光照强度和氮水平对油菜种子萌发特性的影响

李晓丹,童思迪,张丽辉

(1.丹东海关技术中心,辽宁 丹东 118000; 2.吉林省功能生物分子工程研究中心,吉林 长春 130032)

植物生长过程中会受很多因素的影响,其中光照和氮素就是两大重要影响因素。光照对植物的生理代谢和生长发育都必不可少,是光合作用的能量来源,光环境的不同,植物的生长发育情况也明显不同[1]。氮是植物生长过程中需求量最大的营养元素,氮的有效利用能够促进植物的光合作用[2]。而氮的代谢也取决于光照,高强度的光照条件能够提高植物的光合速率,并增加对氮素的利用和积累。二者处于平衡状态能发挥最好的互作效应,提高光合作用和有机物的积累,促进植物的碳氮分配和代谢。许多学者对光氮互作下植物的生长性状进行了研究[3-6],施福军等[7]研究发现施氮和遮阴的适宜组合能显著提高闽楠渗透调节能力,提高光能利用率,促进光合作用,而缺氮、过量施氮、全光或过度遮阴都对闽楠的正常生理代谢产生不利影响;苗妍秀等[8]研究认为蓝光与低氮的组合对提高游离氨基酸的含量以及可溶性蛋白的含量有显著效果,促进芹菜幼苗的干物质积累,进而促进幼苗的生长发育;黄丽芬等[9]的研究显示当受到弱光胁迫时,随着氮素水平的升高,水稻的株高更高,叶片SPAD值和叶面积更大,且随着氮素水平的升高而愈加明显;高志英等[10]研究表明遮阴条件下,玉米的生长发育受到抑制,且相对于中高氮处理,低氮处理更有利于玉米干物质积累。所以如果协调好光照强度和氮素浓度的关系,就能够通过改善碳氮代谢,进而促进植物生长。

油菜(BrassicanapusL.),又称为油白菜,为十字花科、芸薹属植物,油菜中的维生素C含量很高,且营养丰富,喜湿润气候生长,如中国的南方。油菜作为我国植物油第一大油源,能够为我国提供优质食用油,发展油菜种植也有利于缓解人口和食用油需求间的矛盾。而油菜生产利用的是冬闲田,与其他粮食作物互不影响,我国目前空有许多冬闲田,油菜产业有巨大发展潜力,应大力发展油菜生产。目前,光照或氮素单因素对油菜生长性状的影响已有相关研究,邓彤彤[11]研究发现遮光30%直播条件下,耐受型油菜在株高、壁厚占显著优势,且抗折力越大,其抗倒伏能力越强;刘涛等[12]实验表明施氮明显改善冬油菜苗期的生长,显著增加了叶片数、叶面积和叶片干重,但单位叶面积干重低于不施氮处理。以往的研究往往集中于单一的光照或氮素对植物生长发育的影响,关于光、氮及其互作对油菜种子萌发特性的影响及综合评价的研究较少。因此,本实验以油菜籽为实验材料,研究光照强度和氮素浓度及其互作对油菜种子萌发特性的影响,以期望通过合理的光氮组合,提高光能以及氮肥的利用率,科学指导油菜培育。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验采用“科丰”青帮油菜作为研究对象,用75 %的乙醇对大小均一、籽粒饱满的油菜种子进行消毒,消毒时间为10 min,用清水反复冲洗种子上残留的乙醇,将洗干净的种子放在消毒后且干洁的培养皿中待用。

1.2 实验方法

实验采用光氮双因素完全随机设计,光照(L)和氮素(N)各设置3个水平,共9个处理,每个处理4次重复。氮素形态为硝酸铵,3个施氮水平分别为0.4%(N1)、0.8%(N2)、1.6%(N3),以0.4%氮浓度为对照组。利用黑色遮阴网来控制光照,3个光照水平分别为全自然光照L1 (光照强度100%)、一层遮阳网L2(光照强度45%)、两层遮阳网L3(自然光照度25%)。在直径9 cm的一次性培养皿中,平铺3层滤纸,将50粒种子置于培养皿中,将培养皿置于25 ℃恒温光照培养箱中培养。为保证浓度不变,每24 h更换1次处理液。每天观察并记录种子发芽情况,以胚芽刚刚露白视为发芽。发芽结束后计算发芽率、发芽势和发芽指数,每个培养皿随机抽取5株幼苗,分别测量其芽鲜重,计算幼苗活力指数,具体方法和计算公式参照文献[13]。

1.3 数据统计与分析

采用Excel软件、SPSS 16.0 软件对数据进行单因素方差分析和多重比较,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 光、氮及其互作对油菜种子发芽率的影响

由表1方差分析结果可知,不同光照强度和光氮互作对油菜种子发芽率作用不显著(P>0.05),而不同氮浓度显著影响油菜种子发芽率(P<0.05)。由图1可知,在相同光照条件下,油菜种子的发芽率随着氮浓度的增加先上升后下降。在3种不同光照处理下,0.8%氮浓度处理的种子发芽率最高,1.6%氮浓度处理的种子发芽率低于其他两个处理组,但差异不显著(P>0.05),说明0.8%的氮浓度处理有利于提高种子的发芽率。

表1 光、氮及其互作对油菜种子萌发影响的方差分析结果

图1 不同处理油菜种子发芽率 图2 不同处理油菜种子发芽势

2.2 光、氮及其互作对油菜种子发芽势的影响

发芽势不仅可以反映种子发芽的整齐度,还可以体现种子的发芽速度,代表着种子活力的大小。由表1方差分析结果可知,不同光照强度和光氮互作对油菜种子发芽势作用不显著(P>0.05),而不同氮浓度对油菜种子发芽势作用显著(P<0.05)。由图2可以看出,种子发芽势随着氮浓度的增加呈现下降趋势。L1光照强度处理下,0.4%和0.8%氮浓度处理的种子发芽势显著高于1.6%氮浓度处理的种子发芽势(P<0.05)。在遮光为L2、L3条件下,1.6%氮浓度处理的种子发芽势明显低于其他两个处理组 (P<0.05),说明高浓度的氮素水平会抑制油菜种子的发芽势。

2.3 光、氮及其互作对油菜种子发芽指数的影响

种子活力的大小可通过发芽指数来体现。由表1方差分析结果可知,光照强度对种子发芽指数的影响不显著(P>0.05);氮浓度显著影响种子发芽指数(P<0.05);光氮互作间对种子发芽指数影响不显著(P>0.05)。由图3可知,在L1、L2光照条件下,发芽指数随着氮浓度的升高呈现先上升后下降的趋势,L3光照条件下,发芽指数随着氮浓度的升高呈现下降的趋势,其中以L2光照与0.8%氮浓度的组合种子发芽指数最高,为36.2%。在相同光照条件下,以1.6%氮浓度的种子发芽指数最低,显著低于其他处理组(P<0.05)。

图3 不同处理油菜种子发芽指数 图4 不同处理油菜种子活力指数

2.4 光、氮及其互作对油菜种子活力指数的影响

由表1方差分析结果可知,不同光照强度、氮素浓度及光氮互作均显著影响油菜种子活力指数(P<0.05)。由图4知,在L1光照下,种子的活力指数随着氮浓度的增加而逐渐下降,以1.6% 氮浓度处理组最低,显著低于其他两个处理组(P<0.05)。在L2、L3光照处理下,种子活力指数呈现先上升后下降的趋势,种子活力指数以1.6% 氮浓度处理组最低,显著低于其他两个处理组(P<0.05)。由此表明在高氮浓度供应下,适度遮光可以提高油菜种子的活力指数。

3 讨论与结论

光照和氮素是影响植物生长的两个重要因子。种子萌发的过程中,氮素作用明显。王鹤等[14]研究发现,氮素浓度显著影响番茄种子发芽特性。随着氮浓度的增加,种子的发芽势、发芽指数及活力指数均表现为低促进高抑制的现象,而发芽率呈增加趋势。李超等[15]研究发现,光照是影响灯笼树种子萌发的因素,黑暗处理下种子的发芽率和发芽势均极显著低于光照处理。李清源等[16]研究表明白光、红光条件下杉木种子的萌发率最高。徐波等[17]研究发现适度的光照条件有助于水蜡种子的萌发、茎的生长。本研究中,氮素水平会影响油菜种子的萌发和幼苗生长,中氮(0.8%)水平能促进种子的萌发,高氮(1.6%)会降低油菜种子的发芽势、发芽指数及活力指数从而影响种子的发芽。适当的遮光有利于油菜种子的萌发,但不利于油菜幼苗的生长。这可能是由于低强度的光照不利于光合作用的进行,进而影响幼苗生长过程中有机物的积累。光强和氮浓度交互作用显著影响油菜种子活力指数,但对发芽率等其他影响差异不显著。这与贾民隆等[18]的研究结果相同。可见,适当的减弱光强和增施氮肥可促进种子的萌发和幼苗的生长,但高浓度的氮素水平对种子发芽产生抑制作用。