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生物磁学(biomagnetism)是研究外磁场对生物体的影响以及生物磁性与生命活动关系的磁学和生物学相互渗透的新兴交叉学科,得到国内外各领域专家的重视,在农业、医学、环保、食品以及生物工程等领域均有广泛应用,其中磁化水处理技术在农业中应用成为研究的热点问题之一。磁化水是指灌溉水流经特定磁场后,受洛伦兹力的作用,水分子氢键断裂,液态水分子的缔结结构和理化性质发生改变,造成分子间作用力减弱、聚合度降低,水密度增大,水的黏度和表面张力减小,pH值升高,电导率升高,溶氧量提高等[1-3]。研究发现:磁化水能提高盐渍化土壤的脱盐效果,显著减轻盐害对植物的伤害;提高土壤矿质营养元素利用率、减少化肥使用量;提高水分利用效率、节约水资源;有效提高种子萌发率,加快生长发育速度,增加作物的产量和干物质积累量,提高碱消值等[4-7]。关于不同磁强度处理的磁化水对植物生理生化影响的研究报道较少。不同磁感应强度的磁场,可能对水的物理化学性质的影响程度不相同,与此同时,植物对不同磁感应强度的磁化水产生的生物学响应也有所不同。桑树Morus alba是中国重要的经济树种,是饲养家蚕的唯一优质饲料,具有很高的经济利用价值。桑树生产多采用扦插,或者播种育苗培育砧木,然后进行嫁接育苗技术繁育。扦插生产中多施加植物生长调节剂或生根粉提高生根成活率。由于扦插育苗在实际扦插过程中会受到桑树品种、扦插时间、扦插部位、外部环境条件以及扦插管理技术等影响,可能导致桑树育苗生产效率不稳定,育苗周期延长[8-9]。试验所选用桑树品种为山东省蚕业科学研究所通过杂交育种的三倍体桑树成苗‘鲁插1号’Morus alba‘Lucha-1’,该品种在扦插育苗生产中生根率偏低[10]。本研究采用磁处理技术对硬枝扦插育苗的喷淋水进行磁化处理,以探索不同磁感应强度处理对扦插苗生根生理的影响,为提高桑树扦插育苗效率提供更简洁有效的技术。
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由表 1可知:0.22 T处理的桑树扦插苗生根率最高,平均达66.00%,较对照高16.7%,0.06和0.14 T处理生根率则较对照高出7.0%和12.3%,各处理组与对照之间均呈显著差异(P<0.05)。扦插后第10天取样观察愈伤组织发生情况发现:0.22 T处理有部分出现愈伤组织,并能观察到不定根原基明显膨大,而对照没有出现愈伤组织;0.06和0.14 T处理则有少部分植株出现愈伤组织。从不定根发生时间来看,0.06,0.14和0.22 T处理分别较对照提前3,6和8 d;于第30天时取样观察一级根发生数量,0.14和0.22 T处理一级根发生数量显著高于对照(P<0.05)。通过对不同生根部位根系发生数量的观察结果发现:皮部生根根系发生数量都较对照呈现显著差异(P<0.05);愈伤组织根系发生数量较对照没有显著差异;对根系活力的测定发现,各磁化水处理都高于对照且呈显著差异(P<0.05),其中0.22 T处理根系活力水平最高。
磁感应强度/Т 生根时期/d 一级根数量/根 皮部根数量/根 愈伤组织根数量/根 第30天根系活力/(μg·g-1·h-1) 生根率/% 0(对照) 23 3.00 ± 0.71 с 2.80 ± 0.45 b 0.20 ± 0.45 а 67.77 ± 10.46 с 49.33 ± 1.53 d 0.06 20 4.40 ± 0.89 bc 4.00 ± 1.00 а 0.40 ± 0.89 а 120.26 ± 9.24 b 56.33 ± 1.53 с 0.14 17 5.20 ± 0.84 ab 4.60 ± 0.55 а 0.60 ± 0.55 а 167.02 ± 16.77 а 61.67 ± 1.53 b 0.22 15 5.60 ± 0.55 a 4.60 ± 1.14 а 0.75 ± 0.50 а 172.92 ± 9.91 а 66.00 ± 2.00 а 说明:数据为3次测定的平均值±标准差, 同列数值后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Table 1. Influence on taking roots of mulberry seedlings under different intensity of magnetic field treatments
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由表 2可知:氮、磷、钾在根系组织中的质量分数从大到小依次为氮,磷,钾。与对照相比,磁化水处理的氮、钾质量分数呈显著差异(P<0.05),其中0.06,0.14和0.22 T处理氮质量分数较对照分别提高23.2%,28.7%和36.5%;钾质量分数分别提高24.1%,25.0%和25.9%;磷质量分数差异不显著。
磁感应强度/Т w氮/(g·kg-1) w磷/(g·kg-1) w钾/(g·kg-1) w铁/(g·kg-1) w锰/(g·kg-1) w锌/(g·kg-1) w铜/(g·kg-1) 0(对照) 3.516 ± 0.133 b 1.130 ± 0.154 а 0.242 ± 0.027 b 2.847 ± 0.094 a 0.027 ± 0.002 a 0.166 ± 0.033 b 0.017 ± 0.001 а 0.06 4.351 ± 0.436 а 1.046 ± 0.047 а 0.300 ± 0.015 а 2.299 ± 0.322 b 0.031 ± 0.005 a 0.329 ± 0.036 а 0.018 ± 0.001 а 0.14 4.531 ± 0.195 а 1.235 ± 0.084 а 0.303 ± 0.006 а 1.672 ± 0.371 с 0.031 ± 0.002 a 0.317 ± 0.085 ab 0.018 ± 0.002 а 0.22 4.803 ± 0.689 а 1.144 ± 0.106 а 0.305 ± 0.005 а 1.103 ± 0.151 d 0.030 ± 0.004 a 0.426 ± 0.128 а 0.017 ± 0.001 а 说明:数据为3次重复平均值±标准差;同列数值后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Table 2. Root parameters of mulbeny cutting under different intensities of magnetic field conditions
与对照相比,磁化水处理中微量元素铁、锌质量分数均有显著差异(P<0.05),其中0.06,0.14和0.22 T处理铁质量分数均低于对照,分别为对照的19.1%,41%和61.2%;锌质量分数处理组均高于对照,分别提高98.6%,97.3%和156.7%。而锰、铜2种微量元素差异不显著。
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由表 3可知:磁化水处理桑树扦插苗总根长、总表面积、总体积、平均直径、根系生物量均高于对照,总根长、总表面积、总体积、平均直径、根系生物量等5项指标由高到低均为0.22 T,0.14 T,0.06 T处理,对照。其中,0.06,0.14和0.22 T磁化水处理总根长分别较对照提高13.4%,27.7%和103.8%,均呈显著差异(P<0.05);总表面积分别提高44.1%,72.8%和105.7%,均呈显著差异(P<0.05);根系总体积分别升高86.0%,108.3%和136.1%,均呈显著差异(P<0.05)。0.14和0.22 T处理根系平均直径分别较对照提高33.3%和27.8%,呈显著差异(P<0.05),0.06 T磁化水处理差异不显著。0.06,0.14和0.22 T处理中根系生物量较对照提高40.2%,64.6%和101.2%,均呈显著差异(P<0.05)。可以看出,磁化水处理的桑树扦插苗根系形态各指标均高于对照,特别是0.22 T中根系形态指标为对照2倍。
磁感应强度/T 根系生物量/g 总根长/cm 总表面积/cm2 总体积/cm3 平均直径/mm 0(对照) 0.082 ± 0.005 d 357.55 ± 23.17 c 40.28 ± 5.25 c 0.36 ± 0.07 b 0.36 ± 0.27 b 0.06 0.115 ± 0.006 c 405.57 ± 23.89 b 58.04 ± 1.27 b 0.67 ± 0.05 a 0.36 ± 0.03 b 0.14 0.135 ± 0.010 b 456.81 ± 64.04 b 69.60 ± 17.00 ab 0.75 ± 0.09 a 0.46 ± 0.03 a 0.22 0.165 ± 0.005 a 728.64 ± 32.28 a 82.87 ± 3.65 a 0.85 ± 0.29 a 0.48 ± 0.06 a 说明:数据为3次重复平均值±标准差; 同列数值后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Table 3. Morphological characteristics of mulberry seedlings under different intensity of magnetic field conditions
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由图 1A可知:各处理可溶性糖质量分数在喷淋过程中均呈上升趋势。在第10天时,与对照相比,0.22 T处理中可溶性糖质量分数最高,呈显著差异(P<0.05),较对照提高50.8%,0.06和0.14 T处理无显著差异;在第20天时,0.22 T处理中可溶性糖质量分数最高,高出对照约83.7%,呈显著差异(P<0.05),0.06和0.14 T处理较对照呈显著差异(P<0.05),并较对照分别高出41.4%和64.9%。由此看出,0.22 T磁化水处理的桑树扦插苗中可溶性糖质量分数最高,且差异显著(P<0.05)。
Figure 1. Contents of soluble sugar and soluble protein in mulberry cutting under different intensity of magnetic field conditions
从图 1B可知:各个处理中可溶蛋白质质量分数在喷淋过程中均呈上升趋势。在处理第10天时,0.06,0.14和0.22 T中可溶性蛋白质质量分数均高于对照,呈显著差异(P<0.05),其中0.22 T处理中可溶性蛋白质质量分数最高,较对照提高84.1%;0.06和0.14 T处理较对照分别高出31.8%和45.0%。处理第20天时,0.06,0.14和0.22 T处理较对照呈显著差异(P<0.05),0.22 T处理的扦插苗可溶性蛋白质质量分数最高,较对照高出83.7%;0.06和0.14 T处理分别高出32.5%和34.0%。因此,0.22 T磁化水处理对桑树扦插苗可溶性蛋白质质量分数影响最大。
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从图 2A和2D可知:脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)质量分数水平分别从对照、低磁感应强度到高磁感应强度依次减少,且各磁化水处理较对照都呈显著差异(P<0.05)。其中,0.22 T磁化水处理ABA和ZT质量分数最低,分别较对照降低37.9%和26.1%。可以看出,ABA和ZT质量分数与磁感应强度大小呈负相关。
Figure 2. Levels of abscisic acid, indolebutyric acid, indoleacetic acidand zeatinon the 10th under different intensity of magnetic field conditions
从图 2B和2C可知:吲哚丁酸(IBA)和吲哚乙酸(IAA)质量分数水平分别从对照,低磁感应强度到高磁感应强度依次增加,且与对照相比均呈显著差异(P<0.05)。其中,0.22 T磁化水处理中IBA和IAA质量分数最高,分别较对照高出46.3%和47.3%。可以看出,IBA和IAA质量分数与磁感应强度呈正相关。