氧化石墨烯對(duì)卷莢相思種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的影響

摘要" 為分析不同濃度氧化石墨烯（GO）對(duì)卷莢相思種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，篩選合適的處理方式以提高良種播種品質(zhì)，以該樹(shù)種當(dāng)年采收種子和貯存5年的陳種子為研究對(duì)象，設(shè)置不同GO濃度，分別為0（CK）、25、50、100、200、400和800 mg/L ，測(cè)定其在不同處理下發(fā)芽率等萌發(fā)指標(biāo)、幼苗株高等生長(zhǎng)指標(biāo)和可溶性糖等內(nèi)含物質(zhì)積累情況。結(jié)果表明，隨著GO處理濃度的變化，卷莢相思種子的萌發(fā)指標(biāo)、幼苗生長(zhǎng)和內(nèi)含物積累量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。100 mg/L GO處理下新、陳種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)最佳；200 mg/L GO處理下幼苗株高、鮮重、可溶性糖和總蛋白含量較CK增長(zhǎng)幅度最高。綜上，100～200 mg/L GO處理能夠有效促進(jìn)該樹(shù)種新、陳種子發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)和內(nèi)含物質(zhì)積累。本研究為卷莢相思良種繁育方法改進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞" 氧化石墨烯；卷莢相思；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)" S792.99 """文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A """文章編號(hào)" 1007-7731（2025）03-0052-05

DOI號(hào)" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.03.012

Effects of graphene oxide on seed germination and seedling growth of Acacia cincinnata

ZHANG Shuxia

（Fujian Youxi State-owned Forest Farm， Sanming 365100， China）

Abstract" In order to analyze the effects of different concentrations of graphene oxide （GO） on seed germination and seedling growth of Acacia cincinnata， and to screen suitable treatment methods to improve seeding quality of Acacia cincinnata varieties， the new seeds collected in the same year and the old seeds stored for 5 years were studied with GO concentrations of 0 （CK）， 25， 50， 100， 200， 400 and 800 mg/L， respectively， and the germination rate， seedling height growth index and the accumulation of contents such as soluble sugar were measured under different treatments. The results showed that the seed germination index， seedling growth and inclusions accumulation showed different trends with the change of GO treatment concentration. The germination rate and germination potential of new and old seeds were the best under 100 mg/L GO treatment. The plant height， fresh weight， soluble sugar and total protein contents of seedlings under 200 mg/L GO treatment had the highest increase compared with CK treatment. In conclusion， 100-200 mg/L GO treatment can effectively promote the germination， seedling growth and content accumulation of new and old seeds of this tree species. This study provides a reference for improving the breeding methods of Acacia cincinnata.

Keywords" graphene oxide; Acacia cincinnata; seed germination; seedling growth

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）是一種二維碳納米材料，平面六邊形晶格結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子最外層均有4個(gè)電子，其中3個(gè)電子（2s、2px和2py）形成平面sp2雜化軌道，剩余1個(gè)電子形成π鍵在空間自由移動(dòng)[1]。與石墨烯相比，GO含有較多的含氧官能團(tuán)[-COOH、-OH和-CH（O）CH-]，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且具有親水特性，易在水中分散[2]。GO廣泛應(yīng)用在食品科學(xué)、醫(yī)療健康和光學(xué)等領(lǐng)域[3-5]。卷莢相思（Acacia cincinnata）屬豆科（Fabaceae）金合歡屬（Acacia）植物，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的馴化與良種選育，已成為東南沿海林區(qū)的重要速生樹(shù)種之一。該樹(shù)種生長(zhǎng)速度快，材質(zhì)優(yōu)良，具有根瘤固氮能力，有利于退化土壤的生態(tài)修復(fù)[6-7]。目前，卷莢相思的繁殖方式以種子繁殖為主[8]，生產(chǎn)實(shí)踐中常存在良種發(fā)芽率較低的問(wèn)題。相關(guān)研究顯示，該樹(shù)種發(fā)芽率在40%～60%[9-10]。因此，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、高效的人工措施提高該樹(shù)種良種發(fā)芽率，提升苗木整體質(zhì)量，是其優(yōu)良種苗繁育工作的一個(gè)重要方向。

近年來(lái)，為創(chuàng)新綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，GO逐漸應(yīng)用于促進(jìn)良種種苗生長(zhǎng)功能方面。吳金海等[11]研究了該處理對(duì)甘藍(lán)型油菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)GO處理可促進(jìn)甘藍(lán)型油菜種子的萌發(fā)，并顯著影響其幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。王曉靜等[12]研究發(fā)現(xiàn)，GO拌種顯著提高了高羊茅種子的萌發(fā)率、株高和生物量；Pandey等[13]研究表明，GO可促進(jìn)早期棉花種子萌發(fā)，并促進(jìn)棉花幼苗根莖的生長(zhǎng)；李永文等[14]研究發(fā)現(xiàn)，特定濃度的GO能夠促進(jìn)檜柏種子萌發(fā)，其中GO濃度為10 mg/L時(shí)萌發(fā)率最高。本研究以不同采收年份的卷莢相思種子為研究對(duì)象，測(cè)定不同濃度GO處理下其種子的萌發(fā)、生長(zhǎng)和內(nèi)含物質(zhì)等指標(biāo)，分析GO處理對(duì)該樹(shù)種良種播種性狀的改善作用，為該樹(shù)種良種繁育措施改進(jìn)及GO處理在林業(yè)種苗生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

GO由石墨烯林業(yè)應(yīng)用國(guó)家林草局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，其溶膠固含量5‰。卷莢相思種子由福建省漳浦中西國(guó)有林場(chǎng)卷莢相思種子園提供，其中新種子為2024年6月采種，陳種子為2019年6月采種，并于-20 ℃低溫保存。試驗(yàn)前測(cè)定兩類種子的千粒重分別為（10.16±0.35）g和（9.65±0.32）g，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇健康、無(wú)蟲(chóng)洞且籽粒飽滿的卷莢相思種子，將其置于盛有100 ℃純水的保溫桶中，封閉浸泡24 h以軟化種皮，隨后將種子取出，用1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒15 min，后用純水反復(fù)清洗掉殘留的高錳酸鉀溶液。利用滅菌后的培養(yǎng)皿進(jìn)行種子萌發(fā)培養(yǎng)，每皿置種100粒。新、陳種子各設(shè)置7個(gè)GO濃度處理，分別為0（CK）、25、50、100、200、400和800 mg/L。處理時(shí)吸取相應(yīng)濃度GO溶液2 mL注入培養(yǎng)皿中，以保持皿中濾紙的濕潤(rùn)，此后每隔2 d注入1次。每個(gè)處理設(shè)置8次重復(fù)。將培養(yǎng)皿放入人工氣候箱進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng)（溫度24 ℃，10 L∶14 D，濕度80%）。每日統(tǒng)計(jì)萌發(fā)種子數(shù)以計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，14 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。隨后，將幼苗移至置有濾紙的培養(yǎng)板中繼續(xù)培養(yǎng)，每隔2 d注入5 mL霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液和5 mL相應(yīng)濃度GO溶液，21 d后測(cè)定幼苗生長(zhǎng)和內(nèi)含物質(zhì)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

每日觀察種子發(fā)芽情況，并以發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)作為種子萌發(fā)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。計(jì)算如式（1）～（2）。

發(fā)芽率（%）=（發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100""" （1）

發(fā)芽勢(shì)（%）=（最大日發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100"""""""" （2）

以14 d幼苗的株高和鮮重作為生長(zhǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以幼苗可溶性糖和總蛋白含量作為內(nèi)含物質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)?？扇苄蕴呛繙y(cè)定采用蒽酮比色法[15]，總蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[16]，分別采用植物可溶性糖測(cè)定試劑盒和總蛋白測(cè)定試劑盒（南京建成生物工程研究所）進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 27軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，并采用鄧肯法進(jìn)行多重比較，利用Origin 2024軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)卷莢相思種子萌發(fā)的影響

不同濃度GO對(duì)該樹(shù)種新、陳種子的萌發(fā)產(chǎn)生一定影響。新種子CK組發(fā)芽率為65.13%，添加GO后，其發(fā)芽率隨GO濃度增加呈先上升后下降的趨勢(shì)。GO濃度為50和100 mg/L時(shí)，發(fā)芽率較CK分別提高了12.67%和15.36%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。陳種子發(fā)芽率總體低于新種子，陳種子CK組發(fā)芽率為53.88%，其發(fā)芽率變化趨勢(shì)與新種子相似，100 mg/L GO處理下發(fā)芽率較CK增加19.72%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。

新種子CK組發(fā)芽勢(shì)為37.13%，25 mg/L GO處理下的發(fā)芽勢(shì)有所下降，隨后逐漸上升，100 mg/L GO處理下達(dá)到最大值（41.38%），然后隨GO濃度增加，其發(fā)芽勢(shì)逐漸下降；800 mg/L GO處理下發(fā)芽勢(shì)較CK降低了33.00%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。陳種子的發(fā)芽勢(shì)隨GO濃度上升而呈M型變化趨勢(shì)。CK組的發(fā)芽勢(shì)最低（24.25%），25、50、100和400 mg/L GO處理下發(fā)芽率較CK顯著提高（Plt;0.05），增幅分別為39.69%、49.48%、53.09%和22.68%。表明100 mg/L GO處理下卷莢相思新、陳種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)較佳（圖1）。

2.2 對(duì)卷莢相思幼苗生長(zhǎng)的影響

由圖2可知，不同濃度GO處理下該樹(shù)種的生長(zhǎng)趨勢(shì)存在差異。新種子萌發(fā)后的幼苗株高隨GO濃度增加呈先上升后下降趨勢(shì)。CK組幼苗株高為50.11 cm，100和200 mg/L GO處理下株高較CK分別提高了9.25%和13.46%；800 mg/L GO處理下株高降低了16.36%，三者與CK差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。陳種子萌發(fā)后的幼苗株高隨GO濃度增加呈M型變化趨勢(shì)。CK組株高為40.69 cm，25、50、100、200和400 mg/L GO處理下株高較CK分別提高了15.22%、16.13%、9.39%、22.92%和10.60%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。

隨GO濃度的增加，新種子萌發(fā)后幼苗鮮重的變化趨勢(shì)與株高趨勢(shì)基本相同。CK組鮮重為2.66 g，25、50、100和200 mg/L GO處理下鮮重較CK分別提高了16.20%、19.89%、31.67%和36.98%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。陳種子萌發(fā)后的幼苗鮮重隨GO濃度增加而呈下降—上升—下降的變化趨勢(shì)。CK組鮮重為2.30 g，100 mg/L GO處理下鮮重最大（2.55 g），兩者間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05）；400和800 mg/L GO處理下鮮重較CK分別下降了13.26%和15.89%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。表明200 mg/L GO處理有利于增加新、陳種子萌發(fā)的幼苗株高和新種子萌發(fā)的幼苗鮮重，100 mg/L GO處理有利于增加陳種子萌發(fā)的幼苗鮮重。

2.3 對(duì)卷莢相思幼苗內(nèi)含物質(zhì)積累的影響

可溶性糖和總蛋白等內(nèi)含物質(zhì)積累狀況可反映幼苗生長(zhǎng)過(guò)程的生理活躍程度。由圖3可知，不同濃度GO處理對(duì)卷莢相思幼苗的內(nèi)含物質(zhì)積累產(chǎn)生了一定影響。隨著GO濃度的增加，可溶性糖含量整體呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)。新種子CK組可溶性糖含量為6.05 μg/g。25 mg/L GO處理下的可溶性糖含量較CK下降了28.25%，200和400 mg/L GO處理下的可溶性糖含量較CK分別升高了31.77%和19.95%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。陳種子可溶性糖含量呈先上升后下降趨勢(shì)。CK組的可溶性糖含量為3.83 μg/g，100和200 mg/L GO處理下的可溶性糖含量較CK分別提升了31.92%和46.57%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。

新種子萌發(fā)的幼苗總蛋白含量整體呈先上升后下降的趨勢(shì)。CK組總蛋白含量為1.20 mg/g，100和200 mg/L GO處理下的總蛋白含量與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），分別提升了39.63%和50.82%。陳種子總蛋白含量變化趨勢(shì)呈M型，100和200 mg/L GO處理下的總蛋白含量較CK分別增長(zhǎng)27.19%和38.72%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。說(shuō)明200 mg/L GO處理有利于幼苗可溶性糖和總蛋白含量的積累。

3 結(jié)論與討論

林木良種是人工林質(zhì)量的基本保證，良種遺傳品質(zhì)和播種品質(zhì)的提升是林木遺傳育種領(lǐng)域的重要研究方向。在納米材料迅猛發(fā)展的背景下，新興材料的優(yōu)勢(shì)性能為改進(jìn)傳統(tǒng)種苗繁育技術(shù)手段提供了新的視角。GO是一種具有特殊性質(zhì)的納米材料，其顆粒具備穿透細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、核膜及離子通道等細(xì)胞障礙的能力[17]。同時(shí)，GO豐富的含氧官能團(tuán)使其具備優(yōu)良的兩相釋放能力，其顆粒攜帶的養(yǎng)分可長(zhǎng)期緩慢釋放，有效提高了養(yǎng)分利用效率，對(duì)種苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用較好[18]。

本研究表明，100～200 mg/L GO處理對(duì)卷莢相思種子的發(fā)芽指標(biāo)、幼苗生長(zhǎng)和內(nèi)含物積累情況均有一定程度的促進(jìn)，這與劉頓等[19]和葛賽等[20]研究結(jié)果相似。GO能夠改善陳種子因貯藏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及內(nèi)在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗導(dǎo)致的播種質(zhì)量下降等情況，這對(duì)于林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。本研究聚焦GO對(duì)該樹(shù)種種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)兩個(gè)階段的影響，對(duì)其具體功效的研究有待進(jìn)一步深入。劉澤慧等[21]研究表明，石墨烯處理后蠶豆幼苗的光合作用有所增強(qiáng)，同時(shí)土壤中銨態(tài)氮和有效鉀含量顯著提升。石墨烯具備改良土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)的作用，其對(duì)促進(jìn)卷莢相思幼苗生長(zhǎng)以及與土壤中養(yǎng)分和微生物構(gòu)成關(guān)系的調(diào)控機(jī)制有待深入研究。王偉等[22]研究表明，10% GO處理下紫花苜蓿的萌發(fā)速度和幼苗株高均受到抑制。本試驗(yàn)表明，高濃度GO對(duì)卷莢相思部分萌發(fā)和生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)出抑制作用。因此，在良種繁育實(shí)踐和相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體植物種類設(shè)計(jì)合適的GO濃度，以確保種苗生產(chǎn)質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：吳思文）