黄精种子休眠及休眠解除研究进展 　　

　　种子休眠在 是指有活力的种子在适宜的发芽条件下不能发芽(发芽)的现象【积善花瑶】。大多数植物种子或强或弱，具有休眠特性。休眠程度可以反映种子萌发的一系列环境要求，包括温度、水分、光照和氧气，也可以反映种子的休眠程度[78]。许多药用植物种子有休眠现象。在药用植物的生产和研究过程中，种子休眠的这一特性已经成为药用植物快速高效育苗的障碍，对药用植物的育种和栽培产生了很大的影响。探索药用植物种子休眠机理，打破种子休眠是药用植物育苗的关键环节。在休眠种子的萌发过程中，一般来说，除了普通种子的条件(如光照、水分、氧气等。)，必须给予特殊待遇。种子休眠的原因是打破种子休眠，促进种子萌发的前提条件[79]。本章综述了药用植物种子休眠的类型、休眠机理和常用的打破休眠的方法。 　　

　　1种子休眠的类型 　　

　　合理的分类是正确认识事物和解决问题的前提和基础。在种子生物学的研究中，人们通常将植物种子的休眠分为两种类型。第一种是内因造成的，称为胚休眠。主要是因为胚胎需要成熟[青钱柳]，即胚胎发育尚未完成，胚胎生理上不成熟，或存在抑制萌发的必要激素或物质，降低了胚胎的活力。胚胎本身存在一些生理障碍，如银杏、山楂、梨、苹果、小麦等种子。第二种是外界原因引起的，称为种壳休眠，即胚外种皮、果皮或胚乳等各种组织的限制，包括种壳的机械障碍、不透性和透气性，以及种壳中存在发芽抑制物[积山花药]，如紫椴、苜蓿、三叶草种子。但实际上，有些种子同时具有两种休眠类型，即许多科研人员提出的综合休眠类型。 　　

　　种子休眠的原因是复杂多样的，因此根据不同的分类标准，可以对种子休眠进行不同的分类。Haiper [83]将种子休眠分为三种类型：内在休眠、强制休眠/生态休眠和诱导休眠。Gubler等人[84]将休眠分为原生休眠和次生休眠，分别类似于Harper描述的固有休眠和诱导休眠。著名的种子休眠生理学家巴斯金认为，这些只是对不同休眠状态的描述，而不是恰当的分类。Nikolaeva [85]发现种子的形态和生理特性决定了休眠的类型，巴斯金提出了较为完整的种子休眠分类体系[86]，可分为生理休眠、形态休眠、物理休眠和复合休眠五大类(植物种子休眠的分类和检索见表1-2)。由此可见，旧的分类似乎并不恰当，一个被广泛认可的种子休眠类型分类体系一直在随着研究者的研究角度和深度而变化和争议。同时，植物种子休眠是植物适应各种因素以保持自身繁殖和发育而形成的生物特性，其多样性也是生物多样性的一种表现[87]。 　　

　　2种子休眠机制 　　

　　学术界对种子休眠机理的认识有两派。经典学派认为休眠是由激素控制的，支持这一观点的研究结果如下：休眠的启动、控制和终止明显受生长抑制剂和生长促进剂之间平衡的调节；(2)虽然休眠期的变化(从休眠到激活，从激活到休眠)尚未得到充分研究，但很可能是由环境因素引起的，环境因素通过IAA、GA、ABA、乙烯等植物激素的传导影响休眠期的变化。法国学派认为，休眠是一个复杂的过程，激素在其中只起表面作用，种子的休眠是一个非常复杂的过程，受许多外部和内部因素的控制，可以自发调节，从而创造出一种发芽与否的生理状态[M]。在长期研究和实践的基础上，学者们提出了许多理论，如激素控制理论、代谢物调节理论、基因表达调节理论、呼吸系统变化理论、光敏色素系统控制理论、能量调节理论等。试图解释种子的休眠机制。 　　

　　2.1激素控制理论 　　

　　1975年，美国学者Khan提出了植物激素“三因素”理论，即发芽促进剂赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)和发芽抑制剂脱落酸(ABA)的相互作用决定了种子的休眠和发芽，不同的激素条件对应不同的生理状态。ABA的存在和GA3的缺乏会引起种子休眠，而GA3是解除休眠和促进萌发的主要因素，是种子萌发所必需的。GA被称为调动和利用胚乳物质的激素。能有效促进大分子物质的降解，诱导多种酶的释放，打破胚乳对胚根突破种皮的限制等。从而促进非休眠种子的萌发，打破休眠种子的休眠。这一点已经在番茄、烟草、大麦等植物中得到证明。只有当ABA存在时，CTK的存在才是必要的。ABA能诱导种子休眠，并能不同程度地抑制胚芽鞘的伸长、植物体内糖的代谢速率和-淀粉酶等酶的活性，影响核酸及相关蛋白质的合成，抑制发芽。CTK可以减缓ABA对GA3的抑制作用，实现GA3的作用。这三种激素的相互作用决定了种子的休眠和萌发。阿门进一步发展了抑制物之间相互作用的观点，提出了种子休眠的激素控制模式，认为种子休眠状态是由内源抑制物和促进剂之间的平衡决定的，当它们之间的平衡趋于被抑制时，就发生了休眠。休眠的种子需要外界条件刺激内源激素的激活，然后在激活激素的作用下，潜在的酶被激活，最终恢复所有的代谢活动，导致种子萌发。 　　

　　除了ABA、GA3和CTK，IAA(生长素)和ETH(乙烯)是常见的激素。一般来说，IAA与种子休眠关系不大，而ETH可以促进种子萌发，与其他激素一起调节种子休眠和萌发。但本研究使用的材料都是不需要低温处理的种子，乙烯对需要低温处理打破休眠的种子没有影响。有研究者认为，乙烯可以促进某一物种非休眠种子的萌发，但不能完全打破休眠种子的休眠。 　　

１９７７年，Ｈａｎｄｒｉｃｋ等提出种子休眠的解除和呼吸途径有关。在解除休眠的发芽种子中，糖酵解（ＥＭＰ）途径和三羧酸循环（ＴＣＡ）途径是常规的呼吸代谢途径，还有磷酸戊糖途径（ＰＰＰ），而且它是生物利用能量的主要途径。磷酸戊糖途径可以产生ＤＮＡ、ＲＮＡ的前体物质，这些物质也是种子发芽所必须的。当种子呼吸途径转为ＰＰＰ时，意味着种子由休眠向萌发过程转变。这在休眠和不休眠燕麦品种种子和西洋参种子萌发研究中均得到了验证，即呼吸代谢途径由ＥＭＰ／ＴＣＡ转向ＰＰＰ。其中，磷酸己糖异构酶、６－磷酸葡萄糖脱氢酶和苹果酸脱氢酶分别是糖酵解（ＥＭＰ）途径、三羧酸循环（ＴＣＡ）途径和磷酸戊糖途径（ＰＰＰ）的关键性酶之一。所以，在休眠和发芽过程中，通过这些代谢酶的活性测定，可以进一步了解三种呼吸途径的状态，更有助于理解种子休眠的机理，从而寻找解除休眠的更好方法。蛋白质、淀粉、脂肪等主要贮藏物质是种子萌发生长的营养物质和幼苗早期生长的能量来源。当种子从休眠状态进入吸胀萌动阶段时，首先将胚部或胚轴中的可溶性糖、氨基酸以及少量的贮藏蛋白用于生长，而后在相关代谢酶的催化下将贮藏物质分解成可溶性的小分子物质并输送到胚的生长部位。如阿月浑种子萌发过程中种子的干重、粗脂肪及贮藏蛋白的含量在子叶中均下降，而在幼苗胚轴中则有所上升，可溶性糖的含量先下降后上升，说明贮藏物质变化总趋势是从子叶进入幼苗胚轴中。王家源等研宄显示，青钱柳种子层积过程中主要贮藏物质粗脂肪、淀粉、可溶性蛋白的含量均下降，可溶性糖的含量不断增加，而相应的脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶活性都有不同程度的增加。说明在层积过程中於藏物质不断地被相应的水解酶分解代谢，为萌发做物质动员。

２．３基因调控学说

有学者认为，休眠期间的植物器官进行着核酸代谢，并认为休眠是由于ＤＮＡ活性下降或受到抑制，或是由于蛋白质合成过程中ＲＮＡ活性下降或受到抑制，并且还推论器官休眠至少是缺乏某种ｍＲＮＡ。杨孝汉等［青钱柳］试验结果表明玉兰种子在休眠解除的初期，蛋白质的合成是由种子预存的ｍＲＮＡ翻译进行的，即种子休眠的解除在早期受到翻译水平的抑制，以后新ＲＮＡ合成产生，标志着转录水平开始参与休眠的调节。对休眠种子使用激动素或赤霉素，可提高合成酶的活性；联合使用这两种激素更能提高合成酶的活性．对经过处理的胚，若使用ＡＢＡ，则抑制这种活性。低温期间添加６－甲基嘌呤显著地抑制这种酶，说明在解除休眠期间氨基酸ｔＲＮＡ合成酶活性增加，可能是由于遗传材料的去阻遏引起ＲＮＡ转录增加，接着合成酶的转译増加［吉山花瑶］。这些结果很好地协调了在休眠解除调节作用中的转录和翻译过程。基因信号的传导对解除种子休眠也有很重要的影响。活性氧（ＲＯＳ）可作为“第二信使”以氧化信号传导在植物中引起作用，例如氢氰酸在刺激休眠的向日葵种胚萌发时，有多种关系着活性氧（ＲＯＳ）的产生和信号传导的基因表达，这一过程增加了过氧化氢和超氧化物阴离子对胚轴的影响，促进了种子萌发。迄今为止，基因调控学说在解释控制和解除种子休眠的机理方面己经取得显著的进展，但尚未能够普遍应用，仍需进一步研宄。

２．４次生代谢物抑制学说

研宄已证明许多植物的休眠是除激素以外的次生代谢物造成的，现已发现的此类植物发芽抑制物有香豆素，生物碱，有机酸，酚类，脱落酸，内酯，咖啡酸，茉莉酸及阿魏酸等。如甜菜、西洋参种子中含有多种有机酸、亚胺以及高浓度的离子。杨晓玲在对山楂种子的休眠研宄中认为酚类物质含量低，在利于种子萌发。所以次生代谢物也不完全都属于代谢抑制物质。

３药用植物种子休眠解除方法

ＰＤ、ＭＤ、ＭＰＤ、ＰＹ和ＰＹ＋ＰＤ五种休眠类型的种子，采取的休眠解除措施也各不相同。常用方法有：①物理方法，包括：机械处理、温度处理（高温、低温、变温）、干藏干热及射线、超声波、电场和磁场处理；②化学方法，包括：激素处理、无机化学试剂处理和有机化学药剂处理；③综合处理方法。ＭＤ型休眠种子较少，无需特殊处理，仅需要一段时间让胚生长至足够的体积种子便能萌发，在适宜条件下，刚采收的种子，其种胚在几天或１～２周后便开始生长，约３０ｄ内即可萌发。层积处理能有效促进种子胚结构发育完整，厉彦森等对明党参进行研宄发现，对明党参层积处理，初期处于球形胚阶段，一段时期后，多数种子的胚开始伸长，长出胚根，层积后期，出现２片子叶，并逐渐增大，胚乳逐渐缩小，到后期胚乳完全消失，种子萌发。在自然温度下，种子需要很长的时间来完成胚的形态后熟，因此，明党参种子休眠的主要原因是形态后熟。经过５°Ｃ层积４５ｄ后，明党参种子可发芽完全；而在１０～１５°Ｃ下种子则发芽更加迅速。其它ＰＤ、ＭＰＤ、ＰＹ和ＰＹ＋ＰＤ四种休眠类型的药用植物种子及其休眠解除处理方法，

４形态生理休眠（ＭＰＤ）

ＭＰＤ型休眠种子即生理形态休眠类型，植物种子既没有完整的胚结构又存在萌发抑制物，使得种子不能正常萌发，只有当胚生长到特定长度且生理休眠也被解除之后种子才可能萌发。此类型常存在于木兰科、毛茛科、罂粟科、马兜铃科、小檗科、冬青科、伞形科、五加科、百合科、天南星科等植物类群中，如重楼、刺五加、黄连等。打破此类种子休眠需除去种子内萌发抑制物，并通过适宜的条件使植物种子形成完整胚结构。解除该类休眠可能需要不同温度的层积处理（层积指将种子置于湿润的基质，常以沙作为基质）。层积分高温层积（温度范围１５～３５°Ｃ，其中２０～２５°Ｃ最常用）和低温（温度范围０～１０°Ｃ，其中５°Ｃ左右最常用）层积。Ｂａｓｋｉｎ基于植物生理生态学方法，即具有ＭＰＤ种子的植物生活型和该植物种子从成熟落地到萌发期间的环境温度变化，来解除休眠对种子进行分类。从植物生活型来说，在自然环境下，夏型一年生植物（生命周期在春夏秋之间，春天发芽夏秋开花结果）种子休眠的解除发生在冬天，一般需要低温层积来解除休眠，大多数多年生植物与夏型一年生植物一致；冬型一年生植物（生命周期在秋冬春之间，秋天发芽春天开花结果）种子若具休眠，其休眠的解除一般发生在夏天，常需高温层积来解除休眠，部分多年生植物的ＭＰＤ种子与冬型一年生植物一致。Ｂａｓｋｉｎ根据可以解除生理休眠和满足胚生长的条件，以及赤霉素ＧＡ3是否有助于休眠的解除，将形态生理休眠分为８个类型，