水分脅迫對朱砂根種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

俞伶俐 魏升華 白玲利 文琴琴 嚴福林

摘 要 開展5個水分處理下的朱砂根種子萌發(fā)試驗，測定比較其對種子萌發(fā)、幼苗生長情況和幼苗的3個生理生化指標的影響。結(jié)果表明，隨著PEG-6000溶液濃度增加，朱砂根種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢呈先上升后下降趨勢，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先下降后上升趨勢；PEG-6000濃度為10%時，發(fā)芽率最高；PEG-6000濃度為5%時，發(fā)芽勢最高，CK組的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于其他組。CK組胚根最長，CK組與各試驗組之間的胚根數(shù)、干重、相對含水量參數(shù)基本相同，差異不顯著。水分脅迫促使朱砂根幼苗葉片數(shù)、須根數(shù)、鮮重和干重均有所增加，相對含水量、葉長、葉寬有所減小。幼苗的葉綠素含量和SOD活性隨PEG-6000溶液濃度增加呈先上升后下降趨勢，PEG-6000溶液濃度為5%時，幼苗葉綠素含量和SOD活性最高，MDA含量與PEG-6000溶液濃度大致呈正相關，CK組與試驗組均具有顯著性差異（p＜0.05）。綜上，朱砂根具有一定的抗旱能力，種子萌發(fā)需要適當?shù)乃?，其中PEG-6000溶液濃度為5%時最佳。

關鍵詞 水分脅迫；朱砂根；種子；萌發(fā)；幼苗；生理指標

中圖分類號：S567.1 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.03.016

朱砂根（Ardisia crenata Sims）是紫金牛科（Myrsinaceae）紫金牛屬（Ardisia）的一種常綠小灌木，廣泛分布于我國各地[1]。由于其果期長，果實鮮艷，象征富貴吉祥，又名“富貴子”，具有較好的觀賞價值[2]。朱砂根全株可入藥，其干燥根部為常用中藥，具有解毒消腫、活血止痛、祛風除濕等功效。主要用于治療咽喉腫痛、風濕痹痛、跌打損傷等疾病[3-5]。現(xiàn)代研究表明，朱砂根主要有巖白菜素、皂苷類、黃酮類、苯醌類、香豆素等成分，具有抗炎、活血化瘀、抗腫瘤、抗病原微生物等藥理作用[6-9]。朱砂根為貴州特色苗藥“八爪金龍”的主要來源，也是貴州苗藥大品種“開喉劍噴霧劑”“養(yǎng)陰口香合劑”和“咽喉清喉片”等成藥的主要原料之一。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，中醫(yī)藥、民族醫(yī)藥逐漸獲得了廣泛認可，市場需求呈逐年上升趨勢，朱砂根的資源消耗也急劇加大，然而目前“八爪金龍”的開發(fā)利用嚴重依賴野生資源，且藥用品質(zhì)形成周期較長。隨著朱砂根市場需求的不斷擴大和野生資源的長期大量、不規(guī)范濫采亂挖，野生資源急劇減少，不能滿足需求，這給苗藥原料供應造成極大壓力，也限制相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，朱砂根藥材的人工種植迫在眉睫。

繁殖材料的收集、保存、萌發(fā)并獲得足夠的種苗是農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的物質(zhì)基礎，有性繁殖具有系數(shù)大、適應性好等優(yōu)點。朱砂根種子為頑拗性種子，當水分下降到一定程度極易失活。因此，水分是朱砂根種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育過程中的主要影響因素。聚乙二醇（PEG）是一種親水性很強的高分子聚合物，大量研究表明了PEG用于人工模擬干旱的可行性[10]。采用不同濃度PEG-6000對朱砂根種子進行模擬水分脅迫處理，探究朱砂根在干旱脅迫下種子的萌發(fā)情況及幼苗的生長情況，為朱砂根育苗移栽及種植技術(shù)提供一定的參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗材料

朱砂根果實于2021年11—12月采自黔東南州施秉縣及雷山縣，憑證標本經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學魏升華教授鑒定為紫金牛屬朱砂根，保存于貴州中醫(yī)藥大學中藥材種植（養(yǎng)殖）及加工研究所。試驗時選取籽粒飽滿、質(zhì)地均勻、大小一致的果實，用自來水浸泡3 h，搓去外果皮及果肉，瀝干后用70%乙醇浸泡1 min進行消毒，再用滅菌的純化水清洗5次，吸水紙吸干種子表面水分備用。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?PEG-6000溶液配制及種子前處理

以蒸餾水為空白對照（CK），配置濃度為5%、10%、15%、20%的PEG-6000溶液。分別在培養(yǎng)皿中加入等100 mL PEG-6000溶液，每個培養(yǎng)皿放入30粒朱砂根種子，以濾紙為萌發(fā)基質(zhì)，放置于光照培養(yǎng)箱，培養(yǎng)條件為16 h光照、8 h黑暗，25 ℃恒溫培養(yǎng)，每個處理3次重復，待種子萌發(fā)結(jié)束后統(tǒng)計并分析種子發(fā)芽情況。不同濃度PEG-6000溶液的水勢計算：

ψs=-（1.18×10-2）C-（1.18×10-4）C2+（2.67×10-4）CT+（8.39×10-7）C2T （1）

式中：ψs滲透勢（bar），1 bar =0.1 MPa；C為PEG6000溶液濃度（g·kg-1）；T為溶液溫度（25 ℃）。

1.2.2 ?測定指標的計算方法

發(fā)芽率=正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽勢=發(fā)芽高峰時正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑（Gt/Dt）；

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×S；

式中，Gt與Dt分別表示第t天的發(fā)芽數(shù)和相應的發(fā)芽天數(shù)；S為幼苗長勢，本試驗為幼苗平均鮮重。

胚根參數(shù)測定：試驗結(jié)束后，每個處理隨機選取10粒種子，分別測其胚根長和胚根鮮重、干重、相對含水量。

幼苗參數(shù)測定：種子發(fā)芽結(jié)束30 d后，隨機選取10株幼苗測定其根長、須根數(shù)量、葉片數(shù)量、葉長、葉寬、植株鮮重、干重及相對含水量，并測定幼苗葉綠素、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）活性指標（參照《植物生理學實驗》測定）。

1.2.3 ?數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2020和Graph Pad Prism 8.0.1軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用 SPSS V. 26.0分析軟件進行方差分析和多重比較。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同濃度PEG-6000對朱砂根種子萌發(fā)的影響

用不同濃度的PEG-6000溶液分別培養(yǎng)朱砂根種子，對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)進行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。隨著PEG-6000濃度的增加，發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢，均顯著高于CK組（p＜0.05），其中，PEG-6000濃度為10 %時，發(fā)芽率最高（83.34±4.72）%，顯著高于其他處理組（p＜0.05），CK組發(fā)芽率明顯較低（55±2.36）%，且在萌發(fā)過程中出現(xiàn)了顯著的霉變腐爛現(xiàn)象。PEG-6000濃度為5%時，發(fā)芽勢最高，為（55.00±2.36）%，顯著高于其他組別（p＜0.05）。隨著PEG-6000濃度的增加，發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均呈先下降后上升趨勢，其中發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高為CK組，分別為（30.74±0.76）%和（8.33±0.21）%，顯著高于其他處理組（p＜0.05）。

2.2 ?不同濃度PEG-6000對朱砂根胚根發(fā)育的影響

胚根的生長情況是評價種子萌發(fā)后能否正常成苗的關鍵指標，本研究對不同濃度PEG-6000下朱砂根的胚根長度、胚根須根數(shù)、胚根鮮重、干重與相對含水量進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表2。CK組胚根最長，為（56.62±11.40）mm，顯著高于所有PEG-6000處理組（p＜0.05），處理組中，胚根的長度隨著PEG-6000濃度的升高呈先降低后升高趨勢，PEG 5%與PEG 20%胚根長度無顯著性差異（p＞0.05）。CK組與各試驗組之間朱砂根的胚根數(shù)、干重、相對含水量參數(shù)基本相同，無顯著性差異。胚根鮮重隨著PEG-6000濃度的增加，略呈下降趨勢，鮮重最大的是5%濃度處理，為0.28 g；其次為CK組，為0.27 g；最低為20%濃度處理，為0.23 g，CK組與PEG 20%濃度組具有顯著差異（p＜0.05）。

2.3 ?不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗生長的影響

中藥材種苗的質(zhì)量關系到植株抗性、移栽成活率、田間管理以及中藥材的質(zhì)量和產(chǎn)量結(jié)果見表3。隨著PEG-6000濃度的增加，30 d齡朱砂根幼苗相對含水量呈逐漸下降趨勢，均顯著低于CK組（p＜0.05）；各組間幼苗鮮重比較無顯著性差異（p＞0.05）；隨著PEG-6000濃度的增加，干重逐漸增加，各組間比較具有顯著性差異（p＜0.05）。朱砂根幼苗須根數(shù)隨PEG-6000濃度的增加而增加，除PEG15%組外；根長隨PEG-6000濃度的增加而減小，處理組均顯著低于CK組（p＜0.05）。朱砂根幼苗葉片數(shù)隨PEG濃度的上升呈逐漸增多趨勢，但葉片寬度隨著濃度的增加逐漸變小，葉片長度組間比較差異不顯著（p＞0.05）。

2.4 ?不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗葉綠素含量的影響

在不同水分脅迫程度下，朱砂根幼苗的葉綠素含量不同，詳見表4。PEG-6000濃度在0%～15%時，葉綠素含量大致呈上升趨勢，濃度為5%時葉綠素含量最高，達到6.37 mg·L-1；PEG-6000濃度在15% ～ 20%時，幼苗葉綠素含量呈下降趨勢，濃度為20%時葉綠素含量最低，為3.15 mg·L-1。PEG-6000濃度為5%、10%、15%時，葉綠素含量顯著高于CK組（p＜0.05），分別增加了20.42%、13.80%、20.60%；但PEG-6000濃度為20%時，葉綠素含量顯著低于CK組（p＜0.05），減少了40.45%。

2.5 ?不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗丙二醛含量的影響

水分脅迫可能會引起幼苗活性氧代謝失控，細胞膜脂可能會發(fā)生脂質(zhì)過氧化現(xiàn)象，導致較多的丙二醛（MDA）產(chǎn)生，因此可以將MDA作為描述幼苗生長健康與否的指標[11]。由表4可知，在不同水分脅迫程度下，朱砂根幼苗MDA含量不同。隨著PEG-6000濃度的升高，MDA含量呈上升趨勢，在濃度為20%時，MDA含量最高，為7.42 nmol·g-1；CK組MDA含量最低，為5.47 nmol·g-1。PEG-6000處理組幼苗的MDA含量均顯著高于CK組，分別增加了14.44%、20.41%、19.44%、35.65%。

2.6 ?不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗SOD活性的影響

由表4可知，在不同水分脅迫程度下，朱砂根幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性不同。PEG-6000濃度在0% ～ 5%之間，幼苗SOD活性呈升高趨勢，當PEG-6000濃度為5%時，SOD活性最高，為334.49 U·mg-1；PEG-6000濃度在5% ～ 20%之間，SOD活性呈降低趨勢，當PEG-6000濃度為20%時，SOD活性最低，為190.08 U·mg-1。PEG-6000濃度為5%時，SOD活性高于CK組，增加了9.52%；PEG-6000濃度為10%、15%、20%時，SOD活性均低于CK組，分別減少了13.90%、30.21%、37.76%，當PEG-6000濃度為10%時，SOD活性急劇降低，之后隨著PEG-6000濃度的增加，SOD活性降低較為平緩。

3 ?小結(jié)與討論

朱砂根為陰生常綠灌木，其根為常用藥材。本課題組前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，朱砂根野外群居個體數(shù)量較少，且植株個體之間間隔往往較遠，未發(fā)現(xiàn)聚集群體，這可能與朱砂根種子在野外的萌發(fā)較為困難有關。種子的萌發(fā)與外界環(huán)境有著密切關系，常常需要適宜溫度及水分才能完成。前期研究發(fā)現(xiàn)，朱砂根種子的萌發(fā)溫度在20 ～ 25 ℃時萌發(fā)率最高，初步掌握了朱砂根種子萌發(fā)適宜溫度。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著PEG-6000濃度的增加，發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢，其中PEG-6000濃度為10%時，發(fā)芽率最高，且試驗組朱砂根種子的發(fā)芽率均大于CK組，這與冷蒿種子隨著干旱程度的加深，發(fā)芽率降低的現(xiàn)象具有一定的差異[12]?？赡茴A示不同物種的種子對干旱的響應不同，適當?shù)母珊堤幚聿坏欣诖龠M朱砂根種子的萌發(fā)，還可以防止水分較多而出現(xiàn)發(fā)霉、腐爛的現(xiàn)象。中藥材種苗的質(zhì)量關系到植株抗性、移栽成活率、田間管理及中藥材的質(zhì)量和產(chǎn)量。本研究對不同濃度PEG-6000下朱砂根根長、須根數(shù)、鮮重、干重與相對含水量等參數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn)，水分脅迫促使朱砂根葉片數(shù)、須根數(shù)、鮮重和干重總體均呈增加趨勢，但根長、葉寬與PEG-6000濃度呈負相關關系。這可能是因水勢降低，主根變長無法滿足植物對水的需求，只有增加須根數(shù)，才能更多地從土壤中獲取足夠的水分。在水分脅迫環(huán)境下，朱砂根葉片變小、變窄，可能是為了對抗水分脅迫，減少水分散失。植物葉綠素含量的改變是植物適應不良環(huán)境的重要特征，也是植物受害程度的重要體現(xiàn)。葉綠素是植物進行光合作用，將光能轉(zhuǎn)化為化學能的活性物質(zhì)，葉綠素含量的高低是反映植物光合作用強弱的一項重要指標[13]，生長發(fā)育旺盛的植株會合成較多的葉綠素，表現(xiàn)較強的抗性，反之則少[14]。

隨PEG-6000濃度的升高，朱砂根幼苗的葉綠素含量先增加后減少，在PEG-6000濃度為5%達到最高，除濃度為20%時比CK組低，其余均高于CK組。說明在一定的干旱條件下，朱砂根光合作用增強，但后期干旱過度，葉綠素低于CK組，在濃度為20%時，影響了正常的光合作用反應而導致。當植物處于適宜的環(huán)境條件下，ROS的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)，在植物受到環(huán)境脅迫后，這種平衡被打破，ROS含量上升，然后導致MDA積累，使膜脂質(zhì)過氧化[15-16]。本研究結(jié)果顯示，隨著PEG-6000濃度的升高，朱砂根幼苗的MDA含量總體呈上升趨勢，這與薛靜怡等[17]對千金子種子水分脅迫的生理生化特性結(jié)果一致。這可能是因為PEG-6000濃度的升高，水勢較低，水分脅迫下朱砂根幼苗膜結(jié)構(gòu)遭到破壞引起代謝絮亂，導致了MDA含量升高。水分脅迫使植物細胞內(nèi)產(chǎn)生活性氧，干擾正常的生命代謝活動[18]。但植物對逆境的響應會產(chǎn)生自我保護的抗氧化酶，維持活性氧的動態(tài)平衡，如SOD、POD等，SOD是生物體內(nèi)清除活性氧的主要保護酶之一[19]。

通過測定朱砂根幼苗SOD的活性，分析不同水勢對抗氧化酶活性的影響。結(jié)果顯示，隨著PEG-6000濃度的升高，不同干旱處理組幼苗的SOD活性呈先上升后下降的變化趨勢，PEG-6000濃度為0%～5%時，SOD活性呈上升趨勢；在濃度為5%時，SOD活性達到最高，且高于CK組。這與劉亞西等[20]研究水分脅迫對多年生黑麥草種子萌發(fā)和生理調(diào)控的影響結(jié)果相似。說明朱砂根幼苗對干旱脅迫表現(xiàn)出一定的適應性，加速分解種子內(nèi)部產(chǎn)生的超氧自由基。PEG-6000濃度為5%～20%，SOD活性呈下降趨勢，且都低于CK組。與李莉等[21]研究中發(fā)現(xiàn)野燕麥在水分脅迫下，SOD表現(xiàn)為先應激性上升后下降的動態(tài)變化一致。這可能是因為脅迫程度的加劇一定程度干擾SOD活性及植物體內(nèi)其他酶彼此之間的互作過程，導致SOD活性降低且低于CK組。

綜上所述，朱砂根種子的萌發(fā)及幼苗生長需要一定量的水分，但是水分也不宜過多，朱砂根種子萌發(fā)所需的水分比幼苗生長過程所需水分要高，朱砂根種子萌發(fā)在PEG-6000濃度為5%下萌發(fā)為最佳選擇。此外，朱砂根具有一定的抗旱能力，當PEG-6000濃度為20%時，超過了植物自身的可抵抗的程度，會出現(xiàn)持續(xù)性萎蔫、甚至死亡的現(xiàn)象。朱砂根作為一種陰生植物，其生長過程中，也并非水分越多越好，這可能和野外資源調(diào)查發(fā)現(xiàn)朱砂根容易發(fā)生根腐病有一定關系，本試驗結(jié)果為進一步研究朱砂根規(guī)范化育苗、移栽及種植提供參考。

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（責任編輯：易 ?婧）