观赏树木种子休眠研究方法综述

很多观赏树木是用种子繁殖的，种子休眠是种子繁殖中首要解决的问题之一。当具有生活力的种子在适宜的萌发条件下仍不能萌发时，称种子处于休眠状态。种子休眠是植物经长期演化获得的一种对环境条件及季节性变化的生物学适应性，它对"种"的保存、繁衍是极为有利的。但同时，种子休眠也给生产带来了极大的麻烦，因为播种前必须用种种方法来打破休眠，如果栽培和育种工作者不了解种子的特性，那么要想在植物后代培养中获得理想的结果，是十分困难的。为此，充分了解种子休眠的原因，进一步创造条件来满足种子通过休眠期的需要，可加快植物繁殖进程，获得整齐一致的发芽率，为植物生产创造良好的条件。本文就种子休眠的研究方法作一简单综述，以期为种子休眠研究和种子繁殖提供借鉴和依据。

1　种子休眠机理的研究方法
    种子休眠一般可分为外源休眠、内源休眠和综合休眠。种子物理透性常引起外源休眠：内源休眠有的因胚发育不完全所致，有的因种子萌发的生理抑制机理，即种子的生理休眠。综合休眠则是内外源因素互相联系共同控制着种子的休眠；使种子休眠问题的研究复杂化。因此，只有运用正确的研究方法，全面而又系统的考虑问题，才能找出种子休眠的真正原因，从而采取相应措施打破休眠。
1.1　种源调查
    查明供试种子的系统分类地位、所属科属，以便参考同类种子的休眠性状。一般同科同属的种子具有类似的休眠习性，如豆科（Leguminosae）种皮不透水引起物理性休眠：木犀科白蜡属（Fraxinus）的休眠都与内源抑制物有关。同时，还应该掌握种子原产地的气候及生态条件等资料，种源影响到种子休眠的有无与深浅，以及发芽条件。但种子休眠习性与种源气候的关系，在不同树种之间存在很大的差异。如糖槭（A cersaccharum）、欧洲白蜡（Fraxinus excelsior）等种源愈往北，种子休眠就愈深：而北方种源的美国白松种子比南方种源的种子休眠要弱些。白皮松（Pinusbungeana Zuce.）种子越来自干旱地区休眠越深；而油松则是条件越有利的地区休眠越强。这种因种而异的特点增加了研究的复杂性。
    了解自然状态下种子的出苗性状及人工育苗中的成败经验，也有利于确定种子萌发障碍的原因。
    另外，在试验时，要保证试验材料的一致性。测定种子生活力、含水量、有仁率、千粒重，从而避免把种子质量问题引起的不发芽现象认作是休眠。
1.2　种皮透性测定
    种子的外源休眠往往与种皮透性有关。测定种皮透性是了解种子休眠生理原因的常见方法之一。如通过测定种皮透性发现：椴树（Tilia tuan）、欧洲白蜡为种皮不透气；乌桕（Sapium sebifrum）、花椒（Zanthoxylum bungeanum）、漆树（Rhus verniciflua）等种皮有油、蜡质，既不通气也不透水；豆科种子多为透水、通气性不良 [5～7]。透水性可用称重法从种子的吸水曲线中获得。目前暂无有效的测试种子透气性的直接方法，一般采用瓦布格微量检压仪测定。
1.3　种子解剖结构的观察
    种皮厚度和结构对种子休眠的影响，有的是由于种皮纤维素木质化或果胶质加厚；有的是由于种皮外表有角质层，此处栅栏组织排列很紧密，有一条不透水的明线，如紫椴（Tilia a- murensis）；有的是由于种皮的厚角组织细胞形成大量的果胶质和石细胞，细胞壁上的微团在轴面上的方向是有规律的鱼鳞坑结构，妨碍气体的交换，降低氧的透过率，如元宝枫（Acer truncatum）。这就需要通过对种皮结构进行解剖观察，以此了解种皮结构对种子休眠的影响。
一个完整的胚具有胚芽、胚轴、胚根、子叶，但是有些植物，例如欧洲白蜡树、水曲柳（Fraxinus mandshurica）、银杏（Ginkgo biloba）等种子采收时，胚尚未发育完全，通过解剖观察就可以了解到种胚在形态上是否发育完全。许多植物种子的胚虽然形态成熟，但并未完成生理后熟。王怡陶根据休眠层积过程中胚长、胚重比的变化情况，以及该过程中物质新陈代谢的规律，提出红松（Pinus koraiensis）的休眠主要原因是种子未完成形态后熟和生理后熟，在低温层积过程中，胚还要不断的发育，才能完成形态后熟，再经过生理后熟才能萌发。
    种子解剖结构的观察可以通过显微镜观察、电镜观察，制作石蜡切片等方法进行，应根据需要选择合适的方法。
1.4　激素的提取和测定
    许多种子不能萌发是因为种子内存在着萌发抑制物，如白蜡树属、现代月季（Rosa Aybrida）、白皮松（Pinus bungeana）等。一般将种子分成种皮、胚乳、胚等各个部分分别进行
    抑制物的提取和测定。抑制物的提取是利用抑制物能否溶于有机溶剂（如甲醇、丙酮）的特性进行的。粗提取物经过一系列的分离处理（诸如萃取、薄层层析、纸层析等），使各个成分相互分离：各个成分可以用白菜籽或苜蓿等种子来作生物测定，观察其抑制作用的强弱[9，14]。种子的内源抑制物是多种多样的，除ABA外，还有氢氰酸、芥子油、氨、有机酸、醛类、酚类、香豆素、脂肪酸等。前人研究认为：种子休眠由内源生长抑制物质与内源生长促进物质的平衡调节，如 GA，CTK，ABA及其他抑制物质。因此，应根据这些基本理论，用相关激素和化学物质进行外源处理，然后测定其内源激素。
    激素含量测定的方法有高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GS）和酶联免疫吸附检测法（EIISA）等。
有些长期休眠的种子是因种皮的机械障碍、抑制物存在和需生理后熟等两种或两种以上的综合因素造成的，如椴树属、白蜡树属、红松、圆柏（Sabina chinensis）和山楂（Cratae guspinnatifidae）等种子。这就需要综合运用以上所述方法，找出种子休眠的真正原因。
1.5　分子生物学方法的应用
    分子生物学的发展为种子休眠的研究开辟了一条新途径。在种子休眠的特定阶段或种子经特定处理后用聚丙烯酰胺凝胶电泳等方法来检测基因产物的变化，从而研究种子休眠的机理。研究休眠的分子技术包括 ABA突变体的利用、分子标记、转基因技术、用反义 RNA阻止基因的表达、c DNA克隆技术等。如对 ABA突变体和野生型植株进行互交实验发现：只由胚胎本身产生的 ABA才可引起休眠。分子标记被用于与休眠诱导、维持和释放相联系的生理反应的量化研究。 Morris等对 ABA敏感的小麦种子的研究表明：在吸水的休眠种子中，一些对 ABA敏感的基因表达被延迟了。Totyomasu从莴苣中分离出两个 c DNA克隆，以此来研究休眠释放中基因转录的变化。Lea基因，也称后期胚胎发育丰富基因，它们是仅仅在胚休眠过程中表达的一组基因，其表达受 ABA调节，Lea基因已在不少植物中研究过。
    分子研究可把那些表明面上相关的现象联系起来，从较多的因素中确定与休眠有关的基因，并从分子水平上阐明休眠机理。
    目前应用分子生物学方法研究种子休眠多集中在农作物上，但其在观赏植物种子休眠中的应用前景同样很广阔。

2　解除休眠的方法
解除休眠的方法很多，如层积、激素处理、化学药剂处理及一些物理方法，要针对种子休眠的原因来寻找适宜的打破休眠的方法。综合休眠一般要运用两种或两种以上的方法才能有效破除休眠。
2.1　化学药剂处理
常用的化学药剂有浓 H2 SO4、KNO3 、盐酸等。用浓 H2 SO4处理种子可使种皮软化和破裂，加快水分的吸收和气体的交换，尤其对无透性的硬粒树种非常有效。如浓H2 SO41 h可使刺槐种子发芽率从15%提高到73%。浓 H2 SO42 h可提高秤锤树（Sinojackia xylocarpa）种子发芽率。笔者对对节白蜡（Fraxinus hupehensis）的研究表明：浓 H2 SO41 h处理对节白蜡翅果，可使其发芽率从0%提高到12.5%（待发表）。
金波]用盐酸处理现代月季种子，效果显著。
KNO3 具有较强的氧化性，也常用于种子处理。处理种子后可改变种壳的物理性状，增强种皮透性，增加氧气透入种子的能力，从而有利于打破种子休眠。现在，国内外利用 KNO3 打破种子休眠的研究报道很多。
2.2　层积
层积是人们常用的打破休眠的有效方法，尤其对因含萌发抑制物质而形成生理休眠的种子效果显著。常用的层积有变温层积和低温恒温层积。变温层积通常模拟休眠种子的自然环境条件。如欧洲白蜡、刺楸、冬青属（Ilex）、水曲柳、红松、牡丹（Paeonia suffruticosa）等种子先在15～25℃下层积一段时间后再经0～5℃层积，比单独用0～5℃的层积效果要好。低温恒温层积对于强迫休眠和生理休眠种子都适宜，如南方红豆杉（Taxus chinensis）、珙桐（Davidia involucrate Baill）、银杏、椴树、、白蜡、榛子（Corylus heterophylla）、栗属（Castanea）、栎属（Quercus）、樟树（Cinnamomum camphora）、七叶树（Aesculus）、苹果（Malus domestica）、山楂卫矛（Euonymus alatus）、花椒、桃（Prunus persica）和杏（Prunus armeniaca）等。一般树木种子低温层积，温度以0～7℃为宜，湿度为60℃左右。
2.3　激素处理
自60年代以来，激素促进物--抑制物浓度的平衡一直是种子休眠研究的重点之一。许多研究表明， GA、CK和乙烯是打破种子休眠的促进物， IAA对某些种子的休眠有促进作用，对某些种子的休眠有抑制作用， ABA则抑制许多种子休眠的解除。1975年， Khan提出了著名的"三因子学说"，所谓"三因子"就是 GA、CK和发芽抑制物（如 ABA），在种子休眠解除中， GA起"原初作用"，抑制物起"抑制作用"， CK起"解抑作用"。其中 GA是主要调节因子，只有抑制物的存在， CK的存在才是必要的。这个假说为我们利用激素打破休眠提供了理论依据。用外源 GA、CK等促进物处理休眠种子，使种子的促进物--抑制物平衡有利于促进方面。例如，杨孝汉用 GA3（0.4g/ L）+BA（0.2 g/ L）浸种48小时后层积，8周可使玉兰（Magnolia denudate）种子的发芽率达73%。据目前研究成果，能有效解除种子休眠的植物激素有：赤霉素、激动素、乙烯利、壳梭孢素、吲哚乙酸等。
2.4　物理方法
对有坚硬种皮而影响休眠的种子可采用磨擦、夹裂等机械处理方法，破坏种皮。徐本美用裂口处理山楂种子打破休眠效果很好。据报道， x射线物质、超声波、电磁场等处理种子，可打破休眠促进种子发芽表1<略>简要总结了种子休眠的类型与休眠解除的方法。

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