何正婷， 蹇興亮

( 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院， 南京 210031 )

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旋轉(zhuǎn)磁場對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

何正婷， 蹇興亮*

( 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院， 南京 210031 )

以“淮麥19”小麥種子為研究對象，采用磁場強(qiáng)度為11 mT的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行處理，設(shè)定不同的時間梯度(10、20、30、60 min)，以未經(jīng)磁場處理的為對照，研究了不同處理時間下旋轉(zhuǎn)磁場對小麥種子發(fā)芽指標(biāo)及幼苗生理特性的影響。結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，不同處理時間下，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均有顯著提高，隨著時間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，以處理30 min為最高，分別比對照提高了8.24%、7.37%、11.24%。經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場處理后，小麥根系發(fā)達(dá)，根長、根數(shù)均顯著高于對照；幼苗生長加快，株高除處理60 min外，其他處理均顯著高于對照，以處理30 min為最大，高出對照11.13%；葉片數(shù)除處理10 min外，其他處理均高于對照，以處理30 min為最大，比對照高出38.89%，且差異顯著。旋轉(zhuǎn)磁場處理顯著增加了小麥幼苗的物質(zhì)積累，不同處理時間表現(xiàn)出不同的效果，對幼苗生物積累量影響最佳的是處理20 min。這說明旋轉(zhuǎn)磁場處理提高了小麥種子的萌發(fā)能力，加快了小麥幼苗的生長速度。

旋轉(zhuǎn)磁場， 小麥種子， 發(fā)芽勢， 發(fā)芽率， 生理特性

20世紀(jì)以來，生物磁學(xué)得到了國內(nèi)外關(guān)注與研究，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域(毛偉海，1997；鄭必勝等，2007；鄧光武，2012)。農(nóng)業(yè)應(yīng)用始于60年代，處理方法由磁化水浸種發(fā)展到磁場直接處理種子，研究涉及蔬菜(陳懷軍，2008)、糧食(劉錄祥等，2002；張小玲等，2006；鄭世英和徐建，2010)、果樹和食用菌(張賓和馬敏，2010)等。磁場處理能提高種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率(王計(jì)平等，2013)，促進(jìn)幼苗生長，誘導(dǎo)植株抗逆性(張?jiān)聦W(xué)等，2006)，提高作物總產(chǎn)量(Ramalingam & Bollipo，2012)。因此，作為種子預(yù)處理的新方法，磁處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域具有重要意義。

利用恒定磁場處理植物種子的報道較多，對番茄(弭曉菊等，1999)、綠豆(王紅梅，2010)、玉米(Florez et al，2007)、向日葵(Vashisth & Nagarajan，2010)等農(nóng)作物和花卉種子的研究，都證實(shí)了恒定磁場對種子萌發(fā)和酶活性有良好的促進(jìn)作用，對幼苗根系的生長有刺激作用。隨著磁場技術(shù)的發(fā)展，對脈沖磁場、梯度磁場和強(qiáng)磁場處理植物種子也有研究。梁軍等(2008)發(fā)現(xiàn)脈沖磁場可以提高愈傷組織的鮮質(zhì)量增加量，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的積累，增強(qiáng)保護(hù)性酶的活性。尹美強(qiáng)等(2006)對芝麻種子的研究發(fā)現(xiàn)磁場處理促進(jìn)了種子內(nèi)部自由基濃度增加，能有效提高種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，促進(jìn)根系生長。于凌春和張乃琴(2010)用強(qiáng)磁場處理小白菜種子，通過接種霜霉病試驗(yàn)，證實(shí)了強(qiáng)磁場能提高POD、PPO的活性，從而提高植物的抗病性。旋轉(zhuǎn)磁場具有空間上以固定頻率旋轉(zhuǎn)變化的獨(dú)特之處，已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得研究成果(潘曉華等，2006)，但在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究尚未見有報道。本研究采用自制的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，對小麥種子進(jìn)行磁場處理，通過分析不同處理時間對小麥種子萌發(fā)與幼苗生長的影響，研究旋轉(zhuǎn)磁場對種子的生物學(xué)效應(yīng)，為旋轉(zhuǎn)磁場在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料本研究采用鹽城黃海農(nóng)場提供的淮麥19作為試驗(yàn)材料。

1.1.2 儀器設(shè)備有自制旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置、gzp-250 n型恒溫箱、90 mm培養(yǎng)皿、盆缽等。旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置是由一臺型號為YS6312、額定功率180 W的三相異步電動機(jī)改制而成(圖1)。圖1包括抽掉直徑為49 mm的轉(zhuǎn)子，在定子線圈內(nèi)緊密嵌套一個外直徑50 mm的PVC管為試驗(yàn)小室。無轉(zhuǎn)子時，定子線圈阻抗急劇降低，不能接380 V交流電。三相交流電經(jīng)變壓器降壓得到相電壓14 V、線電壓24 V加于星形連接的定子線圈。為得到均勻旋轉(zhuǎn)磁場，試驗(yàn)小室內(nèi)有效空間選為直徑40 mm、長度60 mm的范圍。用CH-3600高精度三維特斯拉計(jì)測定有效試驗(yàn)空間內(nèi)磁場強(qiáng)度為11 mT，旋轉(zhuǎn)頻率為50 Hz。

1.2 方法

1.2.1 旋轉(zhuǎn)磁場處理選取大小均勻一致的小麥種子，在清水中浸泡8～10 h，撈出后用濾紙吸干種子表面的水分備用。將小麥種子分成5組，一組是未經(jīng)磁場處理的對照組CK，另外4組依次放入旋轉(zhuǎn)磁場中進(jìn)行處理，處理時間分別為10、20、30、60 min。

1.2.2 種子發(fā)芽試驗(yàn)小麥種子經(jīng)磁場處理后，先用0.4%的高錳酸鉀表面消毒5 min，反復(fù)沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗兩遍，用濾紙吸干種子表面的水分。參照國家種子檢驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)GB/T3543.4-1995(國家技術(shù)監(jiān)督局，1995)，選取直徑90 mm的培養(yǎng)皿，高溫滅菌后，以雙層濾紙為發(fā)芽床，每皿100粒種子，均勻平鋪于濾紙上，每處理4個重復(fù)，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，每天加6 mL蒸餾水保持濾紙濕潤。發(fā)芽期間每天記錄發(fā)芽的種子數(shù)，正常發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)是根達(dá)種子長，幼芽達(dá)種子長的1/2。發(fā)芽第4天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第8天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，計(jì)算發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)GI=∑(Gt/Dt)

式中，Gt指在t天內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.2.3 幼苗生長試驗(yàn)種子經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場處理后，播撒于裝有500 g固體基質(zhì)的盆缽中，每盆15粒種子，每處理3個重復(fù)，以未經(jīng)磁場處理的為對照組CK。10 d后取樣，每盆選取長勢一致的10株幼苗，將小麥幼苗全株取出，沖洗干凈，用濾紙吸干多余的水分。數(shù)出葉片數(shù)、根數(shù)，用直尺分別測量株高、根長，用電子天平測量地上鮮重、地下鮮重，用烘箱105 ℃殺青20 min，然后烘箱 80 ℃條件下將地上部分和地下部分分別烘干至恒重，用電子天平分別測量地上干重和地下干重，記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算平均值。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理與作圖，用IBM SPSS Statistics 20軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan方法進(jìn)行多重比較，不同處理間的顯著性分析均在P<0.05水平下。

2　結(jié)果與分析

2.1 旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥種子萌發(fā)的影響

由表1可知，旋轉(zhuǎn)磁場處理對種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均有顯著影響(P<0.05)。發(fā)芽勢均顯著高于對照，其中處理30 min時最大，為92.00%，比對照提高了8.24%，4個不同處理之間發(fā)芽勢無顯著差異。發(fā)芽率也均顯著高于對照，處理30 min的發(fā)芽率最高，為94.75%，高于對照7.37%，不同處理之間無顯著差異。發(fā)芽指數(shù)均顯著高于對照，最高出現(xiàn)在處理30 min時，為47.39，比對照高出11.24%，4個不同處理之間，只有處理60 min的發(fā)芽指數(shù)與其他處理的差異顯著。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)磁場處理能夠促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)，而且不同處理時間對種子表現(xiàn)出不同的促進(jìn)效果。

2.2 旋轉(zhuǎn)磁場處理小麥幼苗的形態(tài)學(xué)特征表現(xiàn)

旋轉(zhuǎn)磁場處理能促進(jìn)根的生長發(fā)育。出苗后第10天進(jìn)行幼苗采樣時，觀察到磁場處理組的根系較發(fā)達(dá)，色白粗壯，主根長，側(cè)根多，與對照組的對比明顯(圖2)，圖2中每個處理為10株小麥幼苗。

表 1　旋轉(zhuǎn)磁場處理不同時間對小麥種子萌發(fā)的影響

注： 不同字母表示0.05水平下差異顯著。下同。

Note： Different letters indicate significant differences at 0.05 level. The same below.

磁場處理后小麥幼苗的生長速率表現(xiàn)各異。圖3顯示，磁場處理20 min和30 min時，幼苗長出第3片葉子，相對于其他處理組和對照組，生長速度較快；而磁場處理10 min和60 min時，以及對照組的幼苗只長出第2片葉子。這表明在合適的處理時間下，旋轉(zhuǎn)磁場能提高小麥幼苗的生長速度。

圖 1　試驗(yàn)裝置實(shí)物圖Fig. 1　Experimental device

圖 2　不同處理時間對應(yīng)的根系生長狀況Fig. 2　Effects of different treating times on the growth of root

圖 3　不同處理時間對應(yīng)的葉片生長狀況Fig. 3　Effects of different treating times on the growth of leaf

2.3 旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥幼苗生長的影響

從表2可知，旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥幼苗的株高、根長、根數(shù)、葉片數(shù)有顯著影響(P<0.05)。4個不同處理中除處理60 min外，其他處理的株高均顯著高于對照，其中處理30 min的株高最高，為22.79 cm，比對照提高了11.13%。各磁場處理的根長、根數(shù)均顯著高于對照，其中處理10 min的根長最長，為20.55 cm，比對照增加了36.83%，且與其他處理間差異顯著；處理20 min的根數(shù)最大，平均為3.89，比對照增加了45.65%。4個不同處理中處理20 min和30 min的葉片數(shù)顯著高于對照，其中處理30 min的葉片數(shù)最大，平均為2.78，比對照高出38.89%。

從圖4可以看出，旋轉(zhuǎn)磁場處理對幼苗的生物積累量有顯著影響(P<0.05)。各磁場處理的地上鮮重、地下鮮重、地上干重、地下干重均高于對照，其中最佳處理時間為20 min，地上鮮重最大為0.257 g，比對照提高34.38%；地下鮮重最大為0.149 g，比對照提高148.15%；地上干重最大為0.034 g，比對照提高32.48%；地下干重最大為0.050 g，比對照提高66.67%。隨著處理時間的增加，磁場對小麥幼苗生長的促進(jìn)效果增強(qiáng)；當(dāng)超過最佳處理時間之后，磁場的促進(jìn)作用會逐漸減弱?？傊D(zhuǎn)磁場處理能夠提高小麥幼苗的高度、根系長度和干物質(zhì)積累，從而加快了小麥幼苗的生長。

3　討論與結(jié)論

3.1 旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥種子萌發(fā)的影響

種子發(fā)芽勢的高低直接反應(yīng)了萌發(fā)過程中代謝的快慢，發(fā)芽率的高低反應(yīng)了種子的出苗質(zhì)量，它們都是度量種子萌發(fā)活力的重要指標(biāo)(林仁榮，1999)。國內(nèi)外大量研究表明，經(jīng)磁場處理的種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率明顯提高(Belyavskaya，2002；鄭世英和徐建，2010)。本研究結(jié)果表明，不同處理時間下，磁場強(qiáng)度為11 mT的旋轉(zhuǎn)磁場對小麥種子萌發(fā)起到促進(jìn)作用，處理后的種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)都顯著高于對照，這與韓杰和蘇潤洲(2014)、張萍萍等(2006)對其他類型磁場的研究結(jié)果一致。其原因可能是磁場刺激了種子內(nèi)部自由基、酶及蛋白質(zhì)的活性，從而增強(qiáng)了種子的呼吸作用，加速新陳代謝的進(jìn)行，最終促進(jìn)種子的發(fā)芽。

3.2 旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥幼苗生長的影響

磁場處理不僅能夠提高種子的萌發(fā)能力，也會促進(jìn)根和幼苗的生長。本研究結(jié)果表明，經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場處理后，幼苗的株高、根數(shù)、根長、葉片數(shù)、地上鮮重、地下鮮重、地上干重和地下干重有明顯提高。不同磁場處理時間對小麥種子表現(xiàn)出的影響幅度不同，總體上的趨勢是隨著處理時間的增加，磁場對小麥種子的促進(jìn)作用表現(xiàn)出“低—高—低”的響應(yīng)趨勢(張玲慧等，2013)，這與Souza et al(2014) 和Panagopoulos & Margaritis (2010)提出的生物磁學(xué)中的“window”現(xiàn)象相一致。說明只有在適當(dāng)?shù)臅r間范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)磁場處理對小麥種子具有促進(jìn)作用；時間過短，可能無法引起作物體內(nèi)的生物效應(yīng)；但時間過長， 磁場的作用力可能導(dǎo)致細(xì)胞壁或細(xì)胞膜受到損傷，又會降低小麥種子的活力。

圖 4　不同處理時間對小麥幼苗生物量的影響Fig. 4　Effects of different treating times on the biomass of wheat seedlings

旋轉(zhuǎn)磁場能夠有效促進(jìn)小麥種子萌發(fā)和幼苗生長，但磁處理技術(shù)是綜合物理、生物等多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

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Effects of rotating magnetic field on seed germination and seedling growth of wheat

HE Zheng-Ting, JIAN Xing-Liang*

(CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity, Nanjing 210031, China )

Magnetic field treatment of seed, a new physical agricultural technology and a valuable agricultural production technique， is widely used at home and abroad. In order to study the effects of rotating magnetic field on wheat seed germination and seedling physiological characteristics, wheat seeds (Triticumaestivumcv. Huaimai 19) were treated in the rotating magnetic field with 11 mT for different times (10, 20, 30 and 60 min), and non-treatment was designed as the control CK. The seed germination potential, germination rate, germination index, plant height, root length, root number, leaf number, dry weight and fresh weight were observed in the study. The results indicated that the treatment of rotating magnetic field for different times could significantly improve wheat seed germination potential, germination rate and germination index. With the increase of time, these germination indexes showed initial increase and then subsequent decrease. The best treatment time was 30 min, where the seed germination potential, germination rate, germination index were more than the control by 8.24%, 7.37% and 11.24%. Treatment of rotating magnetic field could stimulate the development of wheat root system. Root length and root number were significantly higher than the control. It also could accelerate the growth of wheat seedling. Among all the treatments, except for the treatment for 60 min, plant height was significantly higher than the control, and the highest appeared in the treatment for 30 min, which was 11.13% more than the control; Except for the treatment for 10 min, the number of leaves was higher than the control, and the highest appeared in the treatment for 30 min, which was significantly higher than the control by 38.89%. By the treatment of rotating magnetic field for different times, wheat seedling aboveground fresh and dry biomass, underground fresh and dry biomass were higher than the control, and biomass of wheat seedlings showed a low-high-low tendency with the increase of time. The highest appeared in the treatment for 20 min, which were significantly higher than the control. In conclusion, appropriate range of rotating magnetic field has positive effects on seed germination and seedling growth of wheat.

rotating magnetic field, wheat seed, germination potential, germination rate, physiological characteristic

10.11931/guihaia.gxzw201503029

2015-05-18

2015-06-22

江蘇省自然科學(xué)基金(BK2011653)[Supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu(BK2011653)]。

何正婷(1990-)，女，江蘇興化人，碩士，主要從事檢測技術(shù)研究,(E-mail)hezhengting@yeah.net。

蹇興亮，碩士，副教授，主要從事無損檢測技術(shù)研究,(E-mail) jianxingliang@njau.edu.cn。

Q945， S351.1

A

1000-3142(2016)09-1076-06

何正婷， 蹇興亮. 旋轉(zhuǎn)磁場對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 廣西植物， 2016， 36(9):1076-1081

HE ZT, JIAN XL. Effects of rotating magnetic field on seed germination and seedling growth of wheat[J]. Guihaia， 2016， 36(9):1076-1081