两种麻育秧膜对水稻种子萌发和秧苗素质的影响

牛艳斌，王朝云，翟杨，汪洪鹰，杨媛茹，谭志坚，余旺，曾粮斌

(中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205)

水稻(OryzasativaL.)是一年生禾本科植物，世界三大主要粮食作物之一，全球超过一半的人口以稻米为主食[1]。水稻在中国种植历史悠久，种植面积约占世界水稻面积的1/4[2]，稻谷产量世界第一。随着水稻机械化种植的推广，培育高素质秧苗将保证水稻的高产高效种植，增强水稻秧苗的抗逆性，极大地促进水稻增产，对维护我国粮食安全具有重大意义。麻育秧膜是由中国农业科学院麻类研究所研发的一种以麻纤维为主要材料的可降解膜[3]，用以解决水稻育秧中难起秧、易散秧、秧苗素质不稳定的问题，麻育秧膜的应用增加了秧苗根基部分支根数和秧苗不定根数量，提高了秧苗根系的盘结密度和盘结质量，根系活力增强，白根增多，植株地上部生长旺盛，秧苗整体素质提高[4-5]。壳寡糖(Chitosan oligosaccharide)是由2～15个氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的碱性阳离子低聚糖[6]，属动物性纤维，作为植物免疫调节剂在多种植物与病原菌的相互作用中发挥重要的调节作用[7]，如可使植物根际环境微调，对病原菌的攻击做出更快更强的反应。壳寡糖具有抗菌性，与食品的某些成分相互作用，可作为水果和蔬菜的涂层[8]，能较好地抑制辣椒疫霉的生长[9]。壳寡糖通过水杨酸介导的信号通路诱导拟南芥对烟草花叶病毒产生抗性[10]。适当浓度的壳寡糖浸种能明显提高水稻幼苗的抗冷性，维持并激活相关酶的活性，保证了水稻的正常生长[11-12]。本试验将壳寡糖与麻育秧膜结合，制成壳寡糖麻育秧膜，通过与普通麻育秧膜在水稻种子萌发和秧苗素质上的比较，探究壳寡糖麻育秧膜的育苗优势，旨在为壳寡糖麻育秧膜的应用提供切实可行的理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验用麻育秧膜由哈尔滨井竹农业科技有限公司提供，大小为58 cm×28 cm，单位重量40 g/m2，为均匀可降解纤维膜。

壳寡糖由中科荣信(苏州)生物科技有限公司提供，平均分子量为1000，含量91.6%，脱乙酰度90.6%。

常规稻“湘晚籼13号”自留种，种子于当年采集于中国农业科学院麻类研究所长沙白箬铺试验基地。

1.2 试验方法

1.2.1 麻育秧膜的制备

用电子天平称取50 mg壳寡糖，溶于20 mL蒸馏水中，搅拌加速溶解，倒入喷壶内，取麻育秧膜一张，将壳寡糖溶液均匀喷施两面，晾干，用20 mL蒸馏水洗涤喷壶后再次均匀喷施，晾干，重复操作，得到壳寡糖麻育秧膜，裁剪为直径9 cm的圆形片。另取一张未经壳寡糖处理的麻育秧膜，裁剪为直径9 cm的膜备用。

1.2.2 室内萌发试验及生理特性的测定

称取湘晚籼13号水稻种子50 g，10%的次氯酸钠消毒10 min，蒸馏水反复冲洗3～5次，浸种4 h，取直径9 cm的洁净培养皿12个，分为3组，每组4个重复，每个培养皿内铺设一层浸湿后沥去多余水分的滤纸，编号，第一组为对照组，再加铺一层滤纸，第二组加铺一层麻育秧膜，第三组加铺一层喷施寡糖的麻育秧膜。选取籽粒饱满、大小一致的水稻种子360粒，每皿30粒种子，加水保持种子半浸润状态。放入人工气候箱内，条件为光周期14 h/10 h，昼夜温度25 ℃，相对湿度为75%，每天按时补充水分，从第3天每天固定12:00观察并记录萌发情况，观察至第14天，每天记录水稻种子萌发数，萌发标准为胚根长度大于2 mm。

在第25天测定幼苗生长指标(胚根长、幼茎高度、幼茎干湿重、根干湿重)。测定方法如下：每个培养皿随机取秧龄25 d秧苗10株，洗净擦干后，分别用剪刀在茎基部剪开地上部和地下部，马上用万分之一电子天平称量幼茎和根湿重，用直尺测量胚根长和幼茎高度。然后105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重后称重，得出单株水稻幼茎和根的鲜重及干重。

1.2.3 大田育苗试验及生理特性的测定

试验分3个处理，分别为无麻育秧膜对照(C)、普通麻育秧膜(B)和壳寡糖麻育秧膜(A)，进行常规秧盘旱育秧试验，育秧基质为中国农业科学院麻类研究所长沙望城白箬铺创新基地水稻土，25 d后取样，测定秧苗素质：干湿重、株高、茎基宽、根系活力、可溶性糖[13]、硝态氮[14]、可溶性蛋白[13]。水稻根系活力测定采用TTC法[15-16]。

1.3 数据分析

(1)

(2)

(3)

式(3)中：

Gt—t时间内水稻种子萌发粒数；

Dt—相应的天数，d。

活力指数VI=GI×SL

(4)

式(4)中：

GI—水稻种子发芽指数；

SL—水稻种子胚根长度，cm。

试验数据通过Excel 2019分析并绘制成图表，采用DPS13.5软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 室内两种麻育秧膜对水稻种子萌发率的影响

由表1可知，与对照相比，两种麻育秧膜对水稻种子萌发率的影响差异显著。第3天时，两种麻育秧膜处理的水稻种子萌发率显著高于对照，普通麻育秧膜处理种子萌发率最高，为58.33%，其次是壳寡糖麻育秧膜，为56.67%。第4天时，壳寡糖麻育秧膜处理的水稻种子萌发率显著高于其余处理，达到94.17%，其次是普通麻育秧膜处理，种子萌发率为80.00%。第5天和第6天的结果与第4天相近，仍以壳寡糖麻育秧膜处理的种子萌发率最高，达到98.33%，其次为麻育秧膜处理，萌发率分别为87.50%和91.67%，第7～14天各处理萌发率和第6天相同，对照处理的种子萌发率显著低于两种麻育秧膜处理。说明麻育秧膜处理能促进水稻种子的萌发，壳寡糖麻育秧膜促进水稻种子萌发能力强于普通麻育秧膜。

表1 室内两种麻育秧膜对水稻种子萌发率的影响Table 1 Effect of two kinds of ramie fiber seedling film on germination rate of rice seed in laboratory

2.2 室内两种麻育秧膜对水稻种子发芽势和发芽指数的影响

由表2可知，两种麻育秧膜对水稻种子发芽势和发芽指数均有一定的影响，与无育秧膜对照相比，两种麻育秧膜处理的水稻种子发芽势和发芽指数显著提高，其中壳寡糖麻育秧膜处理的水稻种子发芽势与发芽指数最高，分别为98.33和24.30，其次是普通麻育秧膜处理，其种子发芽势与发芽指数分别为91.67和22.17，无育秧膜处理的水稻种子发芽势和发芽指数最低，只有80.83和19.58。

表2 室内两种麻育秧膜对水稻种子发芽势和发芽指数的影响Table 2 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on germination potential and germination index of rice seeds in laboratory

2.3 室内两种麻育秧膜对水稻种子幼苗长度与活力指数的影响

由表3可知，与无麻育秧膜对照相比，两种麻育秧膜处理的水稻种子的胚根长度、胚根活力指数、幼茎活力指数显著提高，壳寡糖麻育秧膜处理提高幅度高于普通麻育秧膜。壳寡糖麻育秧膜处理后，水稻种子胚根长度和胚根活力指数分别达到了5.51 cm和117.11；普通麻育秧膜处理组水稻种子胚根长度和胚根活力指数为5.07 cm和112.27，均显著高于对照组(3.93 cm和77.00)。这也表明麻育秧膜能促进水稻生根，提高水稻胚根活力，其中壳寡糖麻育秧膜促进水稻生根能力强于普通麻育秧膜。

表3 室内两种麻育秧膜对水稻种子幼苗长度与活力指数的影响Table 3 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on seedling length and vigor index of rice seeds in laboratory

2.4 室内两种麻育秧膜对水稻幼苗生物量的影响

由表4可知，与无麻育秧膜处理的水稻种子相比，两种麻育秧膜处理后水稻幼苗生物量均有显著提高。壳寡糖麻育秧膜处理的水稻幼苗根鲜重21.40 mg、根干重3.63 mg、幼茎鲜重19.94 mg、幼茎干重3.95 mg，显著高于普通麻育秧膜处理的。结果表明两种麻育秧膜能显著提高水稻幼苗生物量，其中壳寡糖麻育秧膜对水稻幼苗生物量的促进作用高于普通麻育秧膜。

表4 室内两种麻育秧膜对水稻幼苗生物量的影响Table 4 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on the biomass of rice seedlings in laboratory

2.5 田间两种麻育秧膜对水稻秧苗素质的影响

由表5可知，与无麻育秧膜对照相比，两种麻育秧膜能显著提高秧苗素质。从秧苗株高来看，普通麻育秧膜处理组最高，为12.41 cm，其次是壳寡糖麻育秧膜，为11.78 cm，无麻育秧膜最低，为10.92 cm，表明麻育秧膜能促进水稻秧苗的生长。从茎基宽来看，壳寡糖麻育秧膜处理的水稻秧苗最宽，为2.01 mm，其次是麻育秧膜处理组，为1.95 mm，无麻育秧膜处理组最窄，为1.85 mm，表明麻育秧膜处理后能使秧苗粗壮。从根长来看，壳寡糖麻育秧膜处理的水稻秧苗根长最长，为8.67 cm，其次是普通麻育秧膜处理组，为7.74 cm，无麻育秧膜处理组根长最短，为7.39 cm，表明麻育秧膜处理能促进水稻秧苗根系发育。从茎鲜重和干重来看，同样是以壳寡糖麻育秧膜处理最重，分别为77.7 mg/株和10.2 mg/株，其次是普通麻育秧膜处理组，为74.3 mg/株和9.4 mg/株，无麻育秧膜处理组最低，为69.4 mg/株和8.9 mg/株，同样表明麻育秧膜能促进水稻秧苗生长，壳寡糖麻育秧膜促生长能力强于普通麻育秧膜。从根鲜重和根干重来看，仍然是壳寡糖麻育秧膜处理组水稻秧苗最高，为81.8 mg/株和10.6 mg/株，其次是普通麻育秧膜处理组，为70.6 mg/株和8.8 mg/株，无麻育秧膜处理组最低，只有63.4 mg/株和8.5 mg/株，这也表明麻育秧膜能促进水稻秧苗根系的生长，壳寡糖麻育秧膜促根能力强于普通麻育秧膜。

表5 田间两种麻育秧膜对水稻秧苗素质的影响Table 5 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on rice seedling quality in field

2.6 田间两种麻育秧膜对水稻秧苗生理特性的影响

如表6所示，两种麻育秧膜与无麻育秧膜处理的水稻秧苗根系活力、硝态氮、可溶性糖和可溶性蛋白均存在显著差异。其中根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以壳寡糖麻育秧膜处理组最高，分别为79.61 μg/(g·h)、25.47 mg/g和16.11 mg/g，其次是普通麻育秧膜处理，其根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量分别为75.99 μg/(g·h)、25.04 mg/g和15.69 mg/g，均显著高于无麻育秧膜处理组的。但硝态氮含量以无麻育秧膜处理组最高，为494.33 μg/g，其次是普通麻育秧膜处理组482.55 μg/g，壳寡糖麻育秧膜处理组最低，为473.41 μg/g。

表6 田间两种麻育秧膜对水稻秧苗生理特性的影响Table 6 Effects of two kinds of ramie fiber seedling film on physiological characteristics of rice seedlings in field

3 讨论与结论

水稻机插育秧中秧苗素质和联结程度对机插的工作效率和秧苗存活率影响很大[17-18]。本研究中两种麻育秧膜处理对水稻种子萌发有一定的促进作用，两种麻育秧之间也存在差异，整体来讲，壳寡糖麻育秧膜促进水稻种子萌发能力强于普通麻育秧膜。3种处理的种子萌发率、发芽势、发芽指数、胚根长度、胚根活力以及幼苗的根茎生物量均表现为壳寡糖麻育秧膜处理组>普通麻育秧膜处理组>无麻育秧膜处理组，两种麻育秧膜处理显著高于无麻育秧膜。与陈少愚[18]、刘潜[4,19]研究相符，采用麻地膜进行育秧能够显著提高秧苗的物质积累能力、促进根系生长、增加叶龄，提高秧苗综合素质。田间秧苗素质除硝态氮含量外，两种麻育秧膜处理组均显著高于对照组，原因可能是在麻育秧膜处理下，秧苗整体活力显著提高，根系发达，对氮的吸收率增加，在苗期生物量增加迅猛，造成氮素在植株体内被分化[14]。除株高外，茎基宽、根长、根茎生物量、根系活力、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量也是壳寡糖麻育秧膜处理组>普通麻育秧膜处理组>无麻育秧膜处理组。作为一种新型植物调节剂，已有研究发现壳寡糖可以促进秧苗生长，提高SOD、POD和CAT等防御酶的活性，提高内源水杨酸水平，增加水稻抗寒等抗逆性[20-21]。本研究将壳寡糖和麻育秧膜结合起来作为功能型育秧膜，秧苗综合素质多得到显著提高，很好地利用了壳寡糖的优良特性[11]，能够提高水稻自身的免疫能力和促进水稻幼苗和根系的生长，使水稻秧苗更加健壮，根系联结程度高，在机插中省时省力，并且成活率高，返青时间更短。后续将对各处理后的秧苗机插表现以及成熟后产量进行研究，并对使用壳寡糖麻育秧膜和普通麻地膜进行机插育秧的效果进行系统评价。