不同引发剂对柴胡种子萌发的影响

张鑫瑞， 李 政， 孙 哲， 李澳旋， 乔永刚， 郭淑红， 宋 芸*

(1.山西农业大学 生命科学学院， 山西 太谷 030801； 2.山西农业大学 经济作物研究所， 山西 汾阳 032200)

0 引言

【研究意义】柴胡(Bupleurumchinense)是伞形科柴胡属植物，为多年生草本，其根可入药，是常用中药之一，中药材柴胡是伞形科植物柴胡或狭叶柴胡(Bupleurumscorzonerifolium)的干燥根[1]。柴胡具有解表退热，疏肝解郁，升举阳气的药理作用[2]。柴胡种子寿命短、发芽率与发芽势均较低，生产上柴胡种子发芽所需时间较长，出苗困难，在发芽过程中易出现发霉现象。同时，柴胡种子活力会在短时间内降低，其发芽难度增加[3]。柴胡种子发芽率与发芽势直接影响柴胡幼苗和药材质量，对柴胡种植的影响较大。传统种植柴胡常用开水烫种、摩擦破壳等方法提高其发芽率，但由于柴胡种子较小，摩擦破壳可能会伤害柴胡种子，烫种则可能使种子直接丧失活力。所以，在不损伤种子的前提下，提高柴胡的发芽势对于柴胡的生产具有重要意义。【前人研究进展】种子引发技术是基于种子萌发机制提出的一种播种前种子处理技术，可在种子发芽前的胚芽早期触发正常的代谢过程[4]，其优点是可以打破种子休眠，提高种子活力，改善种子发芽过程中时间较长的特性，提高种子的发芽势和发芽率[5]。种子引发技术通过控制种子缓慢吸水和逐步回干,从而提高种子活力，促进细胞膜、细胞器的修复和酶的活化,为种子萌发做好各种生理准备[6]。与传统种植相比，种子引发技术具有操作简单，对种子的伤害较小等优点，种子引发技术已应用于黄芪和板蓝根等植物[7-9]。文景琦等[10]研究发现，不同浓度的外源H2O2对不同燕麦品种种子萌发的影响不同，外源H2O2浓度为0.1%对其促进效果最为明显。王铁兵等[11]使用不同浓度水杨酸、赤霉素和聚乙二醇溶液对老化的玉米种子进行引发处理表明，0.10 mmol/L水杨酸、0.025%赤霉素、10%聚乙二醇处理可显著提高老化玉米种子的发芽率。刘小越等[12]研究表明，0.1%的细胞分裂素对甜菜种子发芽的促进效果最好。张丽荣等[13]研究发现，氯化钙溶液可提高老化金莲花种子的发芽率、发芽势以及发芽指数，以5 mmol/L的氯化钙溶液的效果最佳。【研究切入点】随着柴胡的药理作用不断被挖掘，市场对于柴胡的需求量逐渐增加。柴胡种子发芽率低影响柴胡的产量及药材质量，但鲜见关于引发剂对柴胡种子萌发影响的研究报道。选择赤霉素、氯化钙、聚乙二醇(PEG-6000)和硼酸为引发剂，研究其对柴胡种子萌发的影响。【拟解决的关键问题】探明不同浓度赤霉素、氯化钙、聚乙二醇(PEG-6000)和硼酸对柴胡种子萌发的影响，以期为其生产应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 柴胡种子 柴胡(BupleurumchinenseDC.)种子，2020年5月收集于山西临汾市襄汾县新城镇伯社村，避光室温保存。种子标本保存于山西农业大学生命科学学院标本室，植株种植于山西农业大学申奉试验地。

1.1.2 引发剂 赤霉素(GA3)、氯化钙(CaCl2)、聚乙二醇(PEG-6000)和硼酸(H3BO3)，市购。

1.2 方法

1.2.1 种子引发试验设计

1) 引发剂引发。选择赤霉素、氯化钙、PEG-6000和硼酸为引发剂，每种引发剂设4个浓度处理(处理1～4)：赤霉素溶液分别为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L；氯化钙溶液分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%；PEG-6000溶液分别为10%、15%、20%和25%；硼酸溶液分别为50 mg/L、150 mg/L、250 mg/L和350 mg/L。在盛有30 mL各引发剂的培养皿分别加入籽粒饱满、颜色及大小一致的柴胡种子5 g，使引发剂完全浸没种子，然后将培养皿置于25℃恒温培养箱中浸泡24 h进行引发，每4 h拿出培养皿用玻璃棒搅拌保证种子均匀吸水，3次重复。将各引发剂引发浸泡结束后的种子用蒸馏水冲洗表面残留的引发液，并用干净的滤纸吸干种子表面水分，然后再将种子摊在干净的滤纸上于室内(18～23℃)回干后备用。

2) 水引发。选取籽粒饱满、颜色及大小一致的柴胡种子5 g，置于盛有等量蒸馏水的培养皿中，于25℃恒温培养箱中分别浸泡8 h、16 h、24 h、36 h(处理1～4)。

1.2.2 种子发芽试验 不同引发剂各浓度处理(处理1～4)回干结束后的柴胡种子放入培养皿中进行纸上发芽，培养皿中放置双层滤纸，每个培养皿50粒种子，3次重复，将培养皿置于20℃恒温培养箱中培养。以不做任何处理为照组(CK)，同样选取籽粒饱满、颜色及大小一致的柴胡种子5 g进行纸上发芽，培养皿中放置双层滤纸，每个培养皿50粒种子，3次重复，将培养皿置于20℃恒温培养箱中培养，记为处理1～4。

1.2.3 引发对柴胡种子最早发芽时间的影响 以不进行引发处理为对照(CK)，赤霉素溶液、氯化钙溶液、PEG-6000溶液、硼酸溶液和水对柴胡种子进行引发分别设不同处理浓度和处理时间，统计时取各处理组的最早发芽时间。

1.2.4 指标统计与计算 考虑到柴胡种子发霉率较高且发芽进程较长，有发霉情况则更换滤纸。每天更换培养皿中滤纸，每天统计1次发芽数(以露白为准)，25 d后根据公式计算柴胡发芽势及发芽率。

发芽率=(试验时间内发芽种子数/供试种子数)×100%

发芽势=(日发芽种子数达到最高峰时间内发芽的种子数/供试种子数)×100%

平均萌发时间=∑(Ti×Ni)/S

发芽指数=∑Gt/Dt

其中，Ti为时间(d)，Ni为试验第i天萌发的种子数，S为萌发种子总数，Gt为第25天的种子发芽数，Dt为相应的发芽时间(d)。

1.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 23.0对数据进行处理与统计分析，采用单因素方差分析(One-way ANOVA)方法进行显著性检验，采用Dun-can法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 赤霉素溶液引发对柴胡种子萌发的影响

从表1可知，不同浓度赤霉素溶液引发柴胡种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均萌发时间存在差异。发芽率：处理2和CK最高，均为38.00%；处理3最低，为28.00%；处理2和CK显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。发芽势：处理2最高，为31.33%；处理4其次，为24.00%；处理1最低，为20.67%；处理2显著高于除处理4外的其余处理，其余处理间差异不显著。发芽指数：处理2最大，为1.15；CK其次，为1.04；处理1最小，为0.86；处理2显著大于处理1和处理3，其余处理间差异不显著。平均萌发时间：CK最长，为19.00 d；处理1其次，为18.43 d；处理3最短，为16.30 d；CK显著长于除处理1外的其余处理，处理1与处理2差异不显著，处理2～4间差异不显著。表明，4个浓度赤霉素溶液处理均可缩短柴胡种子的发芽进程，以赤霉素浓度为100 mg/L时对柴胡种子的引发效果最好。

表1 不同浓度赤霉素溶液引发柴胡种子的萌发状况

2.2 氯化钙溶液引发对柴胡种子萌发的影响

从表2看出，不同浓度氯化钙溶液引发柴胡种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均萌发时间存在差异。发芽率：处理3最高，为48.67%；处理4其次，为43.33%；处理1最低，为32.67%；处理3显著高于除处理4外的其余处理，处理1显著低于除CK外的其余处理，其余处理间差异不显著。发芽势：处理3最高，为33.33%；处理4其次，为30.00%；CK最低，为23.33%；处理3显著高于CK，CK与其余处理间差异均不显著。发芽指数：处理3最大，为1.38；处理2和处理4其次，均为1.21；处理1最小，为1.01；处理3显著大于处理1，处理1与其余处理间差异均不显著。平均萌发时间：CK最长，为19.00 d；处理2其次，为18.53 d；处理1最短，为16.86 d；处理1显著短于其余处理，其余处理间差异不显著。表明，当氯化钙溶液浓度为1.50%时对柴胡种子的引发效果最好。

表2 不同浓度氯化钙溶液引发柴胡种子的萌发状况

2.3 PEG-6000溶液引发对柴胡种子萌发的影响

从表3看出，不同浓度PEG-6000溶液引发柴胡种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均萌发时间存在差异。发芽率：处理3最高，为48.00%；处理4其次，为43.33%；CK最低，为38.00%；处理3显著高于CK，CK与其余处理间差异不显著。发芽势：处理3最高，为38.00%；CK其次，为23.33%；处理1最低，为8.00%；处理3显著高于其余处理，处理1、处理2和处理4间差异不显著，三者显著低于CK。发芽指数：处理3最大，为1.42；处理4其次，为1.31；CK最小，为1.04；CK显著小于除处理1外的其余处理，其余处理间差异不显著。平均萌发时间：CK最长，为19.00 d；处理1其次，为17.80 d；处理4最短，为17.10 d；CK显著长于除处理1和处理3外的其余处理，处理1～4间差异不显著。表明，PEG-6000浓度为20%时对柴胡种子的引发效果最好。

表3 不同浓度PEG-6000溶液引发对柴胡种子的萌发状况

2.4 硼酸溶液引发对柴胡种子萌发的影响

从表4看出，不同浓度硼酸溶液引发柴胡种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均萌发时间存在差异。发芽率：处理3最高，为42.67%；处理1其次，为42.00%；处理4最低，为35.33%；处理4显著低于除CK外的其余处理，CK与其余处理间差异不显著。发芽势：处理3最高，为34.00%；处理2和CK其次，均为23.33%；处理4最低，为16.00%；处理3显著高于其余处理，处理4显著低于除处理1外的其余处理，其余处理间差异不显著。发芽指数：处理1和处理3最大，均为1.25；处理4最小，为1.01；处理1～3间差异不显著，但均显著大于处理4，处理4与CK间、处理2与CK间差异不显著。平均萌发时间：CK最长，为19.00 d；处理4其次，为18.13 d；处理2最短，为17.50 d；CK显著长于除处理4外的其余处理，其余处理间差异不显著。表明，在硼酸溶液浓度为 250 mg/L时对柴胡种子的引发效果最好。

表4 不同浓度硼酸溶液引发柴胡种子的萌发状况

2.5 不同时长水引发对柴胡种子萌发的影响

从表5看出，不同时长水引发柴胡种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均萌发时间存在差异。发芽率：处理4最高，为43.33%；处理1其次，为40.00%；处理2最低，为34.00%；处理4显著高于处理2，CK/处理1/处理2/处理3间、CK/处理1/处理3/处理4间差异不显著。发芽势：处理1最高，为32.67%；处理3其次，均为31.33%；CK最低，为23.33%；处理1和处理3显著高于CK，处理1/处理2/处理3/处理4间、CK/处理2/处理4间差异不显著。发芽指数：各处理为0.98～1.16，处理间差异不显著。平均萌发时间：处理4最长，为19.53 d；CK其次，为19.00 d；处理1最短，为17.60 d；处理4显著长于除CK外的其余处理，其余处理间差异不显著。表明，水引发时间为8 h时，各发芽指标均较CK提高，水引发时间为36 h时，除平均萌发时间外，其余指标均较CK提高。

表5 不同时长水引发柴胡种子的萌发状况

2.6 引发对柴胡种子最早发芽时间的影响

试验结果表明，对照(CK)、赤霉素引发、氯化钙引发、PEG-6000引发、硼酸引发和水引发柴胡种子最早发芽时间分别为14 d、11 d、11 d、10 d、10 d和11 d。其中，PEG-6000溶液和硼酸溶液引发的最早发芽时间最短，为10d，最早发芽时间较CK提早4 d，赤霉素溶液、氯化钙溶液和水引发的最早发芽时间居中，均为11 d，较CK提早3 d。

3 讨论

发芽率、发芽势和发芽指数是衡量种子发芽能力的重要指标，种子的发芽率是指发芽结束后，发芽数占测试种子总数的百分比，反应种子的发芽速度[14]；发芽势是种子从发芽开始到发芽高峰时段内发芽种子数占测试种子总数的百分比，发芽势可以反应测试种子的发芽是否集中在一段时间和发芽是否整齐[15]；而发芽指数是种子的活力指标，如果发芽过程中种子的发芽指数高，说明待测试种子的活力就高。种子萌发是植物生命周期的关键阶段，对外界环境非常敏感。引发能促进种子萌发和幼苗生长，使种子萌发的时间缩短，加快发芽进程，提高种子活力。引发方法、引发剂种类和浓度、发芽温度和外界环境不同，其引发对种子发芽特性的影响存在差异。赤霉素能提高柴胡种子的发芽率以及发芽指数[16]。清水浸种不仅能够促使柴胡种子提早萌发，而且能够提高柴胡种子发芽率[17]。氯化钙溶液可促进柴胡种子萌发，提升发芽率和发芽势[18]。PEG-6000引发可提高柴胡种子的发芽率和发芽势[19]。上述研究为柴胡引发筛选了合适的处理方法，为在育种和人工栽培领域提高柴胡的发芽率提供了有益的参考。但是，前述研究只是探讨了引发后未回干的柴胡种子的发芽变化，而在实际育种及栽培过程中，种子在引发处理后可能会进行贮藏以及运输，所以研究回干后种子引发具有现实意义。

研究结果表明，赤霉素溶液引发柴胡种子的发芽率与发芽势较CK相同甚至降低，可能是由于赤霉素引发后的回干过程使赤霉素对柴胡的引发效果消失，进而影响后续柴胡种子的吸水发芽过程。氯化钙溶液和PEG-6000溶液引发均可提高柴胡种子的发芽率和发芽势，以1.50%氯化钙溶液和20%PEG-6000溶液对柴胡种子的发芽率、发芽势和发芽指数提高效果最好，但从平均萌发时间看，20% PEG-6000溶液对发芽进程的缩短效果较1.50%氯化钙溶液好。总体看，氯化钙溶液和PEG-6000溶液引发对柴胡种子萌发进程的提高效果优于硼酸溶液和水引发。

水引发时长除36 h外，其余引发时长处理柴胡的平均萌发时间缩短，并使种子集中在一段时间萌发，提高柴胡种子在一定时间内的发芽数量，为柴胡的播种以及育种争取时间，对种子快速完成萌发代谢过程有利，可避开不利环境因素对种子萌发的影响。研究结果表明，各引发处理均可缩短柴胡的最早发芽时间，加速其发芽进程。

4 结论

赤霉素溶液、氯化钙溶液、PEG-6000溶液和硼酸溶液为引发剂的各浓度处理中，总体上以氯化钙溶液和PEG-6000溶液引发对柴胡种子萌发进程的提高效果优于硼酸溶液和水引发，其中20%PEG-6000溶液的引发效果最好，1.50%氯化钙溶液其次，均可显著提高柴胡种子的发芽率和发芽势，缩短发芽的平均萌发时间，并使首次发芽时间提前，加快其发芽进程。