氧化石墨烯对卷荚相思种子萌发与幼苗生长的影响

摘要" 为分析不同浓度氧化石墨烯（GO）对卷荚相思种子萌发和幼苗生长的影响，筛选合适的处理方式以提高良种播种品质，以该树种当年采收种子和贮存5年的陈种子为研究对象，设置不同GO浓度，分别为0（CK）、25、50、100、200、400和800 mg/L ，测定其在不同处理下发芽率等萌发指标、幼苗株高等生长指标和可溶性糖等内含物质积累情况。结果表明，随着GO处理浓度的变化，卷荚相思种子的萌发指标、幼苗生长和内含物积累量呈现出不同的变化趋势。100 mg/L GO处理下新、陈种子发芽率和发芽势表现最佳；200 mg/L GO处理下幼苗株高、鲜重、可溶性糖和总蛋白含量较CK增长幅度最高。综上，100～200 mg/L GO处理能够有效促进该树种新、陈种子发芽、幼苗生长和内含物质积累。本研究为卷荚相思良种繁育方法改进提供参考。

关键词" 氧化石墨烯；卷荚相思；种子萌发；幼苗生长

中图分类号" S792.99 """文献标识码" A """文章编号" 1007-7731（2025）03-0052-05

DOI号" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.03.012

Effects of graphene oxide on seed germination and seedling growth of Acacia cincinnata

ZHANG Shuxia

（Fujian Youxi State-owned Forest Farm， Sanming 365100， China）

Abstract" In order to analyze the effects of different concentrations of graphene oxide （GO） on seed germination and seedling growth of Acacia cincinnata， and to screen suitable treatment methods to improve seeding quality of Acacia cincinnata varieties， the new seeds collected in the same year and the old seeds stored for 5 years were studied with GO concentrations of 0 （CK）， 25， 50， 100， 200， 400 and 800 mg/L， respectively， and the germination rate， seedling height growth index and the accumulation of contents such as soluble sugar were measured under different treatments. The results showed that the seed germination index， seedling growth and inclusions accumulation showed different trends with the change of GO treatment concentration. The germination rate and germination potential of new and old seeds were the best under 100 mg/L GO treatment. The plant height， fresh weight， soluble sugar and total protein contents of seedlings under 200 mg/L GO treatment had the highest increase compared with CK treatment. In conclusion， 100-200 mg/L GO treatment can effectively promote the germination， seedling growth and content accumulation of new and old seeds of this tree species. This study provides a reference for improving the breeding methods of Acacia cincinnata.

Keywords" graphene oxide; Acacia cincinnata; seed germination; seedling growth

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）是一种二维碳纳米材料，平面六边形晶格结构，每个碳原子最外层均有4个电子，其中3个电子（2s、2px和2py）形成平面sp2杂化轨道，剩余1个电子形成π键在空间自由移动[1]。与石墨烯相比，GO含有较多的含氧官能团[-COOH、-OH和-CH（O）CH-]，结构更为复杂，且具有亲水特性，易在水中分散[2]。GO广泛应用在食品科学、医疗健康和光学等领域[3-5]。卷荚相思（Acacia cincinnata）属豆科（Fabaceae）金合欢属（Acacia）植物，经过数十年的驯化与良种选育，已成为东南沿海林区的重要速生树种之一。该树种生长速度快，材质优良，具有根瘤固氮能力，有利于退化土壤的生态修复[6-7]。目前，卷荚相思的繁殖方式以种子繁殖为主[8]，生产实践中常存在良种发芽率较低的问题。相关研究显示，该树种发芽率在40%～60%[9-10]。因此，通过经济、高效的人工措施提高该树种良种发芽率，提升苗木整体质量，是其优良种苗繁育工作的一个重要方向。

近年来，为创新绿色农业发展，GO逐渐应用于促进良种种苗生长功能方面。吴金海等[11]研究了该处理对甘蓝型油菜生长发育的影响，发现GO处理可促进甘蓝型油菜种子的萌发，并显著影响其幼苗的生长发育。王晓静等[12]研究发现，GO拌种显著提高了高羊茅种子的萌发率、株高和生物量；Pandey等[13]研究表明，GO可促进早期棉花种子萌发，并促进棉花幼苗根茎的生长；李永文等[14]研究发现，特定浓度的GO能够促进桧柏种子萌发，其中GO浓度为10 mg/L时萌发率最高。本研究以不同采收年份的卷荚相思种子为研究对象，测定不同浓度GO处理下其种子的萌发、生长和内含物质等指标，分析GO处理对该树种良种播种性状的改善作用，为该树种良种繁育措施改进及GO处理在林业种苗生产上的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

GO由石墨烯林业应用国家林草局重点实验室提供，其溶胶固含量5‰。卷荚相思种子由福建省漳浦中西国有林场卷荚相思种子园提供，其中新种子为2024年6月采种，陈种子为2019年6月采种，并于-20 ℃低温保存。试验前测定两类种子的千粒重分别为（10.16±0.35）g和（9.65±0.32）g，差异无统计学意义（Pgt;0.05）。

1.2 试验设计

选择健康、无虫洞且籽粒饱满的卷荚相思种子，将其置于盛有100 ℃纯水的保温桶中，封闭浸泡24 h以软化种皮，随后将种子取出，用1%高锰酸钾溶液浸泡消毒15 min，后用纯水反复清洗掉残留的高锰酸钾溶液。利用灭菌后的培养皿进行种子萌发培养，每皿置种100粒。新、陈种子各设置7个GO浓度处理，分别为0（CK）、25、50、100、200、400和800 mg/L。处理时吸取相应浓度GO溶液2 mL注入培养皿中，以保持皿中滤纸的湿润，此后每隔2 d注入1次。每个处理设置8次重复。将培养皿放入人工气候箱进行萌发培养（温度24 ℃，10 L∶14 D，湿度80%）。每日统计萌发种子数以计算发芽势，14 d后统计发芽率。随后，将幼苗移至置有滤纸的培养板中继续培养，每隔2 d注入5 mL霍格兰营养液和5 mL相应浓度GO溶液，21 d后测定幼苗生长和内含物质指标。

1.3 测定指标与方法

每日观察种子发芽情况，并以发芽率和发芽势作为种子萌发的评价指标。计算如式（1）～（2）。

发芽率（%）=（发芽种子数/供试种子数）×100""" （1）

发芽势（%）=（最大日发芽种子数/供试种子数）×100"""""""" （2）

以14 d幼苗的株高和鲜重作为生长评价指标，以幼苗可溶性糖和总蛋白含量作为内含物质评价指标。可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[15]，总蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]，分别采用植物可溶性糖测定试剂盒和总蛋白测定试剂盒（南京建成生物工程研究所）进行测定。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 27软件进行统计分析，对各处理数据进行正态性检验，并采用邓肯法进行多重比较，利用Origin 2024软件作图。

2 结果与分析

2.1 对卷荚相思种子萌发的影响

不同浓度GO对该树种新、陈种子的萌发产生一定影响。新种子CK组发芽率为65.13%，添加GO后，其发芽率随GO浓度增加呈先上升后下降的趋势。GO浓度为50和100 mg/L时，发芽率较CK分别提高了12.67%和15.36%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。陈种子发芽率总体低于新种子，陈种子CK组发芽率为53.88%，其发芽率变化趋势与新种子相似，100 mg/L GO处理下发芽率较CK增加19.72%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。

新种子CK组发芽势为37.13%，25 mg/L GO处理下的发芽势有所下降，随后逐渐上升，100 mg/L GO处理下达到最大值（41.38%），然后随GO浓度增加，其发芽势逐渐下降；800 mg/L GO处理下发芽势较CK降低了33.00%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。陈种子的发芽势随GO浓度上升而呈M型变化趋势。CK组的发芽势最低（24.25%），25、50、100和400 mg/L GO处理下发芽率较CK显著提高（Plt;0.05），增幅分别为39.69%、49.48%、53.09%和22.68%。表明100 mg/L GO处理下卷荚相思新、陈种子发芽率和发芽势表现较佳（图1）。

2.2 对卷荚相思幼苗生长的影响

由图2可知，不同浓度GO处理下该树种的生长趋势存在差异。新种子萌发后的幼苗株高随GO浓度增加呈先上升后下降趋势。CK组幼苗株高为50.11 cm，100和200 mg/L GO处理下株高较CK分别提高了9.25%和13.46%；800 mg/L GO处理下株高降低了16.36%，三者与CK差异均具有统计学意义（Plt;0.05）。陈种子萌发后的幼苗株高随GO浓度增加呈M型变化趋势。CK组株高为40.69 cm，25、50、100、200和400 mg/L GO处理下株高较CK分别提高了15.22%、16.13%、9.39%、22.92%和10.60%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。

随GO浓度的增加，新种子萌发后幼苗鲜重的变化趋势与株高趋势基本相同。CK组鲜重为2.66 g，25、50、100和200 mg/L GO处理下鲜重较CK分别提高了16.20%、19.89%、31.67%和36.98%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。陈种子萌发后的幼苗鲜重随GO浓度增加而呈下降—上升—下降的变化趋势。CK组鲜重为2.30 g，100 mg/L GO处理下鲜重最大（2.55 g），两者间差异无统计学意义（Pgt;0.05）；400和800 mg/L GO处理下鲜重较CK分别下降了13.26%和15.89%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。表明200 mg/L GO处理有利于增加新、陈种子萌发的幼苗株高和新种子萌发的幼苗鲜重，100 mg/L GO处理有利于增加陈种子萌发的幼苗鲜重。

2.3 对卷荚相思幼苗内含物质积累的影响

可溶性糖和总蛋白等内含物质积累状况可反映幼苗生长过程的生理活跃程度。由图3可知，不同浓度GO处理对卷荚相思幼苗的内含物质积累产生了一定影响。随着GO浓度的增加，可溶性糖含量整体呈先下降后上升再下降的趋势。新种子CK组可溶性糖含量为6.05 μg/g。25 mg/L GO处理下的可溶性糖含量较CK下降了28.25%，200和400 mg/L GO处理下的可溶性糖含量较CK分别升高了31.77%和19.95%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。陈种子可溶性糖含量呈先上升后下降趋势。CK组的可溶性糖含量为3.83 μg/g，100和200 mg/L GO处理下的可溶性糖含量较CK分别提升了31.92%和46.57%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。

新种子萌发的幼苗总蛋白含量整体呈先上升后下降的趋势。CK组总蛋白含量为1.20 mg/g，100和200 mg/L GO处理下的总蛋白含量与CK差异具有统计学意义（Plt;0.05），分别提升了39.63%和50.82%。陈种子总蛋白含量变化趋势呈M型，100和200 mg/L GO处理下的总蛋白含量较CK分别增长27.19%和38.72%，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。说明200 mg/L GO处理有利于幼苗可溶性糖和总蛋白含量的积累。

3 结论与讨论

林木良种是人工林质量的基本保证，良种遗传品质和播种品质的提升是林木遗传育种领域的重要研究方向。在纳米材料迅猛发展的背景下，新兴材料的优势性能为改进传统种苗繁育技术手段提供了新的视角。GO是一种具有特殊性质的纳米材料，其颗粒具备穿透细胞壁、细胞膜、核膜及离子通道等细胞障碍的能力[17]。同时，GO丰富的含氧官能团使其具备优良的两相释放能力，其颗粒携带的养分可长期缓慢释放，有效提高了养分利用效率，对种苗生长的促进作用较好[18]。

本研究表明，100～200 mg/L GO处理对卷荚相思种子的发芽指标、幼苗生长和内含物积累情况均有一定程度的促进，这与刘顿等[19]和葛赛等[20]研究结果相似。GO能够改善陈种子因贮藏时间过长及内在营养物质消耗导致的播种质量下降等情况，这对于林业生产实践具有重要意义。本研究聚焦GO对该树种种子萌发与幼苗生长两个阶段的影响，对其具体功效的研究有待进一步深入。刘泽慧等[21]研究表明，石墨烯处理后蚕豆幼苗的光合作用有所增强，同时土壤中铵态氮和有效钾含量显著提升。石墨烯具备改良土壤养分结构的作用，其对促进卷荚相思幼苗生长以及与土壤中养分和微生物构成关系的调控机制有待深入研究。王伟等[22]研究表明，10% GO处理下紫花苜蓿的萌发速度和幼苗株高均受到抑制。本试验表明，高浓度GO对卷荚相思部分萌发和生长指标表现出抑制作用。因此，在良种繁育实践和相关产品开发时应根据具体植物种类设计合适的GO浓度，以确保种苗生产质量。

参考文献

[1] DREYER D R，TODD A D，BIELAWSKI C W. Harnessing the chemistry of graphene oxide[J]. Chemical society reviews，2014，43（15）：5288-5301.

[2] WANG Y，LI S S，YANG H Y，et al. Progress in the functional modification of graphene/graphene oxide：a review[J]. RSC advances，2020，10（26）：15328-15345.

[3] KRYSTYJAN M，KHACHATRYAN G，KHACHATRYAN K，et al. The functional and application possibilities of starch/chitosan polymer composites modified by graphene oxide[J]. International journal of molecular sciences，2022，23（11）：5956.

[4] KUANG Z H，DAI M. Application of graphene oxide-based hydrogels in bone tissue engineering[J]. ACS biomaterials science amp; engineering，2022，8（7）：2849-2857.

[5] JABŁOŃSKA A，JAWORSKA A，KASZTELAN M，et al. Graphene and graphene oxide applications for SERS sensing and imaging[J]. Current medicinal chemistry，2019，26（38）：6878-6895.

[6] 周丽丽，李树斌，潘辉，等. 5种相思树和尾巨桉人工林土壤养分和酶活性特征[J]. 热带亚热带植物学报，2021，29（5）：483-493.

[7] COLE T G，YOST R S，KABLAN R，et al. Growth potential of twelve Acacia species on acid soils in Hawaii[J]. Forest ecology and management，1996，80（1/2/3）：175-186.

[8] 蔡玲，王以红，吴幼媚，等. 五种相思树组织培养研究[J]. 广西林业科学，2003，32（1）：24-26.

[9] 李成珺，赖慧捷，范辉华，等. 模拟氮沉降对木荷和卷荚相思种子萌发的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2024，52（5）：48-56.

[10] 朱梦恬，江瑞熠，李秉钧，等. 电场对卷荚相思种子萌发和生理生化的影响[J]. 草业科学，2024，41（3）：709-717.

[11] 吴金海，焦靖芝，谢伶俐，等. 氧化石墨烯处理对甘蓝型油菜生长发育的影响[J]. 基因组学与应用生物学，2015，34（12）：2738-2742.

[12] 王晓静，赵树兰，多立安. 氧化石墨烯拌种对高羊茅种子萌发与幼苗生长的影响[J]. 种子，2018，37（4）：1-4，10.

[13] PANDEY K，ANAS M，HICKS V K，et al. Improvement of commercially valuable traits of industrial crops by application of carbon-based nanomaterials[J]. Scientific reports，2019，9（1）：19358.

[14] 刘永文，姚文博，贾祺，等. 氧化石墨烯对桧柏种子萌发的影响[J]. 山西大同大学学报（自然科学版），2021，37（6）：1-3，7.

[15] 苏云婷， 潘世会. 无花果可溶性糖含量测定[J]. 食品安全导刊， 2024（13）： 104-107.

[16] 焦洁. 考马斯亮蓝G-250染色法测定苜蓿中可溶性蛋白含量[J]. 农业工程技术， 2016， 36（17）： 33-34.

[17] 魏红敏. 氧化石墨烯对作物种子萌发及幼苗生长的影响[D]. 荆州：长江大学，2015.

[18] 孙露. 氧化石墨烯对苦荞种子萌发、生长发育及产量的影响[D]. 成都：成都大学，2022.

[19] 刘顿，吕月玲，骆汉. 氧化石墨烯对紫穗槐种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 种子，2022，41（1）：14-18，37.

[20] 葛赛，孙景茹，李少雄，等. 氧化石墨烯对茄科植物种子萌发的影响[J]. 山西大同大学学报（自然科学版），2022，38（6）：5-8.

[21] 刘泽慧，陈志文，赵建国，等. 石墨烯对蚕豆生长发育的效应研究[J]. 首都师范大学学报（自然科学版），2020，41（5）：33-39.

[22] 王伟，多立安，赵树兰. 氧化石墨烯对紫花苜蓿种子萌发与幼苗生长的影响[J]. 种子，2020，39（2）：1-4，10.

（责任编辑：吴思文）