不同浓度氨基酸母液对番茄和黄瓜种子胚根长、下胚轴长的影响 mm

表4 不同浓度申嗪酵素对番茄和黄瓜种子发芽指标、活力指数的影响

2.5 适宜浓度的氨基酸母液与申嗪酵素复混液对番茄和黄瓜种子萌发及胚根长、下胚轴长的影响

选择适宜浓度的氨基酸母液（333 mg·L-1）和申嗪酵素（50 mg·L-1），并将两者按1∶1（体积比）混匀，对番茄、黄瓜种子进行浸种处理。

由表6可知，50 mg·L-1申嗪酵素对番茄、黄瓜种子发芽势、发芽率和发芽指数的作用效果优于333 mg·L-1氨基酸母液及两者复混液。从发芽势来看，各处理与对照差异不显著，与前面的试验结果不符，猜测可能是由于前、后试验浸种过程中种子对水分吸收存在差异，从而对发芽有一定的影响；从活力指数来看，复混液处理黄瓜种子与对照无显著差异，氨基酸母液和申嗪酵素处理均与对照存在显著差异，且氨基酸母液的效果更好。

由表7可知，333 mg·L-1氨基酸母液和50 mg·L-1申嗪酵素及两者复混液对番茄和黄瓜胚根长、下胚轴长有显著促进作用（除复混液对番茄下胚轴长处理外），番茄胚根长和下胚轴长分别较对照增加58.4%、52.8%、21.3%和13.7%、9.8%、4.9%，促进效果依次为氨基酸母液＞申嗪酵素＞复混液；黄瓜胚根长和下胚轴长分别较对照显著增加14.1%、19.6%、13.1%和7.5%、9.6%、6.2%，促进效果依次为申嗪酵素＞氨基酸母液＞复混液。

表5 不同浓度申嗪酵素对番茄和黄瓜种子胚根长、下胚轴长的影响 mm

表6 适宜浓度氨基酸母液、申嗪酵素及两者复混液对番茄和黄瓜种子发芽指标与活力指数的影响

表7 适宜浓度氨基酸母液、申嗪酵素及两者复混液对番茄和黄瓜胚根长、下胚轴长的影响 mm

3 结论与讨论

随着对氨基酸作用机理研究的深入，越来越多的氨基酸肥料被应用于农业生产，需要注意的是：氨基酸来源不同，其作用存在差异。本试验中，随氨基酸母液浓度的增加，番茄和黄瓜种子的发芽指标、生长指标均呈现先上升后下降的趋势，即低浓度氨基酸母液可以提高番茄和黄瓜种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数，促进番茄和黄瓜种子胚根与下胚轴的生长；超过一定浓度后会对番茄和黄瓜种子的萌发产生抑制作用。这一结果与杨红兵（2014）研究认为适宜浓度的谷氨酸和天冬酰胺可以促进荞麦种子萌发及幼苗生长的结果一致。

申嗪酵素属于芳香杂环族吩嗪类化合物，该类化合物具有抗菌、抗肿瘤和抗寄生虫活性的作用（方运玲 等，2014）。同时申嗪酵素也是一种有机酸，能够降低水溶液的pH值，抑制细菌的繁殖和一些酚类物质的氧化（侯江涛 等，2016），对作物生长具有一定的积极作用。本试验结果表明，低浓度的申嗪酵素可以显著增加番茄和黄瓜种子的发芽势、发芽指数、活力指数，并能够显著促进胚根和下胚轴的生长；随着申嗪酵素浓度的增加，番茄和黄瓜种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、下胚轴长均呈现先上升后下降的趋势。

多种增效剂复混不仅能够更充分地利用现有资源，还可挖掘出各增效剂的应用潜力，使其在农业生产中发挥更大的作用。本试验结果表明，333 mg·L-1氨基酸母液与50 mg·L-1申嗪酵素复混液（1 V∶1 V）对番茄和黄瓜种子萌发及胚根、下胚轴的生长具有一定的促进作用，但不如两种物质单独使用效果好。此结果只能说明适宜浓度的氨基酸母液和申嗪酵素在体积比为1∶1的条件下没有协同增效的效果，对于两种物质的复混效果还需进行多种比例的验证，以发挥两种物质的最佳效果。

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Effect of Soaking Seed in Shenqinmycine and Amino Acid Liquid on Seed Germination of Tomato and Cucumber

LI Yan1，WANG Qi1，Ren Ru-jia1，PAN Yu-le2，ZHANG Hong-yan3，YU Fu-tong1，MU Kang-guo1*
（1College of Resources and Environmental Sciences，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2Hanling Fertilizer Co.，Ltd，Xuzhou 221422，Jiangsu，China；3Shanghai Nongle Biological Products Co.，Ltd，Shanghai 201419，China）

Taking cucumber‘Biqiu’and tomato‘Zhongza No.9’as experimental materia，this paper studied the effect of different concentrations of shenqinmycin（10，50，100，125，175 mg·L-1），amino acid liquid（50，333，833，1 250，2 000 mg·L-1） and mixed liquid with suitable concentration on cucumber and tomato seed germination and embryo growth．The results showed that the amino acid liquid and shenqinmycin with suitable concentration could significantly improve the germination potential，germination index，vigor index of tomato and cucumber seeds， and promote significantly the growth of radicle and hypocotyl．The optimal concentration for tomato seed germination was 50 mg·L-1amino acid liquid，10 mg·L-1shenqinmycin．The optimal concentration for cucumber seed germination was 333 mg·L-1amino acid liquid，50 mg·L-1shenqinmycin．The optimal concentration for tomato and cucumber growth of radicle and hypocotyl were 333 mg·L-1amino acid liquid and 50 mg·L-1shenqinmycin．Shenqinmycin has better effect on promoting seed germination of these 2 vegetable varieties than amino acid liquid．Furthermore，its promoting effect on root growth of cucumber was superior than that of amino acid liquid．While，amino acid liquid had a better effect on stimulating tomato root growth．

Shenqinmycin；Amino acid；Cucumber；Tomato；Seed germination

李艳，女，硕士研究生，专业方向：生物刺激素与功能水溶性肥料，E-mail：dkjn2016@163.com

*通讯作者（Corresponding author）：慕康国，男，副教授，硕士生导师，专业方向：药肥控制释放原理与技术、植物营养与病害，E-mail：kgmu@cau.edu.cn

2017-06-14；接受日期：2017-08-25

“十三五”国家重点研发计划项目（2016YFD0200405），北京市果类蔬菜产业创新团队项目（BAIC201601）