浓硫酸处理对甘草种子萌发的影响

Effect of Concentrated H₂SO₄ Treatment on Seed Germination of Glycyrrhiza uralensis Fisch

摘要: 以甘草种子为材料，通过研究浓硫酸用量、处理温度和处理时间对甘草种子萌发的影响，探究促进甘草种子萌发的最佳试验处理。结果表明：随着浓硫酸含量的增加，在添加5 ml浓硫酸后，100 g种子的发芽率为94.7%。在此基础上，研究了处理时间和温度对种子发芽的影响。发现在20℃~25℃的温度下，100 g甘草种子处理120~150 min后，其发芽率可达95%以上。因此，生产中可采用该方法处理甘草种子来促进萌发，为甘草人工种植提供科学依据。

Abstract: Using Glycyrrhiza uralensis seeds as materials, the effects of concentrated H₂SO₄ content, treatment temperature, and treatment time on the germination of Glycyrrhiza uralensis seeds were studied to explore the best experimental treatment to promote the germination of Glycyrrhiza uralensis seeds. The results showed that with the increase of the content of concentrated H₂SO₄, the germination rate of 100 g of seeds was 94.7% after adding 5 ml of concentrated H₂SO₄. On this basis, the effects of treatment time and temperature on seed germination were studied. It was concluded that the germination rate of Glycyrrhiza uralensis seeds could reach more than 95% when treated at 20˚C~25˚C for 150~180 min. Therefore, this method can be used to promote the seed germination of Glycyrrhiza uralensis and provide a scientific basis for artificial cultivation of Glycyrrhiza uralensis.

1. 引言

甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch)，又称甜根子、甜草，是豆科(Leguminosae)甘草属(Glycyrrhiza)多年生草本植物，为国家二级保护植物，广泛分布于东北、华北、西北各省区[1]。其根和根状茎可入药，是我国最常用的中草药，具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳、缓急止痛、调和诸药的作用，素有“国老”之称，《神农本草经》中列为上品[2]。其地上部茎叶、花蕾和果荚是饲喂草原牲畜的重要饲料[3]。同时，其提取物也是很好的甜味剂、乳化剂和矫味剂，广泛应用于食品、饮料、烟草、日用化工及其他轻工业，年需求量巨大[4]。此外，甘草以其耐干旱、耐盐碱、根系发达、适应性强的特性，成为中国西北干旱、半干旱荒漠化地区进行盐碱地改良和防风固沙的重要牧草植物，可用于植被恢复和生态建设工程[3] [5] [6]。近年来，随着甘草资源开发利用的不断深入扩大，国内外甘草需求量的猛增以及国内野生资源的过度采挖，造成生态环境严重破坏。为保护生态环境，国家积极推广人工种植甘草，以满足市场需求。自上世纪60年代，国内开展野生甘草种的人工驯化栽培工作，人工栽培主要有种子繁殖、匍匐茎无性繁殖和组培快繁的方法[4]-[11]。种子繁殖是目前最常用的一种繁殖方式，然而，甘草种子种皮厚，硬实率极高，自然发芽率不足20% [7]。目前农业生产中普遍采用浓硫酸腐蚀法破除种子休眠[12]-[18]，但由于缺乏标准化操作规范，农户在实际处理过程中存在硫酸浓度控制不精确、处理时间把握不当、温度调节不稳定等问题，致使处理后种子发芽率波动较大，最高仅能达到50%左右，严重制约了甘草人工栽培的产业化发展。因此，为提高甘草种子发芽率，减少农户损失，笔者对甘草种子用浓硫酸处理时，不同的浓硫酸用量、处理温度或处理时间进行对比试验，筛选出最佳处理组合，以期为甘草规范化人工栽培提供科学指导。

2. 材料与方法

2.1. 供试材料

甘草种子选用乌拉尔红皮甘草，由民勤县金瑞达绿化合作社提供，经过风选和水选后，取饱满无虫眼的当年干燥种子为材料。

2.2. 试验方法

选取颗粒饱满的甘草种子，放置于烧杯中，每个烧杯放100 g种子，加浓硫酸处理，每个处理5次重复。浓硫酸处理后用清水冲洗四遍，再在清水中浸泡8 h后捞出做发芽实验。浓硫酸用量、处理温度、处理时间实验置于光照培养箱中进行，光照强度为2000 LX。发芽实验在光照培养箱中进行，光照强度为2000 LX，16 h光照，8 h黑暗，发芽期间适时补水以保持纱布湿润。胚根突破种皮，肉眼可见即为发芽的种子。发芽率计算公式如下：

发芽率(%) = 10 d内发芽的总粒数/供试种子总数 × 100%

2.2.1. 不同浓硫酸用量处理

试验设置5个处理组和1个对照组，处理组为T_c1~T_c5，每个处理用100 g种子，分别加入1.0 ml、2.0 ml、3.0 ml、5.0 ml、6.5 ml浓硫酸，搅拌均匀，在20℃条件下处理150 min；对照组(ck)不加入浓硫酸。

2.2.2. 不同时间下浓硫酸处理试验

试验设置6个处理组和1个对照组，处理组为T_t1~T_t6，每个处理用100 g甘草种子加5.0 ml浓硫酸拌匀，在20℃条件下，分别处理20 min、40 min、90 min、120 min、150 min、250 min；对照组(ck)不加入浓硫酸。

2.2.3. 不同温度下浓硫酸处理试验

试验设5个处理组，分别为T_tm1~T_tm5，每个处理用100 g甘草种子加5.0 ml浓硫酸拌均后，分别放入0℃、10℃、15℃、22℃、30℃、40℃的培养箱内处理150 min。

2.3. 数据统计与分析

利用Microsoft Excel 2010软件对数据进行整理，采用SPSS 19.0软件对数据进行单因素方差分析。

3. 结果与分析

3.1. 不同硫酸用量处理对甘草种子发芽率的影响

在相同处理时间、相同处理温度下，浓硫酸用量不同，发芽率不同，随着浓硫酸用量加大，发芽率显著增加(表1)。当硫酸用量为5 ml时，甘草种子发芽率为94.70%，出芽率最高。综合考虑，最经济的浓硫酸用量为每100 g甘草种子加入5 ml浓硫酸。

Table 1. Effect of different concentrated sulfuric acid treatment on the germination rate of Glycyrrhiza uralensis seeds

表1. 不同浓硫酸用量处理对甘草种子发芽率的影响

组别	浓硫酸加入量(ml)	发芽率(%)
ck	0	10.32 ± 0.62^a
Tc1	1.0	33.56 ± 0.56^b
Tc2	2.0	42.17 ± 0.48^c
Tc3	3.0	72.38 ± 0.59^d
Tc4	5.0	94.70 ± 0.45^e
Tc5	6.5	94.23 ± 0.52^e

3.2. 不同时间下浓硫酸处理对甘草种子发芽率的影响

每100 g甘草种子用5 ml浓硫酸处理，处理的时间不同，发芽率不同，处理时间越长，发芽率越高(表2)。当处理时间在150 min以上时，发芽率达95%以上，且随着处理时间增加，发芽率无明显增加，表明最佳的浓硫酸处理时间为120~150 min。

Table 2. Effect of different concentrated sulfuric acid treatment time on the germination rate of Glycyrrhiza uralensis seeds

表2. 不同时间下浓硫酸处理对甘草种子发芽率的影响

组别	浓硫酸处理时间(min)	发芽率(%)
ck	0	10.32 ± 0.32^a
Tc1	20	21.14 ± 0.47^b
Tc2	40	36.43 ± 0.61^c
Tc3	90	81.21 ± 0.42^d
Tc4	120	95.33 ± 0.53^e
Tc5	150	95.52 ± 0.60^e
Tc6	250	94.81 ± 0.68^e

3.3. 不同温度下浓硫酸处理对甘草种子发芽率的影响

每100 g甘草种子用5 ml浓硫酸处理150 min，浓硫酸处理时的环境温度对发芽率影响较大，在一定的温度范围内，环境温度越高，发芽率越高(表3)。在22℃~30℃的环境温度下，用浓硫酸处理甘草种子效果最好，发芽率在95%以上。

Table 3. Effect of concentrated sulfuric acid treatment on the germination rate of Glycyrrhiza uralensis seeds at different ambient temperatures

表3. 不同环境温度下浓硫酸处理对甘草种子发芽率的影响

组别	浓硫酸处理的环境温度(℃)	发芽率(%)
Ttm1	0	15.33 ± 0.35^a
Ttm2	10	36.12 ± 0.73^b
Ttm3	15	73.72 ± 0.82^c
Ttm4	22	95.24 ± 0.53^d
Ttm5	30	95.60 ± 0.63^d
Ttm6	40	92.10 ± 0.71^e

4. 讨论

4.1. 实际应用中的最佳浓度优化

4.1.1. 浓度与种子生理状态的匹配

生产实践表明，陈种子(贮藏1年以上)因种皮老化，需将硫酸用量提高至55~60 ml/kg，处理时间延长至180 min；而新收种子(含水量 > 12%)需先晾晒至含水量为8%~10%，再按50 ml/kg浓度处理，否则易发生酸液稀释导致腐蚀不足[19]。以民勤县2024年种植案例为例，某农户使用60 ml/kg硫酸处理贮藏2年的种子，发芽率达92%，而按标准浓度处理时仅为75%。

4.1.2. 操作安全性与成本控制

从经济性看，50 ml/kg硫酸处理1 kg种子的成本约0.8元，较机械破壳(2.5元/kg)或赤霉素处理(3.2元/kg)降低60%以上。但需注意：① 处理时必须在通风橱中进行，穿戴耐酸手套与护目镜；② 冲洗种子时应先用流动水快速漂洗2次(防止酸液升温)，再浸泡8 h以上，残留酸液pH需检测至6.5~7.0 [20]。某试验田因冲洗不彻底，导致播种后幼苗出现“烧根”现象，成活率降低30%，这提示生产中必须严格执行清洗流程。

4.2. 浓硫酸处理破除种子休眠的生理生化机制

硬实种子普遍存在“种皮休眠”现象，豆科植物种皮的角质层、栅栏层和糊粉层形成机械屏障。浓硫酸处理通过化学腐蚀与物理膨胀双重作用破除休眠：硫酸电离出的H⁺催化纤维素、半纤维素水解，吸水放热使种皮内应力改变，导致种皮结构破裂，在种皮表面形成5~15 μm孔隙，破坏栅栏层细胞排列[21]。这一现象在紫花苜蓿[16]、白刺属[17]、骆驼刺[18]等物种中均有验证。相较于其他豆科植物，甘草种子种皮因富含酚类物质(如槲皮素)，在酸性条件下酚类氧化聚合形成醌类物质，进一步削弱种皮强度[22]，使其对硫酸处理更为敏感。

浓硫酸处理还能显著激活α-淀粉酶、脂肪酶等水解酶，这一现象在神黄豆[23]、东方山羊豆[15]等植物中普遍存在。一方面，低pH环境促使酶原构象改变，暴露活性中心[24]；另一方面，种皮破坏后底物与酶接触面积增大，加速催化反应。甘草种子因淀粉含量高达干重32%，处理后α-淀粉酶活性提升2.3倍，高于紫花苜蓿1.8倍[16]。但当硫酸用量超5 ml/100g时，过氧化物酶活性异常升高，可能引发膜脂过氧化，这与水葫芦种子处理中观察到的“酸损伤”现象一致[14]。此外，浓硫酸处理通过改变水杨酸(SA)、乙烯等内源激素平衡，激活休眠–萌发信号通路，如甘草种子经处理后SA含量增加1.5倍，与拟南芥中SA诱导种子萌发机制相似[25]。

5. 结论

种子发芽是植物有性繁殖的第一步，影响植物体后期的生长发育和形态建成，因此种子能够迅速整齐地萌发也是产量与质量形成的基础[26]。浓硫酸处理是打破甘草种子休眠的有效方法，但浓硫酸的用量、处理时间以及处理时的环境温度对种子发芽率的影响较大。本研究发现，每100 g甘草种子加入5 ml浓硫酸，在20℃~30℃下处理120~150 min是最经济、最有效的处理，使得发芽率可达95%以上。

因此在实际生产中，用浓硫酸处理甘草种子，在气温低的季节，应放入室内，加温提高温度，并在短时间内快速处理。种子处理到2小时，要及时抽样冲洗观察种子表皮状况，如果有90%种子表皮出现小黑点，立即停止处理，用清水冲洗种子。处理种子堆的大小不同，处理速度也不同，在实际生产中，种子堆越大，处理越快，堆越小处理时间越长，小粒种子处理时间较大粒种子处理时间长。故处理时，应经常观察种子表皮反应。种子处理时，加入浓硫酸后应立即拌匀，并每隔20~30 min翻拌一次，防止局部种子灼伤。此外，处理的种子必须是干燥的。种子经浓硫酸处理好后，用清水冲洗时，第一二遍速度要快，水量要大，防止浓硫酸加水后升温灼伤种子。在用清水冲洗种子时，不得少于4遍，以防残留在种子表皮的硫酸灼伤种子。

综合实验数据与生产实践，推荐甘草种子浓硫酸处理的标准化方案为：1 kg种子用50 ml浓硫酸，在22℃~30℃下处理120~150 min，该方案可使发芽率达95%以上，且幼苗生长健壮。在西北干旱区推广时，建议结合种子贮藏年限调整浓度，同时强化操作人员的安全培训，以实现高效、安全的规模化种植。

NOTES

^*通讯作者。