两面针种子萌发的物理抑制因素探讨

张振山，何瑞，詹若挺，卢识礼，唐立伟，邢建永

（1.广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心，岭南中药资源教育部重点实验室，国家中成药工程技术研究中心南药研发实验室，广东广州　510006；2.广州中医药大学中药学院，广东广州　510006；3.华润三九医药股份有限公司，广东深圳　518110）



两面针种子萌发的物理抑制因素探讨

张振山1，何瑞1，詹若挺1，卢识礼1，唐立伟2，邢建永3

（1.广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心，岭南中药资源教育部重点实验室，国家中成药工程技术研究中心南药研发实验室，广东广州510006；2.广州中医药大学中药学院，广东广州510006；3.华润三九医药股份有限公司，广东深圳518110）

摘要：【目的】从物理因素的角度探讨两面针种子休眠的原因。【方法】通过种子吸水试验检查两面针种子的吸水特性，采用扫描电子显微镜观察种皮的显微结构，并比较层积处理对两面针种皮的影响。【结果】两面针的种皮透水性良好，无明显吸水障碍；两面针种子具有坚硬致密的种皮结构，低温层积处理可以降解、软化其种皮结构。【结论】两面针种子中存在种子发芽的物理抑制因素，采用低温湿沙层积处理可解除两面针种子的萌发抑制作用。

关键词：两面针种子；种子休眠；物理抑制

药材两面针为芸香科花椒属植物两面针Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC的干燥根，药用价值广泛，具有抗炎、镇痛、抗菌等作用，在痛症方面具有十分独特的疗效［1］。两面针是南方地区的大宗药材，常用于中成药三九胃泰颗粒、正骨水、消肿止痛酊等，药材需求量较大，其野生资源已被过度采挖和破坏，造成药材供应日渐短缺［2］，无法满足临床使用及中成药生产投料的需要。

两面针以种子繁殖为主，同属的花椒、顶坛花椒、蚬壳花椒等植物种子均具有不同程度的复合休眠现象［3-5］，两面针的繁殖培育相关研究也报道两面针种子具有休眠现象［6-7］。种子休眠的一大重要原因是种皮的物理抑制作用［8］。本研究对两面针种子进行扫描电子显微镜观察，并对两面针种子进行了吸水性检查，从物理因素上探讨两面针种子休眠的原因，现报道如下。

1　材料

1.1仪器ZPZ-1000智能低温低湿种子储藏柜（杭州钱江仪器设备有限公司）；BCD-218SDA低温冰箱（青岛海尔股份有限公司）；MDF-U4086S超低温冰箱（日本SANYO公司）；BS-224万分之一分析天平（德国Sartorius公司）；BX41体视显微镜（日本Olympus公司）；LEO 1430VP扫描电子显微镜（德国里奥公司）。

1.2实验材料两面针果实采自广西大塘的两面针GAP基地，阴干至裂开后，去除枝梗、果皮，收集种子（批号：GX20130921），经广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心詹若挺研究员鉴定为芸香科花椒属植物两面针［Zanthoxylum nitidum （Roxb.）DC.］的种子，千粒质量为（24.82±0.26）g。加湿砂混匀，置于种子储藏箱4℃储藏备用。

2　方法和结果

2.1层积处理对两面针种子发芽的影响对未进行低温湿砂层积处理的两面针种子和层积处理的两面针种子的发芽试验进行比较，探讨低温层积处理对两面针种子发芽率的影响。发芽温度为15℃，发芽床为砂上，光照。试验采用完全随机化设计，设3个重复，每个重复采用50粒种子。

表1结果显示：两面针种子随着层积时间的增加，其发芽率渐渐提高，发芽起始时间缩短，提示两面针种子存在休眠特性，低温层积处理可提高两面针种子的发芽率。

表1　两面针种子随层积时间增加的发芽情况Table 1 Germination rates of Zanthoxylum nitidum seeds increased with stratification time

2.2两面针种子吸水性检查按照不同处理方法，将种子分组为未处理（从果实中直接剥取种子）、损伤种皮处理（用小剪剪去约1 mm2的小口），每个处理设置3个重复，每个重复为10粒种子。将种子表面擦拭干净后，称定6份种子的质量，置于培养皿中加入3 mL纯水，在种子吸胀1、2、3、4、5、8、12、20、24、28、32、44、48 h后吸干表面水分，称定种子质量。

计算种子吸水率：p吸水率（%）=（m吸胀后-m吸胀前）/ m吸胀前×100%。绘制不同处理的两面针种子随时间变化的吸水曲线。

图1结果显示：损伤种皮的两面针种子吸水迅速，在24 h之后趋于恒定质量；未处理种子吸水较缓慢，但两者逐渐趋近，至第20 h时已无显著性差异。表明两面针种子的吸水作用良好，并不存在明显的吸水阻滞作用，两面针种子的透水性不是种子发芽率低、周期长的主要原因。

图1　不同处理两面针种子48 h内吸水情况（?±s，N=3）Figure 1 Zanthoxylum nitidum seed water-absorption curves within 48 h after treatment with different methods

2.3两面针种子外部形态及种皮电镜观察

2.3.1两面针种子性状特点图2结果显示：两面针果实为蓇葖果，圆球形，外果皮青绿色或紫红色，裂开时露出黑色光亮种子，有时可见为灰白色的内果皮包被（图2-a）。种子卵圆状至圆球状，外部包被一层黑色光亮的蜡质，底端具有凹陷的种脐（图2-b、c），磨去蜡质后显坚硬的角质结构（图2-d），沿腹缝线剖开可见内部点状的胚根和椭圆形子叶（图2-f）。闻之具强烈的花椒气味，味苦辣。

2.3.2两面针种子扫描电镜观察取两面针种子，一部分直接剖开种皮，观察种子外表面、剖面和内壁，另一部分种子于4℃湿砂层积3个月后取出。将两面针种子剖开，放入临界点干燥仪中充分干燥，分外表面、剖面和内表面进行处理后，把样品台放在离子溅射仪中镀膜，然后把样品置扫描电镜中观察并拍照。选择合适的电镜倍数，观察两面针种子表面、剖面和内壁的微观结构。2.3.2.1外种皮如图3、图4所示，在扫描电镜下，两面针种子外被一层薄而致密的蜡质，蜡质破裂处，可观察到位于下层的外种皮结构，外种皮呈孔隙状结构，细胞大而明显，排列疏松，呈长椭圆形。

图2　两面针果实和种子Figure 2 Fruits and seeds of Zanthoxylum nitidum

观察未层积和层积后的种子扫描图，图4结果显示：两面针种子表面由光滑而致密的蜡质覆盖，隐约可见下层外种皮结构形成的突起。蜡质易破损，露出外种皮（腔隙状）。与未层积处理种子的种皮比较，层积后的两面针种子种皮蜡质破损较严重，蜡质和外种皮间显现空隙，结合松散，突起不明显，露出的外种皮降解程度较高。即层积处理对两面针种子外种皮具有降解、软化作用。

图3　两面针种子横断面扫描电镜图（×150）Figure 3 Scanning electron microscopic image of cross-section of Zanthoxylum nitidum seeds

图4　两面针种子表面扫描电镜图（层积前后）Figure 4 Scanning electron microscopic images of Zanthoxylum nitidum seed surface before and after stratification

2.3.2.2中种皮两面针种子种皮的断面主要为蜡质、外种皮和中种皮3层结构，其中，中种皮为硬角质，细胞排列紧密，看不到细胞腔，占种皮厚度的一半以上，是两面针种子种皮的主体结构，也是造成两面针种子硬实性的主要原因。这种结构对胚起保护作用，但在种子萌发期对种胚的生长、伸长造成了机械阻力。

图5结果显示低温层积处理和未处理的两面针种子种皮情况：层积处理后，中种皮组织分解、脱落，留下疏松、多孔的骨架结构，这可解释两面针种子在低温层积处理后期，种皮能自行裂开、脱落的现象。表1结果显示：低温层积处理后两面针种子的萌发时间缩短，发芽率提高。

2.3.2.3种皮内壁图6结果显示：种皮与种胚之间连接处有一层膜状结构，为两面针种子的附属结构，在其他花椒属植物种子中也有发现［9］，但其具体功能未知。比较层积处理及未处理的两面针种子，提示层积处理对种子的内壁影响较小。

图5　两面针种子横断面扫描电镜图（层积前后）Figure 5 Scanning electron microscopic images of Zanthoxylum nitidum seed cross-section before and after stratification

图6　两面针种子内壁扫描电镜图Figure 6 Scanning electron microscopic images of Zanthoxylum nitidum seed inwall before and after stratification

3　讨论

在许多高等植物如禾本科、芸香科植物中，表皮细胞外常覆盖一层角质层蜡质，具有一定的生理和生态功能，如阻止植物非气孔性失水，也可引起植物种子的硬实透水透气性差，对胚的生长造成机械性束缚，引起种子休眠［10-11］。

但在两面针种子的吸胀实验中发现，两面针种皮并不存在明显的吸水阻滞作用。进一步对种子的显微结构进行观察，两面针种子主要由外种皮、中种皮和内种皮组成，其中外种皮包被一层致密而薄的蜡质和一层栅栏状的表皮细胞，吸水性实验表明两面针种子的这种结构可以保证种子吸水的正常进行，这和花椒属另一植物蚬壳花椒的种子吸水性质基本一致［3］。

两面针种子中种皮占两面针种皮厚度的一半以上，细胞排列紧密，细胞间隙不明显，是造成两面针种子物理硬实的主要原因。比较未处理和层积处理的两面针种子结果显示：通过湿砂以及低温处理，可软化两面针种子的种皮结构，使得种皮硬实结构变疏松，中种皮细胞脱落。在实验中也发现，层积处理末期，两面针种子的种壳甚至出现自行裂开，露出内部种胚的现象。

花椒属多种植物种子均具有硬实性强的特性，针对这种特性，许多研究者提出采用磨损种皮、酸蚀、碱蚀等方法对种子进行处理，但由于在种子的批量处理时方法较繁琐，且不易掌控处理程度，极易损伤种子活力［12-14］。而通过层积处理可模拟冬季的低温过程，软化种皮，同时促进种子内部营养物质、植物激素的积累，解除种子休眠，提高种子发芽率［4］，对种子损伤小，在实际生产中较常用。本研究通过采用低温湿砂层积处理两面针种子，可显著地提高发芽率。然而，处理所需时间较长（3个月以上）则是限制层积处理的一个重要因素。为进一步提高两面针种子的繁殖效率，从外源激素、内源激素、代谢营养物质等方面研究种子的休眠生理，也成为种子破除休眠工作的一个重要研究点［15-16］。

参考文献：

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［9］陈训，彭惠蓉.顶坛花椒果皮及种子形态组织学研究［J］.种子，2009，28（3）：18.

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【责任编辑：黄玲】

Investigation of Physical Factors of Inhibiting Germination of Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC Seeds

ZHANG Zhenshan1，HE Rui1，ZHAN Ruoting1，LU Shili1，TANG Liwei2，XING Jianyong3
（1.Research Center of Chinese Medicinal Resource Science and Engineering，Key Laboratoryof Chinese Medicinal Resources from Lingnan，Ministryof Education Joint Laboratoryof National Engineering Research Center for the Pharmaceutics of Traditional Chinese Medicines，Guangzhou Universityof Chinese Medicine，Guangzhou 510006 Guangdong，China；
2.School of Chinese Herbal Medicine，Guangzhou Universityof Chinese Medicine，Guangzhou 510006 Guangdong，China；
3.China Resources Sanjiu Medical &Pharmaceutical Co.Ltd，Shenzhen 518110 Guangdong，China）

Abstract：Objective To investigate the physical mechanism of dormancy of Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC seeds.Methods Water-absorbtion characteristics of Zanthoxylum nitidum seeds were tested by permeability experiments.Scanning electron microscope was used to observe the microstructure of Zanthoxylum nitidum seed testa，and the structure of seed testa before and after stratification were compared.Results Good permeability of Zanthoxylum nitidum seed testa ensured water absorption of the seeds.Zanthoxylum nitidum seeds contained hard and dense testa structure，but low temperature stratification degraded and softened the testa.Conclusion Physical factors of inhibiting Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC seed germination can be degraded by low temperature stratification.

Keywords：Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC seeds；seed dormancy；physical inhibition

中图分类号：R282.2

文献标志码：A

文章编号：1007-3213（2016）03 - 0411 - 05

DOI：10．13359/j．cnki．gzxbtcm．2016．03．028

收稿日期：2015-12-18

作者简介：张振山（1990-），男，硕士研究生；E- mail：zhenshan_cham@163.com

通讯作者：何瑞，女，博士，研究员，博士研究生导师；E- mail：ruihe@gzucm.edu.cn

基金项目：广东省协同创新中心创新科研团队建设项目（编号：A1- AFD01514A04）