水分胁迫对朱砂根种子萌发及幼苗生长的影响

俞伶俐 魏升华 白玲利 文琴琴 严福林

摘 要 开展5个水分处理下的朱砂根种子萌发试验，测定比较其对种子萌发、幼苗生长情况和幼苗的3个生理生化指标的影响。结果表明，随着PEG-6000溶液浓度增加，朱砂根种子的发芽率、发芽势呈先上升后下降趋势，发芽指数和活力指数呈先下降后上升趋势；PEG-6000浓度为10%时，发芽率最高；PEG-6000浓度为5%时，发芽势最高，CK组的发芽指数和活力指数均高于其他组。CK组胚根最长，CK组与各试验组之间的胚根数、干重、相对含水量参数基本相同，差异不显著。水分胁迫促使朱砂根幼苗叶片数、须根数、鲜重和干重均有所增加，相对含水量、叶长、叶宽有所减小。幼苗的叶绿素含量和SOD活性随PEG-6000溶液浓度增加呈先上升后下降趋势，PEG-6000溶液浓度为5%时，幼苗叶绿素含量和SOD活性最高，MDA含量与PEG-6000溶液浓度大致呈正相关，CK组与试验组均具有显著性差异（p＜0.05）。综上，朱砂根具有一定的抗旱能力，种子萌发需要适当的水分，其中PEG-6000溶液浓度为5%时最佳。

关键词 水分胁迫；朱砂根；种子；萌发；幼苗；生理指标

中图分类号：S567.1 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.03.016

朱砂根（Ardisia crenata Sims）是紫金牛科（Myrsinaceae）紫金牛属（Ardisia）的一种常绿小灌木，广泛分布于我国各地[1]。由于其果期长，果实鲜艳，象征富贵吉祥，又名“富贵子”，具有较好的观赏价值[2]。朱砂根全株可入药，其干燥根部为常用中药，具有解毒消肿、活血止痛、祛风除湿等功效。主要用于治疗咽喉肿痛、风湿痹痛、跌打损伤等疾病[3-5]。现代研究表明，朱砂根主要有岩白菜素、皂苷类、黄酮类、苯醌类、香豆素等成分，具有抗炎、活血化瘀、抗肿瘤、抗病原微生物等药理作用[6-9]。朱砂根为贵州特色苗药“八爪金龙”的主要来源，也是贵州苗药大品种“开喉剑喷雾剂”“养阴口香合剂”和“咽喉清喉片”等成药的主要原料之一。近年来，随着人们生活水平的不断提高，中医药、民族医药逐渐获得了广泛认可，市场需求呈逐年上升趋势，朱砂根的资源消耗也急剧加大，然而目前“八爪金龙”的开发利用严重依赖野生资源，且药用品质形成周期较长。随着朱砂根市场需求的不断扩大和野生资源的长期大量、不规范滥采乱挖，野生资源急剧减少，不能满足需求，这给苗药原料供应造成极大压力，也限制相关产业发展。因此，朱砂根药材的人工种植迫在眉睫。

繁殖材料的收集、保存、萌发并获得足够的种苗是农业规模化生产的物质基础，有性繁殖具有系数大、适应性好等优点。朱砂根种子为顽拗性种子，当水分下降到一定程度极易失活。因此，水分是朱砂根种子萌发及幼苗生长发育过程中的主要影响因素。聚乙二醇（PEG）是一种亲水性很强的高分子聚合物，大量研究表明了PEG用于人工模拟干旱的可行性[10]。采用不同浓度PEG-6000对朱砂根种子进行模拟水分胁迫处理，探究朱砂根在干旱胁迫下种子的萌发情况及幼苗的生长情况，为朱砂根育苗移栽及种植技术提供一定的参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

朱砂根果实于2021年11—12月采自黔东南州施秉县及雷山县，凭证标本经贵州中医药大学魏升华教授鉴定为紫金牛属朱砂根，保存于贵州中医药大学中药材种植（养殖）及加工研究所。试验时选取籽粒饱满、质地均匀、大小一致的果实，用自来水浸泡3 h，搓去外果皮及果肉，沥干后用70%乙醇浸泡1 min进行消毒，再用灭菌的纯化水清洗5次，吸水纸吸干种子表面水分备用。

1.2  试验方法

1.2.1  PEG-6000溶液配制及种子前处理

以蒸馏水为空白对照（CK），配置浓度为5%、10%、15%、20%的PEG-6000溶液。分别在培养皿中加入等100 mL PEG-6000溶液，每个培养皿放入30粒朱砂根种子，以滤纸为萌发基质，放置于光照培养箱，培养条件为16 h光照、8 h黑暗，25 ℃恒温培养，每个处理3次重复，待种子萌发结束后统计并分析种子发芽情况。不同浓度PEG-6000溶液的水势计算：

ψs=-（1.18×10-2）C-（1.18×10-4）C2+（2.67×10-4）CT+（8.39×10-7）C2T （1）

式中：ψs渗透势（bar），1 bar =0.1 MPa；C为PEG6000溶液浓度（g·kg-1）；T为溶液温度（25 ℃）。

1.2.2  测定指标的计算方法

发芽率=正常发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽势=发芽高峰时正常发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽指数=∑（Gt/Dt）；

活力指数=发芽指数×S；

式中，Gt与Dt分别表示第t天的发芽数和相应的发芽天数；S为幼苗长势，本试验为幼苗平均鲜重。

胚根参数测定：试验结束后，每个处理随机选取10粒种子，分别测其胚根长和胚根鲜重、干重、相对含水量。

幼苗参数测定：种子发芽结束30 d后，随机选取10株幼苗测定其根长、须根数量、叶片数量、叶长、叶宽、植株鲜重、干重及相对含水量，并测定幼苗叶绿素、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）活性指标（参照《植物生理学实验》测定）。

1.2.3  数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2020和Graph Pad Prism 8.0.1软件对数据进行处理和绘图，采用 SPSS V. 26.0分析软件进行方差分析和多重比较。

2  结果与分析

2.1  不同濃度PEG-6000对朱砂根种子萌发的影响

用不同浓度的PEG-6000溶液分别培养朱砂根种子，对种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数进行统计，结果见表1。随着PEG-6000浓度的增加，发芽率呈先上升后下降的趋势，均显著高于CK组（p＜0.05），其中，PEG-6000浓度为10 %时，发芽率最高（83.34±4.72）%，显著高于其他处理组（p＜0.05），CK组发芽率明显较低（55±2.36）%，且在萌发过程中出现了显著的霉变腐烂现象。PEG-6000浓度为5%时，发芽势最高，为（55.00±2.36）%，显著高于其他组别（p＜0.05）。随着PEG-6000浓度的增加，发芽指数与活力指数均呈先下降后上升趋势，其中发芽指数和活力指数最高为CK组，分别为（30.74±0.76）%和（8.33±0.21）%，显著高于其他处理组（p＜0.05）。

2.2  不同浓度PEG-6000对朱砂根胚根发育的影响

胚根的生长情况是评价种子萌发后能否正常成苗的关键指标，本研究对不同浓度PEG-6000下朱砂根的胚根长度、胚根须根数、胚根鲜重、干重与相对含水量进行统计分析，结果见表2。CK组胚根最长，为（56.62±11.40）mm，显著高于所有PEG-6000处理组（p＜0.05），处理组中，胚根的长度随着PEG-6000浓度的升高呈先降低后升高趋势，PEG 5%与PEG 20%胚根长度无显著性差异（p＞0.05）。CK组与各试验组之间朱砂根的胚根数、干重、相对含水量参数基本相同，无显著性差异。胚根鲜重随着PEG-6000浓度的增加，略呈下降趋势，鲜重最大的是5%浓度处理，为0.28 g；其次为CK组，为0.27 g；最低为20%浓度处理，为0.23 g，CK组与PEG 20%浓度组具有显著差异（p＜0.05）。

2.3  不同浓度PEG-6000对朱砂根幼苗生长的影响

中药材种苗的质量关系到植株抗性、移栽成活率、田间管理以及中药材的质量和产量结果见表3。随着PEG-6000浓度的增加，30 d龄朱砂根幼苗相对含水量呈逐渐下降趋势，均显著低于CK组（p＜0.05）；各组间幼苗鲜重比较无显著性差异（p＞0.05）；随着PEG-6000浓度的增加，干重逐渐增加，各组间比较具有显著性差异（p＜0.05）。朱砂根幼苗须根数随PEG-6000浓度的增加而增加，除PEG15%组外；根长随PEG-6000浓度的增加而减小，处理组均显著低于CK组（p＜0.05）。朱砂根幼苗叶片数随PEG浓度的上升呈逐渐增多趋势，但叶片宽度随着浓度的增加逐渐变小，叶片长度组间比较差异不显著（p＞0.05）。

2.4  不同浓度PEG-6000对朱砂根幼苗叶绿素含量的影响

在不同水分胁迫程度下，朱砂根幼苗的叶绿素含量不同，详见表4。PEG-6000浓度在0%～15%时，叶绿素含量大致呈上升趋势，浓度为5%时叶绿素含量最高，达到6.37 mg·L-1；PEG-6000浓度在15% ～ 20%时，幼苗叶绿素含量呈下降趋势，浓度为20%时叶绿素含量最低，为3.15 mg·L-1。PEG-6000浓度为5%、10%、15%时，叶绿素含量显著高于CK组（p＜0.05），分别增加了20.42%、13.80%、20.60%；但PEG-6000浓度为20%时，叶绿素含量显著低于CK组（p＜0.05），减少了40.45%。

2.5  不同浓度PEG-6000对朱砂根幼苗丙二醛含量的影响

水分胁迫可能会引起幼苗活性氧代谢失控，细胞膜脂可能会发生脂质过氧化现象，导致较多的丙二醛（MDA）产生，因此可以将MDA作为描述幼苗生长健康与否的指标[11]。由表4可知，在不同水分胁迫程度下，朱砂根幼苗MDA含量不同。随着PEG-6000浓度的升高，MDA含量呈上升趋势，在浓度为20%时，MDA含量最高，为7.42 nmol·g-1；CK组MDA含量最低，为5.47 nmol·g-1。PEG-6000处理组幼苗的MDA含量均显著高于CK组，分别增加了14.44%、20.41%、19.44%、35.65%。

2.6  不同浓度PEG-6000对朱砂根幼苗SOD活性的影响

由表4可知，在不同水分胁迫程度下，朱砂根幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性不同。PEG-6000浓度在0% ～ 5%之间，幼苗SOD活性呈升高趋势，当PEG-6000浓度为5%时，SOD活性最高，为334.49 U·mg-1；PEG-6000浓度在5% ～ 20%之间，SOD活性呈降低趋势，当PEG-6000浓度为20%时，SOD活性最低，为190.08 U·mg-1。PEG-6000浓度为5%时，SOD活性高于CK组，增加了9.52%；PEG-6000浓度为10%、15%、20%时，SOD活性均低于CK组，分别减少了13.90%、30.21%、37.76%，当PEG-6000浓度为10%时，SOD活性急剧降低，之后随着PEG-6000浓度的增加，SOD活性降低较为平缓。

3  小结与讨论

朱砂根为阴生常绿灌木，其根为常用药材。本课题组前期调查发现，朱砂根野外群居个体数量较少，且植株个体之间间隔往往较远，未发现聚集群体，这可能与朱砂根种子在野外的萌发较为困难有关。种子的萌发与外界环境有着密切关系，常常需要适宜温度及水分才能完成。前期研究发现，朱砂根种子的萌发温度在20 ～ 25 ℃时萌发率最高，初步掌握了朱砂根种子萌发适宜温度。

研究发现，随着PEG-6000浓度的增加，发芽率呈先上升后下降的趋势，其中PEG-6000浓度为10%时，发芽率最高，且试验组朱砂根种子的发芽率均大于CK组，这与冷蒿种子随着干旱程度的加深，发芽率降低的现象具有一定的差异[12]。可能预示不同物种的种子对干旱的响应不同，适当的干旱处理不但有利于促进朱砂根种子的萌发，还可以防止水分较多而出现发霉、腐烂的现象。中药材种苗的质量关系到植株抗性、移栽成活率、田间管理及中药材的质量和产量。本研究对不同浓度PEG-6000下朱砂根根长、须根数、鲜重、干重与相对含水量等参数进行分析发现，水分胁迫促使朱砂根叶片数、须根数、鲜重和干重总体均呈增加趋势，但根长、叶宽与PEG-6000浓度呈负相关关系。这可能是因水势降低，主根变长无法满足植物对水的需求，只有增加须根数，才能更多地从土壤中获取足够的水分。在水分胁迫环境下，朱砂根叶片变小、变窄，可能是为了对抗水分胁迫，减少水分散失。植物叶绿素含量的改变是植物适应不良环境的重要特征，也是植物受害程度的重要体现。叶绿素是植物进行光合作用，将光能转化为化学能的活性物质，叶绿素含量的高低是反映植物光合作用强弱的一项重要指标[13]，生長发育旺盛的植株会合成较多的叶绿素，表现较强的抗性，反之则少[14]。

随PEG-6000浓度的升高，朱砂根幼苗的叶绿素含量先增加后减少，在PEG-6000浓度为5%达到最高，除浓度为20%时比CK组低，其余均高于CK组。说明在一定的干旱条件下，朱砂根光合作用增强，但后期干旱过度，叶绿素低于CK组，在浓度为20%时，影响了正常的光合作用反应而导致。当植物处于适宜的环境条件下，ROS的产生和清除处于动态平衡状态，在植物受到环境胁迫后，这种平衡被打破，ROS含量上升，然后导致MDA积累，使膜脂质过氧化[15-16]。本研究结果显示，随着PEG-6000浓度的升高，朱砂根幼苗的MDA含量总体呈上升趋势，这与薛静怡等[17]对千金子种子水分胁迫的生理生化特性结果一致。这可能是因为PEG-6000浓度的升高，水势较低，水分胁迫下朱砂根幼苗膜结构遭到破坏引起代谢絮乱，导致了MDA含量升高。水分胁迫使植物细胞内产生活性氧，干扰正常的生命代谢活动[18]。但植物对逆境的响应会产生自我保护的抗氧化酶，维持活性氧的动态平衡，如SOD、POD等，SOD是生物体内清除活性氧的主要保护酶之一[19]。

通过测定朱砂根幼苗SOD的活性，分析不同水势对抗氧化酶活性的影响。结果显示，随着PEG-6000浓度的升高，不同干旱处理组幼苗的SOD活性呈先上升后下降的变化趋势，PEG-6000浓度为0%～5%时，SOD活性呈上升趋势；在浓度为5%时，SOD活性达到最高，且高于CK组。这与刘亚西等[20]研究水分胁迫对多年生黑麦草种子萌发和生理调控的影响结果相似。说明朱砂根幼苗对干旱胁迫表现出一定的适应性，加速分解种子内部产生的超氧自由基。PEG-6000浓度为5%～20%，SOD活性呈下降趋势，且都低于CK组。与李莉等[21]研究中发现野燕麦在水分胁迫下，SOD表现为先应激性上升后下降的动态变化一致。这可能是因为胁迫程度的加剧一定程度干扰SOD活性及植物体内其他酶彼此之间的互作过程，导致SOD活性降低且低于CK组。

综上所述，朱砂根种子的萌发及幼苗生长需要一定量的水分，但是水分也不宜过多，朱砂根种子萌发所需的水分比幼苗生长过程所需水分要高，朱砂根种子萌发在PEG-6000浓度为5%下萌发为最佳选择。此外，朱砂根具有一定的抗旱能力，当PEG-6000浓度为20%时，超过了植物自身的可抵抗的程度，会出现持续性萎蔫、甚至死亡的现象。朱砂根作为一种阴生植物，其生长过程中，也并非水分越多越好，这可能和野外资源调查发现朱砂根容易发生根腐病有一定关系，本试驗结果为进一步研究朱砂根规范化育苗、移栽及种植提供参考。

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（责任编辑：易  婧）