不同用量纳米材料对生菜种子发芽的影响

赖 钰，汪 瑞，李 鑫，沈荣晨，刘浩林，孙光闻*

（1.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642；2.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642）

随着纳米技术研究的不断深入，纳米材料在农业上的应用也越来越多[1]。纳米材料主要分为碳纳米材料、金属氧化物纳米材料、零价金属纳米颗粒、量子点以及有机聚合物纳米材料5大类[2]。目前针对植物研究较多的是碳纳米材料、金属氧化物纳米材料和零价金属纳米颗粒，而针对有机聚合物类纳米材料在植物上的应用研究较少。石墨相氮化碳纳米材料是一种非金属的有机聚合物半导体，其化学和热稳定性好、无毒、易制备且原料便宜易得，同时具有十分良好的光催化性[3]。因此，石墨相氮化碳纳米材料在农业上具有十分广泛的应用前景。生菜是一种富含矿物质和维生素的蔬菜，具有较高的营养价值，在世界范围内被广泛消费[4-5]，而生菜种子休眠期较长，对外界环境的要求较高，因此研究如何提高生菜种子的发芽率十分有意义[6]。试验通过对2种生菜种子施用不同用量的石墨相氮化碳纳米材料，探寻促进生菜种子萌发的最适石墨相氮化碳纳米材料用量，旨在为今后石墨相氮化碳纳米材料在农业上的推广应用提供指导依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为全年耐抽薹意大利生菜和红脆香生菜，均购于当地种子市场。石墨相氮化碳纳米材料由华南农业大学林学与风景园林学院提供。

1.2 试验方法

试验于2018年10月3日至10月17日在华南农业大学园艺学院设施园艺实验室进行。将生菜种子浸泡在5%次氯酸钠中10 min，然后用无菌水洗涤3次。试验共设置5个处理（T1、T2、T3、T4、CK），即石墨相氮化碳纳米材料用量分别为50、100、150、200 mg/L，用无菌水作为对照，每个处理3次重复。选择灭菌后的培养皿15个，并铺上2层干净的滤纸，然后各加入对应处理浓度的石墨相氮化碳纳米材料5 mL，并将杀菌后的生菜种子均匀地铺在滤纸上，每个培养皿放置种子30粒。将培养皿放入20 ℃恒温培养箱中进行培养，每天上午9点观察并记录生菜种子的发芽情况。

1.3 测定项目及方法

每天观察并记录培养皿种子发芽情况，第3天作为统计发芽势的截止日，第7天作为统计发芽率、发芽指数的截止日，并在第7天测量种子的胚根长和胚芽长。发芽势=发芽势统计截止日培养皿中种子发芽数/供试种子数×100%；发芽率=发芽率统计截止日培养皿中种子发芽数/供试种子数×100%；发芽指数＝∑（Gt/Dt），其中，Gt表示不同天数内种子发芽数，Dt表示发芽天数。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS和Excel 2013进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同用量石墨相氮化碳纳米材料对意大利生菜和红脆香生菜种子发芽势的影响

由表1可知，与对照相比，纳米材料用量在50、100、150 mg/L时，意大利生菜种子的发芽势都有所增加，分别增加了18.18%、15.91%、15.91%，但差异都不显著；石墨相氮化碳纳米材料用量在200 mg/L时，发芽势减少。与对照相比，石墨相氮化碳纳米材料用量在50、100、150、200 mg/L时，红脆香生菜种子的发芽势都有所增加，其中以100 mg/L用量下的效果最好，相比对照增加了55.60%，但5个处理间差异都不显著。

2.2 不同用量石墨相氮化碳纳米材料对意大利生菜和红脆香生菜种子发芽率的影响

由表2可知，与对照相比，纳米材料用量在50、100、150 mg/L时，意大利生菜种子发芽率都有不同程度的增加，其中纳米材料用量在100 mg/L时效果最好，相比对照增加了23.89%，且差异显著；石墨相氮化碳纳米材料用量在200 mg/L时，意大利生菜种子的发芽率减少。红脆香生菜种子的发芽率在所有纳米材料的用量下较对照都有不同程度的增加，但差异不显著；其中在150 mg/L时效果最好，相比对照增加了27.97%。

表1 不同用量纳米材料对生菜种子发芽势的影响

表2 不同用量纳米材料对生菜种子发芽率的影响

2.3 不同用量石墨相氮化碳纳米材料对意大利生菜和红脆香生菜种子发芽指数的影响

由表3可知，与对照相比，石墨相氮化碳纳米材料用量在200 mg/L时，意大利生菜种子的发芽指数减少，与对照差异显著，其他用量下种子的发芽指数都有不同程度增加，其中以100 mg/L时的效果最佳，相比对照增加了21.33%，差异显著。与对照相比，红脆香生菜种子的发芽指数在所有纳米材料的用量下都有不同程度的增加，但差异均不显著，其中在150 mg/L时效果最好，相比对照增加了28.09%。

2.4 不同用量石墨相氮化碳纳米材料对意大利生菜和红脆香生菜种子胚根长的影响

由表4可知，与对照相比，纳米材料用量在50、100、150、200 mg/L时，意大利生菜的胚根长度都有不同程度增加，其中纳米材料用量在150 mg/L时效果最明显，相比对照增加了24.8%，且差异显著。与对照相比，纳米材料用量在50、100、150 mg/L时，红脆香生菜种子的胚根长没有显著差异，当纳米材料用量在200 mg/L时，胚根长相比对照增加了37.20%，且差异显著。

2.5 不同用量石墨相氮化碳纳米材料对意大利生菜和红脆香生菜种子胚芽长的影响

由表5可知，不同处理下，意大利生菜种子和红脆香生菜种子胚芽长与对照相比差异不显著。其中，50 mg/L处理下，意大利生菜的胚芽最长，而红脆香生菜种子胚芽在200 mg/L的处理下最长。

3 结论与讨论

表3 不同用量纳米材料对生菜种子发芽指数的影响

表4 不同用量纳米材料对生菜种子胚根长的影响

表5 不同用量纳米材料对生菜种子胚芽长的影响

纳米材料可以促进种子的萌发。研究发现，nPd、nCu、nAu可以促进莴苣种子的萌发[7]；多壁碳纳米管可以促进番茄种子的发芽，向番茄种子培养基添加多壁碳纳米管，番茄种子发芽率提高了40%[8]；600 mg/L的氧化石墨烯可以显著促进红豆种子的萌发[9-10]。除此以外，纳米材料还可以促进根的伸长。质量浓度为30 mg/L 的碳纳米洋葱溶液对鹰嘴豆种子培养10 d后，根的生长得到了显著促进[11]；2 g/L的多壁碳纳米管可以促进油菜、黑麦草、玉米根的伸长，但是在莴苣、黄瓜、萝卜上并没有表现出相同的效果[12]。

但也有研究发现纳米材料对种子萌发存在抑制现象，对于不同的作物效果也不相同。质量浓度为10～40 mg/L的单壁碳纳米管溶液对水稻种子萌发有延迟作用[13]；氧化石墨烯在质量浓度适宜时（400、800 mg/L）可促进蚕豆根的生长，但浓度过低（100、200 mg/L）和过高（1 600 mg/L）会对蚕豆根伸长起抑制作用[14-15]；有人对大麦、玉米、大豆、水稻、柳枝稷以及番茄等6种作物种子进行了研究，发现碳纳米角（一种新型纳米材料，为一端封闭的锥形结构）促进种子萌发现象只在特定的作物中出现，并且不同作物的种子对添加不同浓度的碳纳米角表现出不同的敏感性[16]。

本试验表明，石墨相氮化碳纳米材料用量在50～150 mg/L时，可以促进生菜种子的萌发；对于不同品种的生菜种子，最适的石墨相氮化碳纳米材料用量也不尽相同，意大利生菜种子最适的石墨相氮化碳纳米材料用量为100 mg/L，红脆香生菜的最适用量为150 mg/L；当石墨相氮化碳纳米材料用量达到200 mg/L时，对生菜种子萌发的促进效果减小甚至抑制；较高用量（150、200 mg/L）的石墨相氮化碳纳米材料可以促进生菜种子胚根的伸长；施加石墨相氮化碳纳米材料对胚芽长的影响不显著。