劉 佳，伊文博，高志忠，趙婉清，田洪嶺，張虎芳

（1. 忻州師范學(xué)院生物系，山西 忻州 034000；2. 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，山西 汾陽 032200）

0 引言

【研究意義】遠志（Polygala tenuifoliaWilld）以根入藥，具有安神益智、交通心腎、祛痰、消腫等功效[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，遠志還在增強記憶[2,3]、消除自由基抗衰老[4-7]、調(diào)節(jié)血脂[8-9]血壓[10]、保護心血管[11-13]、促進細胞凋亡抗癌變[14-15]等方面起到很好的作用。近年來，大眾保健意識逐年增強，對中藥和以中藥材為原料的食品、保健品消費的快速增長，使得市場對中藥材的需求量逐年上升[16]。遠志約3年的長生長期使其野生資源無法滿足市場需求，而人工栽培技術(shù)的不成熟導(dǎo)致遠志種子的發(fā)芽率低、出苗質(zhì)量低且不整齊，嚴重制約遠志種植技術(shù)的發(fā)展。【前人研究進展】近年來，對遠志種子的研究，主要是關(guān)于種子的儲存、逆境、外源激素誘導(dǎo)后體內(nèi)物質(zhì)的變化等方面。對萌發(fā)的研究，主要是通過簡單改變外界環(huán)境因素進行。趙停等研究表明，紅光下遠志種子的發(fā)芽指標及幼苗的生長指標高于白光，而光照強度對其無影響[17]。崔芬芬等研究發(fā)現(xiàn)，遠志種子萌發(fā)的最適宜溫度為20～30 ℃[18]。王晶等使用不同濃度的高錳酸鉀、H2O2、6-BA溶液浸種，發(fā)現(xiàn)1.5%的高錳酸鉀浸種15 min后萌發(fā)效果最好[19]。黃濤等使用4種外源激素浸泡12 h后，發(fā)現(xiàn)遠志經(jīng)150 mg·L-1GA3處理后，種子發(fā)芽整齊，出苗一致[20]。彭亮發(fā)現(xiàn)遠志種子在萌發(fā)過程中，耐干旱能力強[21]。種子萌發(fā)是植物生命周期中最關(guān)鍵的階段[22]，微量元素在植物體內(nèi)含量雖然很少，卻是維持正常生命活動不可或缺的物質(zhì)，對種子的萌發(fā)起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。當前，對遠志種子萌發(fā)的研究處理單一，且僅以株高、根長等萌發(fā)指標來進行評價，但在種子萌發(fā)的過程中，多種微量元素是共同作用于萌發(fā)的各個環(huán)節(jié)的，因此通過研究多種微量元素對遠志種子萌發(fā)的生理過程的影響，能夠更準確地反映出田間遠志種子質(zhì)量及出苗的優(yōu)劣，為提高遠志的栽培種植效率奠定基礎(chǔ)。【本研究切入點】多種微量元素對遠志種子萌發(fā)的生理過程的影響有待深入探討?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選用4種微量元素，配比不同濃度進行試驗，測定種子萌發(fā)和幼苗生理活性指標的變化，綜合評價，探索提高種子出苗能力的新技術(shù)，以期為遠志的規(guī)范化高產(chǎn)栽培技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

遠志種子，經(jīng)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟作物研究所田洪嶺副研究員鑒定為遠志（Polygala tenuifoliaWilld）并由該所提供。

1.2 試驗方法

挑選籽粒飽滿、大小一致的遠志種子，10%NaClO浸泡消毒15 min后，蒸餾水多次沖洗，晾干。配制不同質(zhì)量濃度Fe、Mn、B、Mo的溶液，質(zhì)量濃度梯度為：Fe：20、40、60、80、100 mg·L-1（硫酸亞鐵配 置）；Mn：50、100、150、200、250 mg·L-1（硫酸錳配置）；B：0.5、1、1.5、2、2.5 mg·L-1（四硼酸鈉配置）；Mo：10、20、30、40、50 mg·L-1（鉬酸銨配置）。

每個處理將200粒種子放入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中（直徑=9 cm），加入10 mL不同質(zhì)量濃度的溶液，以加入同等量的蒸餾水作為對照，3次重復(fù)。在25 ℃的光照培養(yǎng)箱中進行試驗[18]，觀察種子萌發(fā)情況并測量記錄，7 d后測定幼苗生理指標。

1.3 試驗指標測定

1.3.1 種子萌發(fā)指標測定 每天觀察記錄遠志種子的萌發(fā)狀況，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)（GI）=ΣGt/Dt，其中，Gt為在t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的種子發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=SGt/Dt，其中，S為幼苗生長勢（根的平均鮮重）。種子浸種第7天時測定根長、鮮重。

1.3.2 幼苗生理指標測定 培養(yǎng)一周后，從發(fā)芽數(shù)已經(jīng)穩(wěn)定的遠志幼苗中選取新鮮葉片進行測定。葉綠素含量采用丙酮提取比色法、脯氨酸含量采用茚三酮法、可溶性糖含量采用蒽酮比色法、超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT法、過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法、過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定[23]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

根據(jù)各個指標相應(yīng)的公式在EXCEL里進行計算，使用SPSS Statistics 25.0對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Fe、Mn、B、Mo對遠志種子萌發(fā)及生長的影響

由表1可以看出，4種不同質(zhì)量濃度的微量元素對遠志種子的3個萌發(fā)指標均有不同程度的影響。隨著質(zhì)量濃度的逐漸升高，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。Fe元素處理后，0～60 mg·L-1范圍內(nèi)，3個指標均高于對照，40 mg·L-1時分別達到最高，依次為對照的1.07、1.14、1.18倍。超過這一質(zhì)量濃度后，3個指標均開始下降，但發(fā)芽率仍高于對照，差異顯著。Mn元素處理后，0～150 mg·L-1范圍內(nèi)，3個指標全部差異顯著，150 mg·L-1時均達到最大值，依次為對照的1.08、1.12、1.19倍。高于這一質(zhì)量濃度后，數(shù)值下降，但發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)仍然高于對照，且差異顯著。發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的適宜范圍更廣。B元素處理后，0.5～1.5 mg·L-1范圍內(nèi)，3個指標數(shù)值均高于對照，在1 mg·L-1時，達到最大值，分別為對照的1.03、1.06、1.20倍。隨后質(zhì)量濃度以0.5 mg·L-1的含量遞增時，指標開始下降，當質(zhì)量濃度為2.5 mg·L-1時，下降程度最大，僅為對照的0.95、0.77、0.65倍。Mo元素處理后，0～40 mg·L-1范圍內(nèi)，3個指標逐漸升高到最大值，為對照的1.05、1.06、1.13倍，差異顯著，隨后數(shù)值下降，但發(fā)芽指數(shù)仍高于對照。發(fā)芽率可以直觀反映出種子發(fā)芽能力的強弱[24]，發(fā)芽指數(shù)體現(xiàn)了種子的活力強弱及整齊程度[25]，而活力指數(shù)則綜合反映發(fā)芽速率與植物幼苗的生長勢[26]。結(jié)果表明，4種微量元素在低質(zhì)量濃度時對遠志種子的萌發(fā)有一定的促進作用，高質(zhì)量濃度時對種子萌發(fā) 產(chǎn) 生 抑 制。且 在40 mg·L-1Fe、150 mg·L-1Mn、1 mg·L-1B、40 mg·L-1Mo時，萌發(fā)效果最好，其中150 mg·L-1Mn處理后發(fā)芽率為4種元素中最高，40 mg·L-1Fe為發(fā)芽指數(shù)最高，1 mg·L-1B時種子活力最大。

表1 4種微量元素對遠志種子萌發(fā)及生長的影響Table 1 Effects of trace elements on seed germination and seedling growth of P. tenuifolia

4種不同質(zhì)量濃度的微量元素對遠志種子根長和鮮重的影響不同，其中對根長的影響為隨著質(zhì)量濃度升高，根長先增大后減小，F(xiàn)e元素處理后0～60 mg·L-1的范圍內(nèi)促進根的生長。Mn、B、Mo三種微量元素處理后，在各自質(zhì)量濃度的試驗范圍內(nèi)，根長均大于對照，均對根的生長有促進作用。其中，150 mg·L-1Mn、1 mg·L-1B、40 mg·L-1Mo時，達到最長，分別比對照增長了8.09、12.42、4.99、4.15 mm。4種微量元素對鮮重的影響趨勢相同，先上升后下降，40 mg·L-1Fe、150 mg·L-1Mn、1 mg·L-1B、40 mg·L-1Mo時，重量最高，分別高于對照0.65、1.09、2.14、1.09 mg。其中Mn在試驗全質(zhì)量濃度范圍內(nèi)的種子鮮重均高于對照。結(jié)果表明，遠志的主要藥用成分來自根，通過不同微量元素處理后，低質(zhì)量濃度時對根的生長具有強烈的促進作用，高質(zhì)量濃度時抑制根類生長。其中150 mg·L-1Mn處理后，根系生長最長，達19.56 mm，利于吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)，促進遠志生長。不同微量元素對遠志鮮重的促進作用不明顯，差異均不顯著，可能是由于種子萌發(fā)前期中需要消耗體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)，為萌發(fā)提供能量。

2.2 Fe、Mn、B、Mo對遠志幼苗生理活性的影響

2.2.1 Fe、Mn、B、Mo對遠志幼苗葉綠素的影響 不同質(zhì)量濃度的Fe元素處理后，葉綠素含量均高于對照，差異顯著，0～60 mg·L-1時，葉綠素含量逐漸增加，最高為對照的4.83倍，超過此質(zhì)量濃度后，葉綠素含量減少（圖1）；不同質(zhì)量濃度Mn元素處理后，葉綠素含量與對照相比差異顯著，隨著質(zhì)量濃度升高，葉綠素含量先增加后減少，150 mg·L-1時，含量最高，為對照的3.0倍（圖2）；不同質(zhì)量濃度B元素處理后，0.5～1.5 mg·L-1時，葉綠素含量高于對照，最高為對照的1.13倍，高于1.5 mg·L-1后，葉綠素含量下降，低于對照，最低僅為對照的49%（圖3）；不同質(zhì)量濃度Mo元素處理后，葉綠素含量先升高后降低，20 mg·L-1時最高，為對照的1.55倍，最高質(zhì)量濃度時，葉綠素低于對照（圖4）。結(jié)果表明，F(xiàn)e、Mn、B 、Mo四種微量元素，一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)可以促進葉綠素的生成，較高質(zhì)量濃度產(chǎn)生抑制。B元素可促進葉綠素含量的質(zhì)量濃度范圍較窄。60 mg·L-1Fe對幼苗葉綠素的生成作用最強。

圖1 微量元素鐵對遠志幼苗葉綠素含量的影響Fig. 1 Effect of Fe on chlorophyll content of P. tenuifolia seedlings

圖2 微量元素錳對遠志幼苗葉綠素含量的影響Fig. 2 Effect of Mg on chlorophyll content of P. tenuifolia seedlings

圖3 微量元素硼對遠志幼苗葉綠素含量的影響Fig. 3 Effect of B on chlorophyll content of P. tenuifolia seedlings

圖4 微量元素鉬對遠志幼苗葉綠素含量的影響Fig. 4 Effect of Mo on chlorophyll content of P. tenuifolia seedlings

2.2.2 Fe、Mn、B、Mo對遠志幼苗脯氨酸的影響 由表2可知，4種微量元素對遠志幼苗體內(nèi)脯氨酸的影響各不相同。隨著Fe、Mn質(zhì)量濃度的逐漸升高，脯氨酸含量逐漸升高，均高于對照，差異顯著，100 mg·L-1Fe、250 mg·L-1Mn時含量最高，為對照的1.20、1.41倍。B、Mo處理后，脯氨酸的含量與其質(zhì)量濃度之間沒有相關(guān)性，無論質(zhì)量濃度如何變化，脯氨酸的含量變化很小，均低于對照，差異不顯著。結(jié)果表明，F(xiàn)e、Mn對脯氨酸的生成起促進作用，遠志種子在較低質(zhì)量濃度時就可以促進脯氨酸的產(chǎn)生，在試驗質(zhì)量濃度的范圍內(nèi)，脯氨酸含量一直上升，說明脯氨酸的產(chǎn)生機制對Fe、Mn有較高含量的耐受性；B、Mo處理后對脯氨酸的含量無顯著影響。

表2 4種微量元素對遠志幼苗脯氨酸、可溶性總糖的影響Table 2 Effects of trace elements on proline and total soluble sugar in P. tenuifolia seedlings

2.2.3 Fe、Mn、B、Mo對遠志幼苗可溶性總糖的影響 由表2可知，4種微量元素對遠志可溶性總糖的影響，均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。其中，F(xiàn)e、Mn處理后，含量增長很少，當Fe質(zhì)量濃度超過40 mg·L-1、Mn質(zhì)量濃度超過150 mg·L-1時，總糖含量快速降低，最低時比對照減少43.56%、43.19%。B、Mo處理后，可溶性總糖含量逐漸增加，當質(zhì)量濃度為1.5 mg·L-1B、40 mg·L-1Mo時，含量達到最高，分別高于對照65.75%、47.01%，超過這一質(zhì)量濃度含量下降，但仍高于對照。結(jié)果表明，4種微量元素適宜質(zhì)量濃度時，對可溶性總糖的產(chǎn)生起促進作用，高質(zhì)量濃度時出現(xiàn)抑制。其中，F(xiàn)e、Mn對可溶性糖的促進作用較弱，B、Mo對可溶性總糖的促進作用強，1.5 mg·L-1B處理后對遠志幼苗可溶性總糖含量的促進作用最強。

2.2.4 Fe、Mn、B、Mo對遠志幼苗抗氧化酶的影響 Fe元素處理后，SOD、POD、CAT酶活性趨勢相同，隨著質(zhì)量濃度升高，3種酶活性先升高后降低，40 mg·L-1時，酶活性最高，分別是對照的1.43、1.10、2.59倍。高于40 mg·L-1后，酶活性降低，逐漸低于對照（圖5）。Mn元素處理后SOD、POD、CAT酶活性趨勢相同，隨著質(zhì)量濃度升高，3種酶活性先升高后降低，質(zhì)量濃度為150 mg·L-1時，酶活性最高，達192.03 U·g-1、150.99 U·g-1·min-1、50.76 U·g-1·min-1，超出這一范圍后，酶活性開始下降，SOD、POD的酶活性仍高于對照，CAT酶活性除最高濃度外，全部低于對照。（圖6） B元素處理后，SOD、POD、CAT酶活性變化趨勢相同，隨著質(zhì)量濃度的升高，酶活力逐漸增大，1.5 mg·L-1時，達到最大值，分別是對照的1.08、1.11、2.12倍，隨后酶活力開始下降，到2.5 mg·L-1時，酶活力最低，但仍高于對照（圖7）。Mo元素處理后，POD、CAT酶活力隨質(zhì)量濃度變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，與對照相比差異顯著，40 mg·L-1時，活力指數(shù)最高，分別為對照的1.32、1.97倍。SOD酶活力，隨著質(zhì)量濃度升高，活力增大，試驗的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，其活力值均低于對照。綜合來看，150 mg·L-1Mn處理后SOD和POD酶活性最高，遠志幼苗體內(nèi)分別為192.03 U·g-1、150.99 U-1·g·min-1；40 mg·L-1Fe處理后CAT酶活性最高，高于對照123.82 U·g-1·min-1（圖8）。

圖5 微量元素鐵對遠志幼苗抗氧化酶活性的影響Fig. 5 Effect of Fe on antioxidant enzyme activity of P.tenuifolia seedlings

圖6 微量元素錳對遠志幼苗抗氧化酶活性的影響Fig. 6 Effect of Mg on antioxidant enzyme activity of P.tenuifolia seedlings

圖7 微量元素硼對遠志幼苗抗氧化酶活性的影響Fig. 7 Effect of B on antioxidant enzyme activity of P. tenuifolia seedlings

圖8 微量元素鉬對遠志幼苗抗氧化酶活性的影響Fig. 8 Effect of Mo on antioxidant enzyme activity of P.tenuifolia seedlings

結(jié)果表明，F(xiàn)e和B低質(zhì)量濃度時可以增強3種抗氧化酶活性，高質(zhì)量濃度時酶活性受到抑制，40 mg·L-1Fe和1.5 mg·L-1B時酶活力最高，F(xiàn)e元素對CAT酶活性促進作用最強。Mn低質(zhì)量濃度時可以促進SOD和POD酶活性的增加，高質(zhì)量濃度時抑制酶活力，150 mg·L-1時對SOD和POD的促進作用最強。Mo元素低質(zhì)量濃度時可以促進POD和CAT酶活力，高質(zhì)量濃度時抑制活性。

3 討論與結(jié)論

微量元素對種子萌發(fā)的各個環(huán)節(jié)都起到了作用，如呼吸作用、水分代謝、光合作用、酶和激素等，都對種子萌發(fā)產(chǎn)生影響[27]。因此本研究綜合多個指標，對4種微量元素在遠志萌發(fā)及幼苗生長過程中的影響進行綜合評價。

Fe、Mn、B、Mo處理后對傳統(tǒng)發(fā)芽指標、根長及鮮重均具有促進作用，這與Cairns[28]、毛仁俊[29]、王晶[19]等的研究結(jié)果一致。其原因可能是種子萌發(fā)初期，通過吸收水分及微量元素，打破休眠[30]，加速種子內(nèi)部新陳代謝、使細胞迅速分裂和伸長，釋放大量能量，伸出種皮，促進根系吸收營養(yǎng)物質(zhì)為幼苗的生長做準備。從幼苗生長階段的物質(zhì)和能量代謝來看，不同微量元素對種子萌發(fā)的生理過程有著不同方面的影響。Fe（60 mg·L-1）處理后幼苗葉綠素含量（19.89 mg·L-1）增加最顯著，其原因可能是Fe在植物中以Fe2+的形式存在于葉綠體中，直接參與葉綠素的形成及光合作用[31]。脯氨酸是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，當受到脅迫后，才會大量積累。本試驗中B、Mo處理后脯氨酸含量沒有變化可能因為設(shè)置的質(zhì)量濃度值不構(gòu)成脅迫。植物體內(nèi)可溶性糖的主要成分是蔗糖，其含量的高低可以反映植物同化物供應(yīng)能力的高低[32]。B與Fe和Mn等微量元素不同，不參與酶的形成、電子傳遞，也沒有氧化還原能力[33]。但B可以參與植物體內(nèi)糖類的運輸，促進碳水化合物的生成與運輸，提供給植物生長發(fā)育最旺盛的部位[29]。本試驗發(fā)現(xiàn)B（1.5 mg·L-1）處理后幼苗可溶性糖（158.05 %）含量最高，這與前人研究結(jié)果一致[34]。隨著幼苗的生長，不斷發(fā)育的新的細胞器會出現(xiàn)越來越多的活性氧產(chǎn)生點[35]，抗氧化酶可以減輕這些活性氧對植物細胞的傷害，加快清除多余活性氧的速度，從而緩解植物體內(nèi)的氧化傷害[36]。Fe和B處理后可以顯著提高3種抗氧化酶的活性，其原因是Fe位于酶結(jié)構(gòu)的活性部位，當Fe含量適宜時，可以促進體內(nèi)氧化還原作用，加速電子傳遞，呼吸作用增強[33]。B可以激活質(zhì)膜離子通道，參與膜融合過程，保持質(zhì)膜的選擇透性，維持細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能的完整[34]。

種子萌發(fā)和幼苗的生成是植物能夠正常繁殖的決定因素，具有重要的經(jīng)濟和生態(tài)意義[22]。其過程非常復(fù)雜，受多種物理因素和化學(xué)因素的影響[37-39]。本試驗結(jié)果表明，適量的Fe、Mn、B、Mo，可以提高發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，促進根的生長，增加鮮重，增加葉綠素的合成以及可溶性總糖的積累，提高抗氧化酶的活性。通過影響種子的種質(zhì)活化和新陳代謝重建等生理生化活動，促進了遠志種子的萌發(fā)及幼苗生長。種子萌發(fā)時期的生長狀況直接影響作物以后的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，科學(xué)合理的定量施用微量元素，充分發(fā)揮其在種子萌發(fā)時的巨大作用，意義重大。