三种物理因素处理对青海野生唐古特大黄种子萌发的影响

刘力宽，袁伟博，张俊焱，马 慧，石永梅，曾 阳,李锦萍*

(1.青海师范大学 生命科学学院,青海 西宁 810016；2.青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室，青海 西宁 810016；3.青海省人民政府—北京师范大学 高原科学与可持续发展研究院，青海 西宁 810016)

唐古特大黄(RheumtanguticumMaxim.ex.Balf)，又名：鸡爪大黄，多年生高大草本，与掌叶大黄极相似，主要区别为：叶片深裂，裂片常呈三角状披针形或狭线形，裂片窄长[1，2].大黄喜光照、耐寒，不宜在温度较高或潮湿的地方生长，野生资源非常有限，我国大黄大多分布在西北及西南海拔3000m左右的高寒山地，主要分布于甘肃、青海、西藏、云南等高海拔地区[2，3].药典记载大黄具有泻下攻积，逐瘀通经，凉血解毒，清热泻火，利湿退黄等功效[4].近年来，随着社会经济的发展，人们对中医药健康保健的逐渐认可，唐古特大黄作为重要中药材之一，需求量逐年增加.野生大黄过度采挖，致使野生唐古特大黄资源大幅度减少，因此对唐古特大黄进行种质资源研究、野生抚育、人工驯化栽培迫在眉睫[5].目前对唐古特大黄的研究主要集中在化学成分，药理药效等方面，对于高海拔唐古特种子的萌发研究较少，且物理方法研究种子的萌发具有简便快捷、易操作等特点，因此本文采用三种不同的物理方法进行实验.

超声波是频率高于20kHz的声波，有良好的方向性，穿透性好.有研究证实，超声波具有动能，可有效刺激种子，提高发芽率和发芽势，促进生长[6，7].其原因可能是因为，适量的超声处理后，细胞膜通透性改变，促进细胞内外物质的交换从而促进种子的萌发，在提高转基因、促进种子萌发等领域取得了广泛的应用和发展[8].在种子萌发过程中，适宜的温度是必要的，温度不仅会影响种子中酶的活性，还会影响种子内部物质的运输、水分吸收和气体交换[9，10].目前不同温度处理在种子萌发过程中仍是最常用的物理方法之一[11].种子成熟后往往会进入休眠期，等待环境适宜才开始萌发，温度对于种子而言是一个非常重要的环境因子，种子通过感知高温，低温或变温来判断季节的变化及微环境的差异，选择合适的时机开始植物的生活史[12].

目前，通过超声、温度等物理因素对青海高海拔唐古特大黄种子萌发的影响还鲜有报道，本实验以青海高海拔野生唐古特大黄种子为材料，探究超声波、温水浸泡和温度三种不同物理处理方法对青海高海拔唐古特大黄种子萌发及活力的影响，从而拟选出最佳萌发条件，为青海高海拔唐古特大黄的人工栽培和规范化种植提供科学的理论依据.

1 材料与试剂

唐古特大黄种子，于2016年7月24-30日采集于黄南州河南县老政府(34°44′3″N，101°37′59″E，海拔3462m)、果洛达日满掌乡(33°17′18″N，100°26′8″E，海拔4417m)和黄南州同仁县麦秀林场(35°21′51″N，101°56′20″E，海拔3424m)，样品由青海师范大学李锦萍教授鉴定为唐古特大黄(RheumtanguticumMaxim.ex.Balf).

2 实验方法

2.1 种子的前处理

分别挑选唐古特大黄种子中籽粒饱满，大小均一、无病虫害的种子，用蒸馏水漂洗干净，除去其中的杂质，清水常温浸泡24h，使种子充分吸水后待用.

2.2 超声波处理

为探究不同超声时间处理对种子萌发的影响，结合前人对超声时长的研究，本研究设置六组实验，每组20粒种子，超声时长分别为10、20、30、40、50min，以不作任何处理为对照组.超声波处理时，用三层纱布包裹种子，然后放入超声波发生器进行处理，温度波动控制在3℃以内，每组重复3次.最后将处理好的大黄种子放在铺有三层滤纸的培养皿中并加入适量的蒸馏水于室温下进行培养，逐日观察种子发芽情况，第五天开始记录数据，计算发芽势，第12天测定种子的发芽率和平均芽长，计算种子简化活力指数(G·S).

2.3 热水浸种处理

为探究不同浸种温度处理对种子萌发的影响，结合前人对浸种温度的研究，本研究设置六组实验，每组20粒种子，分别采用20、30、40、50、60℃蒸馏水浸种2小时，自然降至室温后倒去取出，以0℃为对照组.培养方法同2.2.

2.4 不同温度处理

为探究不同温度条件下种子萌发的差异，依据先前学者的研究，本研究在温度梯度为15、20、25、30、35、40℃的光照培养箱内进行24h的恒温培养.将最接近室温的20℃作为对照组.培养方法同2.2.

2.5 萌发指数的计算

发芽率：在规定的条件和时间内长成的正常幼苗数占供检种子数的百分率.发芽率高说明活种子多，发芽率低说明活种子少.

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子数)×100

发芽势：最初六日内的发芽率.发芽势的大小表明发芽速度的快慢，也表明种子活力的强弱.

发芽势(%)=(规定日期内种子发芽数/供试种子数)×100

活力简化指数：种苗生长量与发芽率的乘积.对于萌发迅速、萌发期短的种子，简化活力指数是活力指数的简化表达公式.

简化活力指数(G.S)=种苗生长量×发芽率

2.6 数据统计

使用SPSS25.0进行统计学分析，使用软件绘制三线表和折线图.组间内的比较采用的是单因素方差分析法.

3 结果与分析

3.1 不同时间超声波处理对唐古特大黄种子萌发影响

以不作任何处理为对照组，以不同超声时间处理三个地区的唐古特大黄种子.随着处理时间的增加，种子的发芽率、发芽势和活力指数总体呈先上升后下降的趋势(图1).通过与0min进行对比发现，10、20、30、40、50min处理对各个地方唐古特大黄种子的萌发起一定的促进作用.其中，超声波处理时间为30min时，种子的萌发势、萌发率和活力简化指数均达到最高，且超声处理30min时种子的发芽率与活力简化指数，相较于其他处理时间显著性差异.

图1 超声波处理对唐古特大黄种子萌发的影响

3.2 不同浸种温度对唐古特大黄种子萌发的影响

以不作任何处理为对照组，以不同温度热水浸种处理三个地区的唐古特大黄种子.与不做任何处理的0℃进行对比，发现随着浸种温度的升高，种子的发芽率、发芽势、活力指数整体呈先增加后减小的趋势(图2).当温度设为20℃时，唐古特大黄种子的发芽势、发芽率和活力简化指数均高于对照组，但效果不明显.当温度高于30℃时，种子发芽率和活力简化指数均低于对照组，而当温度高于60℃时种子被烫伤导致不能萌发.

图2 热水浸种处理对唐古特大黄种子萌发的影响

3.3 不同温度处理对唐古特大黄种子萌发影响

温度的变化对唐古特大黄种子的萌发也有一定的影响.由表一可知.随温度的增加，种子的发芽率、发芽势、活力指数整体呈先增加后减小的趋势.温度范围在20～30℃之间，不同采样地点的唐古特大黄种子的萌发能力均较其他温度处理下的强.尤其25℃时种子的萌发指数与对照组差异显著(P<0.05)(表1).

表1 温度对唐古特大黄种子萌发的影响

4 讨论

唐古特大黄为中药配伍中的“将军”，以其特有的功效闻名于世，为青海省大宗道地药材之一.目前唐古特大黄也作为保健品进行了开发，随着进一步深入研究，其更大价值也会得到发掘.种子的发芽势、发芽率、简化活力指数等是衡量种子质量的最重要、最关键的指标，发芽势、发芽率、简化活力指数高就说明其种子的发芽速度快、发芽能力强、以及出苗整齐[13].药用植物种子和种苗的生产是中药材生产的关键，是提高中药产量、品质高效的前提和基础，是推动中药农业生产的重要保障[14].所以，唐古特大黄种子萌发条件的研究对大黄的规范化种植生产有着十分重要的意义.

超声波是物理处理种子和幼苗方法中的一种，兼有物理方法的特点，近年来在农业生产方面应用较多[15].许多研究发现使用超声波处理种子可提高种子的发芽率[16].本实验发现三个不同采样地点的唐古特大黄种子，在超声时间范围10～50min内均对种子的萌发有效果不一的促进作用.超声处理过的种子比对照组提前1～2天发芽，其中三个不同采样地点的唐古特大黄种子均在超声波处理30min时，萌发能力最佳.这与杨君丽[17]等的研究结果基本一致.有研究发现，超声波可以促进植物的种子萌发，但随着超声波处理时间的不断增加，发芽率、发芽势等指标逐渐下降，这可能是因为超过植物的承受范围，细胞膜和各种代谢受到干扰，进而逐渐引起胚的死亡[18-20].因此当本研究超声时间处理超30min时，种子的发芽势、发芽率和活力简化指数呈下降趋势.浸种处理作为提高种子萌发的有效措施，合适的浸种温度能够打破种子休眠，软化种皮，促进种子吸水，从而促进种子的萌发[21，22].本实验发现，当浸种水温为20℃时，对唐古特大黄种子的萌发有促进作用，但效果不明显，而水温高于30℃时，种子发芽率降至一半以下，当水温高于60℃时种子被烫伤而导致不能萌发.同时苏晓敏[23]等研究发现适宜温度有助于种子萌发，但浸种温度过低时可能无法破除硬实，而较高的水温浸泡会伤害种胚，造成部分种子死亡，从而导致种子发芽率、发芽势和发芽指数的下降.任何种子的萌发都需要一定的温度条件，适宜的温度可以促进种子发芽内部所进行的一系列酶促反应，过高或过低的温度都不利于种子的萌发[24].本实验发现对于唐古特大黄种子，当在20～30℃的条件下培养种子，均对种子的萌发有一定的促进作用，其中25℃时，唐古特大黄种子的萌发能力最强.而在温度低于20℃及高于30℃的范围内，反而不利于种子的萌发.有研究发现，温度过低会影响酶的活性和种子的吸水能力，而温度过高会破坏种子内酶的结构，同样会影响种子的萌发[25].

本研究通过实验选出对青海高海拔野生唐古特大黄种子萌发有促进作用的三种物理因素，即超声波30min处理，热水20℃浸种处理，温度25℃处理，以期为人工栽培唐古特大黄提供一定的理论科学依据.