賴 鈺，汪 瑞，李 鑫，沈榮晨，劉浩林，孫光聞*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

隨著納米技術(shù)研究的不斷深入，納米材料在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用也越來(lái)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(jià)金屬納米顆粒、量子點(diǎn)以及有機(jī)聚合物納米材料5大類[2]。目前針對(duì)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(jià)金屬納米顆粒，而針對(duì)有機(jī)聚合物類納米材料在植物上的應(yīng)用研究較少。石墨相氮化碳納米材料是一種非金屬的有機(jī)聚合物半導(dǎo)體，其化學(xué)和熱穩(wěn)定性好、無(wú)毒、易制備且原料便宜易得，同時(shí)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(nóng)業(yè)上具有十分廣泛的應(yīng)用前景。生菜是一種富含礦物質(zhì)和維生素的蔬菜，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在世界范圍內(nèi)被廣泛消費(fèi)[4-5]，而生菜種子休眠期較長(zhǎng)，對(duì)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(yàn)通過(guò)對(duì)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(jìn)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(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)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(gòu)于當(dāng)?shù)胤N子市場(chǎng)。石墨相氮化碳納米材料由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年10月3日至10月17日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院設(shè)施園藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將生菜種子浸泡在5%次氯酸鈉中10 min，然后用無(wú)菌水洗滌3次。試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)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(wú)菌水作為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。選擇滅菌后的培養(yǎng)皿15個(gè)，并鋪上2層干凈的濾紙，然后各加入對(duì)應(yīng)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(gè)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(jìn)行培養(yǎng)，每天上午9點(diǎn)觀察并記錄生菜種子的發(fā)芽情況。

1.3 測(cè)定項(xiàng)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(jì)發(fā)芽勢(shì)的截止日，第7天作為統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的截止日，并在第7天測(cè)量種子的胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)。發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽勢(shì)統(tǒng)計(jì)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(jì)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(nèi)種子發(fā)芽數(shù)，Dt表示發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS和Excel 2013進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

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

由表1可知，與對(duì)照相比，納米材料用量在50、100、150 mg/L時(shí)，意大利生菜種子的發(fā)芽勢(shì)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(shí)，發(fā)芽勢(shì)減少。與對(duì)照相比，石墨相氮化碳納米材料用量在50、100、150、200 mg/L時(shí)，紅脆香生菜種子的發(fā)芽勢(shì)都有所增加，其中以100 mg/L用量下的效果最好，相比對(duì)照增加了55.60%，但5個(gè)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(duì)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(duì)照相比，納米材料用量在50、100、150 mg/L時(shí)，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(shí)效果最好，相比對(duì)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(shí)，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(duì)照都有不同程度的增加，但差異不顯著；其中在150 mg/L時(shí)效果最好，相比對(duì)照增加了27.97%。

表1 不同用量納米材料對(duì)生菜種子發(fā)芽勢(shì)的影響

表2 不同用量納米材料對(duì)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(duì)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(duì)照相比，石墨相氮化碳納米材料用量在200 mg/L時(shí)，意大利生菜種子的發(fā)芽指數(shù)減少，與對(duì)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(shí)的效果最佳，相比對(duì)照增加了21.33%，差異顯著。與對(duì)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(shí)效果最好，相比對(duì)照增加了28.09%。

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

由表4可知，與對(duì)照相比，納米材料用量在50、100、150、200 mg/L時(shí)，意大利生菜的胚根長(zhǎng)度都有不同程度增加，其中納米材料用量在150 mg/L時(shí)效果最明顯，相比對(duì)照增加了24.8%，且差異顯著。與對(duì)照相比，納米材料用量在50、100、150 mg/L時(shí)，紅脆香生菜種子的胚根長(zhǎng)沒(méi)有顯著差異，當(dāng)納米材料用量在200 mg/L時(shí)，胚根長(zhǎng)相比對(duì)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(duì)意大利生菜和紅脆香生菜種子胚芽長(zhǎng)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(zhǎng)與對(duì)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(zhǎng)，而紅脆香生菜種子胚芽在200 mg/L的處理下最長(zhǎng)。

3 結(jié)論與討論

表3 不同用量納米材料對(duì)生菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

表4 不同用量納米材料對(duì)生菜種子胚根長(zhǎng)的影響

表5 不同用量納米材料對(duì)生菜種子胚芽長(zhǎng)的影響

納米材料可以促進(jìn)種子的萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，nPd、nCu、nAu可以促進(jìn)萵苣種子的萌發(fā)[7]；多壁碳納米管可以促進(jìn)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(jìn)紅豆種子的萌發(fā)[9-10]。除此以外，納米材料還可以促進(jìn)根的伸長(zhǎng)。質(zhì)量濃度為30 mg/L 的碳納米洋蔥溶液對(duì)鷹嘴豆種子培養(yǎng)10 d后，根的生長(zhǎng)得到了顯著促進(jìn)[11]；2 g/L的多壁碳納米管可以促進(jìn)油菜、黑麥草、玉米根的伸長(zhǎng)，但是在萵苣、黃瓜、蘿卜上并沒(méi)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(duì)種子萌發(fā)存在抑制現(xiàn)象，對(duì)于不同的作物效果也不相同。質(zhì)量濃度為10～40 mg/L的單壁碳納米管溶液對(duì)水稻種子萌發(fā)有延遲作用[13]；氧化石墨烯在質(zhì)量濃度適宜時(shí)（400、800 mg/L）可促進(jìn)蠶豆根的生長(zhǎng)，但濃度過(guò)低（100、200 mg/L）和過(guò)高（1 600 mg/L）會(huì)對(duì)蠶豆根伸長(zhǎng)起抑制作用[14-15]；有人對(duì)大麥、玉米、大豆、水稻、柳枝稷以及番茄等6種作物種子進(jìn)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(jié)構(gòu)）促進(jìn)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(duì)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(yàn)表明，石墨相氮化碳納米材料用量在50～150 mg/L時(shí)，可以促進(jìn)生菜種子的萌發(fā)；對(duì)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(dāng)石墨相氮化碳納米材料用量達(dá)到200 mg/L時(shí)，對(duì)生菜種子萌發(fā)的促進(jìn)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(jìn)生菜種子胚根的伸長(zhǎng)；施加石墨相氮化碳納米材料對(duì)胚芽長(zhǎng)的影響不顯著。