生物炭對銅脅迫下水稻種子萌發及幼苗生長的影響

趙紅

摘? ? 要：以水稻種子為材料，在水培條件下，研究生物炭對銅脅迫下水稻種子萌發及幼苗生長的影響，結果表明，10 mg/L銅濃度對水稻的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、根長、苗高、根重、苗重及植株鮮重均有顯著的抑制作用，銅脅迫下添加不同濃度的生物炭均能提高水稻種子萌發和幼苗生長，其中25 g/L的生物炭處理效果最好，不僅能提高水稻對銅脅迫的耐受性，還能促使水稻維持正常生命活動狀態。

關鍵詞：生物炭;銅脅迫;水稻;種子萌發;幼苗生長

文章編號：1005-2690（2021）18-0022-02? ? ? ?中國圖書分類號：X173? ? ? ?文獻標志碼：B

銅既是植物生長發育必需的微量元素，又是環境污染的重金屬元素[1]。銅是多種氧化酶的組分，也是葉綠體中質體藍素的組分，參與了植物多種生理代謝過程，對植物生長發育、產量及品質都有重要影響[2-4]，但植物需銅數量不多，過量的銅會對植物產生毒害作用。研究發現，較高濃度的銅不僅使植物種子萌發受到顯著抑制[5]，而且植物幼苗葉片丙二醛含量明顯升高，葉綠素含量及生物量下降[6]。水稻是我國重要的糧食作物，因此研究如何提高水稻抗銅毒害能力有重要意義。生物炭是生物有機材料在缺氧環境中經過熱裂解產生的固體，具有復雜的孔隙結構和極強的吸附性能。此外，生物炭中含有大量農作物生長所必需營養元素，可為農作物生長發育提供必要的養分，進而減少化肥施用[7]。研究發現，生物炭作為吸附劑，能夠有效吸附環境中的重金屬離子和有機污染物，減弱其對環境和生物體的毒害作用[8]。有研究表明，生物炭可以緩解銅污染對盤菜幼苗的傷害，利于調節盤菜幼苗的生理代謝[9]，也可以提高鹽脅迫下水稻幼苗的抗氧化能力和對鹽脅迫的耐受性[10]，但在水培條件下，生物炭如何緩解水稻萌發期及苗期遭受銅毒害卻鮮見報道。

通過研究銅脅迫下生物炭對水稻種子萌發及幼苗生長的影響，以期為生物炭能緩解水稻早期銅毒害及尋找最佳的生物炭添加量提供理論依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

水稻品種為農香24，由江西省上饒師范學院生命科學學院提供。

1.2? ?試驗方法

1.2.1? ?處理溶液的制備

分別稱取0.5 g、2.5 g、12.5 g生物炭，加入500 mL蒸餾水，混勻，25 ℃200 r/min恒溫振蕩2 h，濾除殘渣，制備成1 g/L、5 g/L、25 g/L的生物炭浸提液。共設5個處理：用蒸餾水表示對照處理（CK），用0 g/L、1 g/L、5 g/L、25g/L的生物炭浸提液配制成含銅濃度為10 mg/L的溶液，分別表示為 T1、T2、T3及T4處理。

1.2.2? ?水稻種子萌發試驗

首先挑選飽滿、無黑點、無破皮的水稻種子，先消毒然后用清水浸種1 d，置于鋪有兩層濾紙的培養皿，每皿放50粒種子;然后將配制好的處理液分別加入培養皿，每個處理3次重復，每皿加液10 mL，每天更換處理液，室溫條件下進行培養，以水稻根長等于谷長、芽長等于谷長的1/2作為種子發芽標準，每天記錄發芽種子數，發芽的第7天測量水稻幼苗的苗高、根長、苗重、根重、單株鮮重，同時計算水稻種子發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數。

1.3? ?數據處理

利用SPSS13.0軟件對試驗數據進行處理和分析。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 生物炭對銅脅迫下水稻種子萌發的影響

從表1可以看出，T1處理的發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數比對照處理分別顯著下降了96.27%、98.43%、96.59%、97.04%，說明10 mg/L銅濃度使水稻種子萌發期受到顯著毒害作用。在10 mg/L銅脅迫下添加不同濃度的生物炭后，水稻種子的4項發芽指標均顯著提高，同時T2處理除發芽勢外發芽率、發芽指數及活力指數均顯著小于對照處理。T3、 T4處理4項發芽指標均與對照處理差異不顯著，其中T4處理的發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數都達到了峰值。由此說明，銅脅迫下水稻種子萌發明顯受到抑制，而銅脅迫下添加不同濃度生物炭可以緩解銅的毒害作用，并且當生物炭添加量為25 g/L時，其緩解效果最好，有利于維持水稻的正常生命活動。

2.2? ?生物炭對銅脅迫下水稻幼苗生長的影響

由表2可知，與對照CK處理相比，T1處理的根長、苗高、根重、苗重及植株鮮重顯著降低了92.25%、16.84%、69.54%、28.64%、21.27%，說明10 mg/L銅脅迫對水稻幼苗生長產生顯著的抑制作用，并且對地下部分根系生長的抑制作用明顯大于地上部分的生長。銅脅迫下隨著生物炭添加量的增大，水稻幼苗生長的5項指標與T1處理相比，均呈現逐漸上升趨勢。雖然T2處理的苗高和植株鮮重與T1處理差異不顯著，但根長、根重及苗重均顯著高于T1處理。T3、T4處理的5項指標都顯著高于T1處理，但與對照處理沒有顯著差異，同時T4處理的根長、苗高、根重、苗重及植株鮮重均為最大值。

由此說明，銅脅迫對水稻幼苗生長產生顯著的抑制作用，銅脅迫下添加不同濃度的生物炭都能緩解銅的抑制作用，25 g/L的生物炭處理調控效果最佳，還能促進水稻幼苗生長。

3? ?結論與討論

試驗證實了10 mg/L銅濃度對水稻種子萌發及幼苗生長有顯著的抑制作用，銅脅迫下添加不同濃度生物炭均能提高水稻發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、根長、苗高、根重、苗重及植株鮮重，對銅脅迫下萌發期和幼苗期的水稻有促進作用，其中25 g/L的生物炭處理效果最好，不僅能提高水稻的耐銅能力，還能促進水稻維持正常生長發育狀態。王晉等研究發現，4 g/L及20 g/L的生物炭浸提液對水稻種子萌發有一定促進作用[11]。葉利勇等研究表明，生物炭可以提高盤菜幼苗對銅脅迫的耐受性，緩解銅污染對盤菜幼苗的傷害。生物炭對環境中的Cu2+有較強的吸附作用，銅脅迫下添加不同濃度生物炭處理的各項指標均高于單獨銅脅迫處理，說明生物炭可能通過吸咐降低了處理液中銅濃度，促進水稻種子萌發及早期幼苗生長。

參考文獻：

[ 1 ] 高拯民.中國百科全書環境科學卷[M].北京：中國大百科出版社，1983.

[ 2 ] 薛盈文，王玉鳳，趙長江，等.銅脅迫對小麥種子萌發及幼苗抗氧化系統的影響[J].江西農業大學學報，2016，38（1）：54-59.

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[ 8 ] 楊曉智，郭建華，于凱川，等.Pb2+脅迫下生物炭對玉米種子萌發和幼苗早期生長的影響[J].科學技術與工程，2018，18（33）：237-243.

[ 9 ] 葉利勇，吳琦，水德聚，等.生物炭對銅脅迫下盤菜種子萌發及幼苗生長的影響[J].北方園藝，2018（8）：59-63.

[ 10 ] 甄曉溪，徐凡，蔣太英，等.生物炭浸提液對鹽脅迫水稻幼苗生長的調節作用機制[J].沈陽農業大學學報，2015，46（4）：471-475.

[ 11 ] 王晉，莊舜堯，曹志紅，等.不同生物炭浸提液對水稻發芽及幼苗發育的影響[J].中國農學通報，2014，30（30）：50-55.