全 文 ：中国农学通报 2015,31(7):138-142
Chinese Agricultural Science Bulletin
正交设计优化PEG引发关苍术种子萌发的最优处理方案
朴 锦 1,2，具红光 1
（1延边大学农学院，吉林延吉 133002；2沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110161）
摘 要：为提高关苍术种子发芽率，以不同PEG浓度、浸泡时间、浸泡温度及分子量为试验因素，采用正
交设计筛选引发关苍术种子萌发的最优处理方案。结果表明：4种处理因素对关苍术种子萌发的影响
程度依次为处理温度、处理浓度、PEG分子量、处理时间；基于正交设计的关苍术种子PEG活性化处理
方案中最优组合是A1B1C2D1，即关苍术种子在15℃条件下，浸泡在浓度为10%的PEG-4000溶液12 h时
后，其发芽率可显著提高，且种子内部的SOD、POD和CAT酶的活性增强。
关键词：正交设计；关苍术种子；PEG；发芽率
中图分类号：S567.23 文献标志码：A 论文编号：2014-1686
The Best Treatment Scheme of Orthogonal Design for Optimizing the Effects of Seed Soaking in PEG
on Germination Percentage of Atractylodes japonica Koidz ex Kitam
Piao Jin1,2, Ju Hongguang1
(Agricultural College, Yanbian University, Yanji Jilin 133002;
2Shenyang Agricultural University College of Horticulture, Shenyang 110161)
Abstract: The Atractylodes japonica Koidz ex Kitam seeds were soaked in different concentrations of PEG with
different soaking time and molecular weight by using orthogonal designs to select the best treatment scheme of
PEG-induced germination percentage in order to improve the germination percentage. The results showed that
the four treatment factors, which were treatment temperature, treatment concentration, molecular weight of PEG
and treatment time, decreased in turn for the effect of seed soaking in PEG on germination percentage and the
best group of the treatment scheme was A1B1C2D1, namely with PEG in concentration of 10% at 15℃ for 12 h,
and the germination percentage of seeds improved prominently, the activity of superoxide dismutase (SOD), the
peroxidase (POD) and catalase (CAT) increased.
Key words: orthogonal design; Atractylodes japonica Koidz ex Kitam seeds; PEG; germination percentage
0 引言
关苍术 (Atractylodes japonica Koidz.ex Kitam)为
菊科苍术属多年生草本植物，以干燥根茎入药，是吉林
省的道地药材。其根茎具有燥湿健胃、祛风湿、明目等
功效,能治湿困脾胃、倦怠嗜卧、胸痞腹胀、食欲不振、
肢节酸痛、夜盲等疾病[1]。近年来由于野生苍术资源
面临枯竭，各地开始进行人工栽培，但还存在其种子发
芽率低、出苗难、生长缓慢等问题，制约着大面积的人
工栽培。
种子活力是衡量种子质量的可靠指标，种子成熟
后，随贮藏时间的延长，种子活力不断下降。大量研究
证明，种子活力是可以通过若干处理而获得恢复或提
高的[2]。PEG（聚乙二醇）主要功能是减缓萌发初期水
分进出种子的速率，减少种子吸胀过程中膜系统的损
伤和受损膜系统的修复[3]，显著增加脯氨酸等与植物
抗冷性有关的物质含量[4]。另外，又可激活体内SOD、
POD和CAT等在内的多种保护酶的启动，从而引起机
体内抗氧化活动的增强，加速活性氧自由基的清除，减
基金项目：延边大学校资助项目“药食兼用植物关苍术生殖生物学特性与繁育技术研究”(2011800-602013127)。
第一作者简介：朴锦，女，1973年出生，黑龙江宁安人，副教授，在读博士，研究方向：药用植物栽培及育种。通信地址：133002吉林省延吉市公园路
977号延边大学农学院农学系，E-mail：piaojin@ybu.edu.cn。
收稿日期：2014-06-15，修回日期：2014-11-25。
朴 锦等：正交设计优化PEG引发关苍术种子萌发的最优处理方案
少种子萌发过程中的不利因素，提高种子活力[5]。目
前，PEG对多种植物种子活力的影响研究较多，但使
用的PEG分子量、浓度、浸泡时间及温度上存在着很
多差异[4]。
因此，笔者通过正交设计优化PEG引发关苍术种
子萌发的最优处理方案，以期为提高关苍术种子发芽
率及人工栽培提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
室内试验于 2014年 3—4月在延边大学农学院种
子工程实验室进行。
1.2 试验材料
2013年10月，在吉林省延吉市九龙山采集野生关
苍术种子，阴干后保存在-20℃冰柜中。
1.3 试验方法
1.3.1 PEG处理 以 PEG浓度、浸泡时间、浸泡温度及
不同分子量 PEG为试验因素，采用L9(34)正交试验设
计，每处理重复 3次。各因素的水平及选用的正交表
分别见表1~2。
按表 2处理完的关苍术种子，均匀摆放在铺发芽
水平
1
2
3
因素
A.PEG浓度/%
A1(10)
A2(20)
A3(30)
B.处理时间/h
B1(24)
B2(36)
B3(48)
C.处理温度/℃
C1(12)
C2(15)
C3(18)
D.PEG分子量
D1(4000)
D2(6000)
D3(10000)
处理组合
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
2
2
3
3
1
1
3
2
1
B
1
2
2
1
1
2
3
3
3
C
2
3
1
3
1
2
2
1
3
D
3
1
3
2
1
2
1
2
3
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
2
2
3
3
1
1
3
2
1
B
1
2
2
1
1
2
3
3
3
C
2
3
1
3
1
2
2
1
3
D
3
1
3
2
1
2
1
2
3
发芽率/%
Ⅰ
72
70
72
75
71
77
80
68
74
Ⅱ
78
73
79
72
77
83
79
63
71
Ⅲ
78
71
75
74
77
83
80
62
75
表1 试验因素及水平
床（上层是滤纸，下层是脱脂棉）的培养皿中，每个培养
皿摆 100粒种子，置于 15℃的RGX-350智能人工气候
培养箱中进行培养，日照设为14 h、湿度设为66%。培
养第3天关苍术种子陆续发芽，第9天测定发芽率。
1.3.2 MDA（丙二醛）含量及SOD、POD、CAT酶活性的
检测 通过正交设计挑选的优良组合，进一步检测
MDA含量及SOD、POD、CAT酶活性[6]，筛选关苍术种
子引发的最优处理方案。
1.3.3 试验仪器 MDA（丙二醛）含量及 SOD、POD、
CAT酶活性检测时，采用UV-1700分光光度计（日本）、
DT5-1B低速台式离心机（上海医疗器械（集团）有限公
司）和HH·S21·Cr4电热恒温水浴锅（广东省汕头市广
播仪器厂）等试验仪器。
1.3.4 统计分析 试验数据采用 SPSS Statistics 17.0软
件和Excel进行分析和制图。
2 结果与分析
2.1 种子发芽率
种子发芽率是表示种子萌发活力的重要指标之
一。PEG正交设计的各处理组合关苍术种子发芽率，
见表3。
由表3可知，组合A2B3C1D2(8)的平均发芽率最低，
平均只有 64.333%，而处理组合A1B2C2D2(6)的平均发
芽率最高，平均可达81.000%。利用SPSS 17.0软件进
行数据处理，其方差分析结果见表4。
从方差分析表可知，不同处理浓度、处理温度及
PEG分子量均对关苍术种子发芽率有极显著影响
(P＜0.01)，而PEG的处理时间对关苍术发芽率无显著
影响(P＞0.05)。
表2 L9 (34)正交表头设计
表3 关苍术正交试验结果表
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由表 5可知，处理浓度的极差为 5.222，处理时间
极差为3.556，处理温度极差为8.667，PEG分子量极差
为5.222。根据极差分析，可判断4种试验因素对关苍
术发芽率的影响程度依次为：处理温度、处理浓度、
PEG分子量、处理时间。
由表5~6可知，PEG浓度的各水平中A1(10%)效果
最好，发芽率达到77.778%，且与A2(20%)有显著差异，
序号
1
2
3
4
试验因素
A
B
C
D
水平
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
均数
77.778
73.667
72.556
76.000
72.444
75.556
70.444
79.111
74.444
76.444
76.333
71.222
极差
5.222
3.556
8.667
5.222
标准误差
1.075
95%置信区间
下限
75.519
71.407
70.296
73.741
70.185
73.296
68.185
76.852
72.185
74.185
74.074
68.963
上限
80.037
75.926
74.815
78.259
74.704
77.815
72.704
81.370
76.704
78.704
78.593
73.481
试验因素
A
B
C
D
(I)
1
2
1
2
1
2
1
2
(J)
2
3
3
2
3
3
2
3
3
2
3
3
离均差(I-J)
4.111*
5.222**
1.111
3.556
0.444
-3.111
-8.667**
-4.000*
4.667**
0.111
5.222**
5.111**
标准误
1.521
1.521
1.521
1.521
P
0.015
0.003
0.474
0.051
0.773
0.056
0.000
0.017
0.007
0.943
0.003
0.003
66
68
70
72
74
76
78
80
A1A2A3 B1B2B3 C1C2C3 D1D2D3
正交试验水平
发
芽
率
/%
表4 方差分析表
变异来源
A
B
C
D
误差
SS
136.22
67.55
338.67
160.22
187.33
DF
2
2
2
2
18
MS
68.11
33.78
169.33
80.11
10.40
F
6.54**
3.24
16.27**
7.70**
P
0.007
0.063
0.000
0.004
表5 单因素统计量表
与A3(30%)有极显著差异；处理时间的3个水平间无显
著差异；处理温度来看，C1与C2、C2和C3间有极显著差
异，其中C2(15℃)条件时关苍术种子发芽率最高，达
79.111%；PEG分子量的不同水平中D1最大，与D2无显
著差异，但与D3有显著差异。由此可知，若想提高关
苍术种子发芽率，应选PEG浓度10%、处理温度15℃、
分子量水平4000和6000为宜，而浸泡时间则可在3个
水平中任意的选择。
通过上述综合分析，关苍术种子发芽率有显著影
响的 PEG优良组合是A1B1C2D1、A1B2C2D2、A1B2C2D1、
A1B3C2D1、A1B1C2D2、A1B3C2D2 6个组合。
通过进一步绘制水平与指标关系图（见图 1）发
现，正交设计所得最优方案为A1B1C2D1，即选用 PEG-
表6 配对比较表
图1 关苍术种子PEG处理正交试验水平与指标关系
A1 2A3 B1 2B3 C1 2C3 D1 2D3
·· 140
朴 锦等：正交设计优化PEG引发关苍术种子萌发的最优处理方案
4000，其浓度为10%、处理时间12 h、处理温度15℃时，
关苍术发芽率可达最高值。但A1B1C2D1组合并未在正
交表中出现，而优良组合中的A1B2C2D2出现在正交
表。为进一步比较 2种组合对关苍术种子萌发的影
响，进行了MDA含量及 SOD、POD、CAT酶活性的
检测。
2.2 MDA含量及SOD、POD、CAT酶活性的检测
研究认为，种子贮藏期间膜质过氧化作用产生的
活性氧导致种子活力的下降。MDA是膜质过氧化作
用的主要产物，其含量高低可表示膜质过氧化作用的
程度[2]。种子内部对超氧自由基的清除能力，也可以
用来评判种子活力。而在这个清除系统与许多酶活
性，如SOD、POD及CAT等保护酶密切相关。覃柳燕
等 [7]通过对山豆根种子的研究发现，在一定范围内
SOD、POD、CAT活性越高，对种子组织的保护能力越
强。因此，按正交设计挑选的 6个优良处理组合浸泡
关苍术种子后，测定其MDA含量及 SOD、POD、CAT
酶的活性，进一步进行优良组合间的比较试验，其结果
见表7。
由表 7可知，正交表中出现的 A1B2C2D2组合的
组合
A1B1C2D1
A1B1C2D2
A1B2C2D1
A1B2C2D2
A1B3C2D1
A1B3C2D2
SOD/[U/(g·FW)]
28.73
17.61
15.83
22.57
20.04
12.77
POD/[U/(g·min)]
92.38
37.62
98.1
86.67
22.86
96.19
CAT/[U/(g·FW)]
189.38
125.00
94.38
94.38
100.63
179.38
MDA/[μmol/(g·FW)]
1.38
1.86
3.11
2.82
1.55
1.42
表7 PEG处理对关苍术种子MDA含量、SOD、POD及CAT酶的活性的影响
MDA含量较高，达 2.82 μmol/(g · FW)，而CAT含量最
低，只有94.38 U/(g·FW)；按A1B1C2D1组合处理的关苍
术种子MDA含量最少，只达 1.38 μmol/(g · FW)，而
SOD和CAT酶活性最高，POD酶的活性也维持较高水
平。说明经过A1B1C2D1处理的关苍术种子，激活体内
SOD、POD和CAT等保护酶的启动，加速活性氧自由
基的清除，减少种子萌发过程中的不利因素，提高种子
活力。
3 结论与讨论
通过正交设计优化 PEG引发关苍术种子萌发的
最优处理方案，其结果为：
（1）PEG浓度、分子量、浸泡时间和温度 4种处理
因素对关苍术发芽率影响程度依次为处理温度、处理
浓度、PEG分子量、处理时间。不同种子萌发需要不
同的发芽温度，关强等[8]认为关苍术种子是低温萌发
型，在 10~15℃范围内发芽能力强，本试验结果表明 2
种处理温度12和15℃也存在极显著差异。因此，生产
上用PEG处理关苍术种子时要重点考虑处理温度。
（2）基于正交设计的关苍术种子PEG活性化处理
方案中最优组合是A1B1C2D1，即关苍术种子在 15℃条
件下，浸泡在浓度为 10%的PEG-4000溶液 12 h时后，
其发芽率显著高于其他处理。另外，经过此处理的关
苍术种子的MDA含量最少，SOD和CAT酶活性最高，
POD酶的活性也维持较高水平。
自从关苍术作为野生中药材在 2003年的抗击非
典活动中脱颖而出，越来越多的人们认识到了关苍术
的药用价值，造成关苍术供不应求的市场行情[9-10]。中
国的关苍术资源主要来自于野生，但近几年随着内蒙
古和东北关苍术野生资源的日益匮乏[11]，进行人工栽
培是实现关苍术资源保护和利用的有效途径。为此，
众多学者通过人工辅助授粉 [12]、野生抚育 [13]、组织培
养[14-17]及育苗措施[18-19]等方面的研究，拟解决苍术资源
的减少和人工栽培中的关键技术问题。为提高关苍术
种子发芽率，林燕华等[20]通过对关苍术种子萌发特性
的研究发现，20%浓度的PEG-4000溶液处理对关苍术
种子的萌发有促进作用，但她们未进行过其他浓度梯
度及不同分子量 PEG间的对比试验。季鹏等 [4]经对
PEG的研究发现，针对不同种子，PEG的最适分子量、
浓度及处理时间和处理温度都存在差异。为提高关苍
术种子发芽率，笔者[21]在比较各种种子处理方法得出
200 mg/L GA和PEG处理能显著提高关苍术种子发
芽率的结论，并在此基础上通过正交设计筛选最适于
关苍术种子活性化的最优组合，而且通过MDA含量
及SOD、POD、CAT酶活性的检测比较，进一步肯定了
最优组合对关苍术种子的影响。本试验结果为关苍术
人工栽培提供了既简便生产成本又较低的种子处理方
法，然而此最优PEG组合对关苍术田间出苗率及幼苗
抗性方面是否有影响有待于进一步研究。
·· 141
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