黃精種子破眠技術的優化

程秋香，曹 丹，李吟平，劉 峰，席鵬洲，李軍超，張躍進

(1.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西楊凌 712100；2.陜西步長制藥有限公司，西安 710075)

黃精種子破眠技術的優化

程秋香1，曹 丹1，李吟平1，劉 峰2，席鵬洲2，李軍超1，張躍進1

(1.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西楊凌 712100；2.陜西步長制藥有限公司，西安 710075)

為了篩選出促進黃精種子萌發的最佳破眠技術，采用正交試驗設計的方法，研究GA3質量濃度、浸種溫度、浸種時間、消毒劑4個因素對黃精種子萌發的影響。結果表明： GA3質量濃度為100 mg/L，浸種溫度20 ℃，浸種時間12 h，消毒劑為w=3%的過氧化氫是黃精種子萌發的最佳處理條件，萌發率可達92.36%。4種因素中，浸種溫度是影響黃精種子萌發的主要因素，浸種時間和GA3質量濃度次之，消毒劑的使用可以有效控制黃精種子在萌發過程中的霉變現象。

黃精；破眠技術；正交試驗

黃精(PolygonatumsibiricumRed.)為百合科黃精屬多年生草本植物,集藥用、食用和觀賞價值于一身。其根莖入藥，具有潤肺滋陰、補腎益精、降血脂、降血糖、提高機體免疫力、增強心肌收縮力、抗病原微生物、提高耐缺氧能力等功效[1-2]。黃精繁殖方式為有性繁殖(種子)和無性繁殖(根莖)2種[3-4]。多年來，黃精藥材的人工種植主要依靠其根莖，既浪費商品藥材也導致其后代退化，病蟲害加重，使黃精藥材的品質受到嚴重影響。利用黃精種子進行繁殖既可以節約大量商品藥材，發揮其雜種優勢，還能防止其品種退化。然而黃精種子休眠期長，自然條件下發芽率極低，對有性繁殖造成很大的障礙。本試驗在以往單因素研究的基礎上，采用正交試驗設計的方法，系統分析GA3質量濃度、浸種溫度、浸種時間和消毒劑4個因素對黃精種子萌發的綜合影響，旨在篩選出促進黃精種子萌發的最佳破眠技術，為黃精種子的有性繁殖提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

黃精種子來自西北農林科技大學生命學院藥用植物資源圃。2013年10月采集成熟黃精果實，經發酵漂洗獲得黃精種子，室外沙藏。

1.2 方 法

1.2.1 正交試驗設計 采用正交試驗設計，以黃精種子萌發率、萌發指數等為考核指標，以GA3質量濃度(A)、浸種溫度(B)、浸種時間(C)、消毒劑(D)4個因素設計4因素3水平的正交試驗L9(34)，詳見表1和表2。表中，消毒劑的3個水平分別指：w=3%的過氧化氫處理15 min；φ=75%的乙醇處理30 min；w=0.8%次氯酸鈉處理30 min。

1.2.2 發芽試驗 黃精種子經2個月沙藏后取出，用清水沖洗干凈，挑選表面光滑、完整、大小適中的種子，備用。根據正交試驗設計進行種子處理，每組處理選取種子50粒，每組處理設3個重復。以正交試驗設計中1號為例，取挑選備用的黃精種子50粒放置在培養皿中，加入質量濃度為100 mg/L的GA3溶液10 mL，20 ℃條件下浸種12 h；然后用蒸餾水清洗3次；加入w=3%的過氧化氫10 mL浸泡15 min，蒸餾水清洗3次。

將處理后的黃精種子播種在鋪有雙層無菌濾紙的培養皿中，置于MGC-300A型智能光照培養箱中25 ℃避光培養，發芽期限設定60 d，每天觀察記錄種子萌發情況，以突破種皮的下胚軸長度超過種子自身長度視為發芽[5]，統計種子萌發率、萌發指數、帶菌率。試驗期間，適時澆水保持濾紙濕潤，發現霉爛種子及時清理并更換污染濾紙。

表1 正交試驗因素水平

1.3 統計分析方法

種子萌發率=60 d內萌發的種子數/供試種子數×100%

萌發指數(Gi)=∑Gt/Dt(Gt為td的萌發數，Dt為相應的萌發時間)

處理后種子帶菌率=60 d發霉的種子數/供試種子數×100%

運用SPSS 20.0統計分析軟件處理試驗數據。

2 結果與分析

2.1 GA3質量濃度、浸種溫度、浸種時間及不同消毒劑對黃精種子萌發率的影響

極差分析法是一種直觀反映試驗中各因素對試驗結果影響大小的方法[6]。由表2可知，不同處理條件下黃精種子萌發率之間存在一定差異，其中1號處理黃精種子的萌發率最高，為92.36%；6號處理最差，為60.6%；其余處理介于二者之間。從處理的4個因素來看，浸種溫度的極差值(R)最大，GA3質量濃度次之，浸種時間和消毒劑較小。說明浸種溫度對黃精種子萌發率影響最大，GA3質量濃度次之。

方差分析[7]結果見表3，與極差分析結果相吻合，其中浸種溫度對黃精種子萌發率的影響達到極顯著(P=0.001)，GA3質量濃度對黃精種子的萌發率影響達到顯著水平(P=0.027)，而其余2個因素的作用效果不顯著(P>0.05)。4因素A、B、C、D不同水平對黃精種子萌發率的影響見圖1。由圖1可以看出：A1、B1、C3、D1的效應分別最大，即GA3質量濃度為100 mg/L、浸種溫度20 ℃、浸種時間24 h為最佳水平，消毒劑以過氧化氫為佳。由于因素D的3個水平為非連續變量，所以在圖1、2、3中均以散點形式呈現。

表2 不同處理下黃精種子的萌發率

表3 各因素對黃精種子萌發率影響的方差分析

圖1 4種因素對萌發率的效應曲線

2.2 GA3質量濃度、浸種溫度、浸種時間及不同消毒劑對黃精種子萌發指數的影響

由表4可知，1號處理黃精種子的萌發指數最高，為1.54。GA3質量濃度、浸種溫度、浸種時間、消毒劑這4個因素中，浸種溫度的極差值(R)最大，浸種時間次之，GA3質量濃度和消毒劑極差值較小，說明浸種溫度對黃精種子萌發指數影響最大，浸種時間次之。

表5表明，浸種溫度和浸種時間對黃精種子萌發指數的影響達到極顯著水平。其中，浸種溫度P=0.002，浸種時間P=0.001。其余2個因素作用效果不顯著(P>0.05)。結合各因素對萌發率影響的方差分析結果，浸種溫度對黃精種子的萌發率和萌發指數均有極顯著作用；浸種時間對黃精種子的萌發率影響作用不顯著，但對萌發指數有極顯著作用；GA3質量濃度對黃精種子萌發率有顯著影響，對萌發指數影響不顯著，消毒劑對黃精種子萌發率和萌發指數的影響均不顯著。因此，實際生產中首要應考慮浸種溫度，其次考慮浸種時間與GA3質量濃度。由圖2可知，因素A、B、C、D對萌發指數的影響中，A3、B1，C1，D1的效應分別最大，即GA3質量濃度200 mg/L、浸種溫度20 ℃、浸種時間12 h為最佳水平，消毒劑以過氧化氫為佳。

表4 不同處理下黃精種子的萌發指數

表5 各因素對黃精種子萌發指數影響的方差分析

圖2 4種因素對萌發指數的效應曲線

2.3 不同消毒處理的消毒效果

種子消毒處理的效果主要根據消毒后種子的帶菌率來體現。帶菌率高表明該消毒方法效果不佳，無法達到消毒的預期目的。黃精種子由于自身結構等原因，造成其萌發歷時較長，容易引起種子霉爛。因此，消毒處理及消毒劑的選擇是黃精種子萌發中非常重要的一環。各種消毒劑的消毒效果如表6及圖3所示，不同消毒方法間消毒效果存在一定差異，其中D1即過氧化氫的消毒效果最好，其相應的K值最小，其他2種消毒劑效果次之，故在黃精種子繁殖中選用過氧化氫作為前期處理的消毒劑。

3 結論與討論

4種因素對黃精種子萌發的影響程度存在較大差異，其中，浸種溫度對黃精種子萌發率和萌發指數的影響極顯著，且最佳效應水平為20 ℃；浸種時間對黃精種子萌發率影響不顯著，對萌發指數影響極顯著，且兩者最佳效應水平不一致，應選擇影響萌發指數最佳效應水平，即浸種時間12 h；GA3質量濃度對黃精種子萌發率影響達到顯著水平，對黃精種子萌發指數影響不顯著，所以應選擇影響萌發率最佳效應水平，即100 mg/L；不同消毒劑對黃精種子帶菌率的影響中,w=3%過氧化氫處理15 min效果最好，帶菌率最低。綜上分析，本試驗所得到的最佳組合為A1B1C1D1，即黃精種子萌發的最佳破眠技術組合為GA3質量濃度100 mg/L，處理溫度20 ℃，處理時間12 h，最后用w=3%的過氧化氫處理15 min。

表6 不同消毒劑下黃精種子的帶菌率

圖3 不同消毒劑處理對帶菌率的效應

沙藏層積處理是一種古老而有效的破除種子休眠的方法，對因含萌發抑制物質而導致生理休眠的種子效果顯著。沙藏處理可以促進胚形態發育成熟，激素含量發生變化，抑制物質降解，大分子物質轉化為小分子物質，提高一些酶的活力，促進相關基因的表達，種皮透性增強，以及使胚對脫落酸的敏感降低等[8-9]。黃精種子屬于綜合休眠，一方面存在胚的后熟現象[10]；另一方面，黃精種皮、胚乳和胚等不同部位存在一定的內源抑制物質[11]，在實際生產中，新收獲的黃精種子常先沙藏起來，待用時再篩出，對黃精種子而言，沙藏不僅是一種破眠方法，更是一種合理的貯藏方法，因而在黃精種子破眠方面，沙藏常作為一種必不可少的前處理方法。常用的沙藏層積有變溫層積和恒溫層積，變溫層積通常模擬休眠種子的自然環境條件，有利于種子的胚完成生理后熟過程。王占紅等[12]對黃精種子的4種不同沙藏方法進行比較，發現黃精果實經發酵漂洗獲得種子室外沙藏效果最佳，因此本試驗選用室外沙藏處理作為黃精種子的前處理方法。

浸種催芽是常用的催芽方法之一，通過浸種處理可以去除種子內部分抑制物，能有效提高種子發芽率，適當溫度的浸種處理具有更佳的效果[13]。本研究中所得到的最適浸種溫度為20 ℃，最適浸種時間為12 h,與朱伍鳳等[14]的研究存在一定差異，朱伍鳳等所進行的為單因素試驗，而本試驗為4因素3水平正交試驗，這可能是引起差異的主要原因。另外，浸種效果的好壞取決于水溫和浸種時間兩個方面，一般情況下浸種時水溫越低，需要浸種時間越長，反之水溫越高，浸種時間可適當縮短。

GA3具有拮抗休眠種子內源抑制物質(包括ABA)的作用，能夠促進α-淀粉酶、核酸酶、蛋白水解酶、ATP酶等的表達。GA3在促進種子萌發的過程中至少起到兩種信號作用，一是軟化種胚周圍組織，克服種皮機械限制，二是促進種胚的生長[15]。同時，GA3對種子內ABA有一個平衡作用。黃精種子堅硬，吸水緩慢，在前期的單因素研究中發現除具有一定的機械障礙外，還存在一定的內源抑制物(包括ABA含量較高)[10]， GA3浸種的應用，可以緩解或消除上述不利因素，有利于促進黃精種子萌發。本文研究表明在多因素綜合作用下，100 mg/L的 GA3溶液浸種，對黃精種子萌發有較好的促進作用。

種子消毒技術在農業生產中應用較廣，如草種處理、種子包衣等。本試驗采用常用過氧化氫、乙醇、次氯酸鈉3種消毒劑對黃精種子進行消毒，其中以過氧化氫效果最佳，該結果與李榮峰等[16]對麻瘋樹種子消毒處理的結果一致。

正交試驗相對于單因素試驗來說能更系統反應不同因素對試驗結果的影響情況，能得出一個更加直觀可靠的結果。本試驗研究是在前期單因素研究的基礎上開展的研究工作，獲得的最佳破眠技術組合不僅萌發率高，而且萌發指數有較大的突破，在黃精的有性繁殖過程中，既可以節約時間，又可以增加苗子的整齊度，對實際生產具有重要的指導意義。

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(責任編輯：郭柏壽 Responsible editor:GUO Baishou)

Optimization Technology for Breaking Dormancy ofPolygonatumsibiricumRed. Seed

CHENG Qiuxiang1,CAO Dan1,LI Yingping1,LIU Feng2, XI Pengzhou2,LI Junchao1and ZHANG Yuejin1

(1.College of Life Science，Northwest A&F University，Yangling Shanxi 712100 China; 2.Shaanxi Buchang Pharmaceutical Co.,Ltd.,Xi’an 710075,China)

In order to select the optimum technology for breaking dormancy. which could promote the seed germination ofPolygonatumsibiricum,studied we studied the effect of mass concentration of GA3,soaking temperature,soaking time and disinfectants four factors on seed germination ofPolygonatumsibiricumby the method of orthogonal experiment.The results showed that the best treatment conditions on seed germination ofPolygonatumsibiricumwas 100 mg/L GA3, 20 ℃ soaking for 12 hours,disinfectant with hydrogen peroxide(w=3%),and the germination rate could reach up to 92.36%. Among them ,the soaking temperature was the major influence factor ofPolygonatumsibiricumRed.seeds germination, soaking time and the mass concentration of GA3were the second to it, the use of disinfectant could control the contamination ofPolygonatumsibiricumeffectively during the seed germination process.

PolygonatumsibiricumRed;Dormancy-broken technology;Orthogonal experiment

ZHANG Yuejin,male,professor. Research area:mainly engaged in standardization production of medicinal plant.E-mail:qxzhang@126.com

2016-02-29

2016-04-07

陜西省科技攻關(S2014SF3834)；陜西省科技攻關(2015SF2-32)；楊凌示范區農業科技示范推廣基地項目(A289021601)。

程秋香，女，碩士研究生，從事藥用植物規范化生產技術研究。E-mail:chengqiuxiang000@sina.com

張躍進，男，教授，從事藥用植物規范化生產研究。E-mail:qxzhang@126.com

日期：2016-12-12

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161212.1117.036.html

Q945

A

1004-1389(2016)12-1870-06

Received 2016-02-29 Returned 2016-04-07

Foundation item Shaanxi Province Program for Tackling Agricultural Technology(No.S2014SF3834);Shaanxi Province Program for Tackling Agricultural Technology(No.2015SF2-32);Yangling Demonstration Area Program for Agricultural Technology and Base Extensive(No.A289021601).First author CHENG Qiuxiang,female,master student.Research area:mainly engaged in standardization production technology in medicinal plant . E-mail:chengqiuxiang000@sina.com