水分脅迫對朱砂根種子萌發及幼苗生長的影響

俞伶俐，魏升華，白玲利，文琴琴，嚴福林

（貴州中醫藥大學藥學院，貴州貴陽 550025）

朱砂根(Ardisia crenataSims) 是紫金牛科（Myrsinaceae）紫金牛屬（Ardisia）的一種常綠小灌木，廣泛分布于我國各地[1]。由于其果期長，果實鮮艷，象征富貴吉祥，又名“富貴子”，具有較好的觀賞價值[2]。朱砂根全株可入藥，其干燥根部為常用中藥，具有解毒消腫、活血止痛、祛風除濕等功效。主要用于治療咽喉腫痛、風濕痹痛、跌打損傷等疾病[3-5]。現代研究表明，朱砂根主要有巖白菜素、皂苷類、黃酮類、苯醌類、香豆素等成分，具有抗炎、活血化瘀、抗腫瘤、抗病原微生物等藥理作用[6-9]。朱砂根為貴州特色苗藥“八爪金龍”的主要來源，也是貴州苗藥大品種“開喉劍噴霧劑”“養陰口香合劑”和“咽喉清喉片”等成藥的主要原料之一。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，中醫藥、民族醫藥逐漸獲得了廣泛認可，市場需求呈逐年上升趨勢，朱砂根的資源消耗也急劇加大，然而目前“八爪金龍”的開發利用嚴重依賴野生資源，且藥用品質形成周期較長。隨著朱砂根市場需求的不斷擴大和野生資源的長期大量、不規范濫采亂挖，野生資源急劇減少，不能滿足需求，這給苗藥原料供應造成極大壓力，也限制相關產業發展。因此，朱砂根藥材的人工種植迫在眉睫。

繁殖材料的收集、保存、萌發并獲得足夠的種苗是農業規模化生產的物質基礎，有性繁殖具有系數大、適應性好等優點。朱砂根種子為頑拗性種子，當水分下降到一定程度極易失活。因此，水分是朱砂根種子萌發及幼苗生長發育過程中的主要影響因素。聚乙二醇（PEG）是一種親水性很強的高分子聚合物，大量研究表明了PEG 用于人工模擬干旱的可行性[10]。采用不同濃度PEG-6000 對朱砂根種子進行模擬水分脅迫處理，探究朱砂根在干旱脅迫下種子的萌發情況及幼苗的生長情況，為朱砂根育苗移栽及種植技術提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

朱砂根果實于2021 年11—12 月采自黔東南州施秉縣及雷山縣，憑證標本經貴州中醫藥大學魏升華教授鑒定為紫金牛屬朱砂根，保存于貴州中醫藥大學中藥材種植（養殖）及加工研究所。試驗時選取籽粒飽滿、質地均勻、大小一致的果實，用自來水浸泡3 h，搓去外果皮及果肉，瀝干后用70%乙醇浸泡1 min 進行消毒，再用滅菌的純化水清洗5 次，吸水紙吸干種子表面水分備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 PEG-6000溶液配制及種子前處理

以蒸餾水為空白對照（CK），配置濃度為5%、10%、15%、20%的PEG-6000溶液。分別在培養皿中加入等100 mL PEG-6000 溶液，每個培養皿放入30 粒朱砂根種子，以濾紙為萌發基質，放置于光照培養箱，培養條件為16 h 光照、8 h 黑暗，25 ℃恒溫培養，每個處理3 次重復，待種子萌發結束后統計并分析種子發芽情況。不同濃度PEG-6000溶液的水勢計算：

式中：ψs 滲透勢（bar），1 bar=0.1 MPa；C 為PEG6000溶液濃度（g·kg-1）；T為溶液溫度（25 ℃）。

1.2.2 測定指標的計算方法

發芽率=正常發芽種子數/供試種子數×100%；

發芽勢=發芽高峰時正常發芽種子數/供試種子數×100%；

發芽指數=∑（Gt/Dt）；

活力指數=發芽指數×S；

式中，Gt與Dt分別表示第t天的發芽數和相應的發芽天數；S為幼苗長勢，本試驗為幼苗平均鮮重。

胚根參數測定：試驗結束后，每個處理隨機選取10粒種子，分別測其胚根長和胚根鮮重、干重、相對含水量。

幼苗參數測定：種子發芽結束30 d 后，隨機選取10 株幼苗測定其根長、須根數量、葉片數量、葉長、葉寬、植株鮮重、干重及相對含水量，并測定幼苗葉綠素、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）活性指標（參照《植物生理學實驗》測定）。

1.2.3 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2020 和Graph Pad Prism 8.0.1軟件對數據進行處理和繪圖，采用SPSS V.26.0 分析軟件進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同濃度PEG-6000對朱砂根種子萌發的影響

用不同濃度的PEG-6000 溶液分別培養朱砂根種子，對種子發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數進行統計，結果見表1。隨著PEG-6000濃度的增加，發芽率呈先上升后下降的趨勢，均顯著高于CK 組（p＜0.05），其中，PEG-6000 濃度為10%時，發芽率最高（83.34±4.72）%，顯著高于其他處理組（p＜0.05），CK 組發芽率明顯較低（55±2.36）%，且在萌發過程中出現了顯著的霉變腐爛現象。PEG-6000 濃度為5%時，發芽勢最高，為（55.00±2.36）%，顯著高于其他組別（p＜0.05）。隨著PEG-6000濃度的增加，發芽指數與活力指數均呈先下降后上升趨勢，其中發芽指數和活力指數最高為CK 組，分別為（30.74±0.76）%和（8.33±0.21）%，顯著高于其他處理組（p＜0.05）。

表1 不同濃度PEG-6000對朱砂根種子萌發情況的影響

2.2 不同濃度PEG-6000對朱砂根胚根發育的影響

胚根的生長情況是評價種子萌發后能否正常成苗的關鍵指標，本研究對不同濃度PEG-6000 下朱砂根的胚根長度、胚根須根數、胚根鮮重、干重與相對含水量進行統計分析，結果見表2。CK 組胚根最長，為（56.62±11.40）mm，顯著高于所有PEG-6000 處理組（p＜0.05），處理組中，胚根的長度隨著PEG-6000 濃度的升高呈先降低后升高趨勢，PEG 5%與PEG 20%胚根長度無顯著性差異（p＞0.05）。CK 組與各試驗組之間朱砂根的胚根數、干重、相對含水量參數基本相同，無顯著性差異。胚根鮮重隨著PEG-6000 濃度的增加，略呈下降趨勢，鮮重最大的是5%濃度處理，為0.28 g；其次為CK 組，為0.27 g；最低為20%濃度處理，為0.23 g，CK 組與PEG 20%濃度組具有顯著差異（p＜0.05）。

表2 不同濃度PEG-6000對朱砂根胚根發育的影響

2.3 不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗生長的影響

中藥材種苗的質量關系到植株抗性、移栽成活率、田間管理以及中藥材的質量和產量結果見表3。隨著PEG-6000 濃度的增加，30 d 齡朱砂根幼苗相對含水量呈逐漸下降趨勢，均顯著低于CK 組（p＜0.05）；各組間幼苗鮮重比較無顯著性差異（p＞0.05）；隨著PEG-6000 濃度的增加，干重逐漸增加，各組間比較具有顯著性差異（p＜0.05）。朱砂根幼苗須根數隨PEG-6000 濃度的增加而增加，除PEG15%組外；根長隨PEG-6000 濃度的增加而減小，處理組均顯著低于CK 組（p＜0.05）。朱砂根幼苗葉片數隨PEG 濃度的上升呈逐漸增多趨勢，但葉片寬度隨著濃度的增加逐漸變小，葉片長度組間比較差異不顯著（p＞0.05）。

表3 不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗生長情況的影響

2.4 不同濃度PEG-6000 對朱砂根幼苗葉綠素含量的影響

在不同水分脅迫程度下，朱砂根幼苗的葉綠素含量不同，詳見表4。PEG-6000 濃度在0%～15%時，葉綠素含量大致呈上升趨勢，濃度為5%時葉綠素含量最高，達到6.37 mg·L-1；PEG-6000 濃度在15%～20%時，幼苗葉綠素含量呈下降趨勢，濃度為20%時葉綠素含量最低，為3.15 mg·L-1。PEG-6000 濃度為5%、10%、15%時，葉綠素含量顯著高于CK 組（p＜0.05），分別增加了20.42%、13.80%、20.60%；但PEG-6000 濃度為20%時，葉綠素含量顯著低于CK 組（p＜0.05），減少了40.45%。

表4 不同濃度PEG-6000對朱砂根幼苗生理生化指標的影響

2.5 不同濃度PEG-6000 對朱砂根幼苗丙二醛含量的影響

水分脅迫可能會引起幼苗活性氧代謝失控，細胞膜脂可能會發生脂質過氧化現象，導致較多的丙二醛（MDA）產生，因此可以將MDA 作為描述幼苗生長健康與否的指標[11]。由表4 可知，在不同水分脅迫程度下，朱砂根幼苗MDA 含量不同。隨著PEG-6000 濃度的升高，MDA 含量呈上升趨勢，在濃度為20%時，MDA 含量最高，為7.42 nmol·g-1；CK 組MDA 含量最低，為5.47 nmol·g-1。PEG-6000 處理組幼苗的MDA含量均顯著高于CK組，分別增加了14.44%、20.41%、19.44%、35.65%。

2.6 不同濃度PEG-6000 對朱砂根幼苗SOD 活性的影響

由表4 可知，在不同水分脅迫程度下，朱砂根幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性不同。PEG-6000濃度在0%～5%之間，幼苗SOD 活性呈升高趨勢，當PEG-6000濃度為5%時，SOD活性最高，為334.49 U·mg-1；PEG-6000 濃度在5%～20%之間，SOD 活性呈降低趨勢，當PEG-6000 濃度為20%時，SOD 活性最低，為190.08 U·mg-1。PEG-6000 濃度為5%時，SOD 活性高于CK 組，增加了9.52%；PEG-6000 濃度為10%、15%、20%時，SOD 活性均低于CK 組，分別減少了13.90%、30.21%、37.76%，當PEG-6000 濃度為10%時，SOD 活性急劇降低，之后隨著PEG-6000 濃度的增加，SOD活性降低較為平緩。

3 小結與討論

朱砂根為陰生常綠灌木，其根為常用藥材。本課題組前期調查發現，朱砂根野外群居個體數量較少，且植株個體之間間隔往往較遠，未發現聚集群體，這可能與朱砂根種子在野外的萌發較為困難有關。種子的萌發與外界環境有著密切關系，常常需要適宜溫度及水分才能完成。前期研究發現，朱砂根種子的萌發溫度在20～25 ℃時萌發率最高，初步掌握了朱砂根種子萌發適宜溫度。

研究發現，隨著PEG-6000 濃度的增加，發芽率呈先上升后下降的趨勢，其中PEG-6000 濃度為10%時，發芽率最高，且試驗組朱砂根種子的發芽率均大于CK 組，這與冷蒿種子隨著干旱程度的加深，發芽率降低的現象具有一定的差異[12]。可能預示不同物種的種子對干旱的響應不同，適當的干旱處理不但有利于促進朱砂根種子的萌發，還可以防止水分較多而出現發霉、腐爛的現象。中藥材種苗的質量關系到植株抗性、移栽成活率、田間管理及中藥材的質量和產量。本研究對不同濃度PEG-6000 下朱砂根根長、須根數、鮮重、干重與相對含水量等參數進行分析發現，水分脅迫促使朱砂根葉片數、須根數、鮮重和干重總體均呈增加趨勢，但根長、葉寬與PEG-6000 濃度呈負相關關系。這可能是因水勢降低，主根變長無法滿足植物對水的需求，只有增加須根數，才能更多地從土壤中獲取足夠的水分。在水分脅迫環境下，朱砂根葉片變小、變窄，可能是為了對抗水分脅迫，減少水分散失。植物葉綠素含量的改變是植物適應不良環境的重要特征，也是植物受害程度的重要體現。葉綠素是植物進行光合作用，將光能轉化為化學能的活性物質，葉綠素含量的高低是反映植物光合作用強弱的一項重要指標[13]，生長發育旺盛的植株會合成較多的葉綠素，表現較強的抗性，反之則少[14]。

隨PEG-6000 濃度的升高，朱砂根幼苗的葉綠素含量先增加后減少，在PEG-6000 濃度為5%達到最高，除濃度為20%時比CK 組低，其余均高于CK 組。說明在一定的干旱條件下，朱砂根光合作用增強，但后期干旱過度，葉綠素低于CK 組，在濃度為20%時，影響了正常的光合作用反應而導致。當植物處于適宜的環境條件下，ROS 的產生和清除處于動態平衡狀態，在植物受到環境脅迫后，這種平衡被打破，ROS含量上升，然后導致MDA 積累，使膜脂質過氧化[15-16]。本研究結果顯示，隨著PEG-6000 濃度的升高，朱砂根幼苗的MDA含量總體呈上升趨勢，這與薛靜怡等[17]對千金子種子水分脅迫的生理生化特性結果一致。這可能是因為PEG-6000 濃度的升高，水勢較低，水分脅迫下朱砂根幼苗膜結構遭到破壞引起代謝絮亂，導致了MDA含量升高。水分脅迫使植物細胞內產生活性氧，干擾正常的生命代謝活動[18]。但植物對逆境的響應會產生自我保護的抗氧化酶，維持活性氧的動態平衡，如SOD、POD 等，SOD 是生物體內清除活性氧的主要保護酶之一[19]。

通過測定朱砂根幼苗SOD 的活性，分析不同水勢對抗氧化酶活性的影響。結果顯示，隨著PEG-6000濃度的升高，不同干旱處理組幼苗的SOD 活性呈先上升后下降的變化趨勢，PEG-6000 濃度為0%～5%時，SOD 活性呈上升趨勢；在濃度為5%時，SOD 活性達到最高，且高于CK 組。這與劉亞西等[20]研究水分脅迫對多年生黑麥草種子萌發和生理調控的影響結果相似。說明朱砂根幼苗對干旱脅迫表現出一定的適應性，加速分解種子內部產生的超氧自由基。PEG-6000濃度為5%～20%，SOD 活性呈下降趨勢，且都低于CK 組。與李莉等[21]研究中發現野燕麥在水分脅迫下，SOD 表現為先應激性上升后下降的動態變化一致。這可能是因為脅迫程度的加劇一定程度干擾SOD 活性及植物體內其他酶彼此之間的互作過程，導致SOD 活性降低且低于CK組。

綜上所述，朱砂根種子的萌發及幼苗生長需要一定量的水分，但是水分也不宜過多，朱砂根種子萌發所需的水分比幼苗生長過程所需水分要高，朱砂根種子萌發在PEG-6000濃度為5%下萌發為最佳選擇。此外，朱砂根具有一定的抗旱能力，當PEG-6000 濃度為20%時，超過了植物自身的可抵抗的程度，會出現持續性萎蔫、甚至死亡的現象。朱砂根作為一種陰生植物，其生長過程中，也并非水分越多越好，這可能和野外資源調查發現朱砂根容易發生根腐病有一定關系，本試驗結果為進一步研究朱砂根規范化育苗、移栽及種植提供參考。