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种子浸泡时长及生物刺激剂类型对红Bambara豆幼苗发育、生物量及营养组成的影响研究。通过对比6、12、18、24小时浸泡Kelpak、烟水、蚯蚓肥浸出液和海水浓缩液，发现12小时浸泡生物刺激剂显著促进幼苗生长和代谢活性，海水浓缩液和烟水提高根长及总生物量，降低植株丙氨酸含量，显示抗逆性增强。而超过6小时的水浸泡会降低种子重量，导致幼苗生长受限。研究证实优化浸泡处理可改善碳氮储备，为干旱地区可持续农业提供替代方案。
作者：Thubelihle Mathonsi、Siphelele Ndlovu、Fikisiwe Gebashe、Manoj Kulkarni、Johannes Van Staden
南非夸祖鲁-纳塔尔大学农业、工程与科学学院生命科学系，邮政信箱X54001，德班4000
摘要
成功培育出健壮的幼苗对于预测高作物产量至关重要。生物刺激剂（包括Kelpak、烟水混合物和蚯蚓堆肥）已被认为是合成农用化学品的可持续替代品，因为它们能够促进种子发芽、增强幼苗活力并提高抗逆性。本研究探讨了将红色班巴拉花生种子浸泡在不同时间（6小时、12小时、18小时和24小时）在生物刺激剂溶液、烟水混合物、蚯蚓堆肥浸出液和海藻提取物中对其幼苗发育、生物量和营养成分的影响。结果显示，用生物刺激剂浸泡12小时显著促进了幼苗发育和代谢活动。相反，超过6小时的浸泡会导致种子重量下降，可能引发缺氧，从而阻碍幼苗生长。海藻提取物和烟水混合物显著增加了根长和总幼苗重量，并降低了茎和根中的脯氨酸含量，表明渗透压应力有所减轻。蚯蚓堆肥浸出液提高了总淀粉和蛋白质水平，但脯氨酸含量略有上升，这表明植物为未来的逆境做好了代谢准备。有趣的是，这三种生物刺激剂都改变了养分分配，使更多的养分流向茎部组织，从而改善了光合作用的碳和氮储备。用Kelpak或烟水混合物浸泡12小时最有利于淀粉合成、蛋白质积累和抗逆性的提高。这些环保的植物促进剂有助于改善这种未得到充分利用的豆类的生长和产量潜力。
引言
班巴拉花生（Vigna subterranea Verdc.）是一种耐旱的豆类，营养价值高，在应对气候变化带来的挑战方面具有巨大潜力（Khan等人，2022年）。它是非洲重要的农作物，在消费量和种植面积方面仅次于花生和豇豆（Cook，2017年；Khan等人，2021年；Valombola，2020年）。班巴拉花生能够在贫瘠土壤中生长并耐旱，因此对干旱和半干旱地区的小农户尤为重要（Nafula等人，2021年）。然而，种子休眠性的差异一直是阻碍其生产的重大问题，直接影响发芽率和幼苗生长。了解种子休眠的复杂性并制定有效策略以克服这一挑战，对于充分发挥班巴拉花生的潜力、提高其对可持续农业和粮食安全的贡献至关重要。
种子休眠是植物的一种关键适应机制，指的是“在适宜条件下种子无法发芽”的现象（Mousavi等人，2011年）。这一复杂特性受遗传因素、种子发育成熟过程中的环境条件以及种子自身生理状态的影响（Paul & Chakrabarty，2022年）。这一过程涉及多种植物激素，它们会调节代谢途径（Klupczyńska & Paw?owski，2021年；Shu等人，2016年；Yang等人，2020年）。这些因素的相互作用决定了休眠的深度和持续时间，最终影响发芽成功率（Yang等人，2020年）。在包括大豆（Qutob等人，2008年）、桶状羽扇豆（Medicago truncatula）（Renzi等人，2020年）和豌豆（Pisum sativum）（Tasnim等人，2022年）在内的豆类植物中，物理性种子休眠被认为是发芽的主要限制因素（Yang等人，2020年）。
班巴拉花生具有显著的种子休眠性，不同品种和品系之间存在差异（Baloyi & Swanepoel，2023年）。其种皮的硬度和不透水性是导致物理性种子休眠的主要因素，限制了水分吸收并延缓了发芽（Makhaye等人，2021年；Mandizvo & Odindo，2019年；Miya & Modi，2020年；Sari等人，2021年）。最新研究表明，划伤种子表面可以引发生理和生化变化，如蛋白质体直径、糖分和油脂含量的改变，从而增强发芽活力（Miya & Modi，2020年）。这些发现为通过破坏种皮来改善作物生长提供了潜在策略，有助于水分和氧气的更好渗透，促进更快更健康的发芽（Mira等人，2017年）。这种技术对于班巴拉花生种植区特别有益，因为它可能提高产量并增强作物的抗逆性。此外，了解这一过程中的生化变化为优化其他豆类作物的种子处理提供了宝贵的研究方向。
然而，这种处理对植物整体表现的影响可能很复杂。虽然划伤表面可以在实验室条件下提高发芽率，但会对种皮造成损伤，在田间环境压力较大的情况下反而可能降低幼苗的存活率（Miya & Modi，2020年）。班巴拉花生产量不稳定，导致种子质量不可靠（Tan等人，2020年）。因此，实际产量通常在650至850公斤/公顷之间，而其潜在产量可超过3吨/公顷（Smykal等人，2013年）。根据Mohammed（2014年）的研究，班巴拉花生发芽需要5至35天，且发芽率低于30%。为解决这一问题，生物刺激剂成为提高种子发芽率和活力的有效且环保的解决方案（Malik等人，2020年）。
生物刺激剂（如促根细菌、无机化合物、腐殖质物质、海藻提取物、烟水混合物、蚯蚓堆肥浸出液和氨基酸）在促进植物生长和发育方面发挥着重要作用（Calvo等人，2014年；Grammenou等人，2023年；Parihar等人，2022年）。这些植物促进剂能增强养分吸收、激活酶活性并提高植物对非生物胁迫的抵抗力。
因此，本研究探讨了不同时间用生物刺激剂处理种子对班巴拉花生幼苗发育和生化成分的影响。通过评估不同的生物刺激剂处理方法，本研究旨在揭示它们在促进早期幼苗生长和提高作物产量方面的有效性。这些发现将有助于发展可持续农业实践，减少对合成肥料的依赖，并提高粮食安全。利用生物刺激剂提高班巴拉花生的发芽率具有重要的社会经济效益，尤其是对撒哈拉以南非洲的小农户而言。
实验方法
实验材料
红色班巴拉花生种子购自南非北夸祖鲁-纳塔尔省的Hluhluwe当地市场，并密封保存在室温下待进一步使用。浸泡处理前，用2%次氯酸钠（漂白剂）溶液消毒10分钟，以去除可能阻碍幼苗生长的表面病原体（细菌和真菌）。浸泡后，用蒸馏水（dH2O）彻底冲洗种子十次以去除残留物质。
结果
本研究探讨了在不同生物刺激剂溶液中浸泡不同时间对红色班巴拉花生种子重量和幼苗生长的影响。6小时浸泡后，用蚯蚓堆肥浸出液处理的种子重量最高，其次是烟水混合物，最低的是清水（图1）。12小时浸泡后，海藻提取物处理的种子重量最高，而蚯蚓堆肥浸出液处理的种子重量最低。18小时浸泡后，烟水混合物处理的种子重量最高，其次是清水和海藻提取物处理的种子，最低的是蚯蚓堆肥浸出液处理的种子。
讨论
多项研究表明，种子浸泡和生物刺激剂的应用对种子发芽和幼苗生长有显著影响（Gupta等人，2022年；Kulkarni等人，2021年；Makhaye等人，2021年；Masondo等人，2018年；Sobarzo-Bernal等人，2021年）。这些研究证实，生物刺激剂处理可以增强植物的抗逆性并改善生长参数。此外，特定时间的浸泡处理会对植物生长产生显著影响。
结论
对红色班巴拉花生种子进行浸泡处理和生物刺激剂处理的比较评估表明，选择合适的生物刺激剂和精确的浸泡时间对幼苗早期生长至关重要。用海藻提取物KEL处理12小时的种子表现出最长的根长和最高的幼苗生物量，表明幼苗活力增强。而超过12小时的普通水浸泡会导致种子重量下降，从而影响幼苗生长。
作者贡献声明
Thubelihle Mathonsi：负责撰写初稿、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。
Siphelele Ndlovu：负责撰写初稿、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。
Fikisiwe Gebashe：负责审稿与编辑、项目监督、资源协调、方法设计、实验实施、资金筹集、概念构建。
Manoj Kulkarni：负责撰写初稿、结果验证、项目监督、资源协调、项目管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
感谢夸祖鲁-纳塔尔大学和南非国家研究基金会的财政支持。
