鸡头黄精种子生物学特性试验研究

王嘉琛，徐丽霞，孙 靓，张玮玮，叶 花，蔡翠芳

（山西药科职业学院，山西 太原 030001）

黄精又名黄鸡菜、老虎姜，为百合科黄精属的多年生草本植物，具有补气、养阴、健脾、润肺、益肾的功效，是我国传统的大宗药材，也是常用的滋补食品原料，在国内外市场很受欢迎。《中国药典》中载有黄精、多花黄精和滇黄精3 种植物[1]，入药分别称为鸡头黄精、姜形黄精和大黄精。山西省内所产黄精大多为鸡头黄精[2]。目前除鸡头黄精药材仍然以野生为主外，姜形黄精和大黄精均实现栽培引种，且生产技术规程、物质积累规律、催芽技术、林下仿生态栽培关键技术等方面的研究较多[3-8]。伴随着黄精市场需求量逐年增大，价格不断攀升，野生鸡头黄精资源面临进一步枯竭的境况。

植物繁殖大多采用根茎或种子繁殖的方式，但长期采用根茎繁殖的方式会导致种质退化，影响黄精产业的可持续发展，故对鸡头黄精进行种子繁殖具有重要意义。本试验对鸡头黄精种子的形态特征、千粒重、含水量、吸水率及发芽条件等进行了系统研究，旨在为鸡头黄精的有性繁殖提供指导。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

鸡头黄精种子来源于山西药科职业学院中药材种植园，于2020 年10 月15 日采摘，经揉搓漂洗风干后，挑选完整、饱满、富有光泽的籽粒用于试验研究。

1.2 试验方法

1.2.1 种子形态特征观察

随机选择鸡头黄精种子100 粒，设3 个重复，共计300 粒。使用游标卡尺（精确度0.01mm）测量种子纵径、横径和厚度。在显微镜下观察种子的形态，主要包括形状、大小（用种子长、宽、厚表示）、颜色、表皮构造等。

1.2.2 种子千粒重测定

按照《农作物种子检验规程》（GB/T 3543—1995）中重量测定法，采用千粒法测定鸡头黄精种子千粒重。从供试样品中随机数取1 000 粒净种子，用电子天平称重，重复5 次。

1.2.3 含水量测定

按照《农作物种子检验规程》（GB/T 3543—1995）中水分测定法，在（130±2）℃下采用恒温烘干法进行含水量测定。测定1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h、12 h 时鸡头黄精种子含水量，各处理重复5 次，每个重复50 粒种子。种子含水量公式如下。

1.2.4 吸水率测定

取干燥、完整的鸡头黄精种子50 粒，称量干重后，将种子浸泡在蒸馏水中，放置在25 ℃恒温培养箱中，前2 h 内每隔0.5 h、2 h 后每隔1 h 从培养箱中取出，吸干种子表面水分，用电子天平称量种子的重量，直至恒重为止。3 次重复，取其平均值绘制种子吸水曲线。种子吸水率公式如下。

1.2.5 生活力测定

1）TTC 染色法。随机数取250 粒鸡头黄精种子，设置5 个重复，每个重复50 粒种子。将在常温条件下用蒸馏水浸泡48 h 后的种子沿种脐纵切，取带胚的1/2放入培养皿中进行测试。浸入0.2%TTC 溶液中，置于30 ℃恒温培养箱中避光染色10 h，染色结束后用清水冲洗种子切面3～5 次，观察种子染色情况，统计种子生活力。

2）红墨水染色法。随机数取250 粒黄精种子，5 个重复，每个重复50 粒种子。将在常温条件下用蒸馏水浸泡48 h 后的种子沿种脐纵切，取带胚的1/2 放入培养皿进行测试。浸入0.5%红墨水中，置于30 ℃恒温培养箱中避光染色10 h，染色结束后用清水冲洗种子切面3～5 次，观察种子染色情况，统计种子生活力，计算公式如下。

1.3 种子发芽试验

1.3.1 不同处理方式对种子萌发的影响

1）外源激素处理。采用赤霉素（GA3）为外源激素，选取黄精种子100 粒，用50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L的赤霉素溶液分别浸种12 h，然后用蒸馏水冲洗种子3 次，再加入3%的H2O2溶液浸泡15 min 后，再次用蒸馏水冲洗种子3 次。在25 ℃培养箱中避光培养，以不加赤霉素溶液的作为对照，重复3 次。

2）超声波处理。采用超声波处理器，选取黄精种子100 粒，经温水浸种24 h 后，加入3%的H2O2溶液浸泡15 min，然后用蒸馏水冲洗种子3 次，接着用频率为40 kHz 的超声波对种子进行处理，处理时间分别为0 min、10 min、20 min、30 min。随后黄精种子在25 ℃培养箱中避光培养，重复3 次。

1.3.2 不同培养温度试验将放有鸡头黄精种子的培养皿分别置于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃的恒温培养箱进行发芽试验。

1.3.3 不同光照条件试验

将放有鸡头黄精种子的培养皿置于25 ℃恒温培养箱中，分别在光照和黑暗条件下培养。

以上发芽试验在均匀铺有两层滤纸的培养皿中进行，试验期间保持培养皿中滤纸湿润，发芽期限设定为60 d，每隔5 d 更换一次无菌滤纸，每24 h 统计1 次种子萌发情况，记录黄精种子的发芽率，并将已萌发的种子取出。发芽率、发芽势、发芽指数计算公式如下。

式中：Gt 为浸种后t 天的发芽数，Dt 为相应的发芽天数。

2 试验结果及分析

2.1 种子形态特征

鸡头黄精种子呈球形、扁球形或椭圆球形。表面呈黄棕色、深黄棕色或黑色，质硬，表面光滑或具有不规则纹理，有明显的圆点状种脐，长2.60～4.85 mm，宽2.36～4.30 mm，厚2.13～3.92 mm。

2.2 种子千粒重和含水量

鸡头黄精种子的千粒重平均值为30.71 g，标准差为1.03，变异系数为3.37%，小于标准4%，测定值有效。鸡头黄精种子含水量平均值为9.70%，标准差为0.20，变异系数为2.07%。所试鸡头黄精种子千粒重和含水量见表1。

表1 鸡头黄精种子千粒重和含水量

2.3 种子的吸水率

鸡头黄精种子在25 ℃浸种后，前20 h 吸胀速度较快，吸水率超过40%；23 h 后仍然在持续吸水，但吸水速率减慢；43 h 后进入吸水饱和状态，黄精种子吸胀结束，最终饱和吸水率为50.60%，见图1。这可能与胚乳的机械障碍有关，表明黄精种子的种皮存在一定的机械阻力。

图1 鸡头黄精种子吸水曲线

2.4 种子的生活力

本试验中将完全染色和染色1/2 及以上的种子视为有生活力的种子。TTC 染色结果中，完全染色的种子有58.4%，染色1/2 及以上的有34.4%，测得种子的平均生活力为92.8%。在红墨水试验中，完全染色的种子有40%，染色1/2 及以上的有35.2%，种子的平均生活力为75.2%。两种测定方法差异比较显著，且红墨水法测得的生活力小于发芽率，表明红墨水法不适于鸡头黄精种子的生活力测定。

2.5 种子发芽试验

2.5.1 不同处理方式对种子萌发的影响

1）外源激素处理。采用赤霉素（GA3）为外源激素，浸泡黄精种子后，可以显著提高种子的发芽率、发芽势及发芽指数等指标。随着赤霉素溶液浓度的变化，种子的发芽率、发芽势及发芽指数均体现了先升高后降低的趋势。当赤霉素浓度为100 mg/L 时，种子发芽率最高，为90.33%，见表2。

2）超声波处理。采用超声波处理后，对鸡头黄精种子的发芽率、发芽势及发芽指数也有提高的作用。随着超声波处理时间的延长，种子发芽率、发芽势及发芽指数出现了先升高后降低的趋势。当超声波处理时间为20 min 时，种子的发芽率最高，为87.33%，见表3。

表3 超声波处理时间对鸡头黄精种子萌发的影响

2.5.2 不同培养温度对种子萌发的影响

20 ℃和25 ℃下培养黄精种子，在15 d 左右就有种子开始萌发，并随着时间增加，萌发种子不断增多，在25～35 d 出现了发芽数量的高峰。25 ℃下的黄精种子在第40 天发芽率达到91.3%，20 ℃下的黄精种子在第47 天发芽率达到86%。当发芽温度为30 ℃时，黄精种子的初次萌发时间推迟到第20 天，最终种子的萌发率为75.3%。当发芽温度为15 ℃时，黄精种子的初次萌发时间推迟到第32 天，最终种子的萌发率为15.3%。

由表4 可知，随着发芽温度升高，鸡头黄精种子的发芽率、发芽势及发芽指数均出现了先上升后下降的趋势。当温度升高到25 ℃的时候，黄精种子的发芽率、发芽势及发芽指数均达到了最高，并与其他温度下的结果有统计学差异。可见，鸡头黄精种子在25 ℃下发芽较为合适。

表4 不同培养温度对鸡头黄精种子萌发的影响

2.5.3 不同光照条件对种子萌发的影响

不论是在光照条件下还是避光条件下，鸡头黄精种子均能萌发。但是在黑暗避光条件下，鸡头黄精种子的发芽率、发芽势与发芽指数显著高于未避光12 h 光照条件。在12 h 光照条件下，鸡头黄精种子的发芽率仅为40%；在避光条件下，鸡头黄精种子的发芽率可以达到91.33%。两者对比有统计学差异。发芽势与发芽指数同样如此，见表5。可见，鸡头黄精种子适宜在避光条件下萌发生长。

表5 不同光照条件对鸡头黄精种子萌发的影响

3 讨论

种子生物学特性的研究既是直接面向农业生产服务一线、提高中药材质量的关键，也是实现农业科技进步和进一步加深对物种的生长、发育、进化、起源等认识的基础。

本试验从鸡头黄精种子的生物学特性研究着手，研究了鸡头黄精种子的形态特征、千粒重、含水量、吸水率以及不同条件对鸡头黄精种子萌发的影响。不仅确定了鸡头黄精种子的生物学特性，更为进一步制定相应的种质标准和实践应用提供了理论依据。

因活性种子中含有的脱氢酶可以将TTC 作为受氢体使之还原而显红色，故常作为测定种子活性的方法之一。因现阶段研究试验中农作物种子研究多，中药材种子研究少，且不同文献中对TTC 法测定种子活性的浓度与时间也不尽相同，故在预试验阶段对不同浓度和时间对鸡头黄精种子的染色情况进行了研究。设置了0.1%、0.2%、0.4%、0.6% 4 个不同的TTC 浓度，在30 ℃恒温培养箱中避光染色1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、12 h、14 h、16 h、18 h，发现0.2%浓度下染色10 h，染色结果不再变化，故正式试验中选取了0.2%TTC 溶液染色10 h，与朱思宇等（2020）用该法快速测定南京椴种子活力浓度相同，时间不一致，这可能是因为植物不同所产生的。

激素是种子生长发育中的调节剂，能够通过信号传导对种子内外的各种生理变化作出相应的反应，是种子快速萌发、植物增产增收的常用手段之一。激素种类众多，不同激素促进萌发的机理也不尽相同。在预试验阶段发现，乙烯利促进鸡头黄精种子萌发的作用强于赤霉素，结果与王月等（2018）对滇黄精种子萌发试验的结果一致，但因乙烯利的最优浓度为500 mg/L，远高于赤霉素的100 mg/L，为尽量降低激素的使用量，预防残留现象的发生，试验中选取了赤霉素和超声波研究对鸡头黄精种子萌发的影响。

4 结论

试验所用鸡头黄精种子长2.60～4.85 mm、宽2.36～4.30 mm、厚2.13～3.92 mm，平均千粒重为30.71 g，平均含水量为9.70%。由试验结果可知，鸡头黄精前20 h种子吸水快速吸胀，43 h 后进入吸水饱和状态，平均吸水率为50.60%；通过TTC 染色检测种子生活力，为92.8%；经赤霉素浸泡或超声波处理均能促进种子萌发，其中赤霉素浓度为100 mg/L、超声波处理时间为20 min 时结果最显著；光照会显著影响种子的萌发，在避光条件下最适宜种子萌发；最适发芽温度为25 ℃。