药用植物种子休眠研究进展

我国药用植物资源丰富，很多种类处于野生或半野生状态。随着人们对中草药需求量的逐年增加，野生资源已难以满足人们的需要，发展人工栽培已成必然。而多数药用植物种子的休眠现象．导致不能适时播种，或播种后出苗率低，已成为药用植物人工栽培的制约因素。因此，研究药用植物种子的休眠，找到有效解除其休眠的途径对于实现药用植物大规模人工种植、保护野生资源意义重大。 1 种被障碍与种子休眠 种被障碍包括种被不透水性，即种子具有坚厚而不透水的果皮或种皮，如种皮的蜡质层、木栓层、栅栏组织、骨状石细胞均阻碍水分的吸收；种被不透气性；种皮(或果皮)对胚有机械阻碍作用；种皮 (或果皮)阻碍抑制剂从胚中排出和种皮本身存在抑制剂并供给种胚。一般采用浸种、去皮，激素和化学药剂处理、变温处理、层积等方法解除休眠。 1．1 种皮不透水性、不透气性和机械障碍引起的休眠 如东北红豆杉(TaXUS cuspidate Sieb．et Zucc．)种皮坚硬，表面角质化，通气和透水性极差，严重影响种子吸胀和萌发。机械磨损种皮或浓硫酸处理后，能很快吸水。而在自然条件下，东北红豆杉种子需要经过两冬一夏、冻暖交替、雨水冲洗，以及土壤微生物的作用，坚硬种皮遭受破坏后才吸水萌发。翅果油树 (Elaeagnus mollis)种子有坚硬的中果皮和种皮的机械限制，透水透气性差，种子中果皮和种皮内存在抑制物质，人工去掉中果皮(用硫酸浸泡)或低温层积处理可解除休眠。商陆(Phytolacca aclnosa)种子硬种皮障碍，经浓硫酸、0．2％ KNO3处理后置光及变温环境中均可打破其多数种子的休眠。宁油麻藤(MUCUna paohwashanica)种子通过人为磨破种皮的方法，使萌发率达到87％。甘草(G1ycyrrhiza uralensis Fiseh)种子种皮角质硬实，因吸水困难而影响种子发芽，自然发芽率仅为10％～20％，采用碾米机法擦伤种壳，碾种3次的种子发芽率可达90％~95％，这种方法操作简单、效率高、费用低，生产中有大量应用。 1．2种皮(或果皮)阻碍抑制剂从胚中排出或种皮本身存在抑制剂并供给种胚 有相当多的药用植物种子种被中存在活性比较高的抑制物质，如桃叶卫矛(Euonymus bungeanus)人工母树种子的抑制物质存在于假种皮中，去除假种皮进行高温催芽，种子可快速发芽；天然母树种子的抑制物质存在于假种皮和种子内部，低温层积可以打破种子休眠。山葵(Wasabi Japonica)种子种皮有抑制物质，去除种皮可使山葵种子发芽率提高到98％； 6-BA、GA3、BR处理可提高山葵种子发芽率，其中以6-BA处理效果最好。刺五加(Acanthopanax sentiCOSUS)休眠期超过4个月，外果皮、中果皮、种子中所含的内源抑制物质对白菜种子萌发的抑制活性高于对白菜幼根生长的抑制活性，刺五加中果皮乙醚提取物纸层析在Rf O．1区段对白菜种子萌发和白菜幼根生长有强抑制作用；刺五加果实粗提物能抑制小麦种子萌发过程中α-淀粉酶活性，且在一定浓度范围内对小麦种子萌发及幼苗生长也有明显抑制作用，随着粗提物浓度增大抑制活性明显增强。 药用植物种子种被中存在的抑制物类型有少量报道，如西洋参 (Paoax quInquefolium L．)果肉中提取到6种发芽抑制物质．并确定了有效抑制浓度分别为：乙酸 (10mg／L)、庚酸(1 0mg／L)、壬酸(1 0mg／L)、壬醛(1 0mg／L)、丁酸(1 0 m g／L)和异丁酸 (1 00mg／L)，属于醛类和有机酸类。 2 种子发芽抑制物质与种子休眠 种子内存在发芽抑制物质是种子休眠的原因之一，一些种子具有萌发抑制物质，一般存在于胚乳、胚或子叶中，解除休眠的方法是浸泡、冲洗、激素和化学药剂处理、层积等。膜荚黄芪(A membranaceus(Fish)Bunge)种子中存在活性较高的内源抑制物质，其乙醚提取物纸层析在Rf 0．9区段对白菜种子萌发有最强抑制作用，Rf 1．0区段对白菜幼根生长有最强抑制作用；膜荚黄芪种子乙醚提取物对小麦幼苗地上部分和地下部分生长均有显著抑制活性，对小麦种子萌发则不表现抑制；对黄芪种子萌发和幼根生长也有较强抑制活性；通过温水浸种(41～45℃)可除去大部分内源抑制物质。伊贝(Fritillaria pallidiflora Schrek)种子内含的抑制物质，可在种子处理前，用大量水浸泡一天，再取出进行低温沙藏，可在定程度上消除抑制作用，对促进胚的生长发育，提高萌发的整齐度很有利。南方红豆杉(T8XUS mairei)新鲜种子内含有发芽抑制物质，其水提取液对菜苔种子的发芽具有极显著的抑制作用，其比较发芽抑制率 (R100)达64. 52％，对新鲜种子进行“暖温(25℃)层积一低温(5)层积“，以“36周-12周”的模式效果最好，能显著地消除种子内的发芽抑制物质，促进胚纵向生长和打破种子休眠，发芽率达64．0％-82．2％。 3胚休眠与种子休眠 胚休眠，也叫胚后熟．包括种胚形态末分化和胚生理后熟；一般可采用层积、激素处理等方法解除休眠。存在这种休眠类型的药用植物种子比较多，如人参和西洋参等药用植物种子同时存在胚形态后熟和生理后熟。人参(P a n a× ginseng)种子刚收获时胚呈原胚状态，而西洋参果实收获时其种胚仅长0．4-0.5mm；都要求高温至低温的层积处理来完成形态后熟和生理后熟。又如百合科(Liliaceae)药用植物种子成熟时往往形态还未成熟(胚未发育，停留在原球胚阶段)，其胚的发育与温度密切相关，完成百合科植物的胚后熟需要先高温后低温的阶段。五味子 (schisandra chinensis)种子长期休眠的根本原因是胚的生理未完成后熟，经过一段时间的低温处理或GA3处理能使五味子在正常的室温下裂口、发芽。 4 种胚后熟过程中生理生化变化与种子休眠 药用植物种子在完成胚后熟过程中，一般发生了储藏物质降解、酶活性变化、萌发促进物质加强和发芽抑制物质减弱等复杂的生理生化变化，这些变化与种子休眠的解除有着密切关系。 4．1 种胚后熟过程中酶、淀粉、蛋白和核酸等物质的变化黄连(Coptis chinensis Franch)种子成熟时，种胚未完全发育，为原胚状，需经形态后熟和生理后熟后才能萌发，且均以5℃左右的低温为最适宜温度。胚形态后熟期，α,β-淀粉酶活性的逐渐增强利于胚乳中营养的分解和利用。层积后，胚乳中内含物大量被利用，糖含量一开始就逐渐下降，而后含量逐渐上升，但最高峰值始终低于初始值，说明有部分糖被利用或被呼吸所消耗。总DNA在开始时含量迅速降低，可能同胚乳细胞被分解利用有关，而后随着胚细胞的分裂及胚的不断发育及胚细胞数量的逐渐增多，含量才迅速上升。人参种子层积过程中，形态后熟期α,β－淀粉酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性逐渐增强，可溶性蛋白量迅速减少；生理后熟期种子中酶活性保持较高水平，可溶性蛋白量逐渐增多。激素组合 (GA200ppm十激动素20ppm十乙烯利500ppm)浸泡人参种子24h后能提高各种酶的活性．促进胚的发育和分化．使种子提早一年发芽。 凹叶厚朴(Magnolia biloba)种子属于生理休眠类型，未经层积的种子过氧化物酶和过氧化氢酶的活性均较低；经过低温层积已裂口的种子，这两种酶活性都有较大的增加；当种子发芽时，过氧化物酶活性更高，而过氧化氢酶活性有所下降。裂口时的凹叶厚朴种子过氧化氢酶活性高于发芽的种子，这也有利于磷酸戊糖途径，过氧化氢酶活性有所降低，使得它对底物过氧化氢的消耗减小，能使更多的过氧化氢被过氧化物酶所氧化，使PP途径活性增强，有利于种子休眠的解除。康定贝母(Fritillaria cirrhosa)鳞茎需要一定时间的低温处理才能萌发，随着低温处理时间的延长，鳞片中淀粉含量逐渐下降，可溶性糖含量逐渐上升。低温下，可溶性糖物质的增加对贝母的发育起着重要的作用。 4．2种子胚后熟过程中激素变化 “激素平衡理论”学说指出种子休眠或多或少由激素促进物质(GAs)和激素抑制物质(ABA)同时操纵。随着种子休眠的解除，内源抑制物(ABA等)作用减弱而促进物(GAs等)作用增强。山楂(C rataegus sanqulnea)种子随着种子中ABA合量降低． GA3、ZR和IAA含量增加，以及GA3/ABA、lAA／ABA、ZR／ABA比值增大而增加，休眠解除。东北红豆杉风干种子低温层积2个月后，种子内源ABA迅速下降， GAs变化不大；层积4个月后ABA进一步下降，GAs开始升高；6～ 8个月GAs含量迅速增加，这表明低温层积导致ABA含量下降，GAs含量增加，ABA和GAs的比值发生变化。子叶是控制牡丹 (Paeonia spp)种子上胚轴休眠的关键部位，低温打破牡丹种子上胚轴休眠过程中，子叶中的萌发促进剂GA3含量明显升高，抑制剂ABA含量显著下降；而胚乳中的各种激素含量则变化不大．胚轴中的激素变化无明显规律。外源GA3处理使西洋参种子内源GA3、Z+ZH和lAA的水平呈现下降趋势，可能是三者的作用相似，高浓度的GA3代替了后二者的作用。外源GA3不能改变后熟西洋参种子内源A BA的变化动态，外源GA3也不能用来缩短西洋参种胚的形态后熟期，反而导致种子发育畸形；但可以用于生理后熟期以解除休眠。西洋参种子需经1年的层积处理才能完成形态后熟和生理后熟，而用呼吸抑制剂NaN3处理其种子在4℃和1 5℃条件下．30d后的萌发率分别为91％和82％，两种条件下均提高了葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 (G6PDH)的活性，NaN3有助于西洋参种子休眠的解除，与低温有协同作用；作用机理是通过增强磷酸戊糖途径途径的作用实现的。 5 激素和化学药剂与种子休眠实践 生产实践中，施用合适浓度的外源激素和化学药剂能有效快速地解除一些各种原因引起的药用植物种子的休眠，试举几个例子，如轮叶党参 (Codonposislanceolata)种子4℃层积处理160d，在光、暗条件下发芽率分别达到37. 6％和63. 0％；而GA3处理浓度与处理时间组合分别为760mg／L、1 25mln的条件下，第8天的发芽率可达到80％左右。对北柴胡(Buple-urum chinense DC)种子，用50 μg／g的6-BA浸泡24h，再用湿沙处理1 2d，可使发芽率由57 5％提高到90.7％，可提前6-7天萌发；对三岛柴胡(B.falcatum L.)种子，用1 00μg／g的6-BA浸泡24h，再用湿沙处理1 2d，可使发芽率由28．5％提高到86.7％，可提前9～10天萌发。不同浓度的CaCl2、KNO3、GA3溶液对银杏 (Ginkgo biloba L.)种子浸种在不同程度上提高银杏种子的发芽率和发芽势。三者浸种的最适浓度分别为25mmo1／L、0．4mol／L和500mg／L：其中GA3效果最好，用500mg／L浓度处理时可使银杏种子发芽率和发芽势分别提高33．3％、 24.9％，而且幼苗生长健壮。丽江山慈菇(lphigenia indica)种子在自然条件下发芽率很低(3％～5％)，采用2％NaOH、0.1％KMnO4、0.1％ CuSO4、NAA 0. 2mg／ml、6-BA 0.2mg／m1及GA 0.001mg／ml处理丽江山慈菇种子，发芽率及发芽势均有不同程度的提高。南川升麻 (Cimicifuga nanchuanensis)的种子自然脱落时尚处于球形胚发育阶段，需要长时间的越冬过程才能完成胚的后熟。室内采用低温湿润或不同浓度的GA3处理，可以不同程度地加快其胚的后熟过程。休眠种子用0．1 g／L GA3处理7d后，在低温(1℃～5℃)湿润条件下存放约90d，萌发率可达到70％以上。滇丁香(Lucutlia pinciana)种子是需光种子，在1 5～30℃，用250mg／ml GA3处理24h能代替光照解除光休眠；达到25℃以上，不经250mg／ml GA3处理24h的种子在黑暗条件下也能萌发。 尽管激素有促进种子打破休眠的作用，但是激素的作用也不是万能的。有研究证明GAs可能没有直接作用于打破种子休眠，如成熟太子参(Pseudostellaria heterophylla)种子存在生理后熟现象，GAs浸种和剥离不同部位等处理均不能使太子参种子正常发芽。剥离种皮后，子叶可以展开，而胚根不能伸长，层积处理可能是解除太子参种子休眠的必要条件。不同浓度GAs和6-BA浸泡24h完成形态后熟的羌活种子(胚率80％左右)，对打破羌活种子的生理后熟效果也不明显(作者未发表材料)。甘草种子不同浓度GA3浸12h发芽率，发芽势、发芽指数均与对照无显著差异(P>0 05)，说明GAs对甘草发芽率等各项指标影响不大。 6结束语 目前药用植物种子休眠主要研究的是休眠的原因和解除种子休眠的技术，对种子在解除休眠过程中和休眠被打破以后的代谢活动也有些研究。这些研究对药用植物人工栽培的发展有很大促进作用。但是与农业上种子休眠的研究相比，药用植物种子休眠的研究还远不够完善，一些深层次的探索，如药用植物种子休眠相关的基因，打破休眠的启动和打破休眠的信号传导系统等方面的研究几乎是空白。主要原因可能是药用植物种子繁多、类型多样，大多野生性强，研究困难，需要的投入较大。今后可借鉴农业种子先进的理论和技术进行深入研究。 摘自：《中药研究与信息》文/史静 马小军 蒋舜媛 陈震

(如果您认为转载内容侵犯了您的权益，请及时联系我们，本网站将在收到信息核实后24小时内删除相关内容。)