林晓金 付尧 李林

摘要 水稻机插育秧是水稻生产的核心环节，但目前小苗移栽和机械栽插植伤较重，影响水稻生根立苗，减缓栽后缓苗返青，进而影响水稻的生产。褪黑素是广泛存在于高等植物中的抗氧化效应分子，对多种非生物胁迫存在响应。本文以宁粳8号为研究对象，实施不同浓度（1、50、100 mg/L）褪黑素浸种处理机插大田试验。结果表明，50 mg/L的中浓度褪黑素处理效果最好，可以降低秧苗株高，提高秧苗发根力，增强根系活力，提高叶绿素的含量，加快缓苗返青，且不减少水稻产量。

关键词 水稻；宁粳8号；褪黑素；浸种；植伤修复；形态指标；产量构成

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）19-0009-03

种子处理主要是应用生物、物理、化学方法和手段，为农作物种子提供保护，以促进作物健康出苗。种子处理不仅可以促进作物生育安全，使作物健康茁壮成长，而且与作用于植物叶面的植保产品相比，种子处理剂能以很低的用量和较明显的效果调控植物的生长过程。种子处理技术主要包括种子包衣、种子丸粒化、浸种、拌种等。

研究发现，褪黑素是广泛存在于高等植物中具有重要生理功能的多效性分子[1-3]。有研究表明，褪黑素通过促进细胞膨大以促进生长，并可以通过诱导中柱鞘细胞产生新的根原基，增加侧生根的长度和数量，促进根系发育[4-5]。王英利等[6]发现，外源褪黑素对增强UV-B辐射下生长的绿豆有防护作用。Lei等[7]以胡萝卜悬浮细胞为材料进行试验，结果表明，加入外源褪黑素降低了低温胁迫下细胞的凋亡。Zhao等[3]报道，褪黑素提高了低温胁迫下大花红景天（Rhodiola crenulata）愈伤组织的存活率。一些研究还发现，褪黑素对植物生长有促进作用[8]。用外源褪黑素处理贯叶连翘，促进了根的形成[9]；Arnao等[10]用高浓度褪黑素短期处理羽扇豆（Lupinus albus L.）的下胚轴、子叶，发现褪黑素可以促进下胚轴形成不定根，子叶也显著扩展。

目前，褪黑素在水稻生产中的应用较少，不同浓度褪黑素对水稻秧苗的形态及生理生化方面的影响还尚不清楚。本试验从水稻育秧的角度，通过常规粳稻宁粳8号的浸种试验及其形态和产量分析[11]，以期为宁粳8号的推广和水稻机插育秧技术的完善提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本試验于2017年5—11月在丹阳市延陵镇宝林农场进行。该地区属于亚热带季风性气候，年平均降雨量882 mm，平均气温16.4 ℃。供试土壤为黄白土，0～20 cm土层土壤基础理化性状：pH值6.31，有机质23.2 g/kg，全氮1.125 g/kg，速效磷23.8 mg/kg，速效钾251.2 mg/kg。

1.2 供试材料

供试作物为常规粳稻品种宁粳8号。试验使用的褪黑素为普通商用试剂（麦克林化学试剂有限公司），纯度为92%，按需配制相应浓度溶液。

1.3 试验设计

选取充实饱满的种子浸泡于45 ℃的0.3%乙醇消毒水中5 min。共设4个浸种处理，即选取4份消毒后种子，分别转移至盛有清水（CK）、1 mg/L褪黑素（TL）、50 mg/L褪黑素（TM）和100 mg/L褪黑素（TH）的相应溶液中浸种。48 h后，取出种子，用清水冲洗稻种3遍，然后采用常规育秧方法机械育秧。

1.4 试验实施

试验于6月1日播种，6月15日移栽，采用井关（PZ640）乘坐式高速插秧机作业，栽植规格为30 cm×14 cm。试验在移栽前和移栽后6、9、12 d分别取样30株，成熟期获取产量数据，3次重复。其他大田管理同当地高产栽培一致。

1.5 测定内容与方法

1.5.1 形态指标的测定。取样测定秧苗地上部鲜重、株高、茎粗、根数等形态指标及根系活力和干物质重，各指标测量方法如下：①鲜重，获取样品用精度为0.01的分析天平称量；②株高，使用米尺测量水稻秧苗从根系着生点起向上至绿色叶片顶端距离为株高；③茎粗，使用直尺测量水稻秧苗根系着生点以上1 cm处茎秆宽度为茎粗；④根数，在秧苗栽后6、9、12 d观察新生白根数，并记录。

1.5.2 根系活力的测定。参照李玉祥等[12]的方法，采用α-萘胺法进行根系活力的测定。

1.5.3 叶绿素含量的测定。准确称取0.1 g新鲜秧苗叶片置于10 mL 95%乙醇中避光提取36 h，在波长652 nm处测定吸光度值并按下式计算：

CT=A652×1 000/34.5

1.6 数据分析

本试验所有数据采用Microsoft Excel 2013进行初步分析，并绘制图表。运用SPSS进行数据分析，并使用t-test在P<0.05的水平下进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度褪黑素浸种对水稻秧苗形态指标的影响

2.1.1 对水稻秧苗株高的影响。由图1可知，与CK相比，不同浓度褪黑素对宁粳8号浸种处理后的株高具有一定的影响，其变化随时间的推移有增大的趋势。与CK相比，秧苗栽后6 d时，处理TL与处理TH秧苗株高显著低于CK，降幅分别为11.33%和12.67%，处理TM降幅7.33%，未达到差异显著水平。秧苗栽后9 d时，处理TL与处理TH秧苗株高依然显著低于CK，分别降低了14.38%和13.07%；而处理TM秧苗株高有所增加，与CK相比差异不明显，与处理TL、TH之间差异进一步扩大。可以看出，低浓度和高浓度褪黑素对水稻秧苗栽后的株高存在一定的抑制作用，中浓度褪黑素处理的秧苗株高有所降低，但与CK之间未达到差异显著水平。

2.1.2 对水稻秧苗茎粗的影响。由图2可知，与CK相比，秧苗栽后6 d时，处理TL与处理TM秧苗茎粗分别增加10.21%、8.45%，处理TH茎粗降低3.95%，差异均不显著；栽后9 d时，处理TM茎粗增大10.53%，与CK之间差异显著，同时处理TL茎粗相比CK略有增加，处理TH则低于CK，但各处理与CK之间差异均不显著。由此表明，中低浓度褪黑素在一定时间内可以促进秧苗茎粗的增加，其中中浓度褪黑素处理效果更为显著，而高浓度褪黑素处理则存在一定的抑制作用。

2.1.3 对水稻秧苗根数的影响。由图3可知，褪黑素处理对秧苗根数影响显著。与CK相比，栽后6 d时，各浓度褪黑素处理的根数均显著增加；在栽后9 d时，处理TM根数持续增加，平均达4.6条，数量显著高于其他各处理，而处理TL和处理TH的根数与CK相似，但相比第6天有所下降。由此表明，褪黑素浸种处理在一定程度上能促进水稻秧苗根系的生长，但不同浓度的褪黑素处理在时间效果上存在较大差异。

2.1.4 对水稻秧苗鲜重的影响。由图4可知，栽后12 d时，与CK相比，中浓度褪黑素（处理TM）可以显著提高秧苗地下部及地上部鲜重，使其分别增加31.69%和64.69%，地上部鲜重的增幅更大；低浓度褪黑素（处理TL）对秧苗的鲜重没有显著影响，而高浓度处理（处理TH）秧苗鲜重相比CK略有下降，但并未达到差异显著水平。表明各浓度处理中，中浓度褪黑素对秧苗的生长具有明显的促进作用。

2.2 不同浓度褪黑素浸种对水稻秧苗根系活力的影响

由图5可知，栽后秧苗的根系活力均呈现先增加后下降的趋势，各浓度褪黑素处理不同程度地提高了秧苗的根系活力，其中中浓度褪黑素处理效果最佳。在栽后当天（第0天，褪黑素浸种处理12 h）褪黑素即显著提高了秧苗的根系活力，各处理中以处理TM秧苗根系活力最高，增幅为74.50%，处理TL、TH次之，二者效果相似，增幅約为45%；在第6天时，处理TM、TL根系活力持续增加，显著高于CK，同时处理间差异显著，而处理TH根系活力增幅下降，与CK相比差异不明显；到第9天，各处理根系活力均有所下降，但处理间差异与第6天结果相似；随着时间推移，各处理根系活力在第12天时进一步下降，其中处理TM根系活力依然最高，约为CK的1.6倍。因此，中浓度褪黑素对秧苗根系的活化效果最好，低浓度次之，高浓度褪黑素处理效果不明显；中浓度褪黑素处理秧苗根系活力值下降幅度较低，表明其处理后效更长。

2.3 不同浓度褪黑素浸种对水稻秧苗叶绿素含量的影响

由图6可知，与CK相比，栽后第6天时，处理TL、TH叶绿素含量均显著高于CK，分别增加了18.04%、21.87%，处理TM与CK叶绿素含量相差不大；栽后第9天时，处理TM叶绿素含量显著增加，较CK增加15.87%，达到显著水平，处理TL与处理TH叶绿素含量分别降低11.25%、17.71%，其中处理TH与CK差异显著。

2.4 不同浓度褪黑素浸种对水稻产量及产量构成的影响

由表1可知，褪黑素浸种处理使宁粳8号的产量有略微的提升，但与清水对照无显著差异。与CK相比，处理TH显著提高了水稻的穗粒数和结实率，但千粒重与CK相比显著降低，因此处理TH的最终产量仅略微增加。处理TM的结实率显著高于CK，由于其他产量构成因素与CK相差不大，故产量与CK无显著差异，处理TL与处理TM变化保持一致。值得指出的是，不同浓度的褪黑素浸种处理后均提高了宁粳8号的结实率，与CK相比差异明显。

3 结论与讨论

目前，有关褪黑素对植物生长影响的研究众多。褪黑素能通过促进细胞的分裂和伸长来促进植物的生长，同时也参与调节植物体内多种酶的活性和光合作用[10-11]。在IAA和褪黑素的生理对比试验中，两者均能促进小麦胚芽鞘的生长，但褪黑素对胚芽鞘的促生效果只能达到IAA促生效果的30%；并且褪黑素对单子叶植物的根系生长存在一定的抑制作用[8]。

虽然褪黑素对植物生长的调控机制不清楚，但是所有的结果表明，褪黑素在植物生长调控中可起到积极作用。本研究结果表明，褪黑素可以促进缓苗期内秧苗的生长，提高秧苗鲜重，增加茎粗，其中50 mg/L的褪黑素处理效果最好，与王 蕊等[13]的研究结果相似。秧苗在机插过程中会造成一定的植伤，植物在根系损伤后为了适应新的环境，会长出许多不定根来提高获取氧气的能力[14-15]。

据报道，褪黑素存在浓度差异的根系生长调控作用，1 μmol/L褪黑素使植物不定根明显再生，而10 μmol/L褪黑素则会对再生作用产生抑制[16]。本试验结果表明，中浓度褪黑素处理可以提高秧苗栽后的生根能力，同时不同浓度的褪黑素处理均不同程度地提高了秧苗的根系活力，其中中浓度和低浓度的褪黑素处理的根系活力均显著增加，而中浓度褪黑素处理的效果最佳；另一方面，褪黑素处理后对秧苗根数显著增加，这可以减缓断根后的损伤，促进秧苗对养分和水分吸收能力，加速机插秧缓苗，缩短返青期[16-18]。

此外，植物在遭受植伤后，其自身的生长会受到抑制，膜脂过氧化加剧，加速叶绿素降解，影响植株的光合作用，最终使干物质积累下降[19]。相关研究表明，褪黑素改变了苹果树的代谢活动，减缓可溶性蛋白含量的降低，提高叶绿素含量和光合作用，延缓植株的衰老；外源褪黑素抑制了正常条件下叶绿素含量的减小和PSⅡ最大光化学量子产量，同时也使叶绿素转录水平的关键降解基因、脱镁叶绿酸a加氧酶和与衰老相关的基因的表达降低[20-21]。本研究中，中浓度褪黑素处理显著提高了秧苗叶绿素含量，与前人研究结果一致。产量方面，所有褪黑素处理都显著提高了宁粳8号的结实率，略微提高了其产量，但效果都不显著。高浓度褪黑素处理显著提高了水稻的穗粒数，但由于千粒重显著降低，使得最终产量与清水对照差异不明显，其他处理的产量构成指标与清水对照大致相似。

综上所述，50 mg/L褪黑素浸种处理可以显著降低植伤对宁粳8号水稻秧苗缓苗期的负面影响，降低秧苗株高，提高秧苗生根能力，增强根系活力和提高叶绿素的含量，加速秧苗栽后的植伤修复，加快秧苗缓苗返青，提高结实率。1 mg/L褪黑素处理对秧苗植伤修复效果较弱，而过高浓度（100 mg/L）的褪黑素处理对秧苗的生长存在一定的副作用。

4 参考文献

[1] SZAFRANSKA K，GUMOLA I，JANAS K M.Does exogenous melatonin change the sensitivity of Vigna radiata seedlings to low temperature？[J].Acta Physiologiae Plantarum，2005，27（4）：95-96.

[2] 左佳琦，谢佳恒，薛宇轩，等.褪黑素对缓解植物逆境胁迫作用的研究进展[J].基因组学与应用生物学，2014，33（3）：709-715.

[3] ZHAO Y，QI L W，WANG W M，et al.Melatonin improves the survival of cryopreserved callus of Rhodiola crenulata[J].Journal of Pineal research，2011，50（1）：83-88.

[4] HERN？魥NDEZ-RUIZ J，ARNAO M B.Melatonin stimulates the expansion of etiolated lupin cotyledons[J].Plant Growth Regul，2010（55）：29-34.

[5] 赵燕，王东华，赵曦阳.植物中褪黑素的研究进展[J].西北植物学报，2014，34（1）：196-205.

[6] 王英利，王英娟，郝建国，等.褪黑素对绿豆在增强UV-B辐射下的防护作用[J].光子学报，2009，38（10）：2629-2633.

[7] LEI X Y，ZHU R Y，ZHANG G Y，et al.Attenuation of cold-induced apoptosis by exogenous melatonin in carrot suspension cells：the possible involvement of polyamines[J].Journal of Pineal Research，2004，36（2）：126-131.

[8] HERN？譧NDEZ-RUIZ J，CANO A，ARNAO M B.Melatonin acts as a growth-stimulating compound in some monocot species[J].Journal of Pineal Research，2005，39（2）：137-142.

[9] 張娜，张海军，杨荣超，等.褪黑素在植物中的功能研究进展[J].中国农学通报，2012（9）：16-20.

[10] ARNAO M B，HERN？譧NDEZ-RUIZ J.Melatonin promotes adventitious-and lateral root regeneration in etiolated hypocotyls of Lupinus albus L.

[J].Journal of Pineal Research，2007，42（2）：147-152.

[11] HERN？譧NDEZ-RUIZ J，ARNAO M B.Melatonin stimulates the expansion of etiolated lupin cotyledons[J].Plant Growth Regulation，2008，55（1）：29-34.

[12] 李玉祥.秧苗秧苗素质及本田生长特性研究[C]//中国作物学会.2014年全国青年作物栽培与生理学术研讨会论文集.北京：中国作物学会，2014.

[13] 王蕊，杨小龙，须晖，等.高等植物褪黑素的合成和代谢研究进展[J].植物生理学报，2016，52（5）：615-627.

[14] SASAKI R，GOTOH K.Characteristics of rooting and early growth of transplanted rice nursling seedings of different ages with different leaf numbers[J].Jpn J Crop Sci，1999，68（2）：194-198.

[15] EHARA H，KAWASHIMA M，MORITA O，et al.Comparison of transpl-anting injury between rice seedings cultivated and cotton mat on hydroponic culture solution with different nitrogen compositions[J].Jpan J Crop Sci，2004，73（3）：247-252.

[16] 徐向东，孙艳，孙波，等.高温胁迫下外源褪黑素对黄瓜幼苗活性氧代谢的影响[J].应用生态学报，2010，5（21）：1295-1300.

[17] 魏和平，得容千.淹水对玉米叶片细胞超微结构的影响[J].植物学报（英文版），2000，42（8）：811-817.

[18] 王良桂，杨秀莲.淹水对2个桂花品种生理特性的影响[J].安徽农业大学学报，2009，36（3）：382-386.

[19] 蔺万煌，孙福增，彭克勤，等.洪涝胁迫对水稻产量及产量构成因素的影响[J].湖南农业大学学报，1997，23（1）：50-54.

[20] WANG P，SUN X，CHANG C，et al.Delay in leaf senescence of Malus hupehensis by long-term melatonin application is associated with its regulation of metabolic status and protein degradation[J].J Pineal Res，2013，55：424-434.

[21] WANG P，SUN X，LI C，et al.Long-term exogenous application of mela-tonin delays drought-induced leaf senescence in apple[J].J Pineal Res，2013，54：292-302.