外源性鈣對PEG模擬干旱脅迫環境下吊石苣苔種子萌發的影響

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Efects of Exogenous Calciumonthe GerminationofLysionotus pauciflorus Maxim.Seds Under Drought StressSimulated byPoly ethylene Glycol （PEG）

LU Xiang，WAN Xiao-xia，CHENG Taoetal（Guizhou ProvincialFodand DrugInspection Institute，Guiyang Guizhou509） Abstract[Objective]To investigate the effects of exogenous calcium （ CaCl₂ ）on seed germination of Lysionotus pauciflorus Maxim. under droughtstressimulatedbyplyethyleneglycol（EG-6O）.Metod]estudysetusixEG-60Ooncentrationgadients（0，01， 200，250 and 300g/L ）and four CaCl₂ concentration gradients （0，10，20 and 30mmol/L ）to assess germination rate，germination energy，and germinationindex，ileaalyingteinteractnetweecalcumaddoughtstressResult]Geinationratesignificantlydcrasdhn PEG?200g/L （lowest at 300g/L ）. 20-30mmol/L （204號 CaCl₂ increased germination rates by 10%-15% under severe drought （ PEG? 200g/L） ），but inhibited germination under non-drought conditions （ ?20 mmol/L CaCl₂ ）. Under moderate drought （ 50-125g/L PEG）， （204號 CaCl₂ reduced germination energy by 8%-13% . Under severe drought （ 200-300g/L PEG）， 30 mmol/L CaCl₂ improved germination energy by 6%-10% . At low PEG concentrations （ （0-125g/L ）， CaCl₂ decreased germination index by 2.2-4.9.At high PEG concentrations （200- 300g/L ），30mmol/L CaCl₂ restored germination index by1.5-3.4.[Conclusion]Exogenous calcium （ 20-30mmol/L ）could effectively alleviate drought-induced inhibition of L pauciflorus Maxim. seed germination，with its eficacy being drought-intensity dependent. These findings provide an optimized cultivation strategy for karst environments with drought stress.

Key WordsPolyethylene glycol; Drought stress;Lysionotus pauciflorus Maxim. ;Exogenous calcium

吊石苣苔（Lysionotuspauciflorus Maxim.）又名巖豇豆、石吊蘭，為苦苣苔科（Gesneriaceae）吊石苣苔屬（Lysionotus）植物，常為小灌木或亞灌木，在我國主要分布于秦嶺以南地區，在越南及日本也有分布。主要生長于喀斯特地貌地區的巖石上或樹上，海拔 300～2000m^[1] 。據2020版《中國藥典》記載，吊石苣苔具有化痰止咳、軟堅散結的功效，用于治療咳嗽痰多、瘰痰核等疾病[2]。民間常用于治療慢性支氣管炎、骨結核、淋巴結核、無名腫毒、跌打損傷、風濕等疾病[3]。吊石苣苔成分復雜，含有黃酮類、苯乙醇苷類、揮發油等化學成分[4-6]。現代藥理學研究表明，吊石苣苔具有抗結核桿菌、抗炎、抗肝毒、降血壓、降血脂等藥效作用[7-10]

干旱和高鹽是影響種子萌發和幼苗生長發育的2個最重要的環境因子[1]，因此，物種在種子萌發和幼苗生長的階段對干旱和高鹽環境的適應能力決定物種生存能力的關鍵因素[12]。喀斯特地貌由于基巖裸露率高，土壤淺薄保水性較差，地表蒸發強烈，即使在我國南方降雨充沛地區，也常會出現\"巖溶干旱\"現象[13]。喀斯特地區的土壤類型主要為石灰巖山地，土壤中富含大量鈣鎂離子[14]。鈣離子對植物生長是不可缺少的元素，因為 Ca²⁺ 維持著植物細胞膜的穩定性，調節植物體內的滲透壓，使植物能夠抵抗不良環境[15]在干旱脅迫下， Ca²⁺ 的吸收和堆積能減少干旱對植物生長發育造成的有害影響，從而增強植物體的抗旱能力[6。范小玉等[17]在利用氯化鈣對干旱脅迫下花生種子萌發及幼苗生理特性影響的研究發現， CaCl₂ 浸種處理顯著提高了花生種子的發芽率、發芽勢、發芽指數，促進了種子的萌發。鄧平等[18]研究干旱脅迫下外源鈣對桂西北喀斯特地區青岡櫟種子萌發的影響發現，外源 CaCl₂ 、干旱脅迫及其交互作用對青岡櫟種子各萌發參數均有極顯著影響，其中 10mmol?L CaCl₂ 可以提高青岡櫟種子在喀斯特地區的耐旱性。

近年來，伴隨市場對吊石苣苔需求量的逐步攀升，其野生資源日益減少，加之吊石苣苔主要附生于巖石上，一旦遭到破壞，恢復難度極大，因此開展人工栽培將是必然且日趨緊迫。通過大量野外實地調查，發現吊石苣苔在自然條件下的繁殖方式包括有性繁殖和無性繁殖2種方式。雖然吊石苣苔結果率高[19]，種子數多，但吊石苣苔種子細小，在野外自然條件下存活率低，掌握吊石苣苔的人工繁殖技術，可為吊石苣苔的規范化和規模化種植提供技術理論支持。吊石苣苔常生長于石灰巖（ CaCO₃ ）上，而石灰巖環境土壤層薄、保水性差，為弄清吊石苣苔種子在干旱環境下萌發是否受外源性鈣影響，該試驗利用聚乙二醇（ PEG-6000 溶液模擬干旱環境，研究吊石苣苔種子在各程度干旱脅迫下 CaCl₂ 濃度對其各萌發指標的影響，探索吊石苣苔種子萌發期抗旱能力的提升方法，通過系統分析萌發階段對干旱脅迫的生理與分子響應機制，為后續抗逆種質篩選、資源保護及可持續利用提供可靠的數據支撐和技術支持。

1材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1種子材料。吊石苣苔試驗材料采集于貴州省惠水縣，由貴州中醫藥大學孫慶文教授鑒定為吊石苣苔（Lysiono-tuspauciflorusMaxim.）種子。

1.1.2儀器與試藥。KQ-250D型數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）;SDPTOP-SZN體式顯微鏡（寧波舜宇集團）；GXI智能型光照培養箱（寧波江南儀器廠）；GZX-9070電熱鼓風干燥箱（上海博迅實業有限公司醫療設備廠）；電子分析天平[賽多利斯科學儀器（北京）有限公司]。無水 CaCl₂ （天津市科密歐化學試劑有限公司）；PEG-6000（分析純，天津市富宇精細化工有限公司）；次氯酸鈉溶液[重慶川東化工（集團）有限公司]。

1.2試驗方法此次試驗先在體式顯微鏡下選取大小均勻、健康飽滿的吊石苣苔種子，蒸餾水進行浸種 ^12h ，然后使用 70% 乙醇浸泡 5min ，蒸餾水反復沖洗；最后使用 0.1% Na-CIO溶液消毒 30min ，蒸餾水反復沖洗至干凈，濾紙吸干備用。培養血濾紙搭橋，以蒸餾水設置空白對照組，設置6個不同濃度聚乙二醇（PEG-6000），分別為 0.50，125，200，250300g/L， 。將濃度為 0.10，20，30mmol/L 的 CaCl₂ 溶液分別加至相應PEG-6000濃度的培養皿中。每種處理設置4個重復，每個重復培養50粒吊石苣苔種子。恒溫培養箱中設定^12h 晝 /12h 夜的周期性光照條件進行培養。

1.3萌發指標及測定 ^12h 后開始觀察，根據種子發芽時間不同，此次試驗規定以胚根明顯突破種皮作為種子發芽標準，定時記錄發芽情況，每天統計一次吊石苣苔種子發芽數，做好對吊石苣苔種子各萌發指標的計算，連續觀察直到種子5d都沒有新的種子萌發作為萌發停止指標，結束試驗，同時計算發芽指標。

發芽率 種子萌發總數/供測種子總數 ×100% 發芽勢 σ=σ 每日最大萌發數/供測種子總數 ×100% 發芽指數 （第t天種子發芽數/相應發芽天數）

1.4數據處理 使用數據處理軟件Excel2007進行數據處理，使用繪圖軟件Origin2018進行繪圖分析。

2 結果與分析

2.1吊石苣苔種子萌發過程吊石苣苔種子狹長細小、呈紡錘形狀，種子兩端都具有一根種皮延伸出來以此形成的表皮毛，根據種子成熟程度的不同而呈現黑褐色至黃褐色。吊石苣苔種子在培養大約3d顏色漸變為無色透明，種子變得飽滿，約5d后，開始長出子葉，到10d左右，長出的子葉張開，到17d后，長出胚根；25d時，種皮由于胚的生長開始逐漸與胚分離;30d時，下胚軸及其下的部位生長出大量的須根；35d左右，種皮由于胚的伸長而完全脫落，子葉完全張開。具體萌發過程見圖1。

圖1吊石苣苔種子萌發過程

Fig.1The seed germination process of Lysionotuspauciflorus Maxim.

2.2干旱脅迫下外源性鈣對吊石苣苔種子發芽率的影響從不同PEG濃度條件下外源性鈣對吊石苣苔種子發芽率的影響（圖2）可以看出，不同PEG-6000 濃度的溶液中吊石苣苔種子的發芽率存在差異，當 CaCl₂ 濃度為 0mmol/L 時，不同濃度PEG-6000處理對吊石苣苔發芽率從低到高依次為 300g/L=250g/L=200g/Llt;125g/Llt;50g/Llt;0g/L ，表明隨干旱程度的增加對吊石苣苔種子發芽的抑制作用越強。

當PEG-6000濃度 0g/L 時，隨著 CaCl₂ 濃度的增加，吊石苣苔種子發芽率逐漸降低；當PEG-6000為低濃度（50、125g/L） 時，隨著 CaCl₂ 濃度增加，吊石苣苔種子發芽率先降低然后在 CaCl₂ 濃度為 20mmol/L 時稍有緩解，在 CaCl₂ 濃度為 30mmol/L 時又有降低；而當PEG-6000的濃度大于200g/L 后，隨著 CaCl₂ 濃度增加能夠有效提高吊石苣苔種子的發芽率。

圖2不同PEG濃度條件下外源性鈣對吊石苣苔種子發芽率的影響Fig.2The effects of exogenous calcium on the seed germinationrateofLysionotus pauciflorus Maxim.under differentPEG concentrations

2.3干旱脅迫下外源性鈣對吊石苣苔種子發芽特性的影響發芽勢作為檢測種子質量的重要指標之一，代表了供測試種子的發芽速度和整齊度。不同濃度 CaCl₂ 對PEG-6000溶液中吊石苣苔種子發芽勢的影響如圖3所示，隨脅迫溶液中 CaCl₂ 濃度增加，當PEG-6000濃度為 0g/L 時，吊石苣苔種子發芽勢隨 CaCl₂ 濃度增加呈先升高后下降的趨勢；當PEG-6000濃度為 50，125g/L 時，吊石苣苔種子發芽勢均隨CaCl₂ 濃度增加呈先下降后升高再下降的趨勢；當PEG-6000濃度為 200，250，300g/L 時，吊石苣苔種子發芽勢均隨 CaCl₂ 濃度增加明顯增加。與PEG-6000濃度為 0g/L 相比，PEG-6000濃度為 50，125，200，250，300g/L 處理組在 CaCl₂ 濃度為 10mmol/L 時，吊石苣苔種子發芽勢分別下降了8百分點、11百分點、10百分點、13百分點、9百分點，在 CaCl₂ 濃度為 20mmol/L 時吊石苣苔種子的發芽勢分別下降了3百分點、8百分點、11百分點、3百分點、4百分點，在 CaCl₂ 濃度為30mmol/L 時吊石苣苔種子的發芽勢分別下降了4百分點、下降了8百分點、升高了6百分點、升高了2百分點、升高了10百分點。結果表明，與PEG-6000濃度空白溶液相比，中等干旱脅迫（ 50，125g/L 下隨 CaCl₂ 濃度增加吊石苣苔種子發芽勢相應降低;重度干旱脅迫（ 200，250，300g/L? 下隨CaCl₂ 濃度增加吊石苣苔種子發芽勢相應增長。

發芽指數是衡量種子活力的重要指標，能夠很好地反映環境對種子發芽的影響程度。從圖4可以看出，當 CaCl₂ 濃度為 10mmol/L 時，PEG-6000 濃度為 0.50，125g/L 的吊石苣苔發芽指數較 CaCl₂ 濃度為 0mmol/L 時呈明顯的下降趨勢，PEG-6000濃度為 200.250g/L 的吊石苣苔發芽指數較CaCl₂ 濃度為 0mmol/L 時呈明顯的上升趨勢。當 CaCl₂ 濃度為 20mmol/L 時，除PEG-6000 濃度為 200.250g/L 的吊石苣苔發芽指數較 CaCl₂ 濃度為 10mmol/L 時略有下降趨勢外，其余均呈上升趨勢。當 CaCl₂ 濃度為 30mmol/L 時，除PEG-6000 濃度為 0.125g/L 的吊石苣苔發芽指數較 CaCl₂ 濃度為 20mmol/L 時略有下降趨勢外，其余均呈上升趨勢。

圖3不同PEG濃度條件下外源性鈣對吊石苣苔種子發芽勢的 影響 Fig.3The effects of exogenous calcium on the seed germination energy of Lysionotus pauciflorus Maxim.under different PEG concentrations

與PEG-6000 濃度為 0g/L 相比，PEG-6000 濃度為50、125、200.250.300g/L 處理組在 CaCl₂ 濃度為 10mmol/L 時吊石苣苔種子發芽指數分別下降了 2.2，2.8，2.7，3.4，2.6， ，在CaCl₂ 濃度為 20mmol/L 時吊石苣苔種子的發芽指數分別下降了 3.5、3、6、4.9、4.3、4.6 ，在 CaCl₂ 濃度為 30mmol/L 時吊石苣苔種子的發芽指數分別下降了 0.9，2.6，2.2，1.5，1.6 結果表明，與PEG-6000濃度空白溶液相比，干旱脅迫下隨CaCl₂ 濃度增加對吊石苣苔種子發芽指數有降低效果；但干旱脅迫下隨 CaCl₂ 濃度增加對吊石苣苔種子發芽指數有增強效果。

圖4不同PEG濃度條件下外源性鈣對吊石苣苔種子發芽指數的影響Fig.4The effects of exogenous calcium on the seed germinationindexofLysionotuspauciflorusMaxim.under differentPEG concentrations

3討論

3.1適量的鈣離子可緩解干旱脅迫對吊石苣苔種子萌發的影響吊石苣苔種子多而細小，通過實驗室培養皿濾紙萌發試驗發現，吊石苣苔種子在無外界干擾下種子萌發率高。但在環境多變的喀斯特地貌環境下，高濃度鈣、干旱等均會降低吊石苣苔種子萌發率，而剛萌發的種苗較為脆弱，在干旱環境下難以存活。

吊石苣苔主要生長于石灰巖上，土壤層薄，鎖水能力差，由于這一環境特點，吊石苣苔面臨最多的環境逆境便是干旱，其次石灰巖主要成分為碳酸鈣，而鹽分對種子萌發和幼苗生長的影響是由滲透效應以及離子毒害作用共同影響的。該試驗結果顯示，干旱對吊石苣苔種子萌發影響明顯，隨著PEG-6000濃度增加，種子萌發率逐漸降低，嚴重影響種子萌發。隨著鈣離子濃度增加，PEG-6000 濃度大于 200g/L 時，模擬的干旱環境下吊石苣苔種子萌發得到明顯改善。而PEG-6000濃度為0的空白組隨鈣離子濃度增加吊石苣苔種子萌發率降低。當PEG-6000 濃度為 125g/L 時，未加 CaCl₂ 的吊石苣苔發芽率較PEG-6000 濃度為 50g/L 時明顯降低，而當 CaCl₂ 濃度達到 20mmol/L 時，吊石苣苔種子萌發受干旱影響程度得到明顯緩解，其發芽率顯著升高。當PEG-6000濃度高于 200g/L 時，在未加 CaCl₂ 的情況下吊石苣苔種子不再發芽。喀斯特地區土壤鹽旱往往同時存在，而適量的鈣離子和適度干旱環境相協同能提高種子的萌發率。這可能是由于在鹽旱協同作用下，植物調節滲透能力增強，一定程度地提高植物抗旱能力。前期研究者對喀斯特環境下鈣離子對干旱脅迫下植物種子萌發情況進行了多次研究[12，20-22]，結果與該試驗基本一致。

該試驗發現，隨著 CaCl₂ 濃度增加，吊石苣苔種子萌發情況得到改善，在 CaCl₂ 濃度達到 30mmol/L 時改善情況明顯。PEG-6000 濃度為 250g/L 相較于PEG-6000 濃度為200g/L 時吊石苣苔發芽率有所降低，而PEG-6000濃度為300g/L 時略有回暖，但三者總體趨勢一致，且差異較小。其中PEG-6000 濃度為 250g/L，CaCl₂ 濃度為 10mmol/L 時，吊石苣苔種子沒有萌發，而在同一 CaCl₂ 濃度下，隨著PEG-6000濃度升到 300g/L ，吊石苣苔種子繼續萌發，雖然在萌發后迅速死亡，但一定程度上說明同一 CaCl₂ 濃度下PEG-6000 濃度 300g/L 萌發情況好于PEG-6000濃度 250g/L ，該現象與多數種子萌發特性存在差異，為弄清這一現象，試驗下一步需加大樣本量，并通過分析2種濃度下吊石苣苔種子萌發時生理變化情況，從而進一步了解其中原因，為保證吊石苣苔今后育種栽培提供技術參考。

3.2適度的干旱可以提高吊石苣苔植物的抗性輕度的環境逆境能夠促發植物調節機制，在輕度干旱環境下有利于植物根部發育，這可能是植物為了獲取更多水分，從而抵抗干旱脅迫對植株的迫害[20]。吊石苣苔長期處于高鈣、干旱環境下，因此在前人對其干旱脅迫下的生理反應研究中發現，在干旱脅迫下，吊石苣苔體內水勢、相對含水量、葉綠素、脯氨酸、可溶性糖、MDA等在干旱脅迫12d后開始變化，以此減輕干旱環境對吊石苣苔的傷害，提升其抗旱能力[23-24]。干旱脅迫導致植物幼苗累積生物量降低，提高了幼苗根冠比和根質量分數，降低幼苗葉質量分數[25]，使植物更好地獲取土壤中水分，減少水分的散失。

但吊石苣苔種子細小，幼苗極其脆弱，在干旱環境下難以存活，導致自然界中吊石苣苔常以無性繁殖為主，大大降低吊石苣苔繁殖和傳播能力，在人類大量使用下資源儲量現已十分緊張。因此人工利用種子繁殖，開展人工種植工作是具有重要意義的。在人工育苗時適度的干旱環境搭配適量濃度的鈣離子能夠在保證其發芽率的前提下提高植物對十旱環境的抗性，使其能夠適應喀斯特環境下干旱和高鈣的石灰巖環境。

4結論

隨著PEG-6000濃度增加，在未加外源性鈣條件下，吊石苣苔種子發芽率和發芽勢均明顯下降；在PEG-6000濃度為 0g/L 條件下，高濃度外源性鈣離子（ 20～30mmol/LΩ 抑制吊石苣苔萌發。干旱下，外源鈣濃度增加先促進后抑制萌發，最佳濃度為 20mmol/L （中度干旱），而重度干旱下30mmol/L 表現一定促進作用。適度外源鈣（ 20～ 30mmol/L ）能緩解干旱對吊石苣苔種子萌發的抑制，具體濃度取決于干旱程度。

參考文獻

[1]中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志：第69卷[M].北京：科學出版社，1985：529.

[2]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2020年版四部[S].北京：中國醫藥科技出版社，2020：57.

[3］貴州省中藥資源普查辦公室，貴州省中藥研究所.貴州中藥資源[M].北京：中國醫藥科技出版社，1992：835.

[4]馮衛生，李倩，鄭曉珂，等.吊石苣苔中的化學成分[J].天然產物研究與開發，2006，18（4）：617-620.

[5]張瑜，楊健，詹志來，等.UPLC-MS/MS 測定不同產地吊石苣苔中苯乙醇苷類成分含量[J].中國現代中藥，2017，19（4）：504-508.

[6]李計龍，劉建華，高玉瓊，等.石吊蘭揮發油成分的研究[J].中國藥房，2011，22（27） ：2560-2562.

[7]汪志勇，江峰，徐紅，等.苗藥吊石苣苔的抑菌活性研究[J].安徽農業科學，2015，43（22） ：64-65，75.

[8]孫安盛，石京山，吳芹，等.石吊蘭素對麻醉貓血流動力學的影響[J].遵義醫學院學報，1996，19（1） ：5-7.

[9]廖偉鋒，王振昌，李桂華，等.石吊蘭素降壓效應及其機制的實驗研究[J].臨床醫學工程，2012，19（12）：2120-2122.

[10]茍體忠，唐文華，任永權，等.石吊蘭總多酚體外抗氧化活性研究[J].食品工業科技，2015，36（5）：73-77.

[11]LIU BH，LIU XH，LIUFC，etal.Stress tolerance of Xerocomus badiusand its promotion effect on seed germination and seedling growth of annu-al ryegrass under salt and drought stresses[J]. AMB express，2021，11（1）：1-9.

[12]洪欣，單皖粵，張丹丹，等.鈣鹽及模擬干旱互作對大花套唇苣苔種子萌發和幼苗生長的影響[J].廣西植物，2020，40（10）：1457-1465.

[13]肖興艷，劉方，姚斌，等.中國西南喀斯特土壤水分研究進展[J].云南農業大學學報（自然科學），2015，30（6）：958-964.

[14］俞筱押，李家美，任明迅.中國南方苦苣苔科植物在喀斯特地貌和丹霞地貌上的適應分化[J].廣西科學，2019，26（1）：132-140.

[15]LIANG WJ，WANG ML，AI X Z.The role of calcium in regulating photo-synthesis and related physiological indexes of cucumber seedlings underlow light intensity and suboptimal temperature stress[J].Scientia horti-culturae，2009，123（1） ：34-38.

[16] SONMEZ F，GULSER F. Effects of humic acid and Ca（NO₃）₂ on nutrientcontents in pepper（Capsicum annuum）seedling under salt stress[J]. Ac-ta agriculturae scandinavica，section B-Soil amp; plant science，2Ol6，66（7） ：613-618.

[17]范小玉，陳雷，劉衛星，等.氯化鈣浸種對干旱脅迫下花生種子萌發及幼苗生理特性的影響[J].江蘇農業科學，2022，50（8）：101-105.

[18]鄧平，吳敏，趙英，等.干旱脅迫下外源鈣對桂西北喀斯特地區青岡櫟種子萌發的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2020，48（2） ：69-79.

[19］趙大克，魯元學，石景峰，等.吊石苣苔和盾葉粗筒苣苔的種子萌發及染色體數目觀察[J].云南農業大學學報（自然科學版），2010，25（2）：173-177.

[20]趙鑫，王文娟，王普昶，等.不同鈣濃度對寬葉雀稗幼苗的生長和抗性生理的影響[J].植物生態學報，2019，43（10）：909-920.