Effect of Graphene Oxide on Rice Seed Germination Under Salt Stress

LIANGWenzhao, ZHOUShiyi, WEIRuiyan, SHILinya, LIUNaixin, YUQingtao

Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (9) : 1-7.

PDF(1332 KB)
Home Journals Chinese Agricultural Science Bulletin
Chinese Agricultural Science Bulletin

Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull      Editor in chief: Yulong YIN

About  /  Aim & scope  /  Editorial board  /  Indexed  /  Contact  / 
PDF(1332 KB)
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (9) : 1-7. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0491

Effect of Graphene Oxide on Rice Seed Germination Under Salt Stress

Author information +
History +

Abstract

To explore the effect of graphene oxide (GO) treatment on rice seed germination under salt stress, this experiment used the rice variety 'Harbin Japonica Rice 15' as the experimental material. Under normal conditions and salt stress (0.05 mol/L NaCl), GO was induced at different mass concentrations (0, 25, 50, 100 mg/L) to detect the changes in antioxidant enzyme activity, malondialdehyde, and osmotic regulator content of rice seeds after different treatments. The results show that: (1) low concentrations of GO (25 mg/L) can promote the germination of rice seeds, while high concentrations of GO (50, 100 mg/L) significantly inhibit their germination. 25 mg/L GO can increase seed vitality and improve germination rate under salt stress; (2) high concentrations of GO and NaCl combined treatment can further exacerbate the inhibitory effect of salt stress on rice seed growth, increase antioxidant enzyme activity, reduce malondialdehyde content, and alleviate oxidative stress response; (3) GO treatment promotes the synthesis and accumulation of osmotic regulators, increases the osmotic regulation ability and salt resistance of rice seeds, strengthens the salt tolerance of seedlings, and significantly improves their emergence and seedling efficiency in salt environments. Low concentration GO can promote rice germination, while high concentration GO has certain harm to rice growth. Especially under salt stress, high concentrations of GO can increase the toxicity of salt stress on rice growth. It is suggested that high concentration GO related fertilizers should be used with caution in rice production practice in saline alkali areas.

Key words

graphehe oxide / salt stress / Oryza sativa L. / seed priming / germination

Cite this article

Download Citations
LIANG Wenzhao , ZHOU Shiyi , WEI Ruiyan , et al . Effect of Graphene Oxide on Rice Seed Germination Under Salt Stress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2025, 41(9): 1-7 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0491

References

[1]
刘鹏, 毕江涛, 罗成科, 等. 耐盐菌对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 农业环境科学学报, 2022, 41(2):246-256.
[2]
孟繁昊, 王聪, 徐寿军. 盐胁迫对植物的影响及植物耐盐机理研究进展[J]. 内蒙古民族大学学报(自然科学版), 2014, 29(3):315-318,373.
[3]
闫先喜, 马小杰, 邢树平, 等. 盐胁迫对大麦种子细胞膜透性的影响[J]. 植物学通报, 1995(S1):53-54.
[4]
李玉祥, 林海荣, 梁倩, 等. 多巴胺引发对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 中国水稻科学, 2021, 35(5):487-494.
【目的】探讨多巴胺(Dopamine,DA)引发对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响。【方法】 以新疆自育水稻品种新稻17号为研究对象,分别用0(纯水)、0.1、0.5、1、1.5 mg/L的DA溶液(分别用S0、S0.1、S0.5、S1、S1.5表示)引发种子,采用浓度为100 mmol/L的NaCl溶液模拟盐胁迫,以未引发无盐胁迫处理作为对照1(CK),未引发有盐胁迫处理作为对照2(S-CK),研究多巴胺引发对盐胁迫下水稻种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响。【结果】与CK相比,盐胁迫下(S-CK)水稻种子的萌发受到明显抑制且萌发速率降低,幼苗长势弱。引发处理不同程度缓解了盐胁迫对种子萌发的抑制,提高发芽率(13.3%~25.8%)和发芽速率,促进幼苗生长;可溶性糖和脯氨酸含量增加(16.4%~51.8%和6.5%~31.2%),超氧化物歧化酶 (28.9%~72.7%)、过氧化物酶 (15.0%~60.1%)和过氧化氢酶 (35.1%~133.0%)活性显著提高,丙二醛 (7.1%~26.8%)含量明显降低。表明对种子进行引发处理,通过增强盐胁迫下水稻种子活力,提高幼苗渗透调节物质含量和抗氧化酶活性,降低丙二醛含量,增强了水稻种子及幼苗的耐盐性,其中1.0 mg/L的多巴胺溶液(S1)引发效果优于水引发(S0)。【结论】对于新疆自育水稻品种新稻17而言,1.0 mg/L多巴胺溶液引发能够有效提高其对盐胁迫的抵抗能力,促进种子萌发和幼苗生长。
[5]
徐本美, 王文玲, 刘秀芝, 等. 辣椒种子催芽剂的研究和应用[J]. 种子, 1995(6):55-57.
[6]
林欣琪, 魏茜雅, 秦中维, 等. γ-氨基丁酸(GABA)引发对盐胁迫下的辣椒种子萌发和幼苗生长的影响[J/OL]. 甘肃农业大学学报,1-15[2024-07-12].
[7]
侯会云. 油菜素内酯对盐胁迫下水稻种子萌发的影响[J]. 热带农业科学, 2020, 40(7):1-6.
[8]
向警, 黄倩, 鞠春燕, 等. 外源褪黑素对盐胁迫下水稻种子萌发与幼苗生长的影响[J]. 植物生理学报, 2021, 57(2):393-401.
[9]
VOCHITA G, OPRICA L, GHERGHEL D, et al. Graphene oxide effectsin early ontogenetic stages of Triticum aestivum L. seedlings[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2019, 181(3):345-352.
[10]
吴腾飞, 唐拴虎, 黄建凤, 等. 氧化石墨烯在农业领域的应用研究进展[J]. 广东农业科学, 2023, 50(8):126-135.
[11]
曹慧芬, 谢建义, 姚建忠, 等. 氧化石墨烯对盐胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 山西农业大学学报(自然科学版), 2022, 42(5):84-92.
[12]
刘顿, 吕月玲, 骆汉. 氧化石墨烯对紫穗槐种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 种子, 2022, 41(1):14-18,37.
[13]
刘永文, 姚文博, 贾祺, 等. 氧化石墨烯对桧柏种子萌发的影响[J]. 山西大同大学学报(自然科学版), 2021, 37(6):1-3,7.
[14]
王伟, 多立安, 赵树兰. 氧化石墨烯对紫花苜蓿种子萌发与幼苗生长的影响[J]. 种子, 2020, 39(2):1-4,10.
[15]
赵琳, 宋瑞瑞, 吴琦, 等. 氧化石墨烯对玉米幼苗生长及生理特征的影响[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(6):1167-1173.
[16]
毛建越, 多立安, 赵树兰. 氧化石墨烯对草坪植物高羊茅生长及生理的影响[J]. 园艺学报, 2020, 47(10):2040-2046.
[17]
ZHOU Y J, PROGNON P. Raw material enzymatic activity determination: a specific case for validation and comparison of analytical methods-the example of superoxide dismutase (SOD)[J]. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 2005, 40(5):1143-1148.
[18]
MUÑOZ-MUÑOZ J, GARCÍA-MOLINA F, GARCÍA-RUIZ P, et al. Enzymatic and chemical oxidation of trihydroxylated phenols[J]. Food chemistry, 2008, 113(2):435-444.
[19]
邸文静, 徐节田, 王淼, 等. 浅析低温胁迫对粳稻芽期耐冷性评价的生理指标[J]. 农业与技术, 2018, 38(18):51.
[20]
赵红. 硅对镍胁迫下水稻种子萌发的缓解作用[J]. 农业与技术, 2023, 43(23):26-28.
[21]
唐子雯. 基因OsProCP5调控水稻籽粒发育的分子机理研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2023.
[22]
蒋大程, 高珊, 高海伦, 等. 考马斯亮蓝法测定蛋白质含量中的细节问题[J]. 实验科学与技术, 2018, 16(4):143-147.
[23]
王进, 罗光宏, 颜霞, 等. 单盐胁迫对蒙古扁桃种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 中草药, 2017, 48(12):2509-2515.
[24]
高梦迪, 盛茂银. 纳米TiO2对2种草本植物种子萌发与幼苗生长的影响[J]. 贵州师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(4):69-74.
[25]
YIJIA H, RUIRUI H, YUJIA Z, et al. Graphene oxide as a water transporter promoting germination of plants in soil[J]. Nano research, 2018, 11(4):1928-1937.
[26]
宋爽. 氧化石墨烯对生物生长及Cd吸收的影响研究[D]. 北京: 北京化工大学, 2020.
[27]
陈斌, 张传玲, 江红生, 等. 纳米银诱导拟南芥活性氧自由基的积累和抗氧化系统的改变[J]. 基因组学与应用生物学, 2017, 36(4):1646-1653.
[28]
肖爽, 韩雨辰, 号宇然, 等. 聚乙二醇引发对盐胁迫下棉种萌发及生理特性的影响[J]. 核农学报, 2021, 35(1):202-210.
为提高棉花在盐胁迫下的出苗率,争取全苗、壮苗,以棉花种子为试验材料,使用蒸馏水和5%、10%、15%聚乙二醇(PEG-6000)进行6、12、24 h引发,根据发芽势(GP)和发芽率(GR)筛选出最适引发条件。后续以未引发种子为对照,使用筛选出的最佳引发条件进行引发,分别于4个NaCl浓度(0、50、100、150 mmol·L<sup>-1</sup>)下进行萌发,研究种子引发对盐胁迫下棉种萌发和生理特性的影响。结果表明,使用5% PEG-6000引发12 h为最佳引发条件,并且在后续的NaCl胁迫下同样表现突出。在不同浓度的NaCl胁迫下,引发后种子的GP、GR、发芽指数(GI)和活力指数(&#x02165;)均较未引发出现了显著提高。对萌发7 d棉种形态特征的研究发现,下胚轴长度和根长在不同浓度的NaCl胁迫下分别提高了17.95%~30.37%和12.93%~74.96%。种子生理指标的测定结果表明,经过引发的棉种萌发7 d其根系活力提高了6.84%~39.32%;萌发2、4、6 d,种子超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性与未引发种子相比同样出现了较大幅度的提升;而种子内部的H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>、丙二醛(MDA)含量却降低,说明PEG引发可以通过增强种子内部抗氧化酶活性和缓解膜脂过氧化程度来提高棉种的耐盐能力。本研究为提高棉花在盐胁迫下的出苗率提供了简单、有效的方法。
[29]
THAKUR P, KUMAR S, MALIK A J, et al. Cold stress effects on reproductive development in grain crops: an overview[J]. Environmental and experimental botany, 2009, 67(3):429-443.
[30]
ZHANG P, ZHANG R, FANG X, et al. Toxic effects of graphene on the growth and nutritional levels of wheat (Triticum aestivum L.): short- and long-term exposure studies[J]. Journal of hazardous materials, 2016, 317:543-551.
[31]
隋祺祺, 焦晨旭, 乔俊, 等. 石墨烯溶胶配施化肥对土壤中养分流失的影响[J]. 水土保持学报, 2019, 33(1):39-44.
[32]
MAHMOUD N E, ABDELHAMEED R M. Superiority of modified graphene oxide for enhancing the growth, yield, and antioxidant potential of pearl millet (Pennisetum glaucum L.) under salt stress[J]. Plant stress, 2021, 2:100025.
[33]
陈双燕, 韩建国, 王贇文, 等. 蛭石引发对结缕草种子发芽率和发芽速度的影响[J]. 草地学报, 2007(3):254-258.
试验采用最终发芽率分别为90%(当年收获)、83%(贮藏1年)、74%(贮藏2年)、15%(贮藏3年)的结缕草(Zoysia japonica)种子为材料,以蛭石作为固体引发基质,研究水势和时间对种子最终发芽率、50%发芽时间和平均发芽时间的影响。结果表明,蛭石引发处理对当年收获和贮藏1年的结缕草种子的最终发芽率没有影响,但显著提高了贮藏2年和3年种子的最终发芽率,分别比对照提高了9%和12%;随着引发处理水势的增加和处理时间的延长,4份不同贮藏年限的种子50%发芽时间和平均发芽时间均有不同程度的缩短,分别比对照缩短1.8~3.0 d和2.1~8.2 d。与PEG溶液引发相比,蛭石固体引发最佳处理的水势更高,为-0.4~-0.1MPa;处理时间更长,为3~4 d。
PDF(1332 KB)

Accesses

Citation

Detail

Sections
Recommended

/