不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽的影響

賴 鈺，汪 瑞，李 鑫，沈榮晨，劉浩林，孫光聞*

（1.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642；2.華南農業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642）

隨著納米技術研究的不斷深入，納米材料在農業(yè)上的應用也越來越多[1]。納米材料主要分為碳納米材料、金屬氧化物納米材料、零價金屬納米顆粒、量子點以及有機聚合物納米材料5大類[2]。目前針對植物研究較多的是碳納米材料、金屬氧化物納米材料和零價金屬納米顆粒，而針對有機聚合物類納米材料在植物上的應用研究較少。石墨相氮化碳納米材料是一種非金屬的有機聚合物半導體，其化學和熱穩(wěn)定性好、無毒、易制備且原料便宜易得，同時具有十分良好的光催化性[3]。因此，石墨相氮化碳納米材料在農業(yè)上具有十分廣泛的應用前景。生菜是一種富含礦物質和維生素的蔬菜，具有較高的營養(yǎng)價值，在世界范圍內被廣泛消費[4-5]，而生菜種子休眠期較長，對外界環(huán)境的要求較高，因此研究如何提高生菜種子的發(fā)芽率十分有意義[6]。試驗通過對2種生菜種子施用不同用量的石墨相氮化碳納米材料，探尋促進生菜種子萌發(fā)的最適石墨相氮化碳納米材料用量，旨在為今后石墨相氮化碳納米材料在農業(yè)上的推廣應用提供指導依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為全年耐抽薹意大利生菜和紅脆香生菜，均購于當?shù)胤N子市場。石墨相氮化碳納米材料由華南農業(yè)大學林學與風景園林學院提供。

1.2 試驗方法

試驗于2018年10月3日至10月17日在華南農業(yè)大學園藝學院設施園藝實驗室進行。將生菜種子浸泡在5%次氯酸鈉中10 min，然后用無菌水洗滌3次。試驗共設置5個處理（T1、T2、T3、T4、CK），即石墨相氮化碳納米材料用量分別為50、100、150、200 mg/L，用無菌水作為對照，每個處理3次重復。選擇滅菌后的培養(yǎng)皿15個，并鋪上2層干凈的濾紙，然后各加入對應處理濃度的石墨相氮化碳納米材料5 mL，并將殺菌后的生菜種子均勻地鋪在濾紙上，每個培養(yǎng)皿放置種子30粒。將培養(yǎng)皿放入20 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，每天上午9點觀察并記錄生菜種子的發(fā)芽情況。

1.3 測定項目及方法

每天觀察并記錄培養(yǎng)皿種子發(fā)芽情況，第3天作為統(tǒng)計發(fā)芽勢的截止日，第7天作為統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的截止日，并在第7天測量種子的胚根長和胚芽長。發(fā)芽勢=發(fā)芽勢統(tǒng)計截止日培養(yǎng)皿中種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽率=發(fā)芽率統(tǒng)計截止日培養(yǎng)皿中種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)＝∑（Gt/Dt），其中，Gt表示不同天數(shù)內種子發(fā)芽數(shù)，Dt表示發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據分析

試驗數(shù)據采用SPSS和Excel 2013進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同用量石墨相氮化碳納米材料對意大利生菜和紅脆香生菜種子發(fā)芽勢的影響

由表1可知，與對照相比，納米材料用量在50、100、150 mg/L時，意大利生菜種子的發(fā)芽勢都有所增加，分別增加了18.18%、15.91%、15.91%，但差異都不顯著；石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時，發(fā)芽勢減少。與對照相比，石墨相氮化碳納米材料用量在50、100、150、200 mg/L時，紅脆香生菜種子的發(fā)芽勢都有所增加，其中以100 mg/L用量下的效果最好，相比對照增加了55.60%，但5個處理間差異都不顯著。

2.2 不同用量石墨相氮化碳納米材料對意大利生菜和紅脆香生菜種子發(fā)芽率的影響

由表2可知，與對照相比，納米材料用量在50、100、150 mg/L時，意大利生菜種子發(fā)芽率都有不同程度的增加，其中納米材料用量在100 mg/L時效果最好，相比對照增加了23.89%，且差異顯著；石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時，意大利生菜種子的發(fā)芽率減少。紅脆香生菜種子的發(fā)芽率在所有納米材料的用量下較對照都有不同程度的增加，但差異不顯著；其中在150 mg/L時效果最好，相比對照增加了27.97%。

表1 不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽勢的影響

表2 不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽率的影響

2.3 不同用量石墨相氮化碳納米材料對意大利生菜和紅脆香生菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由表3可知，與對照相比，石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時，意大利生菜種子的發(fā)芽指數(shù)減少，與對照差異顯著，其他用量下種子的發(fā)芽指數(shù)都有不同程度增加，其中以100 mg/L時的效果最佳，相比對照增加了21.33%，差異顯著。與對照相比，紅脆香生菜種子的發(fā)芽指數(shù)在所有納米材料的用量下都有不同程度的增加，但差異均不顯著，其中在150 mg/L時效果最好，相比對照增加了28.09%。

2.4 不同用量石墨相氮化碳納米材料對意大利生菜和紅脆香生菜種子胚根長的影響

由表4可知，與對照相比，納米材料用量在50、100、150、200 mg/L時，意大利生菜的胚根長度都有不同程度增加，其中納米材料用量在150 mg/L時效果最明顯，相比對照增加了24.8%，且差異顯著。與對照相比，納米材料用量在50、100、150 mg/L時，紅脆香生菜種子的胚根長沒有顯著差異，當納米材料用量在200 mg/L時，胚根長相比對照增加了37.20%，且差異顯著。

2.5 不同用量石墨相氮化碳納米材料對意大利生菜和紅脆香生菜種子胚芽長的影響

由表5可知，不同處理下，意大利生菜種子和紅脆香生菜種子胚芽長與對照相比差異不顯著。其中，50 mg/L處理下，意大利生菜的胚芽最長，而紅脆香生菜種子胚芽在200 mg/L的處理下最長。

3 結論與討論

表3 不同用量納米材料對生菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

表4 不同用量納米材料對生菜種子胚根長的影響

表5 不同用量納米材料對生菜種子胚芽長的影響

納米材料可以促進種子的萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，nPd、nCu、nAu可以促進萵苣種子的萌發(fā)[7]；多壁碳納米管可以促進番茄種子的發(fā)芽，向番茄種子培養(yǎng)基添加多壁碳納米管，番茄種子發(fā)芽率提高了40%[8]；600 mg/L的氧化石墨烯可以顯著促進紅豆種子的萌發(fā)[9-10]。除此以外，納米材料還可以促進根的伸長。質量濃度為30 mg/L 的碳納米洋蔥溶液對鷹嘴豆種子培養(yǎng)10 d后，根的生長得到了顯著促進[11]；2 g/L的多壁碳納米管可以促進油菜、黑麥草、玉米根的伸長，但是在萵苣、黃瓜、蘿卜上并沒有表現(xiàn)出相同的效果[12]。

但也有研究發(fā)現(xiàn)納米材料對種子萌發(fā)存在抑制現(xiàn)象，對于不同的作物效果也不相同。質量濃度為10～40 mg/L的單壁碳納米管溶液對水稻種子萌發(fā)有延遲作用[13]；氧化石墨烯在質量濃度適宜時（400、800 mg/L）可促進蠶豆根的生長，但濃度過低（100、200 mg/L）和過高（1 600 mg/L）會對蠶豆根伸長起抑制作用[14-15]；有人對大麥、玉米、大豆、水稻、柳枝稷以及番茄等6種作物種子進行了研究，發(fā)現(xiàn)碳納米角（一種新型納米材料，為一端封閉的錐形結構）促進種子萌發(fā)現(xiàn)象只在特定的作物中出現(xiàn)，并且不同作物的種子對添加不同濃度的碳納米角表現(xiàn)出不同的敏感性[16]。

本試驗表明，石墨相氮化碳納米材料用量在50～150 mg/L時，可以促進生菜種子的萌發(fā)；對于不同品種的生菜種子，最適的石墨相氮化碳納米材料用量也不盡相同，意大利生菜種子最適的石墨相氮化碳納米材料用量為100 mg/L，紅脆香生菜的最適用量為150 mg/L；當石墨相氮化碳納米材料用量達到200 mg/L時，對生菜種子萌發(fā)的促進效果減小甚至抑制；較高用量（150、200 mg/L）的石墨相氮化碳納米材料可以促進生菜種子胚根的伸長；施加石墨相氮化碳納米材料對胚芽長的影響不顯著。