氧化石墨烯對卷莢相思種子萌發與幼苗生長的影響

摘要" 為分析不同濃度氧化石墨烯（GO）對卷莢相思種子萌發和幼苗生長的影響，篩選合適的處理方式以提高良種播種品質，以該樹種當年采收種子和貯存5年的陳種子為研究對象，設置不同GO濃度，分別為0（CK）、25、50、100、200、400和800 mg/L ，測定其在不同處理下發芽率等萌發指標、幼苗株高等生長指標和可溶性糖等內含物質積累情況。結果表明，隨著GO處理濃度的變化，卷莢相思種子的萌發指標、幼苗生長和內含物積累量呈現出不同的變化趨勢。100 mg/L GO處理下新、陳種子發芽率和發芽勢表現最佳；200 mg/L GO處理下幼苗株高、鮮重、可溶性糖和總蛋白含量較CK增長幅度最高。綜上，100～200 mg/L GO處理能夠有效促進該樹種新、陳種子發芽、幼苗生長和內含物質積累。本研究為卷莢相思良種繁育方法改進提供參考。

關鍵詞" 氧化石墨烯；卷莢相思；種子萌發；幼苗生長

中圖分類號" S792.99 """文獻標識碼" A """文章編號" 1007-7731（2025）03-0052-05

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.03.012

Effects of graphene oxide on seed germination and seedling growth of Acacia cincinnata

ZHANG Shuxia

（Fujian Youxi State-owned Forest Farm， Sanming 365100， China）

Abstract" In order to analyze the effects of different concentrations of graphene oxide （GO） on seed germination and seedling growth of Acacia cincinnata， and to screen suitable treatment methods to improve seeding quality of Acacia cincinnata varieties， the new seeds collected in the same year and the old seeds stored for 5 years were studied with GO concentrations of 0 （CK）， 25， 50， 100， 200， 400 and 800 mg/L， respectively， and the germination rate， seedling height growth index and the accumulation of contents such as soluble sugar were measured under different treatments. The results showed that the seed germination index， seedling growth and inclusions accumulation showed different trends with the change of GO treatment concentration. The germination rate and germination potential of new and old seeds were the best under 100 mg/L GO treatment. The plant height， fresh weight， soluble sugar and total protein contents of seedlings under 200 mg/L GO treatment had the highest increase compared with CK treatment. In conclusion， 100-200 mg/L GO treatment can effectively promote the germination， seedling growth and content accumulation of new and old seeds of this tree species. This study provides a reference for improving the breeding methods of Acacia cincinnata.

Keywords" graphene oxide; Acacia cincinnata; seed germination; seedling growth

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）是一種二維碳納米材料，平面六邊形晶格結構，每個碳原子最外層均有4個電子，其中3個電子（2s、2px和2py）形成平面sp2雜化軌道，剩余1個電子形成π鍵在空間自由移動[1]。與石墨烯相比，GO含有較多的含氧官能團[-COOH、-OH和-CH（O）CH-]，結構更為復雜，且具有親水特性，易在水中分散[2]。GO廣泛應用在食品科學、醫療健康和光學等領域[3-5]。卷莢相思（Acacia cincinnata）屬豆科（Fabaceae）金合歡屬（Acacia）植物，經過數十年的馴化與良種選育，已成為東南沿海林區的重要速生樹種之一。該樹種生長速度快，材質優良，具有根瘤固氮能力，有利于退化土壤的生態修復[6-7]。目前，卷莢相思的繁殖方式以種子繁殖為主[8]，生產實踐中常存在良種發芽率較低的問題。相關研究顯示，該樹種發芽率在40%～60%[9-10]。因此，通過經濟、高效的人工措施提高該樹種良種發芽率，提升苗木整體質量，是其優良種苗繁育工作的一個重要方向。

近年來，為創新綠色農業發展，GO逐漸應用于促進良種種苗生長功能方面。吳金海等[11]研究了該處理對甘藍型油菜生長發育的影響，發現GO處理可促進甘藍型油菜種子的萌發，并顯著影響其幼苗的生長發育。王曉靜等[12]研究發現，GO拌種顯著提高了高羊茅種子的萌發率、株高和生物量；Pandey等[13]研究表明，GO可促進早期棉花種子萌發，并促進棉花幼苗根莖的生長；李永文等[14]研究發現，特定濃度的GO能夠促進檜柏種子萌發，其中GO濃度為10 mg/L時萌發率最高。本研究以不同采收年份的卷莢相思種子為研究對象，測定不同濃度GO處理下其種子的萌發、生長和內含物質等指標，分析GO處理對該樹種良種播種性狀的改善作用，為該樹種良種繁育措施改進及GO處理在林業種苗生產上的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

GO由石墨烯林業應用國家林草局重點實驗室提供，其溶膠固含量5‰。卷莢相思種子由福建省漳浦中西國有林場卷莢相思種子園提供，其中新種子為2024年6月采種，陳種子為2019年6月采種，并于-20 ℃低溫保存。試驗前測定兩類種子的千粒重分別為（10.16±0.35）g和（9.65±0.32）g，差異無統計學意義（Pgt;0.05）。

1.2 試驗設計

選擇健康、無蟲洞且籽粒飽滿的卷莢相思種子，將其置于盛有100 ℃純水的保溫桶中，封閉浸泡24 h以軟化種皮，隨后將種子取出，用1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒15 min，后用純水反復清洗掉殘留的高錳酸鉀溶液。利用滅菌后的培養皿進行種子萌發培養，每皿置種100粒。新、陳種子各設置7個GO濃度處理，分別為0（CK）、25、50、100、200、400和800 mg/L。處理時吸取相應濃度GO溶液2 mL注入培養皿中，以保持皿中濾紙的濕潤，此后每隔2 d注入1次。每個處理設置8次重復。將培養皿放入人工氣候箱進行萌發培養（溫度24 ℃，10 L∶14 D，濕度80%）。每日統計萌發種子數以計算發芽勢，14 d后統計發芽率。隨后，將幼苗移至置有濾紙的培養板中繼續培養，每隔2 d注入5 mL霍格蘭營養液和5 mL相應濃度GO溶液，21 d后測定幼苗生長和內含物質指標。

1.3 測定指標與方法

每日觀察種子發芽情況，并以發芽率和發芽勢作為種子萌發的評價指標。計算如式（1）～（2）。

發芽率（%）=（發芽種子數/供試種子數）×100""" （1）

發芽勢（%）=（最大日發芽種子數/供試種子數）×100"""""""" （2）

以14 d幼苗的株高和鮮重作為生長評價指標，以幼苗可溶性糖和總蛋白含量作為內含物質評價指標。可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[15]，總蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[16]，分別采用植物可溶性糖測定試劑盒和總蛋白測定試劑盒（南京建成生物工程研究所）進行測定。

1.4 數據處理

試驗數據采用SPSS 27軟件進行統計分析，對各處理數據進行正態性檢驗，并采用鄧肯法進行多重比較，利用Origin 2024軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 對卷莢相思種子萌發的影響

不同濃度GO對該樹種新、陳種子的萌發產生一定影響。新種子CK組發芽率為65.13%，添加GO后，其發芽率隨GO濃度增加呈先上升后下降的趨勢。GO濃度為50和100 mg/L時，發芽率較CK分別提高了12.67%和15.36%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。陳種子發芽率總體低于新種子，陳種子CK組發芽率為53.88%，其發芽率變化趨勢與新種子相似，100 mg/L GO處理下發芽率較CK增加19.72%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。

新種子CK組發芽勢為37.13%，25 mg/L GO處理下的發芽勢有所下降，隨后逐漸上升，100 mg/L GO處理下達到最大值（41.38%），然后隨GO濃度增加，其發芽勢逐漸下降；800 mg/L GO處理下發芽勢較CK降低了33.00%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。陳種子的發芽勢隨GO濃度上升而呈M型變化趨勢。CK組的發芽勢最低（24.25%），25、50、100和400 mg/L GO處理下發芽率較CK顯著提高（Plt;0.05），增幅分別為39.69%、49.48%、53.09%和22.68%。表明100 mg/L GO處理下卷莢相思新、陳種子發芽率和發芽勢表現較佳（圖1）。

2.2 對卷莢相思幼苗生長的影響

由圖2可知，不同濃度GO處理下該樹種的生長趨勢存在差異。新種子萌發后的幼苗株高隨GO濃度增加呈先上升后下降趨勢。CK組幼苗株高為50.11 cm，100和200 mg/L GO處理下株高較CK分別提高了9.25%和13.46%；800 mg/L GO處理下株高降低了16.36%，三者與CK差異均具有統計學意義（Plt;0.05）。陳種子萌發后的幼苗株高隨GO濃度增加呈M型變化趨勢。CK組株高為40.69 cm，25、50、100、200和400 mg/L GO處理下株高較CK分別提高了15.22%、16.13%、9.39%、22.92%和10.60%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。

隨GO濃度的增加，新種子萌發后幼苗鮮重的變化趨勢與株高趨勢基本相同。CK組鮮重為2.66 g，25、50、100和200 mg/L GO處理下鮮重較CK分別提高了16.20%、19.89%、31.67%和36.98%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。陳種子萌發后的幼苗鮮重隨GO濃度增加而呈下降—上升—下降的變化趨勢。CK組鮮重為2.30 g，100 mg/L GO處理下鮮重最大（2.55 g），兩者間差異無統計學意義（Pgt;0.05）；400和800 mg/L GO處理下鮮重較CK分別下降了13.26%和15.89%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。表明200 mg/L GO處理有利于增加新、陳種子萌發的幼苗株高和新種子萌發的幼苗鮮重，100 mg/L GO處理有利于增加陳種子萌發的幼苗鮮重。

2.3 對卷莢相思幼苗內含物質積累的影響

可溶性糖和總蛋白等內含物質積累狀況可反映幼苗生長過程的生理活躍程度。由圖3可知，不同濃度GO處理對卷莢相思幼苗的內含物質積累產生了一定影響。隨著GO濃度的增加，可溶性糖含量整體呈先下降后上升再下降的趨勢。新種子CK組可溶性糖含量為6.05 μg/g。25 mg/L GO處理下的可溶性糖含量較CK下降了28.25%，200和400 mg/L GO處理下的可溶性糖含量較CK分別升高了31.77%和19.95%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。陳種子可溶性糖含量呈先上升后下降趨勢。CK組的可溶性糖含量為3.83 μg/g，100和200 mg/L GO處理下的可溶性糖含量較CK分別提升了31.92%和46.57%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。

新種子萌發的幼苗總蛋白含量整體呈先上升后下降的趨勢。CK組總蛋白含量為1.20 mg/g，100和200 mg/L GO處理下的總蛋白含量與CK差異具有統計學意義（Plt;0.05），分別提升了39.63%和50.82%。陳種子總蛋白含量變化趨勢呈M型，100和200 mg/L GO處理下的總蛋白含量較CK分別增長27.19%和38.72%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。說明200 mg/L GO處理有利于幼苗可溶性糖和總蛋白含量的積累。

3 結論與討論

林木良種是人工林質量的基本保證，良種遺傳品質和播種品質的提升是林木遺傳育種領域的重要研究方向。在納米材料迅猛發展的背景下，新興材料的優勢性能為改進傳統種苗繁育技術手段提供了新的視角。GO是一種具有特殊性質的納米材料，其顆粒具備穿透細胞壁、細胞膜、核膜及離子通道等細胞障礙的能力[17]。同時，GO豐富的含氧官能團使其具備優良的兩相釋放能力，其顆粒攜帶的養分可長期緩慢釋放，有效提高了養分利用效率，對種苗生長的促進作用較好[18]。

本研究表明，100～200 mg/L GO處理對卷莢相思種子的發芽指標、幼苗生長和內含物積累情況均有一定程度的促進，這與劉頓等[19]和葛賽等[20]研究結果相似。GO能夠改善陳種子因貯藏時間過長及內在營養物質消耗導致的播種質量下降等情況，這對于林業生產實踐具有重要意義。本研究聚焦GO對該樹種種子萌發與幼苗生長兩個階段的影響，對其具體功效的研究有待進一步深入。劉澤慧等[21]研究表明，石墨烯處理后蠶豆幼苗的光合作用有所增強，同時土壤中銨態氮和有效鉀含量顯著提升。石墨烯具備改良土壤養分結構的作用，其對促進卷莢相思幼苗生長以及與土壤中養分和微生物構成關系的調控機制有待深入研究。王偉等[22]研究表明，10% GO處理下紫花苜蓿的萌發速度和幼苗株高均受到抑制。本試驗表明，高濃度GO對卷莢相思部分萌發和生長指標表現出抑制作用。因此，在良種繁育實踐和相關產品開發時應根據具體植物種類設計合適的GO濃度，以確保種苗生產質量。

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（責任編輯：吳思文）