烤煙水提液對(duì)人參種子萌發(fā)的影響

孫 海，李 樂，徐成路，張亞玉

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所， 吉林 長(zhǎng)春130112）

人參（Panax ginseng C．A．Mey．）為五加科多年生草本植物，同時(shí)也是吉林省特色優(yōu)勢(shì)名貴中藥材。園參栽培過程中具有連作障礙現(xiàn)象，連作導(dǎo)致人參植株長(zhǎng)勢(shì)減弱，產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病能力明顯降低。針對(duì)人參連作障礙機(jī)制研究較多，一是認(rèn)為土壤酸化、營(yíng)養(yǎng)失衡、土壤有益微生物和有益酶類減少等因素是連作障礙產(chǎn)生的直接原因［1－4］。也有一些學(xué)者認(rèn)為，人參生長(zhǎng)過程中根系脫落、根系分泌的有機(jī)酸等小分子物質(zhì)的積累是連作障礙產(chǎn)生的根源［5－7］。1998年國(guó)家實(shí)施“天保工程”以來，伐林栽參以及客土（伐林土）栽參受到限制，而老參地的不可重復(fù)利用成為園參發(fā)展的瓶頸。因此，采取合理的種植方式，以緩解人參連作障礙受到人們的關(guān)注。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，我國(guó)通常采用土壤改良消除連作障礙的產(chǎn)生，主要是通過土壤消毒、施用有機(jī)肥、微生物肥料以及有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥等途徑改良土壤肥力，進(jìn)而緩解連作障礙帶來的不利影響［8－10］，但是效果并不明顯。加拿大采用烤煙和人參輪作的方式進(jìn)行改土，效果較好，而烤煙中性提取條件下主要有有機(jī)酸、酯類、酰胺類、烷烴類、甘油、煙堿等物質(zhì)［11］。推測(cè)烤煙種植過程中改良了土壤的微環(huán)境，使其適宜人參生長(zhǎng)發(fā)育。在種子植物的生活史中，種子萌發(fā)是植物對(duì)環(huán)境響應(yīng)的開始階段［12］。明確種子萌發(fā)能力可以反映植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，種子能否順利萌發(fā)出苗，環(huán)境因素是否能夠滿足種子內(nèi)正常的生理代謝是植物生長(zhǎng)啟動(dòng)的關(guān)鍵。鑒于此，本研究利用不同濃度烤煙水提液進(jìn)行人參種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，為闡明烤煙對(duì)人參土壤改良作用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 實(shí)驗(yàn)材料

人參種子為撫松縣人參研究所提供的隔年裂口種子，種子裂口率達(dá)到98%。選擇胚芽長(zhǎng)度一致（肉眼可見，長(zhǎng)度約1mm）的人參種子作為實(shí)驗(yàn)材料。

1．2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

烤煙水提液制備：烤煙在55℃烘箱中干燥至衡重，粉碎后過100目篩。準(zhǔn)確稱取烤煙粉末1g于100mL超純水中，超聲30min，放置過夜，次日繼續(xù)超聲2次，每次15min，2次間隔30min，超聲結(jié)束后過濾，濾液即為1g／100mL烤煙水提液原液。

本實(shí)驗(yàn)采用培養(yǎng)皿培養(yǎng)進(jìn)行人參種子發(fā)芽試驗(yàn)，試驗(yàn)為7個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子，培養(yǎng)時(shí)間為6d。7個(gè)處理培養(yǎng)液濃度分別為0，0．1，0．2，0．4，0．6，0．8，1．0g／100mL。處理 A 每天統(tǒng)計(jì)胚根長(zhǎng)度，培養(yǎng)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)不同處理下人參種子霉斑數(shù)量、胚根長(zhǎng)、子葉發(fā)生數(shù)以及種子培養(yǎng)過程中MDA、可溶性糖、SOD的含量。

1．3 實(shí)驗(yàn)方法

胚根長(zhǎng)度測(cè)量方法：將人參胚根拉直，測(cè)量絕對(duì)長(zhǎng)度。

胚根MDA和SOD含量測(cè)定參見文獻(xiàn)［13］，可溶性糖含量測(cè)定方法見文獻(xiàn)［14］。

1．4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2010和SAS 9．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 人參種子萌發(fā)速率

由圖1可以看出，1～3d人參種子萌發(fā)相對(duì)緩慢，但胚根長(zhǎng)度呈直線生長(zhǎng)，4～6d萌發(fā)速率較前3d要快一些，到第6天人參胚根長(zhǎng)度達(dá)到了15．31mm。

圖1 人參種子萌發(fā)速率

2．2 不同濃度烤煙水提液處理對(duì)胚根和子葉發(fā)育的影響

種子萌發(fā)速率主要體現(xiàn)在胚根和子葉生長(zhǎng)速度。隨著烤煙水提液濃度增大人參胚根生長(zhǎng)受到影響，0．8 g／100mL和1．0g／100mL烤煙水提液處理，人參胚根長(zhǎng)度顯著小于0g／100mL（對(duì)照）和0．1g／100mL處理。由此可見，烤煙水提液一定程度上抑制了人參胚根的生長(zhǎng)。不同濃度烤煙水提液處理對(duì)人參子葉形成呈現(xiàn)“低促高抑”的趨勢(shì)（圖2），當(dāng)烤煙水提液濃度為0．4g／100mL處理時(shí)子葉形成占總數(shù)的百分比最高，為34．44。

圖2 不同濃度烤煙水提液處理下人參胚根長(zhǎng)度及子葉形成百分比

2．3 不同濃度烤煙水提液處理下人參胚根MDA、可溶性糖含量及SOD的影響

不同濃度烤煙水提液處理下影響了種子胚根的生長(zhǎng)和子葉的發(fā)生，進(jìn)一步分析了人參種子內(nèi)生理代謝響應(yīng)過程，種子內(nèi)MDA、可溶性糖及SOD生理指標(biāo)如圖3～圖5。

圖3 不同濃度烤煙水提液處理下MDA含量

圖4 不同濃度烤煙水提液處理下可溶性糖含量

不同濃度烤煙水提液處理下，人參種子內(nèi)MDA和可溶性糖含量均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，0g／100mL處理時(shí)，MDA和可溶性糖含量最低，分別為0．006 8 μmol／g 和 0．017mmol／g；1．0g／100mL 處 理 時(shí)，MDA和可溶性糖含量最高，分別為0．011μmol／g和0．026mmol／g。

不同濃度烤煙水提液處理下，種子內(nèi)SOD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，0．4g／100mL處理下SOD酶活性最高，為0．040U／g，當(dāng)烤煙水提液濃度繼續(xù)增大時(shí)，SOD酶活性隨之降低。

圖5 不同濃度烤煙水提液處理下SOD酶活性

2．4 不同濃度烤煙水提液處理下人參種子發(fā)霉個(gè)數(shù)和胚根腐爛數(shù)

烤煙水提液濃度逐漸增大，人參種子霉菌數(shù)百分比升高。當(dāng)濃度達(dá)到0．6g／100mL時(shí)，霉菌發(fā)生率為51．11%，濃度達(dá)到0．8g／100mL和1．0g／100mL時(shí)，人參種子霉菌發(fā)生率為100%。隨著烤煙水提液濃度的增大，胚根腐爛數(shù)也逐漸增多，濃度為0．8g／100mL和1．0g／100mL時(shí)，胚根腐爛數(shù)最多，為27個(gè)。

表1 人參種子霉菌百分比和胚根腐爛數(shù)

3 討論與結(jié)論

3．1 烤煙水提液能夠抑制人參胚根生長(zhǎng)，對(duì)子葉發(fā)生具有低濃度促進(jìn)高濃度抑制的效應(yīng)

植物種子能否在合適的時(shí)間和地點(diǎn)萌發(fā)對(duì)植物進(jìn)行幼苗建植至關(guān)重要，它直接關(guān)系到幼苗建植成功與否［15］?？緹煴旧砗卸喾N活性組分［11］，活性組分具有化感自毒效應(yīng)，特別是烤煙葉的水提液自毒效應(yīng)最強(qiáng)［16］，本研究中0．8g／100mL 和1．0g／100mL 處 理下，胚根長(zhǎng)度顯著低于對(duì)照（0g／100mL）和0．1g／100 mL處理，與烤煙水提液以萵苣為靶向的化感自毒效應(yīng)一致?？緹熕嵋簩?duì)子葉發(fā)生表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制作用，推測(cè)烤煙水提液中含有生長(zhǎng)素類物質(zhì)，目前沒有相應(yīng)報(bào)道，需進(jìn)一步研究證實(shí)。

3．2 烤煙水提液對(duì)人參種子萌發(fā)形成抑制條件，導(dǎo)致體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)啟動(dòng)以降低對(duì)人參種子萌發(fā)的破壞

烤煙水提液對(duì)人參萌發(fā)屬于逆境條件，抑制胚根的生長(zhǎng)。種子正常萌發(fā)過程中活性氧濃度維持在一個(gè)較低水平，隨著烤煙水提液濃度的增大，脅迫程度加大，導(dǎo)致胚根中活性氧的產(chǎn)生和清除系統(tǒng)平衡被打破導(dǎo)致活性氧的積累，引發(fā)膜脂過氧化，最終致使組織氧化損傷或細(xì)胞程序性死亡［17］。SOD可以清除活性氧的傷害，減輕植物細(xì)胞膜系統(tǒng)上膜脂過氧化作用，降低膜結(jié)構(gòu)破壞程度，減少膜內(nèi)物質(zhì)向外滲漏，從而減輕植物遭受低溫傷害的程度［18］，隨著烤煙水提液濃度的增大，SOD酶活性逐漸升高，在0．4g／100mL時(shí)SOD酶活性達(dá)到最大。但是植物清除活性氧的能力是有限的，隨著烤煙水提液濃度進(jìn)一步增大植物嚴(yán)重受損，最終由于活性氧過度積累導(dǎo)致膜質(zhì)過氧化，植物生長(zhǎng)發(fā)育受到影響，1．0g／100mL烤煙水提液處理時(shí)，SOD酶活性最低，為0．032U／g。由表1可以直觀的看出種子霉菌數(shù)和胚根腐爛數(shù)達(dá)到最大，嚴(yán)重地影響種子的正常生長(zhǎng)發(fā)育。丙二醛含量和膜穩(wěn)定性指數(shù)常常被人們用來衡量植物的氧化損傷程度［19］。人參胚根中MDA含量隨烤煙水提液濃度增大而逐漸提高，表明1．0g／100mL水提液對(duì)胚根損傷程度最嚴(yán)重。

3．3 烤煙水提液促進(jìn)人參培養(yǎng)過程中的霉變和腐爛

烤煙水提液的活性組分中存在大量的含有碳和氮的化合物。而微生物繁衍首要滿足的是碳源和氮源［20］，再加上培養(yǎng)過程中培養(yǎng)箱溫度為22℃，為微生物繁衍提供了相對(duì)適宜的條件，致使霉菌數(shù)量隨烤煙水提液濃度增加呈增多趨勢(shì)（表1），同時(shí)加速胚根的腐爛速度。

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