碳纳米管对甜瓜种子发芽及幼苗生长发育的影响

摘要  ［目的］ 探究碳纳米管在蔬菜作物中应用的可能性。［方法］ 以“通甜蜜1号”甜瓜为试材，分别设定不同碳纳米管浓度200 μg/mL（T1）、500 μg/mL（T2）和800 μg/mL（T3）及CK对照组，采用超声细胞破碎技术处理甜瓜种子，通过测定种子发芽势、发芽率、出苗率、幼苗苗高、地径、根系总长度、总表面积、平均直径和根尖数等指标，比较不同碳纳米管浓度处理对薄皮甜瓜种子发芽及幼苗生长发育的影响，以期为纳米材料在园艺植物中的应用研究提供技术参考。［结果］ 碳纳米管处理后甜瓜种子的发芽势和发芽率表现为T2＞CK＞T1＞T3，出苗率表现为T2＞T3＞CK＞T1；碳纳米管处理种子对薄皮甜瓜幼苗的苗高和地径影响较小；T2处理显著提高了薄皮甜瓜幼苗的根系总长度和总表面积，与CK相比分别增加了56.0%和49.4%。［结论］不同浓度碳纳米管处理影响了薄皮甜瓜种子的发芽率及幼苗根系生长，其中以碳纳米管浓度处理500 μg/mL（T2）的表现最显著。

关键词  甜瓜；碳纳米管；种子发芽率；生长指标

中图分类号  S652  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）13-0042-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of CNTs on Melon Seed Germination and Seedling Growth

WANG Man-man，YAN Hong-lang，FENG Lu-lu et al

（Jiangsu Yanjiang Institute of Agricultural Sciences，Nantong，Jiangsu 226012）

Abstract  ［Objective］To explore the potential application of carbon nanotubes in vegetable crops.［Method］Melon cultivar of ‘Tongtianmi 1’ was used as experimental materials，with the ultrasonic experiment on seeds under carbon nanotube treatment.The differences among different levels of carbon nanotubes treatment were investigated at 200，500，800 μg/mL and CK，respectively.Aimed at providing technical reference for the nanomaterial application in horticultural plant research，the effects of carbon nanotube concentrations on seed germination and seedling growth characteristics were compared by measuring seed germination rate，seedling height，ground diameter，total root length，total surface area，average diameter and number of root tips.［Result］The germination energy and the ratio of germination were ranked with T2＞CK＞T1＞T3，the rate of emergence was ranked with T2 > T3 > CK > T1.The effects of carbon nanotubes on seedling height and ground diameter of muskmelon seedlings had little difference.The total root length and total surface area of melon seedlings in T2 treatment group were significantly increased by 56.0% and 49.4%，respectively，compared with CK.［Conclusion］The germination rate and seedling root growth characteristics under different carbon nanotube concentrations were significantly different，and the carbon nanotube mass concentrations with 500 μg/mL was the best control index.

Key words  Cucumis melo;Carbon nanotube;Seed germination rate;Growth characteristics

基金项目

江苏省农业科学院探索性颠覆性创新计划项目（ZX（21）1231）；南通市科技项目（MS22022089）；江苏沿江地区农业科学研究所博士基金项目（YJBS（2021）004）；江苏沿江地区农业科学研究所学科建设基金项目（YJXK（2023）101）。

作者简介  王曼曼（1993—），女，河南周口人，助理研究员，硕士，从事蔬菜品质育种研究。*通信作者，副研究员，硕士，从事甜瓜遗传育种研究。

收稿日期  2023-07-21；修回日期  2023-08-16

碳纳米管（carbon nanotube，CNTs）是一种长宽比例大于1 000的一维纳米级管状碳分子结构，最早由日本物理学家Iijima［1］发现。因其独特的机械性、导热性和电学性能，可作为一种化学材料，在试验反应中具有改变化学和生物结构的功能［2-3］。在生物技术应用中，纳米材料常被作为转运体，可渗透肿瘤细胞、细菌、植物细胞和动物组织，传递药物、DNA、蛋白质或用于物理癌症治疗［4-5］。纳米材料与绿色植物的相互作用研究，包括吸收、迁移、累积、转化、生物效应及潜在机制等多个方面［6］。在农业生产实践中，CNTs材料也发挥非常重要的作用，其已经应用于光触媒的消毒杀菌、调节生长激素、促进光合作用、植物叶面肥、植物保护和纳米生物农药等［7-10］，然而CNTs材料在园艺植物的应用上研究相对较少，亟待进一步开发。

薄皮甜瓜（Cucumis melo ssp.agrestis），又名香瓜，是葫芦科甜瓜属一年生蔓性草本植物［11］。甜瓜果实口感香甜、爽口多汁，含有丰富的糖类、蛋白质、脂肪、维生素C、有机酸类、胡萝卜素、磷、钠等营养成分［12-13］，深受广大消费者的青睐。高品质甜瓜外观精美，也是人们节假日走亲访友的佳品［14］。甜瓜因其栽培适应性强、种植技术简单、产量高、经济效益好等优点，已成为以种植业为主要经济来源的广大农民迅速增收致富的有效途径之一。笔者采用不同浓度CNTs处理甜瓜种子，观测种子发芽与幼苗生长指标及根系发育情况，旨在为CNTs材料对甜瓜的生物效应研究提供试验基础，也为园艺植物实际生产中的新材料应用提供技术参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验所用薄皮甜瓜种子为江苏沿江地区农业科学研究所甜瓜团队自主选育的“通甜蜜1号”［15］。CNTs处理中采用多壁碳纳米管（MWCNT）材料（纯度≥95%，直径＜11 nm，长度5～15 μm，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

1.2  试验方法

供试种子籽粒饱满、大小一致，先用清水浸泡6 h，之后分别浸于含有200、500和800 μg/mL MWCNT材料的500 mL无菌水溶液中，分别作为T1、T2和T3处理组。不含MWCNT材料的500 mL无菌水浸泡甜瓜种子作为CK对照组。每个处理组和对照组重复3次，每个重复24粒种子。各个重复采用超声细胞破碎仪（型号：ATPIO-1000D，南京先欧仪器制造有限公司），功率800 W，超声10 s，间隙10 s，处理20 min，使CNTs吸附于破碎种皮上。

1.2.1  不同浓度CNTs处理对种子发芽的影响。

将超声细胞破碎处理后的种子放置在铺有湿润滤纸的培养皿中，恒温箱（型号：RGD-450C，立思高仪器设备（南京）有限公司）中28 ℃暗培养催芽，定期查看并补充水分确保滤纸保持湿润状态，每日记录发芽种子数量，第2天后统计种子发芽势，第3天后统计种子发芽率。

种子发芽势=第2天时发芽种子数/供试种子总数×100%

种子出苗率=第3天时发芽种子数/供试种子总数×100%

1.2.2  不同浓度CNTs处理对种子苗期性状的影响。

将超声细胞破碎处理后的种子种植于穴盘，置于光照培养箱（型号：SN-GZX-350B，上海尚仪仪器设备有限公司）内催芽育苗，温度控制在25 ℃，相对湿度控制在70%以上，12 h/d光照。每隔3 d补充一次水分，并调查种子出苗情况。培养第15和33天，记录全部处理甜瓜幼苗的苗高和地径。第33天，每个处理组和对照组选取10株幼苗，采用植物图像分析仪（型号：Si800plus，上海中晶科技有限公司）扫描，记录根系总长度、总表面积、平均直径和根尖数等形态发育相关指标。

出苗率=正常出苗种子数/参试种子总数×100%

1.3  数据处理

根据统计的发芽数、出苗数，计算种子的发芽势、发芽率和种子出苗率。测量幼苗的苗高、地径等生长量，根系总长度、总表面积、平均直径和根尖数等根系形态发育相关指标，作为评价幼苗初期发育优劣的指标。测定的数据采用DPS、Excel软件进行整理、作图分析。

2  结果与分析

2.1  不同浓度CNTs处理对种子发芽的影响

不同CNTs浓度处理对薄皮甜瓜种子发芽势和发芽率的影响见表1。由表1可知，经过2 d的暗培养催芽之后，T2处理的发芽势已达96.71%，而其余3个处理的发芽势均在10%以下。种子发芽率趋势和发芽势一致，500 μg/mL CNTs处理条件下薄片甜瓜种子萌发效果最好，催芽第3天的发芽率可达99.57%。

2.2  不同浓度CNTs处理对种子出苗率的影响

不同浓度的CNTs处理对薄皮甜瓜种子出苗率的影响见图1。由图1可知， T2处理3 d后开始萌芽，出苗率达22.2%，而CK对照仅为2.8%，T1和T3处理未出苗。12 d时，T2处理种子出苗率达72.2%。18 d时，T3处理种子出苗率达72.2%。21 d时，CK对照组种子出苗率为69.4%。24 d时，T2处理、T3处理和CK对照种子出苗率都超过75%。27 d时，T2处理种子出苗率为91.7%。30 d时，T2和T3处理种子出苗率都超过90%，T1处理种子出苗率为58.3%。33 d时，T1处理种子出苗率达83.3%，其余各组出苗率都超过90%。由此可知，T2处理的出苗情况最好，T3处理其次，之后为CK对照，T1处理的种子出苗效果较缓。