不同預處理對葛麻姆種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

明鐘鐿，朱玉野，楊碧穗，李袁杰，謝璐欣，吳 波，朱小芬，董麗華，夏瀾婷，葛 菲

（江西中醫(yī)藥大學 藥學院，江西 南昌 330004）

葛麻姆(Pueraria montana)是豆科葛屬的多年生藤本植物，在我國長江以南有十分豐富的資源，廣泛分布于曠野灌叢和山地疏林。葛麻姆含有豐富的Ca、Mg、S等中量元素和多種微量元素，是熱帶、亞熱帶地區(qū)推廣綠肥的首選［1］。其作為葛屬的變種，資源豐富，具有較高的開發(fā)應用價值，但一直以來，葛屬植物繁殖普遍采用扦插及壓條育苗的方式，不僅存在種藤運輸不便、易霉變等問題，而且長期無性繁殖將導致種質(zhì)退化嚴重［2］。采用種子繁殖可有效解決此問題，但是目前關(guān)于葛麻姆種子萌發(fā)方面的研究還未見報道，推測可能是由于葛麻姆種子的種皮外層有密集的細胞層和類似果膠的物質(zhì)，導致其透過性較差，種芽不易穿透外皮，因而未經(jīng)過處理的種子發(fā)芽率非常低。

Heydecker［3］最早提出了種子引發(fā)這一概念，通過控制種子緩慢吸水，讓種子進行預發(fā)芽的生理生化代謝和修復，以便促進種子萌發(fā)，但是阻止其胚根破殼的技術(shù)。通過種子引發(fā)，可以增加種子萌發(fā)數(shù)，增強其抗逆性，進而可以節(jié)約種子，降低成本，提高效益［4］。不同類型的技術(shù)及引發(fā)物質(zhì)，如水、滲透調(diào)節(jié)劑、激素等，已被廣泛應用于提高植物種子萌發(fā)率的研究中［5］。

本文采用葛麻姆種子為試驗材料，采用聚乙二醇-6000(PEG)、赤霉素(GA3)、硝普鈉(SNP)、6-芐氨基嘌呤(6-BA)、萘乙酸(NAA)、吲哚-3-乙酸(IAA)等6種外源物質(zhì)對其種子萌發(fā)和幼苗生長的影響進行了研究，篩選出可提高種子發(fā)芽率和幼苗存活率的最佳外源物質(zhì)及濃度，以期為葛麻姆的栽培技術(shù)研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

供試樣品于2021年1月采自江西省贛州市于都縣（115°23′58″E，26°6′2″N，海拔253 m），采集后自然晾干、脫粒、水試，挑取籽粒飽滿、大小一致、無病蟲害的種子裝入牛皮紙袋并置于干燥、通風、避光處儲存。于2021年12月開展試驗。經(jīng)測定種子千粒重為11.674 g。

1.2 處理條件

葛麻姆種子經(jīng)過清洗、消毒后，分別于配置好的外源物質(zhì)溶液中在25 ℃下浸泡8 h進行預處理，各預處理濃度詳見表1。取出后經(jīng)滅菌水沖洗5次，去除表面的外源物質(zhì)，放入預先做好標記且鋪有2層濾紙（滅菌水充分浸濕，無明水）并經(jīng)過高溫高壓滅菌后的培養(yǎng)皿內(nèi)，保持種子間距一致。培養(yǎng)皿移至光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng)，溫度25℃，光照時間12 h/d，每日及時補水并對培養(yǎng)箱中的培養(yǎng)皿隨機調(diào)換位置，避免位置效應影響種子發(fā)芽率［6］。以上各處理均設3次重復，每次重復50粒種子。

1.3 指標測定

試驗開始后，每天同一時間記錄萌發(fā)種子的數(shù)量，種子萌發(fā)以胚根露白2 mm為標準。發(fā)芽試驗持續(xù)10 d，其中第4天測定發(fā)芽勢，第10天測定發(fā)芽率［7］，并隨機選取10株幼苗測定苗高、根長、苗重、根重、總鮮重和總干重等指標。

式（3）中，Gt為第t天當天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的種子發(fā)芽天數(shù)。

式（4）中，S為幼苗平均鮮質(zhì)量，GI為發(fā)芽指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019和SPSS 21軟件進行試驗數(shù)據(jù)的處理、作圖及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同預處理方式對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.1 不同濃度PEG對葛麻姆種子萌發(fā)的影響 由表2可知，不同濃度的PEG處理對種子萌發(fā)有明顯的促進作用，隨著PEG濃度的升高，其指標整體呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，其中在PEG濃度為35%的處理下各項指標均達到最高。因此，濃度為35%的PEG最有利于葛麻姆種子萌發(fā)。

表2 PEG對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.2 不同濃度GA3對葛麻姆種子萌發(fā)的影響 由表3可知，當GA3濃度在0~120 mg/L之間時，葛麻姆種子的各項發(fā)芽指標均呈上升趨勢；當濃度為120 mg/L時，各項指標均達到最高。當GA3濃度在120~300 mg/L時，隨著濃度的升高，各項指標整體呈現(xiàn)下降趨勢。因此，GA3濃度為120 mg/L時最有利于葛麻姆種子的萌發(fā)。

表3 GA3對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.3 不同濃度SNP對葛麻姆種子萌發(fā)的影響 由表4可知，當SNP濃度在0~30 mg/L時，對葛麻姆種子萌發(fā)表現(xiàn)為一定的抑制作用；在30~50 mg/L之間時，各項指標均高于對照組，且在50 mg/L時，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均達到最高，分別為40.00%、62.00%、9.33，活力指數(shù)也相較對照組提高了約1倍。綜上可知，在試驗設定的不同濃度SNP處理中，SNP濃度為50 mg/L的處理最有利于葛麻姆種子的萌發(fā)。

表4 SNP對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.4 不同濃度6-BA對葛麻姆種子萌發(fā)的影響 由表5可知，當6-BA 濃度在4~25 mg/L處理下，除濃度為8 mg/L的發(fā)芽率外，葛麻姆種子的其他各項發(fā)芽指標均高于對照組，其中濃度為4 mg/L處理下最高。當6-BA濃度為50 mg/L時，對葛麻姆種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率表現(xiàn)出抑制作用。但0~50 mg/L處理下，活力指數(shù)均高于對照組，說明6-BA可以促進幼苗生長增加其鮮重。綜合來看，6-BA 濃度為4 mg/L時，在一定程度上對種子萌發(fā)有最佳促進效果。

表5 6-BA對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.5 不同濃度NAA對葛麻姆種子萌發(fā)的影響 由表6可知，隨著NAA濃度的增加，葛麻姆種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率與對照組相比顯著降低，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)在0.5 mg/L處理下略微升高，與對照組相比僅提高了5.76%和6.67%。當NAA濃度為8.0 mg/L時，各項指標均降到最低。由此可知，NAA處理會抑制葛麻姆種子的萌發(fā)。

表6 NAA對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.6 不同濃度IAA對葛麻姆種子萌發(fā)的影響 由表7可知，IAA對葛麻姆種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均表現(xiàn)出先抑制后促進再抑制的趨勢。當IAA濃度為125 mg/L時，葛麻姆種子的各項發(fā)芽指標均達到最大值，分別為35.33%、55.33%、6.35、0.48。但在IAA濃度為75、150、175、200 mg/L的處理下，葛麻姆種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均低于對照組，表明IAA只有在適宜濃度下才會對葛麻姆種子的萌發(fā)產(chǎn)生促進作用。活力指數(shù)顯示，0~175 mg/L IAA均可以促進幼苗生長，綜合來看，125 mg/L IAA最有利于種子萌發(fā)。

表7 IAA對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.1.7 各外源物質(zhì)最優(yōu)處理的比較分析 對不同濃度的各外源物質(zhì)處理進行綜合比較分析發(fā)現(xiàn)，試驗設定的PEG和GA3各濃度處理均可促進葛麻姆種子的萌發(fā)。SNP在低濃度時對葛麻姆種子的萌發(fā)表現(xiàn)出抑制作用，但在濃度大于30 mg/L時開始表現(xiàn)為促進作用。6-BA和IAA在一定濃度范圍內(nèi)，葛麻姆種子各項發(fā)芽指標均高于對照組。

由圖1可知，濃度為35%PEG(P5)、120 mg/L GA3(G5)、50 mg/L SNP(S7)、4 mg/L 6-BA(B3)和125 mg/L IAA(I4)5種處理的葛麻姆種子各項發(fā)芽指標均顯著高于對照組的；5種最優(yōu)濃度處理中，35% PEG處理的葛麻姆種子各項發(fā)芽指標與對照組相比均呈現(xiàn)顯著性差異，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別提高了0.72、0.62、0.96、1.27倍；120 mg/L GA3處理的種子發(fā)芽率最高，較對照組提高了0.67倍。但35%PEG處理的種子發(fā)芽率僅比120 mg/L GA3低2個百分點。綜合可得，35%PEG對葛麻姆種子萌發(fā)的促進作用最顯著。

圖1 PEG、GA3、SNP、6-BA和IAA處理對葛麻姆種子萌發(fā)的影響

2.2 不同預處理方式對葛麻姆幼苗生長的影響

從表8可知，在5%~55%PEG處理中，葛麻姆幼苗的苗高、根長隨著濃度的增大，呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢；15%~35%PEG處理下幼苗的各項生長指標均高于對照組；55%PEG處理下的幼苗總干重較對照差異顯著，達到所有處理的最大值。60~300 mg/L GA3處理后的葛麻姆幼苗的苗高、苗鮮重、總鮮重和總干重均高于對照組，其中苗高表現(xiàn)為極顯著促進作用，在GA3濃度為300 mg/L時，其苗高和總干重達到所有處理的最大值。5~50 mg/L SNP的處理對幼苗的苗高和總鮮重有一定的促進作用；10~50 mg/L SNP 處理有利于根的伸長生長；50 mg/L SNP可顯著提高根鮮重。2~50 mg/L 6-BA處理的種子幼苗與對照組相比較，其苗高、苗鮮重、總鮮重和總干重都有不同程度的提升，其中苗鮮重的提高尤為顯著，當6-BA 濃度為25 mg/L時，其苗鮮重達到最大值，為77.42 mg，但對幼苗的根長和根鮮重表現(xiàn)為顯著的抑制作用。0.5~8.0 mg/L NAA處理對幼苗的苗高、根鮮重和總鮮重表現(xiàn)為促進作用，但對根長有一定的抑制作用；僅有6 mg/L NAA處理的總干重高于對照組，其余處理均低于對照組。在75~200 mg/L IAA處理下，幼苗的苗高、根長、苗鮮重、根鮮重和總鮮重均高于對照組，在幼苗干物質(zhì)的積累上總體表現(xiàn)為促進作用。當IAA濃度為100 mg/L時，其根鮮重達到所有處理的最大值，為27.53 mg；當濃度為125 mg/L時，其根長達到所有處理的最大值，為66.50 mm；當濃度為200 mg/L時，其幼苗總鮮重達到所有處理的最大值，為86.66 mg。

表8 不同預處理對葛麻姆幼苗生長的影響

3 討論

PEG作為一種高分子滲透劑和種子引發(fā)劑，利用滲透調(diào)控的方式使細胞處于類似干旱的水分脅迫中，其無法穿越細胞壁，故不會引起質(zhì)壁分離，但可控制水分在種子萌發(fā)初期的進出速率，進而調(diào)節(jié)種子的吸水速率和發(fā)芽進程［8］。本研究中0~55% PEG處理均明顯提高了葛麻姆種子的各項發(fā)芽指標；在PEG濃度為35%處理時，所有指標均達到最大值，而后逐漸降低，可能是因為低濃度的PEG脅迫環(huán)境會觸發(fā)種子的自我保護機制，降低種子因吸脹過快導致的膜損傷，增強細胞膜修復，減少營養(yǎng)物質(zhì)滲漏，并提高淀粉酶活性，加速淀粉的分解，從而促進植物種子發(fā)芽［9］，保證種子萌發(fā)所需的能量；而當PEG濃度超過葛麻姆種子的耐受范圍時，其對種子萌發(fā)的促進作用會減弱。隨著PEG濃度的增加，葛麻姆幼苗的根長呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，在0~15%PEG濃度范圍內(nèi)，葛麻姆幼苗根長呈逐漸增長的趨勢，在15%~55%PEG濃度范圍內(nèi)，幼苗根長呈逐漸降低的趨勢。楊小梅等［10］認為，低濃度的PEG干旱脅迫能促進神香草種子的萌發(fā)；朱亞等［11］研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的NaCl脅迫有利于甜高粱種子的萌發(fā)，隨著NaCl脅迫濃度的增加，甜高粱種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均逐漸下降；王樂等［12-13］在對馬齒莧種子和并頭黃芩種子萌發(fā)的研究中認為，一定濃度的PEG處理能提高種子發(fā)芽率，促進幼苗的生長，這些研究結(jié)果都與本文的研究結(jié)論一致。

外源激素法是揭示種子休眠和萌發(fā)的激素調(diào)控機理的重要研究方法，在種子萌發(fā)特性的研究中已得到廣泛應用。利用植物生長調(diào)節(jié)劑進行浸種，可以打破種子的休眠狀態(tài)，分解不利于種子萌發(fā)的活性物質(zhì)，從而促進種子發(fā)芽［14］。本試驗使用4種植物生長調(diào)節(jié)劑分別對葛麻姆種子進行處理，GA3主要通過軟化胚乳，增強胚中α-淀粉酶的活性，促進細胞分裂，降低胚根尖的機械阻力，以助力種子萌發(fā)［15］；閆艷華［16］研究發(fā)現(xiàn)，GA3在曼陀羅發(fā)育階段具有促進其莖伸長的作用，這與本研究結(jié)果一致，但較高濃度的GA3會對種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生抑制效果，這可能是因為過量GA3會對種子產(chǎn)生脅迫作用，降低淀粉酶的活性［17］。6-BA具有打破種子休眠、促進種子萌發(fā)、提高種子發(fā)芽率、延緩果實衰老等生理作用，過量的6-BA會阻礙某些酶的合成，從而抑制種子萌發(fā)。適宜濃度的IAA通過使細胞壁變得松散，增強細胞的滲透吸水性，促進細胞伸長，提高種子萌發(fā)率，而IAA過量會導致細胞產(chǎn)生乙烯，抵消IAA的促進作用［18］。NAA可促進植物細胞分裂與擴大，誘導其形成不定根，提高植物抗氧化酶活性［19］。袁芳等［20］研究結(jié)果表明，NAA處理對喜馬拉雅紫茉莉種子的萌發(fā)及其幼苗干物質(zhì)的累積有明顯的抑制作用，這與本試驗的研究結(jié)果一致。

一氧化氮(NO)是植物體內(nèi)廣泛存在的內(nèi)源調(diào)節(jié)分子，在種子萌發(fā)過程中起重要作用，SNP為其最常用的供體。Zhang等［21］研究表明，0.1、0.5 mmol/L的SNP能明顯促進滲透脅迫下小麥種子萌發(fā)以及胚芽和胚根的伸長；雷陽等［22］研究發(fā)現(xiàn)，施加100 μmol/L SNP能有效提高蘿卜種子的發(fā)芽率，降低鋁脅迫對蘿卜幼苗產(chǎn)生的不利影響。本試驗結(jié)果表明，5~30 mg/L SNP對葛麻姆種子萌發(fā)表現(xiàn)為抑制作用，30~50 mg/L SNP處理可促進葛麻姆種子的萌發(fā)和幼苗生長，葛麻姆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)隨著SNP濃度的升高而逐漸提高。這與陳思敏等［23］的研究結(jié)論不一致，可能是因為不同植物種子對NO的敏感程度不同而導致的差異。

4 小結(jié)

研究結(jié)果顯示，不同預處理方式對葛麻姆種子萌發(fā)和幼苗生長的影響有差異，35%PEG處理可以顯著提高葛麻姆種子的各項指標值，同時還能促進幼苗的生長發(fā)育，是最佳預處理方式。適宜的預處理可有效解決葛麻姆種子透過性差、難萌發(fā)的問題，為后續(xù)研究預處理對葛麻姆種子生理指標變化及萌發(fā)機制的影響提供了良好的基礎，或為葛的馴化栽培技術(shù)研究提供新思路，促進葛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。