药用植物种子形态生理休眠研究方法概述△

付长珍，郭宝林

(中国医学科学院/北京协和医学院 药用植研究所，中草药物质基础与资源利用教育部重点实验室，北京 100193)

药用植物种子形态生理休眠研究方法概述△

付长珍，郭宝林*

(中国医学科学院/北京协和医学院 药用植研究所，中草药物质基础与资源利用教育部重点实验室，北京 100193)

形态生理休眠是种子休眠5种类型中最复杂的一种，很多药用植物种子都具此种休眠，这给实际生产和研究带来较多困难，而国内尚无文献对其做详细介绍。本论文基于植物生理生态学方法，首次系统总结了具有形态生理休眠(MPD)的特性、分类，并详细介绍了一种既可在最短时间内解除种子形态生理休眠，又能确定此种形态生理休眠的具体类型的通用方法。

形态生理休眠；药用植物种子；分类；破眠方法

形态生理休眠(morphophysiological dormancy，MPD)是植物种子休眠5种类型中最复杂的一种类型，即同时含有形态休眠和生理休眠。具有该特性的药用植物种子很多，如人参、细辛、羌活、淫羊藿、黄连、银杏、延胡索、重楼等，解除休眠的研究往往要经历比较长时间的摸索，本文则介绍美国种子生理学科学家Baskin等开发的一种解除形态生理休眠的系统研究方法，供参考。

1 种子休眠类型的判别

Baskin和Baskin[1，2]曾分析了5种休眠类型和植物系统进化树之间的关系，发现形态休眠(MD)/形态生理休眠(MPD)种子存在于原始的被子植物中，该类种子具有未发育的、需要较长时间生长的胚，种子散布后，在不同的时间分散萌发。这些被子植物中类群有：木兰科、五味子科、毛茛科、罂粟科、马兜铃科、小檗科、芍药科、伞形科、五加科等双子叶植物科，以及百合科、天南星科等单子叶植物科，裸子植物中原始的科，如银杏科、罗汉松科和红豆杉科等也常见具MPD种子。此外，其他几种类型休眠种子在植物中的分布情况是：生理休眠(PD)是植物系统发育树上分布最广的休眠类型，从裸子植物、被子植物中原始到高级的几乎所有的科都有分布；物理休眠(PY)/物理+生理休眠(PY+PD)具有不透性的种皮(+果皮)，这类休眠可能是植物对于专一生活策略和生境的一种适应，是一种衍生的、较为特化的休眠类型，也比较集中地出现在某些科中，如豆科、牻牛儿苗科、蔷薇科、漆树科等；非休眠种子广布于整个系统发育树上所有类群。因此根据上述规律，判断一种植物种子的休眠类型可先看其所属的类群，同属或同科植物的种子常具有类似的休眠特性，这有助于我们进行休眠类型的最初判断。

然后，可以根据种皮是否透水、胚是否发育完全和适宜条件下30d内是否萌发来进行休眠类型的进一步判断，具体见表1。在定义休眠的时候常提到“适宜温度”指的是在该植物在原生环境中，种子萌发时的温度，因此研究者在进行判断的时候要尽可能获知该植物的原生境所属的地区、种子萌发的季节和温度。但表1所述的适宜温度可以是原生境萌发温度及稍高或者稍低的一个范围。

表1 植物种子休眠分类检索表[3]

2 形态生理休眠(MPD)的特性和分类

目前国内外关于种子休眠的研究多集中在PD和MPD，解除这2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 ℃，其中20～25 ℃最常用)和低温(温度范围0～10 ℃，其中5 ℃左右最常用)层积。接下来重点介绍MPD的解除。

具MPD的种子，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。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和Baskin[1]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，见表2。

表2 植物种子形态生理休眠分类检索表[3]

3 植物生活史已知的MPD种子破眠方法

(1)如果某植物种子春天成熟，同年秋天萌发，则可能具有浅度简单MPD，只需高温层积便可解除休眠，如伞形科细叶芹属Chaerophyllumtainturieri[11]。当然有时候仅具形态休眠且需要低温种子才可以萌发的也会表现出此现象，如毛茛科人字果属Isopyrumbitenatum；(2)若种子秋天成熟，第2年春天萌发，则可能具有深度复杂MPD，只需低温层积便可解除休眠，如伞形科独活属HeracleumsphondyliumL.[12]，但也有可能是深度简单双重MPD，经低温层积后仅胚根突出种皮，芽(或上胚轴)到第3年的春天才能萌发，如滇重楼[10，13]；(3)若种子春天成熟第2年春天萌发，则可能具有深度复杂MPD，只需低温层积便可解除休眠，夏天的高温对解除此类休眠不是必须的，如毛茛科翠雀属的Delphiniumtricorne；(4)若种子夏天成熟，只在春天萌发，则可能具有低度复杂MPD，需高温+低温层积来解除休眠，此时只有经过高温层积后，低温层积才有助于促进种子萌发，即高温是必须的，如伞形科香根芹属Osmorhizalongistylis(Torr.)D.C.[5]；(5)若种子在初秋成熟第3年春天才萌发，则可能具有深度简单MPD，因种子在秋天成熟，无法经历足够长的暖温层积以完成第一阶段的休眠，则需经过连续3个处理才能萌发：夏天的高温，秋天的暖温以便胚生长，冬天的低温，如人参[14，15]，先在20 ℃下层积30 d，接着10-15 ℃层积60 d，后0-5 ℃层积90 d才能萌发。

4 植物生活史未知的MPD种子破眠方法—系统温度法(Move-Along Experiment)

Baskin根据自己多年的研究经验总结了一套实验方法，叫系统温度法(Move-Along Experiment)，适用于不知道所研究植物生活史的种子类型，但是研究前尽可能多的了解到该植物的种子生态学方面的信息也还是必要的。具体实验方法如下：6个处理组，见表8，每组3个重复，每重复不少于50粒(在种子量特别少时，可以相应减少)，种子与沙混合置于培养皿中，保持湿润。所用培养箱设置变温(高温/低温12 h/12 h)，光照/黑暗14 h/8 h。系列A：30/15 ℃，20/10 ℃而后15/6 ℃模拟自然环境下由夏天到秋天温度逐渐降低，1 ℃或5 ℃恒温或1/5 ℃模拟冬天，系列B：则模拟自然环境下从冬天到春天温度逐渐升高，然后模拟夏天的温度变化。这两个系列温度分别以夏天和冬天温度开始，持续2年模拟自然条件下四季温度的变化。在具体研究中，可根据原植物生境所在地的实际温度进行各个温度设置。具体实验设计及流程见表3。实验过程中可以在各个系列中不断观察萌发的情况，更好的做法是，变温系列A和B，每次温度转换时，解剖5粒种子，观察胚生长的情况；恒温系列C～F，则每4周可进行一次种子解剖观察。

通过上述处理，并观察在哪组、哪几组中，以及变温系列中在进行到的哪个温度阶段出现萌发，则可大致确定属于哪一类型的MPD，但要具体确定还需下列信息，如(1)若种子萌发需经过低温层积，由表2可知则种子休眠属于二级检索下的1种，即中度复杂、深度复杂或深度简单双重MPD，再根据GA3是否能代替低温层积而使种子萌发来判断具体属于哪一类，用100 mg/L GA3(GA4/7更好)处理后置于20/10℃培养约12周看种子是否萌发；(2)中度简单、深度简单和低度复杂MPD的确定，需依据胚在暖温或低温阶段是否生长和GA3是否促进种子萌发。若经过高温层积后，胚在暖温阶段生长，说明种子具中度简单或深度简单MPD，就需根据GA3是否促进种子萌发来确定，将胚已生长的种子用100 mg/LGA3(GA4/7更好)处理，看GA3是否能替代低温层积而促进种子萌发，若能，则具中度简单MPD，反之则为深度简单MPD，但GA3能促进具深度简单MPD种子的胚生长，不能促进种子萌发。若种子经高温层积后胚在暖温阶段不生长，而在低温阶段生长，则种子具低度复杂MPD。当然对于任何一种类型的种子，不用G A3处理最终都可以萌发，用G A3处理进行最后归类的意义可能在于未来运用于研究和生产时，可以通过使用G A3来减少层积时间和转换层积温度等。

若种子经过这一系列实验，皆没有发芽，可能因为：(1)种子没有活力；(2)对某些物种而言，在20/10 ℃下层积4周不足以让种胚生长完全，如毛茛科鲜黄连属Jeffersonia在30/15 ℃层积12周后，需在20/10 ℃下层积6周，胚才能生长完全[16]；(3)以5 ℃作为低温不够，可改为1 ℃或5/1 ℃；(4)对于某些物种，黑暗更利于种子萌发。

具有生理休眠(PD)的种子解除休眠也和其生活型相关，只是不需要提供胚生长的条件，上述研究方法也适用于PD种子解除休眠的条件摸索。当供试种子量十分有限时，也可只设系列A和B。若所研究种子产于当地，也可以直接将种子存于室外，进行温度记录和定期种子解剖即可。

表3 实验设计及流程表[3]

5 总结

当着手研究某药用植物种子休眠特性时，可采取如下步骤：(1)查阅同科属植物种子是否具休眠现象，若有，属何种休眠，可能具有相似特性；(2)通过种子吸水率实验看是否存在种皮吸水障碍，据此判断是否具物理休眠(PY)；(3)解剖种子，观察胚的发育情况，未分化(属特殊的形态休眠MD)、已分化但未发育完全(形态休眠MD或形态生理休眠MPD)、发育完全(非休眠或生理休眠PD)；(4)测定种子生活力，确保供试种子为有生活力种子；(5)对于胚发育完全的种子，找出该植物在自然环境生活时的种子萌发温度，并在该温度下进行发芽实验(注意同时考虑不同的光处理)，如果30天内种子萌发，则为非休眠种子，如果不能萌发，则属于休眠种子；(6)无论胚是否发育完全的休眠种子(即具有PD或者MPD)，采用Move-along实验方法可在最短的时间内，用最少的种子获悉种子休眠特性方面的信息，并找到初步的解除休眠方法；(7)在(6)的基础上，进行改进，寻找最适宜的解除休眠的方法。

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ReviewonMorphophysiologicalDormancyResearchMethodofMedicinalPlantSeeds

FU Chang-zhen，GUO Bao-lin

(KeyLaboratoryofBioactiveSubstancesandResourcesUtilizationofChineseHerbalMedicine，MinistryofEducation，InstituteofMedicinalPlantDevelopment，ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege，Beijing100193)

Morphophysiological dormancy (MPD)，one of five types of seed dormancy，is the most complex one.Many medicinal plant seeds contain this kind of dormancy，which bring forth many difficulties in production and research regarding medicinal plant seeds.But as so far，it is not found any domestic literatures introducing this kind of dormancy in details.In this article，based on the methods of plant physiological ecology，we detailed the characteristics and classification of MPD，as well as the efficient method to break this kind of dormacy.

Morphophysiological dormancy；The medicinal plant seeds；Classification；Breaking dormancy

2013-03-06)

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国家科技重大专项——中药材种子种苗和种植(养殖)标准平台“淫羊藿种子(苗)质量标准和良种繁育技术规程研究”(2009-2010)(2009ZX09308-002)，(2012-2015)(2012ZX09304006)

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郭宝林，Tel：(010)57833172，E-mal：guobaolin010@163.com