烤烟水提液对人参种子萌发的影响

孙 海，李 乐，徐成路，张亚玉

（中国农业科学院特产研究所， 吉林 长春130112）

人参（Panax ginseng C．A．Mey．）为五加科多年生草本植物，同时也是吉林省特色优势名贵中药材。园参栽培过程中具有连作障碍现象，连作导致人参植株长势减弱，产量、品质和抗病能力明显降低。针对人参连作障碍机制研究较多，一是认为土壤酸化、营养失衡、土壤有益微生物和有益酶类减少等因素是连作障碍产生的直接原因［1－4］。也有一些学者认为，人参生长过程中根系脱落、根系分泌的有机酸等小分子物质的积累是连作障碍产生的根源［5－7］。1998年国家实施“天保工程”以来，伐林栽参以及客土（伐林土）栽参受到限制，而老参地的不可重复利用成为园参发展的瓶颈。因此，采取合理的种植方式，以缓解人参连作障碍受到人们的关注。

在生产实践中，我国通常采用土壤改良消除连作障碍的产生，主要是通过土壤消毒、施用有机肥、微生物肥料以及有机无机复合肥等途径改良土壤肥力，进而缓解连作障碍带来的不利影响［8－10］，但是效果并不明显。加拿大采用烤烟和人参轮作的方式进行改土，效果较好，而烤烟中性提取条件下主要有有机酸、酯类、酰胺类、烷烃类、甘油、烟碱等物质［11］。推测烤烟种植过程中改良了土壤的微环境，使其适宜人参生长发育。在种子植物的生活史中，种子萌发是植物对环境响应的开始阶段［12］。明确种子萌发能力可以反映植物对环境的适应能力，种子能否顺利萌发出苗，环境因素是否能够满足种子内正常的生理代谢是植物生长启动的关键。鉴于此，本研究利用不同浓度烤烟水提液进行人参种子萌发实验，为阐明烤烟对人参土壤改良作用提供依据。

1 材料与方法

1．1 实验材料

人参种子为抚松县人参研究所提供的隔年裂口种子，种子裂口率达到98%。选择胚芽长度一致（肉眼可见，长度约1mm）的人参种子作为实验材料。

1．2 实验设计

烤烟水提液制备：烤烟在55℃烘箱中干燥至衡重，粉碎后过100目筛。准确称取烤烟粉末1g于100mL超纯水中，超声30min，放置过夜，次日继续超声2次，每次15min，2次间隔30min，超声结束后过滤，滤液即为1g／100mL烤烟水提液原液。

本实验采用培养皿培养进行人参种子发芽试验，试验为7个处理3次重复，每个重复30粒种子，培养时间为6d。7个处理培养液浓度分别为0，0．1，0．2，0．4，0．6，0．8，1．0g／100mL。处理 A 每天统计胚根长度，培养结束后统计不同处理下人参种子霉斑数量、胚根长、子叶发生数以及种子培养过程中MDA、可溶性糖、SOD的含量。

1．3 实验方法

胚根长度测量方法：将人参胚根拉直，测量绝对长度。

胚根MDA和SOD含量测定参见文献［13］，可溶性糖含量测定方法见文献［14］。

1．4 数据处理与分析

试验数据处理采用 Excel 2010和SAS 9．0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2．1 人参种子萌发速率

由图1可以看出，1～3d人参种子萌发相对缓慢，但胚根长度呈直线生长，4～6d萌发速率较前3d要快一些，到第6天人参胚根长度达到了15．31mm。

图1 人参种子萌发速率

2．2 不同浓度烤烟水提液处理对胚根和子叶发育的影响

种子萌发速率主要体现在胚根和子叶生长速度。随着烤烟水提液浓度增大人参胚根生长受到影响，0．8 g／100mL和1．0g／100mL烤烟水提液处理，人参胚根长度显著小于0g／100mL（对照）和0．1g／100mL处理。由此可见，烤烟水提液一定程度上抑制了人参胚根的生长。不同浓度烤烟水提液处理对人参子叶形成呈现“低促高抑”的趋势（图2），当烤烟水提液浓度为0．4g／100mL处理时子叶形成占总数的百分比最高，为34．44。

图2 不同浓度烤烟水提液处理下人参胚根长度及子叶形成百分比

2．3 不同浓度烤烟水提液处理下人参胚根MDA、可溶性糖含量及SOD的影响

不同浓度烤烟水提液处理下影响了种子胚根的生长和子叶的发生，进一步分析了人参种子内生理代谢响应过程，种子内MDA、可溶性糖及SOD生理指标如图3～图5。

图3 不同浓度烤烟水提液处理下MDA含量

图4 不同浓度烤烟水提液处理下可溶性糖含量

不同浓度烤烟水提液处理下，人参种子内MDA和可溶性糖含量均呈现逐渐升高的趋势，0g／100mL处理时，MDA和可溶性糖含量最低，分别为0．006 8 μmol／g 和 0．017mmol／g；1．0g／100mL 处 理 时，MDA和可溶性糖含量最高，分别为0．011μmol／g和0．026mmol／g。

不同浓度烤烟水提液处理下，种子内SOD酶活性呈现先升高后降低的趋势，0．4g／100mL处理下SOD酶活性最高，为0．040U／g，当烤烟水提液浓度继续增大时，SOD酶活性随之降低。

图5 不同浓度烤烟水提液处理下SOD酶活性

2．4 不同浓度烤烟水提液处理下人参种子发霉个数和胚根腐烂数

烤烟水提液浓度逐渐增大，人参种子霉菌数百分比升高。当浓度达到0．6g／100mL时，霉菌发生率为51．11%，浓度达到0．8g／100mL和1．0g／100mL时，人参种子霉菌发生率为100%。随着烤烟水提液浓度的增大，胚根腐烂数也逐渐增多，浓度为0．8g／100mL和1．0g／100mL时，胚根腐烂数最多，为27个。

表1 人参种子霉菌百分比和胚根腐烂数

3 讨论与结论

3．1 烤烟水提液能够抑制人参胚根生长，对子叶发生具有低浓度促进高浓度抑制的效应

植物种子能否在合适的时间和地点萌发对植物进行幼苗建植至关重要，它直接关系到幼苗建植成功与否［15］。烤烟本身含有多种活性组分［11］，活性组分具有化感自毒效应，特别是烤烟叶的水提液自毒效应最强［16］，本研究中0．8g／100mL 和1．0g／100mL 处 理下，胚根长度显著低于对照（0g／100mL）和0．1g／100 mL处理，与烤烟水提液以莴苣为靶向的化感自毒效应一致。烤烟水提液对子叶发生表现出低浓度促进高浓度抑制作用，推测烤烟水提液中含有生长素类物质，目前没有相应报道，需进一步研究证实。

3．2 烤烟水提液对人参种子萌发形成抑制条件，导致体内抗氧化酶系统启动以降低对人参种子萌发的破坏

烤烟水提液对人参萌发属于逆境条件，抑制胚根的生长。种子正常萌发过程中活性氧浓度维持在一个较低水平，随着烤烟水提液浓度的增大，胁迫程度加大，导致胚根中活性氧的产生和清除系统平衡被打破导致活性氧的积累，引发膜脂过氧化，最终致使组织氧化损伤或细胞程序性死亡［17］。SOD可以清除活性氧的伤害，减轻植物细胞膜系统上膜脂过氧化作用，降低膜结构破坏程度，减少膜内物质向外渗漏，从而减轻植物遭受低温伤害的程度［18］，随着烤烟水提液浓度的增大，SOD酶活性逐渐升高，在0．4g／100mL时SOD酶活性达到最大。但是植物清除活性氧的能力是有限的，随着烤烟水提液浓度进一步增大植物严重受损，最终由于活性氧过度积累导致膜质过氧化，植物生长发育受到影响，1．0g／100mL烤烟水提液处理时，SOD酶活性最低，为0．032U／g。由表1可以直观的看出种子霉菌数和胚根腐烂数达到最大，严重地影响种子的正常生长发育。丙二醛含量和膜稳定性指数常常被人们用来衡量植物的氧化损伤程度［19］。人参胚根中MDA含量随烤烟水提液浓度增大而逐渐提高，表明1．0g／100mL水提液对胚根损伤程度最严重。

3．3 烤烟水提液促进人参培养过程中的霉变和腐烂

烤烟水提液的活性组分中存在大量的含有碳和氮的化合物。而微生物繁衍首要满足的是碳源和氮源［20］，再加上培养过程中培养箱温度为22℃，为微生物繁衍提供了相对适宜的条件，致使霉菌数量随烤烟水提液浓度增加呈增多趋势（表1），同时加速胚根的腐烂速度。

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