红三叶种子对纳米铁的响应研究_李羽超.pdf
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1、书书书农业科学农业与技术2023,Vol.43,No.06红三叶种子对纳米铁的响应研究李羽超1莫海凤1王田2祁兆奔1刘权1(1.兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州 730000;2.平凉市农业科学院,甘肃 平凉 744000)摘要:为了探究纳米铁对豆科牧草红三叶种子发芽和幼苗早期生长的影响,本文选用了 2 个发芽率不同的品种为供试材料,设置 0mgL1、20mgL1、50mgL1、100mgL1共 4 个施纳米铁处理,测定不同天数红三叶种子的发芽情况和生长指标及多糖和异黄酮含量。结果表明,2 个品种的发芽率和幼苗生长情况差异显著,虽然本文所进行的纳米铁处理对红三叶种子发芽率影响较小,但有利于
2、提高种子活力指数,同时并未表现出毒害效果,对幼苗生长有一定促进作用。本文结果将对红三叶种植过程中纳米肥料的使用提供理论指导。关键词:纳米铁;红三叶;种子萌发;幼苗生长中图分类号:S3文献标识码:ADOI:10.19754/j.nyyjs.20230330001收稿日期:20221128基金项目:国家自然科学基金(项目编号:31971763);红三叶高值化开发利用创新创业示范基地(项目编号:20CX9NA106)作者简介:李羽超(1998),男,硕士在读。研究方向:草原生态化学研究;通讯作者刘权。前言近年来,纳米材料在农业上的应用越来越广泛1。许多研究表明施用纳米肥料能促进种子萌发、减少化肥施用
3、、提高作物抗性、增加产量、改善品质24。纳米铁对植物生长的影响主要是通过提高光合速率和增强植物抗氧化能力两条途径5。Waqas 等6 发现,纳米铁能通过提高干旱胁迫的亚麻植物中光合色素水平,增强抵抗干旱胁迫的能力。纳米铁氧化物能通过提高玉米细胞中铁含量,增强植物抗氧化能力,显著促进生长,增加地上部可溶性蛋白含量7。有研究认为纳米铁作为种子引发剂,能提高柳枝稷种子活力并促进幼苗生长,是通过缩短吸涨后的滞后时间、活化发芽相关的酶活性、增加萌发代谢物的积累、修复种子损伤和渗透调节 5 个方面实现种子萌发的促进作用8。akesh 等9 证实了用 50ppm 纳米 Fe3O4代替传统铁源,能显著提高水稻
4、种子的发芽率、活力指数、含水量和干重。红三叶(Trifolium pratense L),是一种利用价值很高的牧草,其产量高,品质优良,在国内外分布广泛,是家畜的优良饲料。红三叶具有很高的药用价值,其提取物中的异黄酮具有防止乳腺癌,提高机体免疫功能,抑制前列腺增生,预防骨质疏松,缓解更年期综合症等作用10,11,而且是该植物种群竞争和环境适应的主要物质之一12。红三叶是建植混播草地的优良草种,但实践表明红三叶存在幼苗不易顺利出土13,苗期生长缓慢的问题14,需要采取一些措施来提高红三叶种子活力。利用纳米铁作为种子引发剂,提高红三叶种子萌发效率和幼苗生长活力的相关研究尚未见报道。本研究所用的纳米
5、铁材料为由 Fe3O4包裹的铁单质,同时具有单质铁和氧化铁的特性。设置 4 个浓度的纳米铁(0mgL1、20mgL1、50mgL1、100mgL1)处理,观察对 2 个品种红三叶种子萌发和幼苗生长特性的影响,旨在探究纳米铁在红三叶种子萌发时期对其影响及作用机制,为牧草种植管理提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料试验材料:本试验所用 400 mgL1纳米铁(粒径 43.5nm)来自甘肃谷硕纳米农业科技有限责任公司。“海发”(HF)、“瑞德”(D)红三叶种子购买于兰州种子市场。1.2种子发芽试验先用清水清洗种子 5min,用 2%次氯酸钠溶液浸泡 30min,再用蒸馏水清洗,待用。用蒸馏水将4
6、00mg L1纳米铁溶液稀释至20mg L1、50mg L1、100mg L1,用吸管取20mg L1、50mgL1、100mgL1的纳米铁溶液 5mL 放入铺有 2 层滤纸、内径为 9cm 的一次性培养皿中,标记各处理。将红三叶种子摆放入培养皿,盖上培养皿盖子,置于 25C 恒温培养箱中培养,光照条件为 12hd1。每日向培养皿添加适量蒸馏水,保持滤纸湿润。以未添加纳米铁溶液的作为对照。每个处理重复 3 次,每个培养皿放置 100 粒红三叶种子。将培养得到的植物幼苗全株于 60下烘干,粉碎12023,Vol.43,No.06农业与技术农业科学得到植物样品。取 10mg 植物样品,加入 300
7、L40%乙醇溶液,在 50 下超声提取 30min,得到待测液,进行异黄酮和多糖的测定15。1.3数据采集1.3.1种子发芽率和发芽势的测定分别于红三叶种子培养第 1 天、第 2 天、第 3天、第 4 天、第 5 天和第 7 天,统计种子发芽情况。利用第 3 天发芽情况计算发芽势,第 7 天计算发芽率。于第 4 天、第 5 天、第 6 天、第 7 天和第 10 天,分别从每个培养皿取 5 株长势良好的红三叶幼苗,测定芽高、根长和生物量。种子发芽率(%)=发芽种子数/供试种子总数100%发芽指数的计算:GI=(Gt/Dt)式中,Gt 为发芽试验终期内每日发芽数;Dt 为发芽日数;为总和。活力指数
8、的计算:VI=GIS式中,GI 为发芽指数;S 为幼苗重量,g。1.3.2幼苗异黄酮含量的测定红三叶异黄酮含量的测定采用分光光度法。以芒柄花素为标准品,准确配制浓度为 0.057mgmL1的标准溶液。分别准确移取 0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL、1mL、2mL、3mL 于 7 个 10mL 容量瓶,用40%乙醇分别定容,摇匀后于 275nm 处测定吸光值,参比为空白试剂。取样品提取液按上述方法于 275nm处测定吸光值,计算样品中的异黄酮含量。1.3.3幼苗多糖含量的测定多糖含量的测定采用苯酚硫酸比色法16,17。用蒸馏水配制 0.1mgmL1葡萄糖标准液,分别取 0mL、0.
9、1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL 和0.5mL 的 0.1mgmL1葡萄糖标准液于 10mL 的试管中,分别加入 0.5mL、0.4mL、0.3mL、0.2mL、0.1mL 和0mL 蒸馏水,再依次向各试管中加入 0.5mL 浓度为 5%的苯酚溶液和2.5mL 浓硫酸,摇匀,室温静置 30min,测定每个样品于 490nm 处的吸光值。取 0.1mL 的样品溶液置于10mL 试管,加入 0.4mL 蒸馏水,如上操作计算样品中的多糖含量。1.4数据分析使用 Excel 2016 软件整理数据,SPSS Statistic 24.0进行数据统计分析和差异显著性检验,显著性水平为P0.05
10、。使用单因素(Oneway ANOVA)和 Duncan法进行方差比较和多重比较。2试验结果本试验通过分析检测纳米铁对红三叶种子在不同天数发芽率的变化,以及幼苗芽高、根长、生物量和次生代谢物的影响,研究其对红三叶种子萌发的影响情况。2.1纳米铁对种子发芽的影响为了充分了解纳米铁的作用效果,本文选用了发芽率具有显著性差异的 2 个红三叶品种进行,“海发”种子在不同处理下的发芽率均显著高于“瑞德”种子,约 60%的“海发”种子在试验第 1 天就已萌发,而“瑞德”种子在第 1 天的发芽率仅有约 30%,在第2 天才能达到 60%左右的发芽率。如图 1 所示,虽然纳米铁在第 1 天和第 2 天对 2
11、个品种的发芽率都有一定的促进作用,特别是高浓度处理,但整体而言,纳米铁对“瑞德”与“海发”种子的发芽率无显著影响。注:a、b 分别为“瑞德”和“海发”种子的发芽率;D1、D2、D3、D4、D5、D7 表示天数;0、20、50、100 表示不同浓度的纳米铁处理。图 1纳米铁对红三叶种子发芽率的影响2.2纳米铁对幼苗生长的影响2.2.1芽高如图 2 所示,2 个品种幼苗生长在第 4 天、第 5天、第 6 天和第 7 天存在显著差异,未添加纳米铁处理中“瑞德”品种的芽高均显著低于“海发”。纳米铁处理后的“瑞德”在第 4 天芽高显著增加,和“海发”幼苗无显著性差异,但在随后的时间里与未添加处理无显著差
12、异,“瑞德”芽高均小于“海发”。在第 10 天时,2 个品种芽高已无显著性差异。综合幼苗生长410d 的情况来看,纳米铁对“瑞德”幼苗影响相对较大,特别是在第 4 天。而“海发”幼苗在施加20mgL1纳米铁的处理下芽高略高于其他处理。2农业科学农业与技术2023,Vol.43,No.06注:小写字母表示与对照组在 P0.05 水平差异显著;下同。图 2纳米铁对红三叶幼苗芽高的影响2.2.2根长如图 3 所示,在幼苗生长的 410d 中,各处理下“海发”幼苗的根长均极显著高于“瑞德”幼苗(P0.01)。与对照相比,不同浓度的纳米铁对“海发”幼苗的根长无显著性影响。对于“瑞德”幼苗,仅在幼苗生长第
13、 4 天时,20mgL1处理根长显著高于对照。综合幼苗生长 4 10d 的情况来看,“瑞德”幼苗在100mgL1的纳米铁处理下根长略高于其他处理,“海发”幼苗在 50mgL1的纳米铁处理下根长略高于其他处理。2.2.3生物量纳米铁对幼苗生物量的影响如图 4 所示,幼苗生长第 4 天时纳米铁处理的“瑞德”幼苗生物量均显著高于对照组,但幼苗生长 510d 时,“瑞德”各处理之间无显著性差异。“海发”幼苗生长 410d 中,不同处理下幼苗生物量均无显著性差异。2 种品种相比,相同处理下“海发”幼苗生物量显著高于“瑞德”。从图 3 中观察可得,幼苗生长至第 6 天前,施加一定浓度的纳米铁的幼苗生物量略
14、高于对照组,但在生长第 7 天后,施加纳米铁的处理生长速率放缓,对照组生物量略高于施铁处理。图 3纳米铁对红三叶根长的影响图 4纳米铁对红三叶生物量的影响从表 1 可知,2 种品种相比,“海发”的发芽指数和活力指数均显著高于“瑞德”,但同一品种不同处理之间种子的发芽指数无显著差异,说明纳米铁对红三叶种子发芽无显著性影响。“瑞德”的活力指数远低于“海发”,约为“海发”的 1/2。纳米铁处理对红三叶种子活力具有一定影响,“瑞德”100mgL1处理显著高于对照,“海发”50mgL1处理显著高于对照。2.3纳米铁对幼苗代谢的影响植物的次生代谢反映了植物适应生态环境的结32023,Vol.43,No.0
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