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摘 要：以水稻种子为材料，在水培条件下，研究生物炭对铜胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响，结果表明，10 mg/L铜浓度对水稻的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重均有显著的抑制作用，铜胁迫下添加不同浓度的生物炭均能提高水稻种子萌发和幼苗生长，其中25 g/L的生物炭处理效果最好，不仅能提高水稻对铜胁迫的耐受性，还能促使水稻维持正常生命活动状态。
关键词：生物炭;铜胁迫;水稻;种子萌发;幼苗生长
文章编号：1005-2690（2021）18-0022-02 中国图书分类号：X173 文献标志码：B
铜既是植物生长发育必需的微量元素，又是环境污染的重金属元素[1]。铜是多种氧化酶的组分，也是叶绿体中质体蓝素的组分，参与了植物多种生理代谢过程，对植物生长发育、产量及品质都有重要影响[2-4]，但植物需铜数量不多，过量的铜会对植物产生毒害作用。研究发现，较高浓度的铜不仅使植物种子萌发受到显著抑制[5]，而且植物幼苗叶片丙二醛含量明显升高，叶绿素含量及生物量下降[6]。水稻是我国重要的粮食作物，因此研究如何提高水稻抗铜毒害能力有重要意义。生物炭是生物有机材料在缺氧环境中经过热裂解产生的固体，具有复杂的孔隙结构和极强的吸附性能。此外，生物炭中含有大量农作物生长所必需营养元素，可为农作物生长发育提供必要的养分，进而减少化肥施用[7]。研究发现，生物炭作为吸附剂，能够有效吸附环境中的重金属离子和有机污染物，减弱其对环境和生物体的毒害作用[8]。有研究表明，生物炭可以缓解铜污染对盘菜幼苗的伤害，利于调节盘菜幼苗的生理代谢[9]，也可以提高盐胁迫下水稻幼苗的抗氧化能力和对盐胁迫的耐受性[10]，但在水培条件下，生物炭如何缓解水稻萌发期及苗期遭受铜毒害却鲜见报道。
通过研究铜胁迫下生物炭对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，以期为生物炭能缓解水稻早期铜毒害及寻找最佳的生物炭添加量提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
水稻品种为农香24，由江西省上饶师范学院生命科学学院提供。
1.2 试验方法
1.2.1 处理溶液的制备
分别称取0.5 g、2.5 g、12.5 g生物炭，加入500 mL蒸馏水，混匀，25 ℃200 r/min恒温振荡2 h，滤除残渣，制备成1 g/L、5 g/L、25 g/L的生物炭浸提液。共设5个处理：用蒸馏水表示对照处理（CK），用0 g/L、1 g/L、5 g/L、25g/L的生物炭浸提液配制成含铜浓度为10 mg/L的溶液，分别表示为 T1、T2、T3及T4处理。
1.2.2 水稻种子萌发试验
首先挑选饱满、无黑点、无破皮的水稻种子，先消毒然后用清水浸种1 d，置于铺有两层滤纸的培养皿，每皿放50粒种子;然后将配制好的处理液分别加入培养皿，每个处理3次重复，每皿加液10 mL，每天更换处理液，室温条件下进行培养，以水稻根长等于谷长、芽长等于谷长的1/2作为种子发芽标准，每天记录发芽种子数，发芽的第7天测量水稻幼苗的苗高、根长、苗重、根重、单株鲜重，同时计算水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数。
1.3 数据处理
利用SPSS13.0软件对试验数据进行处理和分析。
2 结果与分析
2.1 生物炭对铜胁迫下水稻种子萌发的影响
从表1可以看出，T1处理的发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数比对照处理分别显著下降了96.27%、98.43%、96.59%、97.04%，说明10 mg/L铜浓度使水稻种子萌发期受到显著毒害作用。在10 mg/L铜胁迫下添加不同浓度的生物炭后，水稻种子的4项发芽指标均显著提高，同时T2处理除发芽势外发芽率、发芽指数及活力指数均显著小于对照处理。T3、 T4处理4项发芽指标均与对照处理差异不显著，其中T4处理的发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数都达到了峰值。由此说明，铜胁迫下水稻种子萌发明显受到抑制，而铜胁迫下添加不同浓度生物炭可以缓解铜的毒害作用，并且当生物炭添加量为25 g/L时，其缓解效果最好，有利于维持水稻的正常生命活动。
2.2 生物炭对铜胁迫下水稻幼苗生长的影响
由表2可知，与对照CK处理相比，T1处理的根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重显著降低了92.25%、16.84%、69.54%、28.64%、21.27%，说明10 mg/L铜胁迫对水稻幼苗生长产生显著的抑制作用，并且对地下部分根系生长的抑制作用明显大于地上部分的生长。铜胁迫下随着生物炭添加量的增大，水稻幼苗生长的5项指标与T1处理相比，均呈现逐渐上升趋势。虽然T2处理的苗高和植株鲜重与T1处理差异不显著，但根长、根重及苗重均显著高于T1处理。T3、T4处理的5项指标都显著高于T1处理，但与对照处理没有显著差异，同时T4处理的根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重均为最大值。
由此说明，铜胁迫对水稻幼苗生长产生显著的抑制作用，铜胁迫下添加不同浓度的生物炭都能缓解铜的抑制作用，25 g/L的生物炭处理调控效果最佳，还能促进水稻幼苗生长。
3 结论与讨论
试验证实了10 mg/L铜浓度对水稻种子萌发及幼苗生长有显著的抑制作用，铜胁迫下添加不同浓度生物炭均能提高水稻发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重，对铜胁迫下萌发期和幼苗期的水稻有促进作用，其中25 g/L的生物炭处理效果最好，不仅能提高水稻的耐铜能力，还能促进水稻维持正常生长发育状态。王晋等研究发现，4 g/L及20 g/L的生物炭浸提液对水稻种子萌发有一定促进作用[11]。叶利勇等研究表明，生物炭可以提高盘菜幼苗对铜胁迫的耐受性，缓解铜污染对盘菜幼苗的伤害。生物炭对环境中的Cu2+有较强的吸附作用，铜胁迫下添加不同浓度生物炭处理的各项指标均高于单独铜胁迫处理，说明生物炭可能通过吸咐降低了处理液中铜浓度，促进水稻种子萌发及早期幼苗生长。
参考文献：
[ 1 ] 高拯民.中国百科全书环境科学卷[M].北京：中国大百科出版社，1983.
[ 2 ] 薛盈文，王玉凤，赵长江，等.铜胁迫对小麦种子萌发及幼苗抗氧化系统的影响[J].江西农业大学学报，2016，38（1）：54-59.
[ 3 ] 于军香.铜胁迫对萝卜种子萌发和幼苗生长的影响[J].长江蔬菜，2009（10）：16-17.
[ 4 ] 赵红，毕清清.硅藻土对铜胁迫下水稻种子萌发及膜脂过氧化的影响[J].杂交水稻，2016，31（6）：71-74.
[ 5 ] 田如男，于双，王守攻.铜、镉胁迫下荻种子的萌发和幼苗生长[J].生态环境学报，2011，20（z2）：1332-1337.
[ 6 ] 张艳英，刘鹏，徐根娣，等.铜胁迫对烟草幼苗生长和生理特征的影响[J].贵州农业科学，2009，37（3）：32-35.
[ 7 ] 夏红霞，朱启红，刘希东，等.生物炭对小白菜幼苗生长及其生理生化特征的影响[J].贵州农业科学，2019，47（2）：102-106.
[ 8 ] 杨晓智，郭建华，于凯川，等.Pb2+胁迫下生物炭对玉米种子萌发和幼苗早期生长的影响[J].科学技术与工程，2018，18（33）：237-243.
[ 9 ] 叶利勇，吴琦，水德聚，等.生物炭对铜胁迫下盘菜种子萌发及幼苗生长的影响[J].北方园艺，2018（8）：59-63.
[ 10 ] 甄晓溪，徐凡，蒋太英，等.生物炭浸提液對盐胁迫水稻幼苗生长的调节作用机制[J].沈阳农业大学学报，2015，46（4）：471-475.
[ 11 ] 王晋，庄舜尧，曹志红，等.不同生物炭浸提液对水稻发芽及幼苗发育的影响[J].中国农学通报，2014，30（30）：50-55.
关键词：生物炭;铜胁迫;水稻;种子萌发;幼苗生长
文章编号：1005-2690（2021）18-0022-02 中国图书分类号：X173 文献标志码：B
铜既是植物生长发育必需的微量元素，又是环境污染的重金属元素[1]。铜是多种氧化酶的组分，也是叶绿体中质体蓝素的组分，参与了植物多种生理代谢过程，对植物生长发育、产量及品质都有重要影响[2-4]，但植物需铜数量不多，过量的铜会对植物产生毒害作用。研究发现，较高浓度的铜不仅使植物种子萌发受到显著抑制[5]，而且植物幼苗叶片丙二醛含量明显升高，叶绿素含量及生物量下降[6]。水稻是我国重要的粮食作物，因此研究如何提高水稻抗铜毒害能力有重要意义。生物炭是生物有机材料在缺氧环境中经过热裂解产生的固体，具有复杂的孔隙结构和极强的吸附性能。此外，生物炭中含有大量农作物生长所必需营养元素，可为农作物生长发育提供必要的养分，进而减少化肥施用[7]。研究发现，生物炭作为吸附剂，能够有效吸附环境中的重金属离子和有机污染物，减弱其对环境和生物体的毒害作用[8]。有研究表明，生物炭可以缓解铜污染对盘菜幼苗的伤害，利于调节盘菜幼苗的生理代谢[9]，也可以提高盐胁迫下水稻幼苗的抗氧化能力和对盐胁迫的耐受性[10]，但在水培条件下，生物炭如何缓解水稻萌发期及苗期遭受铜毒害却鲜见报道。
通过研究铜胁迫下生物炭对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，以期为生物炭能缓解水稻早期铜毒害及寻找最佳的生物炭添加量提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
水稻品种为农香24，由江西省上饶师范学院生命科学学院提供。
1.2 试验方法
1.2.1 处理溶液的制备
分别称取0.5 g、2.5 g、12.5 g生物炭，加入500 mL蒸馏水，混匀，25 ℃200 r/min恒温振荡2 h，滤除残渣，制备成1 g/L、5 g/L、25 g/L的生物炭浸提液。共设5个处理：用蒸馏水表示对照处理（CK），用0 g/L、1 g/L、5 g/L、25g/L的生物炭浸提液配制成含铜浓度为10 mg/L的溶液，分别表示为 T1、T2、T3及T4处理。
1.2.2 水稻种子萌发试验
首先挑选饱满、无黑点、无破皮的水稻种子，先消毒然后用清水浸种1 d，置于铺有两层滤纸的培养皿，每皿放50粒种子;然后将配制好的处理液分别加入培养皿，每个处理3次重复，每皿加液10 mL，每天更换处理液，室温条件下进行培养，以水稻根长等于谷长、芽长等于谷长的1/2作为种子发芽标准，每天记录发芽种子数，发芽的第7天测量水稻幼苗的苗高、根长、苗重、根重、单株鲜重，同时计算水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数。
1.3 数据处理
利用SPSS13.0软件对试验数据进行处理和分析。
2 结果与分析
2.1 生物炭对铜胁迫下水稻种子萌发的影响
从表1可以看出，T1处理的发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数比对照处理分别显著下降了96.27%、98.43%、96.59%、97.04%，说明10 mg/L铜浓度使水稻种子萌发期受到显著毒害作用。在10 mg/L铜胁迫下添加不同浓度的生物炭后，水稻种子的4项发芽指标均显著提高，同时T2处理除发芽势外发芽率、发芽指数及活力指数均显著小于对照处理。T3、 T4处理4项发芽指标均与对照处理差异不显著，其中T4处理的发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数都达到了峰值。由此说明，铜胁迫下水稻种子萌发明显受到抑制，而铜胁迫下添加不同浓度生物炭可以缓解铜的毒害作用，并且当生物炭添加量为25 g/L时，其缓解效果最好，有利于维持水稻的正常生命活动。
2.2 生物炭对铜胁迫下水稻幼苗生长的影响
由表2可知，与对照CK处理相比，T1处理的根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重显著降低了92.25%、16.84%、69.54%、28.64%、21.27%，说明10 mg/L铜胁迫对水稻幼苗生长产生显著的抑制作用，并且对地下部分根系生长的抑制作用明显大于地上部分的生长。铜胁迫下随着生物炭添加量的增大，水稻幼苗生长的5项指标与T1处理相比，均呈现逐渐上升趋势。虽然T2处理的苗高和植株鲜重与T1处理差异不显著，但根长、根重及苗重均显著高于T1处理。T3、T4处理的5项指标都显著高于T1处理，但与对照处理没有显著差异，同时T4处理的根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重均为最大值。
由此说明，铜胁迫对水稻幼苗生长产生显著的抑制作用，铜胁迫下添加不同浓度的生物炭都能缓解铜的抑制作用，25 g/L的生物炭处理调控效果最佳，还能促进水稻幼苗生长。
3 结论与讨论
试验证实了10 mg/L铜浓度对水稻种子萌发及幼苗生长有显著的抑制作用，铜胁迫下添加不同浓度生物炭均能提高水稻发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗高、根重、苗重及植株鲜重，对铜胁迫下萌发期和幼苗期的水稻有促进作用，其中25 g/L的生物炭处理效果最好，不仅能提高水稻的耐铜能力，还能促进水稻维持正常生长发育状态。王晋等研究发现，4 g/L及20 g/L的生物炭浸提液对水稻种子萌发有一定促进作用[11]。叶利勇等研究表明，生物炭可以提高盘菜幼苗对铜胁迫的耐受性，缓解铜污染对盘菜幼苗的伤害。生物炭对环境中的Cu2+有较强的吸附作用，铜胁迫下添加不同浓度生物炭处理的各项指标均高于单独铜胁迫处理，说明生物炭可能通过吸咐降低了处理液中铜浓度，促进水稻种子萌发及早期幼苗生长。
参考文献：
[ 1 ] 高拯民.中国百科全书环境科学卷[M].北京：中国大百科出版社，1983.
[ 2 ] 薛盈文，王玉凤，赵长江，等.铜胁迫对小麦种子萌发及幼苗抗氧化系统的影响[J].江西农业大学学报，2016，38（1）：54-59.
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[ 4 ] 赵红，毕清清.硅藻土对铜胁迫下水稻种子萌发及膜脂过氧化的影响[J].杂交水稻，2016，31（6）：71-74.
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[ 7 ] 夏红霞，朱启红，刘希东，等.生物炭对小白菜幼苗生长及其生理生化特征的影响[J].贵州农业科学，2019，47（2）：102-106.
[ 8 ] 杨晓智，郭建华，于凯川，等.Pb2+胁迫下生物炭对玉米种子萌发和幼苗早期生长的影响[J].科学技术与工程，2018，18（33）：237-243.
[ 9 ] 叶利勇，吴琦，水德聚，等.生物炭对铜胁迫下盘菜种子萌发及幼苗生长的影响[J].北方园艺，2018（8）：59-63.
[ 10 ] 甄晓溪，徐凡，蒋太英，等.生物炭浸提液對盐胁迫水稻幼苗生长的调节作用机制[J].沈阳农业大学学报，2015，46（4）：471-475.
[ 11 ] 王晋，庄舜尧，曹志红，等.不同生物炭浸提液对水稻发芽及幼苗发育的影响[J].中国农学通报，2014，30（30）：50-55.