不同预处理对葛麻姆种子萌发和幼苗生长的影响

明钟镱，朱玉野，杨碧穗，李袁杰，谢璐欣，吴 波，朱小芬，董丽华，夏澜婷，葛 菲

（江西中医药大学 药学院，江西 南昌 330004）

葛麻姆(Pueraria montana)是豆科葛属的多年生藤本植物，在我国长江以南有十分丰富的资源，广泛分布于旷野灌丛和山地疏林。葛麻姆含有丰富的Ca、Mg、S等中量元素和多种微量元素，是热带、亚热带地区推广绿肥的首选［1］。其作为葛属的变种，资源丰富，具有较高的开发应用价值，但一直以来，葛属植物繁殖普遍采用扦插及压条育苗的方式，不仅存在种藤运输不便、易霉变等问题，而且长期无性繁殖将导致种质退化严重［2］。采用种子繁殖可有效解决此问题，但是目前关于葛麻姆种子萌发方面的研究还未见报道，推测可能是由于葛麻姆种子的种皮外层有密集的细胞层和类似果胶的物质，导致其透过性较差，种芽不易穿透外皮，因而未经过处理的种子发芽率非常低。

Heydecker［3］最早提出了种子引发这一概念，通过控制种子缓慢吸水，让种子进行预发芽的生理生化代谢和修复，以便促进种子萌发，但是阻止其胚根破壳的技术。通过种子引发，可以增加种子萌发数，增强其抗逆性，进而可以节约种子，降低成本，提高效益［4］。不同类型的技术及引发物质，如水、渗透调节剂、激素等，已被广泛应用于提高植物种子萌发率的研究中［5］。

本文采用葛麻姆种子为试验材料，采用聚乙二醇-6000(PEG)、赤霉素(GA3)、硝普钠(SNP)、6-苄氨基嘌呤(6-BA)、萘乙酸(NAA)、吲哚-3-乙酸(IAA)等6种外源物质对其种子萌发和幼苗生长的影响进行了研究，筛选出可提高种子发芽率和幼苗存活率的最佳外源物质及浓度，以期为葛麻姆的栽培技术研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 样品采集

供试样品于2021年1月采自江西省赣州市于都县（115°23′58″E，26°6′2″N，海拔253 m），采集后自然晾干、脱粒、水试，挑取籽粒饱满、大小一致、无病虫害的种子装入牛皮纸袋并置于干燥、通风、避光处储存。于2021年12月开展试验。经测定种子千粒重为11.674 g。

1.2 处理条件

葛麻姆种子经过清洗、消毒后，分别于配置好的外源物质溶液中在25 ℃下浸泡8 h进行预处理，各预处理浓度详见表1。取出后经灭菌水冲洗5次，去除表面的外源物质，放入预先做好标记且铺有2层滤纸（灭菌水充分浸湿，无明水）并经过高温高压灭菌后的培养皿内，保持种子间距一致。培养皿移至光照培养箱内进行培养，温度25℃，光照时间12 h/d，每日及时补水并对培养箱中的培养皿随机调换位置，避免位置效应影响种子发芽率［6］。以上各处理均设3次重复，每次重复50粒种子。

1.3 指标测定

试验开始后，每天同一时间记录萌发种子的数量，种子萌发以胚根露白2 mm为标准。发芽试验持续10 d，其中第4天测定发芽势，第10天测定发芽率［7］，并随机选取10株幼苗测定苗高、根长、苗重、根重、总鲜重和总干重等指标。

式（3）中，Gt为第t天当天的种子发芽数，Dt为相应的种子发芽天数。

式（4）中，S为幼苗平均鲜质量，GI为发芽指数。

1.4 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 21软件进行试验数据的处理、作图及分析。

2 结果与分析

2.1 不同预处理方式对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.1 不同浓度PEG对葛麻姆种子萌发的影响 由表2可知，不同浓度的PEG处理对种子萌发有明显的促进作用，随着PEG浓度的升高，其指标整体呈现先上升后下降的变化趋势，其中在PEG浓度为35%的处理下各项指标均达到最高。因此，浓度为35%的PEG最有利于葛麻姆种子萌发。

表2 PEG对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.2 不同浓度GA3对葛麻姆种子萌发的影响 由表3可知，当GA3浓度在0~120 mg/L之间时，葛麻姆种子的各项发芽指标均呈上升趋势；当浓度为120 mg/L时，各项指标均达到最高。当GA3浓度在120~300 mg/L时，随着浓度的升高，各项指标整体呈现下降趋势。因此，GA3浓度为120 mg/L时最有利于葛麻姆种子的萌发。

表3 GA3对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.3 不同浓度SNP对葛麻姆种子萌发的影响 由表4可知，当SNP浓度在0~30 mg/L时，对葛麻姆种子萌发表现为一定的抑制作用；在30~50 mg/L之间时，各项指标均高于对照组，且在50 mg/L时，其发芽势、发芽率、发芽指数均达到最高，分别为40.00%、62.00%、9.33，活力指数也相较对照组提高了约1倍。综上可知，在试验设定的不同浓度SNP处理中，SNP浓度为50 mg/L的处理最有利于葛麻姆种子的萌发。

表4 SNP对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.4 不同浓度6-BA对葛麻姆种子萌发的影响 由表5可知，当6-BA 浓度在4~25 mg/L处理下，除浓度为8 mg/L的发芽率外，葛麻姆种子的其他各项发芽指标均高于对照组，其中浓度为4 mg/L处理下最高。当6-BA浓度为50 mg/L时，对葛麻姆种子的发芽势和发芽率表现出抑制作用。但0~50 mg/L处理下，活力指数均高于对照组，说明6-BA可以促进幼苗生长增加其鲜重。综合来看，6-BA 浓度为4 mg/L时，在一定程度上对种子萌发有最佳促进效果。

表5 6-BA对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.5 不同浓度NAA对葛麻姆种子萌发的影响 由表6可知，随着NAA浓度的增加，葛麻姆种子的发芽势和发芽率与对照组相比显著降低，发芽指数和活力指数在0.5 mg/L处理下略微升高，与对照组相比仅提高了5.76%和6.67%。当NAA浓度为8.0 mg/L时，各项指标均降到最低。由此可知，NAA处理会抑制葛麻姆种子的萌发。

表6 NAA对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.6 不同浓度IAA对葛麻姆种子萌发的影响 由表7可知，IAA对葛麻姆种子的发芽势和发芽率均表现出先抑制后促进再抑制的趋势。当IAA浓度为125 mg/L时，葛麻姆种子的各项发芽指标均达到最大值，分别为35.33%、55.33%、6.35、0.48。但在IAA浓度为75、150、175、200 mg/L的处理下，葛麻姆种子的发芽势和发芽率均低于对照组，表明IAA只有在适宜浓度下才会对葛麻姆种子的萌发产生促进作用。活力指数显示，0~175 mg/L IAA均可以促进幼苗生长，综合来看，125 mg/L IAA最有利于种子萌发。

表7 IAA对葛麻姆种子萌发的影响

2.1.7 各外源物质最优处理的比较分析 对不同浓度的各外源物质处理进行综合比较分析发现，试验设定的PEG和GA3各浓度处理均可促进葛麻姆种子的萌发。SNP在低浓度时对葛麻姆种子的萌发表现出抑制作用，但在浓度大于30 mg/L时开始表现为促进作用。6-BA和IAA在一定浓度范围内，葛麻姆种子各项发芽指标均高于对照组。

由图1可知，浓度为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种处理的葛麻姆种子各项发芽指标均显著高于对照组的；5种最优浓度处理中，35% PEG处理的葛麻姆种子各项发芽指标与对照组相比均呈现显著性差异，其发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数分别提高了0.72、0.62、0.96、1.27倍；120 mg/L GA3处理的种子发芽率最高，较对照组提高了0.67倍。但35%PEG处理的种子发芽率仅比120 mg/L GA3低2个百分点。综合可得，35%PEG对葛麻姆种子萌发的促进作用最显著。

图1 PEG、GA3、SNP、6-BA和IAA处理对葛麻姆种子萌发的影响

2.2 不同预处理方式对葛麻姆幼苗生长的影响

从表8可知，在5%~55%PEG处理中，葛麻姆幼苗的苗高、根长随着浓度的增大，呈现先升高后降低的变化趋势；15%~35%PEG处理下幼苗的各项生长指标均高于对照组；55%PEG处理下的幼苗总干重较对照差异显著，达到所有处理的最大值。60~300 mg/L GA3处理后的葛麻姆幼苗的苗高、苗鲜重、总鲜重和总干重均高于对照组，其中苗高表现为极显著促进作用，在GA3浓度为300 mg/L时，其苗高和总干重达到所有处理的最大值。5~50 mg/L SNP的处理对幼苗的苗高和总鲜重有一定的促进作用；10~50 mg/L SNP 处理有利于根的伸长生长；50 mg/L SNP可显著提高根鲜重。2~50 mg/L 6-BA处理的种子幼苗与对照组相比较，其苗高、苗鲜重、总鲜重和总干重都有不同程度的提升，其中苗鲜重的提高尤为显著，当6-BA 浓度为25 mg/L时，其苗鲜重达到最大值，为77.42 mg，但对幼苗的根长和根鲜重表现为显著的抑制作用。0.5~8.0 mg/L NAA处理对幼苗的苗高、根鲜重和总鲜重表现为促进作用，但对根长有一定的抑制作用；仅有6 mg/L NAA处理的总干重高于对照组，其余处理均低于对照组。在75~200 mg/L IAA处理下，幼苗的苗高、根长、苗鲜重、根鲜重和总鲜重均高于对照组，在幼苗干物质的积累上总体表现为促进作用。当IAA浓度为100 mg/L时，其根鲜重达到所有处理的最大值，为27.53 mg；当浓度为125 mg/L时，其根长达到所有处理的最大值，为66.50 mm；当浓度为200 mg/L时，其幼苗总鲜重达到所有处理的最大值，为86.66 mg。

表8 不同预处理对葛麻姆幼苗生长的影响

3 讨论

PEG作为一种高分子渗透剂和种子引发剂，利用渗透调控的方式使细胞处于类似干旱的水分胁迫中，其无法穿越细胞壁，故不会引起质壁分离，但可控制水分在种子萌发初期的进出速率，进而调节种子的吸水速率和发芽进程［8］。本研究中0~55% PEG处理均明显提高了葛麻姆种子的各项发芽指标；在PEG浓度为35%处理时，所有指标均达到最大值，而后逐渐降低，可能是因为低浓度的PEG胁迫环境会触发种子的自我保护机制，降低种子因吸胀过快导致的膜损伤，增强细胞膜修复，减少营养物质渗漏，并提高淀粉酶活性，加速淀粉的分解，从而促进植物种子发芽［9］，保证种子萌发所需的能量；而当PEG浓度超过葛麻姆种子的耐受范围时，其对种子萌发的促进作用会减弱。随着PEG浓度的增加，葛麻姆幼苗的根长呈现先增加后减少的变化趋势，在0~15%PEG浓度范围内，葛麻姆幼苗根长呈逐渐增长的趋势，在15%~55%PEG浓度范围内，幼苗根长呈逐渐降低的趋势。杨小梅等［10］认为，低浓度的PEG干旱胁迫能促进神香草种子的萌发；朱亚等［11］研究发现，低浓度的NaCl胁迫有利于甜高粱种子的萌发，随着NaCl胁迫浓度的增加，甜高粱种子的发芽率和发芽势均逐渐下降；王乐等［12-13］在对马齿苋种子和并头黄芩种子萌发的研究中认为，一定浓度的PEG处理能提高种子发芽率，促进幼苗的生长，这些研究结果都与本文的研究结论一致。

外源激素法是揭示种子休眠和萌发的激素调控机理的重要研究方法，在种子萌发特性的研究中已得到广泛应用。利用植物生长调节剂进行浸种，可以打破种子的休眠状态，分解不利于种子萌发的活性物质，从而促进种子发芽［14］。本试验使用4种植物生长调节剂分别对葛麻姆种子进行处理，GA3主要通过软化胚乳，增强胚中α-淀粉酶的活性，促进细胞分裂，降低胚根尖的机械阻力，以助力种子萌发［15］；闫艳华［16］研究发现，GA3在曼陀罗发育阶段具有促进其茎伸长的作用，这与本研究结果一致，但较高浓度的GA3会对种子萌发及幼苗生长产生抑制效果，这可能是因为过量GA3会对种子产生胁迫作用，降低淀粉酶的活性［17］。6-BA具有打破种子休眠、促进种子萌发、提高种子发芽率、延缓果实衰老等生理作用，过量的6-BA会阻碍某些酶的合成，从而抑制种子萌发。适宜浓度的IAA通过使细胞壁变得松散，增强细胞的渗透吸水性，促进细胞伸长，提高种子萌发率，而IAA过量会导致细胞产生乙烯，抵消IAA的促进作用［18］。NAA可促进植物细胞分裂与扩大，诱导其形成不定根，提高植物抗氧化酶活性［19］。袁芳等［20］研究结果表明，NAA处理对喜马拉雅紫茉莉种子的萌发及其幼苗干物质的累积有明显的抑制作用，这与本试验的研究结果一致。

一氧化氮(NO)是植物体内广泛存在的内源调节分子，在种子萌发过程中起重要作用，SNP为其最常用的供体。Zhang等［21］研究表明，0.1、0.5 mmol/L的SNP能明显促进渗透胁迫下小麦种子萌发以及胚芽和胚根的伸长；雷阳等［22］研究发现，施加100 μmol/L SNP能有效提高萝卜种子的发芽率，降低铝胁迫对萝卜幼苗产生的不利影响。本试验结果表明，5~30 mg/L SNP对葛麻姆种子萌发表现为抑制作用，30~50 mg/L SNP处理可促进葛麻姆种子的萌发和幼苗生长，葛麻姆种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数随着SNP浓度的升高而逐渐提高。这与陈思敏等［23］的研究结论不一致，可能是因为不同植物种子对NO的敏感程度不同而导致的差异。

4 小结

研究结果显示，不同预处理方式对葛麻姆种子萌发和幼苗生长的影响有差异，35%PEG处理可以显著提高葛麻姆种子的各项指标值，同时还能促进幼苗的生长发育，是最佳预处理方式。适宜的预处理可有效解决葛麻姆种子透过性差、难萌发的问题，为后续研究预处理对葛麻姆种子生理指标变化及萌发机制的影响提供了良好的基础，或为葛的驯化栽培技术研究提供新思路，促进葛产业的发展。