5种消毒剂对玉米种子萌发及其幼苗生长的影响

季鸿飞， 杨国平,3， 张 琇， 吴凯华， 沈婷婷， 齐玉玺

(1.北方民族大学生物科学与工程学院， 宁夏 银川 750021；2.宁夏特殊生境微生物资源开发与利用重点实验室， 银川 750021；3.宁夏五丰农业科技有限公司， 银川 750021)

播种前使用消毒剂处理种子是一种必要的作物综合管理方法[1]。消毒剂处理种子会提高种子出苗率、种子活力以及防止种子和土壤传播真菌病原体[2]，然而消毒剂对种子发育也有一定的影响。种子消毒剂会影响种子淀粉酶活性，进而引起种子萌发相关指标的变化[3]。有些消毒剂对作物发育会造成一定的损伤，为避免来自消毒剂的伤害，作物会上调某些关键酶，如超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等，防止过量活性氧和过氧化氢导致的膜质变质，并减少有害物质如丙二醛(MDA)等的积累，增强作物的抗氧化能力[4]。

玉米是中国第一大粮食作物，2010—2020年间，玉米年均产量增长率为2.66%[5]。由于玉米耐贫瘠、抗旱，对环境要求低，在中国的种植面积仅次于小麦。国内玉米主要用于饲料、工业和口粮，其中饲料需求和工业需求约占90%以上[6]，玉米产业对保障国家粮食安全具有重要的意义。玉米种子表面的病害菌会影响种子的萌发，通常玉米在种植前需要进行种子消毒，种子消毒是玉米健康种植的重要环节之一。目前，对于玉米种子消毒的研究大多是在消毒效果和萌发指标上，对玉米幼苗生长以及相关酶活性影响的研究较少。

本实验以NaClO、CuSO4、HgCl2、苯酚和乙醇等5种消毒剂对玉米种子进行浸种消毒，分析消毒剂对玉米种子消毒效果、萌发指标、幼苗生长和生理生化的影响，旨在筛选出对玉米种子效果最佳的消毒剂。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为宁单33号玉米种子。种子消毒剂分别为6% NaClO溶液，1% CuSO4溶液，0.1% HgCl2溶液，4%苯酚溶液，75%乙醇溶液。种子培养基为0.8%琼脂。

1.2 方 法

1.2.1种子萌发和消毒实验

选择大小均匀、饱满、无损伤、无霉变的玉米种子，放入无菌烧杯中，用75%乙醇冲洗10 s后，再分别用NaClO、CuSO4、HgCl2、苯酚、乙醇浸泡12 min，以无菌水作为对照组(ck)，各消毒剂处理完后用无菌水冲洗4～5次，将各处理种子浸入无菌水中，放入4 ℃冰箱。浸种12 h，然后将种子接种于无菌琼脂培养基上，每处理接种40粒，重复3次。培养条件为16 h光照(25 ℃)/8 h黑暗(18 ℃)。

试验期内，每天对接种后的玉米种子萌发和污染数进行统计，共统计5 d。种子出现菌毛或种子周边发生菌圈，记做污染，并将其余未污染的种子接入新的培养基中继续培养观察。当胚根长至0.5 cm时，视为萌发。

污染率(%)=(累计污染粒数/总粒数)×100%；

发芽率(%)=(累计萌发粒数/总粒数)×100%；

发芽势(%)=(日最高发芽种子数/总粒数)×100%。

1.2.2淀粉酶测定

取第5天发芽的玉米种子测定淀粉酶活性，测定方法采用DNS显色法[7]。

1.2.3幼苗根长、株高、鲜重、茎粗的测定

将6种处理已萌发的种子分别接种于含有无菌沙粒的塑料杯中，进行盆栽试验，每个杯子接种4粒，每个处理重复3次，置于16 h光照(25 ℃)/8 h黑暗(18 ℃)条件下培养，定期补充植物营养液，并观察植物的生长状况，于生长12 d后测量其根长、株高、茎粗和鲜重。

1.2.4SOD、CAT及MDA的测定

12 d后取植物材料，SOD测定采用氮蓝四唑法[8]，CAT测定采用紫外分光光度法[9]，MDA测定参照张春梅[10]的方法。

1.3 数据处理

运用IBM SPSS Statistics 25.0和GraphPad Prism 5.0软件统计进行数据分析，Tukey法分析显著性差异，设定显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 消毒剂对玉米种子发芽和污染的影响

随着培养时间的增加，玉米种子的污染率和发芽率也逐渐增加(图1)。不同消毒处理间存在显著性差异，各处理组在第1天污染率都为0，第2天除HgCl2处理组外，其余消毒剂处理均出现污染，第3天到第5天NaClO、ck污染率显著上升，分别增加了44.16%和36.67%。CuSO4、苯酚处理组的污染率随天数呈平稳的上升趋势，乙醇处理组第4天到第5天时污染率显著上升，增加了22.5%。到第5天HgCl2处理才出现种子染菌，培养5 d后，NaClO、CuSO4、HgCl2、苯酚、乙醇、ck处理组污染率分别为48.33%、13.33%、1.67%、17.5%、44.17%、50%，HgCl2处理组染菌率最低。培养5 d后，NaClO、CuSO4、HgCl2、苯酚、乙醇、ck处理组萌发率分别为96%、100%、95%、60%、93%、96%。苯酚处理组会抑制种子的萌发，发芽率和发芽势最低(图1、图2)，其余消毒剂处理发芽势和发芽率没有显著差异。综合来看，HgCl2不影响种子的萌发，且染菌率最低，其消毒效果要优于其他4种消毒剂。

图1 消毒剂对玉米种子发芽率和污染率的影响Fig.1 Effects of disinfectant on germination rate and contamination rate of maize seeds

图2 不同处理玉米种子的发芽势Fig.2 Germination potential of maize seeds under different treatments

2.2 消毒剂对玉米种子淀粉酶的影响

不同消毒剂处理的玉米种子淀粉酶活性差异明显(图3)，各处理组α-淀粉酶活性为：乙醇>NaClO>ck>苯酚>CuSO4>HgCl2，乙醇、NaClO处理组均会提高α-淀粉酶活性，与ck相比没有显著差异。苯酚、CuSO4处理组会降低α-淀粉酶活性，但与ck相比没有显著差异。HgCl2处理组α-淀粉酶活性最低，与ck相比存在显著差异，酶活性较ck降低了68.92%。各处理组β-淀粉酶活性为：ck>苯酚>乙醇>HgCl2>NaClO>CuSO4。5种消毒剂处理均会降低β-淀粉酶活性，其中苯酚处理组β-淀粉酶活性与ck相比没有显著差异，乙醇、HgCl2、NaClO、CuSO4处理组β-淀粉酶活性与ck相比存在显著差异，酶活性较ck分别降低了27%、38%、45.1%、51.41%，CuSO4处理组β-淀粉酶活性最低。HgCl2处理会显著降低α-淀粉酶活性；乙醇、HgCl2、NaClO、CuSO4处理会显著降低β-淀粉酶活性，HgCl2会显著抑制玉米种子淀粉酶活性，对淀粉酶活性影响最大。

图3 消毒剂对玉米种子淀粉酶活性的影响 Fig.3 Effects of disinfectant on amylase activity of maize seeds

2.3 消毒剂对玉米幼苗根长、株高、鲜重、茎粗的影响

在无菌琼脂培养基上生长5 d后，玉米种子幼根生长存在差异，NaClO处理组对幼根有一定促进作用，HgCl2和乙醇处理组对幼根有一定的抑制作用，CuSO4和苯酚对幼根的抑制现象明显。

5种消毒剂处理12 d的玉米幼苗生长指标也存在差异(表1)，苯酚、CuSO4和乙醇处理会抑制玉米幼苗根的生长，苯酚处理与ck相比没有显著差异，CuSO4和乙醇处理与ck相比根的长度显著减小，分别降低23.5%和20.9%。5种消毒剂对玉米幼苗株高影响不大，没有显著差异。各消毒剂处理均会降低玉米幼苗的鲜重，其中乙醇处理会显著降低玉米幼苗的鲜重，与ck相比降低了26.2%，其余组与ck相比没有显著差异。CuSO4、NaClO和HgCl2处理会提高玉米幼苗的茎粗，乙醇和苯酚处理会降低玉米幼苗的茎粗，但是都没有显著差异。从上述5种消毒剂对玉米幼苗的生长指标来看，NaClO对玉米幼苗生长的影响最小，其次是HgCl2，乙醇、苯酚和CuSO4都会对玉米幼苗的生长产生一定的影响。

表1 消毒剂处理玉米种子幼苗的根长、株高、鲜重、茎粗Table 1 Root length,plant height,fresh weight and stem diameter of corn seeds treated with disinfectants

2.4 消毒剂对玉米幼苗SOD、CAT活性和MDA含量的影响

试验组均会提高玉米幼苗SOD活性(图4 A)，CuSO4和乙醇处理组SOD活性较ck相比显著上升，分别增加了89.13 U/g和108.15 U/g。HgCl2、NaClO和苯酚处理组SOD活性会略有上升，但与ck相比没有显著差异。CuSO4和乙醇处理组会显著提高玉米幼苗叶片的SOD活性。

图4 消毒剂对玉米幼苗SOD、CAT和MDA含量的影响Fig.4 Effects of disinfectant on activities of SOD,CAT and MDA content in maize seedlings

由图4 B可知，NaClO处理CAT活性最高，酶活性较ck增长了84%，存在显著差异。HgCl2处理较ck相比酶活性增加61.28%，具有显著差异。乙醇处理略高于ck，无显著差异。CuSO4、苯酚处理酶活性与ck相差无几，没有显著性差异。NaClO、HgCl2、乙醇处理均会提高玉米幼苗SOD活性，其中NaClO处理活性提高最为明显。

HgCl2、乙醇、苯酚处理组的玉米幼苗叶片MDA含量与ck相比没有显著差异(图4 C)。与ck相比，CuSO4处理组MDA含量提高了0.003 4 μmol/g，但是差异不显著。NaClO处理组MDA含量最高，达到了0.021 2 μmol/g，与ck相比提高了72.3%，差异显著，NaClO处理会显著增加玉米幼苗叶片中的MDA含量。其他消毒剂对MDA含量的影响较小，几乎不会累积MDA。

3 讨 论

探讨了消毒剂对玉米种子的消毒效果、种子萌发、幼苗生长和相关酶活性的影响。NaClO、CuSO4、HgCl2、乙醇等种子消毒剂，常被应用于蔬菜、作物及其他经济植物种子的消毒[11-13]，苯酚则常应用于医疗器械的消毒[14]。种子消毒效果通常用污染率[12]、发芽率和发芽势来评价[15]。

栾博宇等[16]研究发现，苜蓿种子用HgCl2消毒时，种子发芽率会降低；NaClO对头花蓼种子消毒后，发芽率显著降低[17]；乙醇处理毛红椿种子会使种子活力下降，但CuSO4会提高种子活力[18]，这与本试验结果有所差别。本试验结果表明，苯酚会抑制种子的萌发，降低种子的发芽率和发芽势，其余4种消毒剂对玉米种子的发芽率和发芽势影响较小。其原因可能是苯酚不易溶于水，在冲洗的过程中很难完全去除，在玉米种子表面有残留，其他消毒剂水溶性较好，在种子表面残留较少，对种子萌发的影响较小，同时玉米种子没有外壳，更易于萌发。苯酚作为医疗器械的消毒剂并不适宜于玉米种子的消毒。

禄亚洲等[19]通过比较不同消毒剂对西藏龙胆种子消毒效果，发现HgCl2消毒效果最好；NaClO处理烟草种子不仅不会影响种子的发芽，消毒效果也最佳[11]；其他试验结果表明，CuSO4是更适合小桐种子的消毒剂[20]。本试验结果表明，0.1%HgCl2对玉米种子消毒效果最好，污染率最低，而这可能与玉米种子体积较大表面光滑的特性有关。

试验结果表明，苯酚、CuSO4和乙醇处理会抑制玉米幼苗根的生长。研究发现，某些种子在萌发过程中会产生苯酚类抑制物，此外在一些连作障碍植物的根际土壤中也会存在苯酚类的抑制物，对种子萌发和根的生长有显著抑制影响[21-22]，同时铜离子还会抑制幼苗根尖的有丝分裂，使胚根的生长受到抑制[23]，这可能也是苯酚和CuSO4抑制玉米幼根生长的原因。高玉莲等[24]发现，高浓度的乙醇提取物会抑制高粱根的长度，而其他研究表明，乙醇提取物不仅会对植物根的生长产生抑制，也会对植物的鲜重产生一定的影响[25]。本试验中乙醇处理会减少玉米幼苗根的长度和鲜重可能与上述研究原因相似。

玉米等禾谷类植株幼苗萌发生长所需要的主要碳源储存在胚乳或子叶等种子器官中，作为淀粉储备[26]。在玉米种子萌发过程中，种胚向胚乳分泌天然赤霉素。这些激素诱导糊粉层中水解酶的发育，其中就包含淀粉酶[27]。淀粉酶分解储备的淀粉，以蔗糖的形式运输到生长中的胚芽和胚根中，促进种子的呼吸作用，为胚根、胚芽生长提供物质基础和能量来源[28]。植物体的淀粉酶根据水解淀粉产物的异头碳构型可分为α-淀粉酶或者β-淀粉酶[29]。α-淀粉酶是种子萌发初期最重要的水解酶[30]，水解玉米种子中约90%的淀粉[31]。β-淀粉酶分解淀粉产生麦芽糖和有限糊精，在禾谷类种子萌发过程中，同样起到重要的作用[32]。结果表明，CuSO4和HgCl2消毒处理会降低玉米种子的淀粉酶活性。已有研究发现证实，一定浓度的铜离子和汞离子会抑制种子淀粉酶活性[33-34]。

非生物胁迫(干旱、温度、盐碱、光照、重金属等)会引发植物次级氧化胁迫,产生氧化应激反应，造成体内大量ROS和MDA的积累，进而引起SOD和CAT活性升高来清除ROS[35-36]。赵奇等[37]发现，一定浓度的CuSO4会提高玉米幼苗的SOD活性；Li等[38]通过乙醇处理草莓发现，乙醇能够提高草莓SOD活性。杨小胡等[39]研究发现，NaClO水浴处理会提高板栗的CAT活性，同时会引起MDA的积累；其他研究也表明，一定浓度的汞离子会提高植物CAT活性[40]。本试验结果表明，不同消毒剂处理过的玉米幼苗抗氧化酶活性存在差异，CuSO4和乙醇处理的玉米幼苗SOD活性较高，NaClO和HgCl2处理玉米幼苗CAT活性较高，同时NaClO处理MDA积累量最高，推测消毒剂浸泡会对植物造成一定的胁迫，会造成抗氧化酶活性的上调，同时也会引起一些有害物质的积累。

4 结 论

通过使用5种消毒剂对玉米消毒，通过萌发指标、生长指标和相关生理指标的测定和分析，HgCl2处理组染菌率低，其消毒效果最好，同时HgCl2对玉米萌发影响较小，对玉米幼苗的影响较小。虽然HgCl2会对种子的淀粉酶产生一定的影响，但是不会对玉米的后续生长产生胁迫，对POD、CAT活性和MDA含量影响较小。因此，在对玉米种子消毒时，采用75%乙醇预处理10 s加0.1% HgCl2浸泡12 min为宜。