旱、盐胁迫下不同LED光质对黄芪种子萌发的影响

李 铂, 孙晓春, 黄文静, 何懿菡, 杨 媛, 宋忠兴, 王 楠

(1. 陕西中医药大学 陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西 咸阳 712083；2. 秦药特色资源研究与开发国家重点实验室(培育)，陕西 咸阳 712083)

黄芪，又名黄耆，始载《五十二病方》[1]，有补气固表、利水消肿、托毒生肌之功效[2]。2015版《中国药典》规定黄芪来源为豆科植物蒙古黄芪Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge. var.mongholicus(Bge.) Hsiao或膜荚黄芪A.membranaceus( Fisch.) Bge.的干燥根[3]，多糖类、皂苷类、黄酮类为其主要化学成分，具有调节免疫、抗肿瘤、保肝、保护肾脏、降血糖等作用[4]。随着医疗保健水平的改善与人民生活水平的提高，黄芪的市场需求日益增大，过度采挖导致野生黄芪资源严重匮乏。内蒙古、山西、陕西、甘肃、河北等地为黄芪的主产区[5, 6]。子洲黄芪被评为陕西省“十大秦药”之一，并通过国家地理标志保护产品认证[7]。

药用植物种子萌发不仅需要种子自身结构完整，还需适宜的温度、水分和充足空气等基本条件。光是植物生命活动中重要的环境因素之一，不仅调控种子萌发[8]，还对种子苗期形态建成起着关键作用[9]。研究采用PEG模拟干旱胁迫，NaCl模拟盐胁迫对黄芪种子进行处理，同时，将黄芪种子分别置于红光、红光/蓝光4∶1、红光/蓝光2∶1、蓝光、白光五种不同光质下培养，观察种子萌发情况，研究干旱胁迫、盐胁迫下不同光质对黄芪种子萌发的影响。笔者研究结果将为黄芪种子种苗生产提供一定的理论和实践依据。

1 试验材料、仪器与试剂

1.1 试验材料

黄芪种子采自陕西省榆林市子洲县，由陕西中医药大学黄文静副教授鉴定为豆科黄耆属蒙古黄芪A.membranaceus( Fisch.) Bge. var.mongholicus(Bge.) Hsiao.的干燥成熟种子。

1.2 仪器与试剂

仪器：万分之一电子天平(Sartorius，Germany)、LED光源(广东伟照业光电节能有限公司)偶联微电脑时控开关(KG316T型，浙江郎本电气有限公司)。

试剂：分析纯NaCl、PEG、高锰酸钾(天津科密欧化学试剂有限公司)，水为蒸馏水。

2 方法与结果

2.1 试验方法

2.1.1 种子前处理 选取籽粒饱满、大小均匀、完整的黄芪种子，去除杂质，1%高锰酸钾溶液消毒20 min，蒸馏水冲洗3次，无菌滤纸吸除种子表面水分。

2.1.2 试验设计 采用PEG和NaCl分别模拟干旱胁迫与盐胁迫。将黄芪种子置于铺有两层滤纸的培养皿中(直径9 cm)，每个培养皿放置30颗种子，每个处理重复5次。按照质量浓度分别配制渗透势均为-0.5 MPa的PEG溶液和NaCl溶液，用于模拟中度旱、盐胁迫[10]；同时，设置红光、红光/蓝光4∶1、红光/蓝光2∶1、蓝光不同LED光质处理[11]，以白光作为对照(荧光灯FL，T5，飞利浦照明工业有限公司)，调整光源与培养皿之间的距离，使各处光照强度保持一致。光周期：12 h光照/12 h黑暗，LED光源参数见表1。人工气候室环境温度25±2°C，相对湿度50%～60%RH。

表1 LED光源相关参数

2.1.3 种子发芽指标测定 每日定时观察和记录黄芪发芽种子数，按公式(1)计算处理4 d黄芪种子发芽势，各处理10 d后均无新种子萌发。按公式(2)计算发芽率，公式(3)计算发芽指数。发芽试验结束后，每个处理随机取5株幼苗，分别测定根长和鲜重。

发芽势=处理4 d发芽种子数/供试种子数×100%

(1)

发芽率=处理10 d发芽种子数/供试种子数×100%

(2)

发芽指数=∑ Gt/Dt

(3)

Gt表示不同天数内种子发芽数，Dt表示发芽天数。

2.1.4 数据处理 采用Microsoft Excel 2010软件处理数据，采用IBM SPSS Statistics 22.0统计分析软件进行差异显著性检验(LSD法)。

2.2 试验结果

2.2.1 干旱胁迫下不同光质对黄芪种子萌发的影响 由表2可知，PEG胁迫下红/蓝 2∶1和红光处理的黄芪种子发芽率均显著高于对照组(白光)，相比对照组分别提高72.91%和62.5%(P<0.05)，不同光质对种子发芽势无显著影响；发芽指数以红/蓝2∶1处理的促进作用显著，为对照组的1.89倍(P<0.05)，其余光质处理对发芽指数的影响不明显。综合多个指标，PEG模拟的干旱胁迫下以红/蓝2∶1对黄芪种子萌发的促进作用最为显著。

表2 干旱胁迫下不同LED光质对黄芪种子萌发的影响

注：同一列数字后小写字母表示0.05水平差异。

2.2.2 干旱胁迫下不同光质对黄芪幼苗生长和生物量的影响 由表3 可知，PEG胁迫下红/蓝2∶1处理的黄芪幼苗根长显著高于对照组(白光)，相比对照组提高28.33%(P<0.05)，此时鲜重为对照组的1.49倍，但未达到显著差异。干旱胁迫下蓝光处理强烈抑制黄芪幼苗根的伸长，仅为白光处理的59.9%(P<0.05)，蓝光对鲜重的影响与对照组相比无显著差异。故PEG胁迫结合红/蓝2∶1为提高黄芪根长的最佳处理条件，蓝光则显著抑制根的生长。

2.2.3 盐胁迫下不同光质对黄芪种子萌发的影响 在NaCl模拟的盐胁迫下，黄芪种子在红光/蓝光4∶1和蓝光条件下的发芽率显著高于白光对照，均为对照组的2.1倍(P<0.05)；二者处理的黄芪种子发芽势分别为对照组的1.84倍和1.71倍(P<0.05)；发芽指数则以红光/蓝光4∶1的促进作用最为显著，为对照组的1.69倍(P<0.05，表4)。综合考虑，盐胁迫下以红/蓝4∶1光质处理对黄芪种子萌发的促进作用最强。

表3 干旱胁迫下不同LED光质对黄芪幼苗生长指标的影响

注：同一列数字后小写字母表示0.05水平差异。

表4 盐胁迫下不同LED光质对黄芪种子萌发的影响

注：同一列数字后小写字母表示0.05水平差异。

2.2.4 盐胁迫下不同光质对黄芪幼苗生长和生物量的影响 NaCl胁迫下红/蓝2∶1和红/蓝4∶1能够显著促进黄芪幼苗根的伸长，相比对照组分别提高100.5%和85.49%(P<0.05)。鲜重则以红/蓝2∶1处理的提高幅度最为显著，相比白光处理提高88.48%(P<0.05)；红/蓝4∶1处理对鲜重无显著影响。与干旱胁迫相比，盐胁迫下蓝光同样抑制黄芪根的伸长，相比对照组下降20.53%(P<0.05)，此时鲜重无显著变化(表5)。因此，NaCl模拟的盐胁迫下红/蓝2∶1为提高黄芪根长和鲜重的最佳处理条件，红/蓝4∶1效果次之，蓝光则抑制根的伸长。

表5 盐胁迫下不同LED光质对黄芪幼苗生长指标的影响

注：同一列数字后小写字母表示0.05水平差异。

3 讨论

黄芪适应性强，喜光、耐寒、耐旱，怕涝。由于黄芪种皮存在蜡质和果胶质等物质，透水性较差；另一方面，黄芪种子较小且结构紧密，阻碍种子对水分的吸收，造成黄芪种子在正常环境下发芽率较低[12]。黄芪种子的硬实特性是保护自身繁殖器官的一种策略，具有重要的生态学意义。然而，在农业生产中，硬实种子若不进行播种或育苗前处理，容易出现出苗率低、出苗不整齐等现象[13]。

适宜浓度的PEG引发处理能促进药用植物种子萌发，并提高幼苗抗逆性[14, 15]。NaCl处理种子表现出明显的剂量效应，高浓度NaCl显著抑制种子发芽，适宜NaCl浓度的选择依赖于不同物种耐盐性的差异[16]。王楠等[10]研究表明，旱、盐胁迫下黄芪种子萌发对光照时长的响应无显著变化，而不同光质是否影响旱、盐胁迫处理的黄芪种子,研究表明，红光能显著提高远志种子发芽率[17]，红光照射量与紫茎泽兰种子发芽率的提高量呈线性正相关[18]，红/蓝5∶1为促进辣椒种子萌发与幼苗生长发育的最佳光质[19]。因此，光质、光照强度、光周期与光照时间均可能影响需光性种子的萌发[8]。笔者试验采用水分胁迫、盐胁迫与不同光质处理相耦合，发现黄芪种子在萌发过程中发生水分胁迫，利用红光/蓝光2∶1处理可以有效促进种子萌发，显著提高种子发芽率和发芽指数，并促进幼苗根的伸长。当处于盐胁迫条件下，红光/蓝光4∶1处理对黄芪种子萌发的促进作用显著。旱、盐胁迫下蓝光均显著抑制了黄芪幼苗根的伸长。结果表明，黄芪种子萌发的需光特性受外界水分条件和渗透调节的影响。因此，在黄芪育苗过程中，可通过选择合适的光质配比提高种子出苗率。

后续将进一步探究不同LED光质与光照强度处理对旱、盐胁迫下黄芪幼苗生长指标、生理生化指标、黄芪甲苷和毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累的影响机制。最终，通过筛选光质、光照强度与旱、盐胁迫耦合的最佳条件，为黄芪种子种苗生产和规范化栽培提供一定的理论和实践依据。