褪黑素浸種對(duì)寧粳8號(hào)水稻機(jī)插植傷修復(fù)效應(yīng)研究

林曉金 付堯 李林

摘要 水稻機(jī)插育秧是水稻生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，但目前小苗移栽和機(jī)械栽插植傷較重，影響水稻生根立苗，減緩栽后緩苗返青，進(jìn)而影響水稻的生產(chǎn)。褪黑素是廣泛存在于高等植物中的抗氧化效應(yīng)分子，對(duì)多種非生物脅迫存在響應(yīng)。本文以寧粳8號(hào)為研究對(duì)象，實(shí)施不同濃度（1、50、100 mg/L）褪黑素浸種處理機(jī)插大田試驗(yàn)。結(jié)果表明，50 mg/L的中濃度褪黑素處理效果最好，可以降低秧苗株高，提高秧苗發(fā)根力，增強(qiáng)根系活力，提高葉綠素的含量，加快緩苗返青，且不減少水稻產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞 水稻；寧粳8號(hào)；褪黑素；浸種；植傷修復(fù)；形態(tài)指標(biāo)；產(chǎn)量構(gòu)成

中圖分類號(hào) S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）19-0009-03

種子處理主要是應(yīng)用生物、物理、化學(xué)方法和手段，為農(nóng)作物種子提供保護(hù)，以促進(jìn)作物健康出苗。種子處理不僅可以促進(jìn)作物生育安全，使作物健康茁壯成長(zhǎng)，而且與作用于植物葉面的植保產(chǎn)品相比，種子處理劑能以很低的用量和較明顯的效果調(diào)控植物的生長(zhǎng)過程。種子處理技術(shù)主要包括種子包衣、種子丸?；⒔N、拌種等。

研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素是廣泛存在于高等植物中具有重要生理功能的多效性分子[1-3]。有研究表明，褪黑素通過促進(jìn)細(xì)胞膨大以促進(jìn)生長(zhǎng)，并可以通過誘導(dǎo)中柱鞘細(xì)胞產(chǎn)生新的根原基，增加側(cè)生根的長(zhǎng)度和數(shù)量，促進(jìn)根系發(fā)育[4-5]。王英利等[6]發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素對(duì)增強(qiáng)UV-B輻射下生長(zhǎng)的綠豆有防護(hù)作用。Lei等[7]以胡蘿卜懸浮細(xì)胞為材料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，加入外源褪黑素降低了低溫脅迫下細(xì)胞的凋亡。Zhao等[3]報(bào)道，褪黑素提高了低溫脅迫下大花紅景天（Rhodiola crenulata）愈傷組織的存活率。一些研究還發(fā)現(xiàn)，褪黑素對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[8]。用外源褪黑素處理貫葉連翹，促進(jìn)了根的形成[9]；Arnao等[10]用高濃度褪黑素短期處理羽扇豆（Lupinus albus L.）的下胚軸、子葉，發(fā)現(xiàn)褪黑素可以促進(jìn)下胚軸形成不定根，子葉也顯著擴(kuò)展。

目前，褪黑素在水稻生產(chǎn)中的應(yīng)用較少，不同濃度褪黑素對(duì)水稻秧苗的形態(tài)及生理生化方面的影響還尚不清楚。本試驗(yàn)從水稻育秧的角度，通過常規(guī)粳稻寧粳8號(hào)的浸種試驗(yàn)及其形態(tài)和產(chǎn)量分析[11]，以期為寧粳8號(hào)的推廣和水稻機(jī)插育秧技術(shù)的完善提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2017年5—11月在丹陽市延陵鎮(zhèn)寶林農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均降雨量882 mm，平均氣溫16.4 ℃。供試土壤為黃白土，0～20 cm土層土壤基礎(chǔ)理化性狀：pH值6.31，有機(jī)質(zhì)23.2 g/kg，全氮1.125 g/kg，速效磷23.8 mg/kg，速效鉀251.2 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物為常規(guī)粳稻品種寧粳8號(hào)。試驗(yàn)使用的褪黑素為普通商用試劑（麥克林化學(xué)試劑有限公司），純度為92%，按需配制相應(yīng)濃度溶液。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取充實(shí)飽滿的種子浸泡于45 ℃的0.3%乙醇消毒水中5 min。共設(shè)4個(gè)浸種處理，即選取4份消毒后種子，分別轉(zhuǎn)移至盛有清水（CK）、1 mg/L褪黑素（TL）、50 mg/L褪黑素（TM）和100 mg/L褪黑素（TH）的相應(yīng)溶液中浸種。48 h后，取出種子，用清水沖洗稻種3遍，然后采用常規(guī)育秧方法機(jī)械育秧。

1.4 試驗(yàn)實(shí)施

試驗(yàn)于6月1日播種，6月15日移栽，采用井關(guān)（PZ640）乘坐式高速插秧機(jī)作業(yè)，栽植規(guī)格為30 cm×14 cm。試驗(yàn)在移栽前和移栽后6、9、12 d分別取樣30株，成熟期獲取產(chǎn)量數(shù)據(jù)，3次重復(fù)。其他大田管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培一致。

1.5 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.5.1 形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定。取樣測(cè)定秧苗地上部鮮重、株高、莖粗、根數(shù)等形態(tài)指標(biāo)及根系活力和干物質(zhì)重，各指標(biāo)測(cè)量方法如下：①鮮重，獲取樣品用精度為0.01的分析天平稱量；②株高，使用米尺測(cè)量水稻秧苗從根系著生點(diǎn)起向上至綠色葉片頂端距離為株高；③莖粗，使用直尺測(cè)量水稻秧苗根系著生點(diǎn)以上1 cm處莖稈寬度為莖粗；④根數(shù)，在秧苗栽后6、9、12 d觀察新生白根數(shù)，并記錄。

1.5.2 根系活力的測(cè)定。參照李玉祥等[12]的方法，采用α-萘胺法進(jìn)行根系活力的測(cè)定。

1.5.3 葉綠素含量的測(cè)定。準(zhǔn)確稱取0.1 g新鮮秧苗葉片置于10 mL 95%乙醇中避光提取36 h，在波長(zhǎng)652 nm處測(cè)定吸光度值并按下式計(jì)算：

CT=A652×1 000/34.5

1.6 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行初步分析，并繪制圖表。運(yùn)用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并使用t-test在P<0.05的水平下進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度褪黑素浸種對(duì)水稻秧苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 對(duì)水稻秧苗株高的影響。由圖1可知，與CK相比，不同濃度褪黑素對(duì)寧粳8號(hào)浸種處理后的株高具有一定的影響，其變化隨時(shí)間的推移有增大的趨勢(shì)。與CK相比，秧苗栽后6 d時(shí)，處理TL與處理TH秧苗株高顯著低于CK，降幅分別為11.33%和12.67%，處理TM降幅7.33%，未達(dá)到差異顯著水平。秧苗栽后9 d時(shí)，處理TL與處理TH秧苗株高依然顯著低于CK，分別降低了14.38%和13.07%；而處理TM秧苗株高有所增加，與CK相比差異不明顯，與處理TL、TH之間差異進(jìn)一步擴(kuò)大?？梢钥闯?，低濃度和高濃度褪黑素對(duì)水稻秧苗栽后的株高存在一定的抑制作用，中濃度褪黑素處理的秧苗株高有所降低，但與CK之間未達(dá)到差異顯著水平。

2.1.2 對(duì)水稻秧苗莖粗的影響。由圖2可知，與CK相比，秧苗栽后6 d時(shí)，處理TL與處理TM秧苗莖粗分別增加10.21%、8.45%，處理TH莖粗降低3.95%，差異均不顯著；栽后9 d時(shí)，處理TM莖粗增大10.53%，與CK之間差異顯著，同時(shí)處理TL莖粗相比CK略有增加，處理TH則低于CK，但各處理與CK之間差異均不顯著。由此表明，中低濃度褪黑素在一定時(shí)間內(nèi)可以促進(jìn)秧苗莖粗的增加，其中中濃度褪黑素處理效果更為顯著，而高濃度褪黑素處理則存在一定的抑制作用。

2.1.3 對(duì)水稻秧苗根數(shù)的影響。由圖3可知，褪黑素處理對(duì)秧苗根數(shù)影響顯著。與CK相比，栽后6 d時(shí)，各濃度褪黑素處理的根數(shù)均顯著增加；在栽后9 d時(shí)，處理TM根數(shù)持續(xù)增加，平均達(dá)4.6條，數(shù)量顯著高于其他各處理，而處理TL和處理TH的根數(shù)與CK相似，但相比第6天有所下降。由此表明，褪黑素浸種處理在一定程度上能促進(jìn)水稻秧苗根系的生長(zhǎng)，但不同濃度的褪黑素處理在時(shí)間效果上存在較大差異。

2.1.4 對(duì)水稻秧苗鮮重的影響。由圖4可知，栽后12 d時(shí)，與CK相比，中濃度褪黑素（處理TM）可以顯著提高秧苗地下部及地上部鮮重，使其分別增加31.69%和64.69%，地上部鮮重的增幅更大；低濃度褪黑素（處理TL）對(duì)秧苗的鮮重沒有顯著影響，而高濃度處理（處理TH）秧苗鮮重相比CK略有下降，但并未達(dá)到差異顯著水平。表明各濃度處理中，中濃度褪黑素對(duì)秧苗的生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用。

2.2 不同濃度褪黑素浸種對(duì)水稻秧苗根系活力的影響

由圖5可知，栽后秧苗的根系活力均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，各濃度褪黑素處理不同程度地提高了秧苗的根系活力，其中中濃度褪黑素處理效果最佳。在栽后當(dāng)天（第0天，褪黑素浸種處理12 h）褪黑素即顯著提高了秧苗的根系活力，各處理中以處理TM秧苗根系活力最高，增幅為74.50%，處理TL、TH次之，二者效果相似，增幅約為45%；在第6天時(shí)，處理TM、TL根系活力持續(xù)增加，顯著高于CK，同時(shí)處理間差異顯著，而處理TH根系活力增幅下降，與CK相比差異不明顯；到第9天，各處理根系活力均有所下降，但處理間差異與第6天結(jié)果相似；隨著時(shí)間推移，各處理根系活力在第12天時(shí)進(jìn)一步下降，其中處理TM根系活力依然最高，約為CK的1.6倍。因此，中濃度褪黑素對(duì)秧苗根系的活化效果最好，低濃度次之，高濃度褪黑素處理效果不明顯；中濃度褪黑素處理秧苗根系活力值下降幅度較低，表明其處理后效更長(zhǎng)。

2.3 不同濃度褪黑素浸種對(duì)水稻秧苗葉綠素含量的影響

由圖6可知，與CK相比，栽后第6天時(shí)，處理TL、TH葉綠素含量均顯著高于CK，分別增加了18.04%、21.87%，處理TM與CK葉綠素含量相差不大；栽后第9天時(shí)，處理TM葉綠素含量顯著增加，較CK增加15.87%，達(dá)到顯著水平，處理TL與處理TH葉綠素含量分別降低11.25%、17.71%，其中處理TH與CK差異顯著。

2.4 不同濃度褪黑素浸種對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，褪黑素浸種處理使寧粳8號(hào)的產(chǎn)量有略微的提升，但與清水對(duì)照無顯著差異。與CK相比，處理TH顯著提高了水稻的穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，但千粒重與CK相比顯著降低，因此處理TH的最終產(chǎn)量?jī)H略微增加。處理TM的結(jié)實(shí)率顯著高于CK，由于其他產(chǎn)量構(gòu)成因素與CK相差不大，故產(chǎn)量與CK無顯著差異，處理TL與處理TM變化保持一致。值得指出的是，不同濃度的褪黑素浸種處理后均提高了寧粳8號(hào)的結(jié)實(shí)率，與CK相比差異明顯。

3 結(jié)論與討論

目前，有關(guān)褪黑素對(duì)植物生長(zhǎng)影響的研究眾多。褪黑素能通過促進(jìn)細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)來促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，同時(shí)也參與調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多種酶的活性和光合作用[10-11]。在IAA和褪黑素的生理對(duì)比試驗(yàn)中，兩者均能促進(jìn)小麥胚芽鞘的生長(zhǎng)，但褪黑素對(duì)胚芽鞘的促生效果只能達(dá)到IAA促生效果的30%；并且褪黑素對(duì)單子葉植物的根系生長(zhǎng)存在一定的抑制作用[8]。

雖然褪黑素對(duì)植物生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)制不清楚，但是所有的結(jié)果表明，褪黑素在植物生長(zhǎng)調(diào)控中可起到積極作用。本研究結(jié)果表明，褪黑素可以促進(jìn)緩苗期內(nèi)秧苗的生長(zhǎng)，提高秧苗鮮重，增加莖粗，其中50 mg/L的褪黑素處理效果最好，與王 蕊等[13]的研究結(jié)果相似。秧苗在機(jī)插過程中會(huì)造成一定的植傷，植物在根系損傷后為了適應(yīng)新的環(huán)境，會(huì)長(zhǎng)出許多不定根來提高獲取氧氣的能力[14-15]。

據(jù)報(bào)道，褪黑素存在濃度差異的根系生長(zhǎng)調(diào)控作用，1 μmol/L褪黑素使植物不定根明顯再生，而10 μmol/L褪黑素則會(huì)對(duì)再生作用產(chǎn)生抑制[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，中濃度褪黑素處理可以提高秧苗栽后的生根能力，同時(shí)不同濃度的褪黑素處理均不同程度地提高了秧苗的根系活力，其中中濃度和低濃度的褪黑素處理的根系活力均顯著增加，而中濃度褪黑素處理的效果最佳；另一方面，褪黑素處理后對(duì)秧苗根數(shù)顯著增加，這可以減緩斷根后的損傷，促進(jìn)秧苗對(duì)養(yǎng)分和水分吸收能力，加速機(jī)插秧緩苗，縮短返青期[16-18]。

此外，植物在遭受植傷后，其自身的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，膜脂過氧化加劇，加速葉綠素降解，影響植株的光合作用，最終使干物質(zhì)積累下降[19]。相關(guān)研究表明，褪黑素改變了蘋果樹的代謝活動(dòng)，減緩可溶性蛋白含量的降低，提高葉綠素含量和光合作用，延緩植株的衰老；外源褪黑素抑制了正常條件下葉綠素含量的減小和PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，同時(shí)也使葉綠素轉(zhuǎn)錄水平的關(guān)鍵降解基因、脫鎂葉綠酸a加氧酶和與衰老相關(guān)的基因的表達(dá)降低[20-21]。本研究中，中濃度褪黑素處理顯著提高了秧苗葉綠素含量，與前人研究結(jié)果一致。產(chǎn)量方面，所有褪黑素處理都顯著提高了寧粳8號(hào)的結(jié)實(shí)率，略微提高了其產(chǎn)量，但效果都不顯著。高濃度褪黑素處理顯著提高了水稻的穗粒數(shù)，但由于千粒重顯著降低，使得最終產(chǎn)量與清水對(duì)照差異不明顯，其他處理的產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)與清水對(duì)照大致相似。

綜上所述，50 mg/L褪黑素浸種處理可以顯著降低植傷對(duì)寧粳8號(hào)水稻秧苗緩苗期的負(fù)面影響，降低秧苗株高，提高秧苗生根能力，增強(qiáng)根系活力和提高葉綠素的含量，加速秧苗栽后的植傷修復(fù)，加快秧苗緩苗返青，提高結(jié)實(shí)率。1 mg/L褪黑素處理對(duì)秧苗植傷修復(fù)效果較弱，而過高濃度（100 mg/L）的褪黑素處理對(duì)秧苗的生長(zhǎng)存在一定的副作用。

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