促进重楼种子萌发的研究进展

翁琳琳 钟爱清 范晓晖 杨珲昌

（宁德市农业科学研究所 福建福安355000）

重楼（Paris polyphylla）是百合科（Liliaceae）重楼属（Paris）多种植物的统称，在我国药用历史悠久，被誉为蛇伤痈疽之良药。 我国是重楼属植物的主要分布区，境内分布有19 种（含变种），其中可供药用的有 18 种（含 10 个变种）。 各版《中国药典》仅收载七叶一枝花与滇重楼作为重楼药材基原植物，是云南白药、季德蛇药、宫血宁、抗病毒冲剂等100 多种中成药的主要原料[1]。 现代药理研究表明，重楼中的甾体皂甙具有较好的抗肿瘤、抗病毒、调节免疫等功效[2]。

随着重楼药理药效的深入研究， 其经济药用价值越来越得到人们的重视，需求量逐年增加。 重楼种子存在休眠程度高、休眠周期长、萌发率低等特点，大量种子在漫长的 “两冬一夏” 休眠期中丧失生命力，导致重楼种植产业发展障碍重重。 笔者就重楼种子的休眠机理、种子生理生化、促进种子萌发因素等方面进行阐述，为加快重楼种子快速、整齐萌发提供参考，促进重楼产业健康可持续发展。

1 种子休眠机理研究

多项研究表明， 重楼种子休眠是由多个因素共同作用的结果，属于形态学—生理学综合性的休眠。黄玮[3]、陈伟[4]等先后对滇重楼种子进行吸水特性研究，表明种皮透水性良好，不存在透水性差引发的机械休眠。 陈伟[4]等通过石蜡切片对滇重楼种胚进行观察发现，滇重楼种子在果实成熟时，胚发育不完全，无明显的分化，仍处于球形胚阶段。 王跃华[5]、陈伟[4]等先后发现，华重楼、滇重楼外种皮提取液对白菜种子存在萌发抑制作用。 陈伟[4]等通过滇重楼种子去、留外种皮萌发对照试验， 发现外种皮抑制胚的形态后熟，使得种子萌发延迟。 赵燕[6]等研究发现，滇重楼胚乳中同样存在某些萌发抑制物质， 且抑制强度明显高于种皮。 黄玮[3]等认为，滇重楼种子萌发前期受形态学后熟限制， 形态学成熟后萌发受生理学后熟限制。 综上所述，胚发育不完全、种子存在萌发抑制物质及生理学后熟是种子休眠的主要原因。

2 种子萌发机制

2.1 胚率动态变化

孟繁蕴[7]、赵俊凌[8]等研究发现，滇重楼种胚休眠和发育过程中种胚生长速率与层积时间有密切关系，胚率随着时间推移而增大。

2.2 内源激素变化

孟繁蕴[7]、赵俊凌[8]等在不同层积条件下研究滇重楼种子萌发过程中内源激素变化， 发现层积30～40 d ABA 的含量下降明显， 进入生理后熟期以后，GA 含量持续升高，高峰出现在150~160 d。在IAA 变化上两者得出不同结论，孟繁蕴[7]认为，在后熟过程中IAA 逐渐升高，出现2 次高峰，赵俊凌[8]则认为，IAA 量上下波动不明显，可能与试验层积的温度不同有关。 苏海兰[9-10]等对云南重楼及七叶一枝花种子萌发不同阶段内源激素GA3、ABA 及IAA 变化规律的研究结论与孟繁蕴等的研究较为一致， 说明ABA 是解除种子休眠、 出苗的重要因子；GA3含量与解除休眠关系不明显， 与后期出苗关系密切；IAA 是影响种子生理休眠解除、萌动、出苗不同阶段的重要因子。除了上述几种内源激素，苏海兰[9-10]等还对JA、SA 及TZ 变化规律进行了研究， 结果表明，TZ 对华重楼种子休眠和出苗影响规律性不是很明显， 但对云南重楼休眠解除影响明显；SA 与解除种子休眠、种子生长发育、出苗关系密切；JA 是促进种子体眠解除、出苗的重要因子。

2.3 酶活性变化

为探究重楼种子从休眠到解除休眠过程的酶调控机制，李昭玲[11]等通过测定变温层积处理过程中华重楼种子 SOD、POD、CAT、MDH、G-6-PDH 5 种酶活性的变化，发现在种子层积40 d 后MDH 和G-6-PDH活性分别发生显著的下降和上升， 种子呼吸代谢途径由TCA 为主转为以PPP 为主， 促进种子解除休眠；SOD、CAT 活性在整个层积过程中没有明显波动，以保证种子活力；POD 活性在进入低温层积阶段后显著上升，可能参与调控了种子休眠解除的过程。 苏海兰[10]等研究发现，七叶一枝花种子从未萌动、上胚轴休眠到即将出苗阶段，SOD 和POD 活性逐步升高;CAT 和MDH 活性逐步减弱；G-6-PDH 活性出现双峰； 七叶一枝花种子处理后未萌动种子呼吸代谢途径以TCA 途径和PPP 途径为主，萌动之后种子以其他代谢途径为主，与李昭玲[11]等研究结果不一致，可能与试验取样阶段不同有关。苏海兰[12]等研究七叶一枝花种子萌发不同阶段内含物质及淀粉酶活性变化规律， 发现α 淀粉酶活性对种子休眠解除及发芽起着决定性的作用，CAT 对种胚的生长有抑制作用，POD 促进种子萌发、 出苗，SOD 与种子活力水平关系密切，SOD、POD 是种子出苗阶段的关键物质。黄珍[13]等研究发现，500 mg/L 外源GA3处理促进了华重楼种子淀粉和脂肪的降解、 可溶性蛋白和可溶性糖的产生及α、β 淀粉酶的合成，从而促进种子萌发。

2.4 基因调控与表达

陈瑶[14]等运用高通量转录组测序技术分析华重楼种子萌发前后激素信号转导途径和合成通路中的差异表达基因， 发现GA3和IAA 组合处理华重楼种子后，GID1 受体蛋白的编码基因明显下调表达，GA信号通路下游PIF4 的编码基因明显上调表达，推测在外源和内源GA3共同作用下，GA3信号转导通路增强，促进华重楼种子萌发。 对IAA 合成途径分析时发现，YUCCA 和ALDH 的编码基因表达上调，表明IAA合成水平升高。 推测在外源和内源IAA 共同作用下，IAA 信号转导通路增强，促进华重楼种子萌发。

3 影响种子萌发因素的研究

3.1 采收贮藏对种子萌发的影响

苏海兰[15]等分别比较不同采收时间、果实成熟期和种子大小对萌发率的影响，结果表明，蒴果开裂、果皮自然呈黄色处于成熟中期的果实， 去除种皮后过筛的大种子萌发率最高。李玛[16]等采用不同层积温度， 对滇重楼种子后熟过程中种子生活力和含水量进行动态测定，结果表明，滇重楼种子是一种高含水量的种子，不耐脱水，不能在低含水量下贮藏，生活力随着贮藏时间的延长表现为不同程度的下降，室温层积能够较好地保持滇重楼种子在后熟期间的生活力。 杨根林[17]等认为，滇重楼种子的假种皮对萌发时间、萌发率、成苗率无明显影响，王艳芳[18]等则得出不同的结论， 认为种皮对滇重楼种子萌发及胚根生长的抑制作用明显。 黄玮[3]等认为，假种皮的存在可能阻止了萌发抑制物质的溢出。 综上所述，笔者认为采收处于成熟中期 （各地该时期的时间不同以果实外观为准），蒴果开裂、果皮自然呈黄色的果实，去除假种皮，室温层积能较好地保持种子的活力。

3.2 解除休眠的方法

3.2.1 激素 GA3是打破种子休眠过程的关键内源信号分子[19]，在药用植物种子萌发中的应用取得了较好的效果[20]。 唐玲[21]等将赤霉素浸泡处理后的种子进行20℃恒温层积， 发现在一定时间内高浓度的赤霉素500 mg/L 可以更快地促进种子发芽， 显著提高滇重楼种子发芽率。黄宗华[22]采用不同浓度GA3处理七叶一枝花种子后再进行变温层积， 发现150 mg/L GA3处理种子的萌发率最高，达98.51%。 汪佳维[23]等研究表明，GA 单独处理下滇重楼种子发芽情况最好的是 300 mg/L，GA 质量浓度为 400～600 mg/L 时，发芽率随GA 质量浓度升高呈下降趋势。 冼康华[24]等以不同来源地的华重楼、滇重楼种子为研究对象，发现不同浓度赤霉素处理对种子萌发率无显著差异，而种子来源不同对种子萌发率有极显著的影响。陈瑶[14]等研究发现，600 mg/L GA3+40 mg/L IAA 最有利于华重楼种子萌发和上胚轴休眠解除， 可使华重楼种子萌发率在8 个月时达到87.33%。 姜武[25]等以浙产华重楼为试验材料， 用不同赤霉素浓度浸泡处理后进行变温层积（2℃—25℃—4℃—25℃），表明 500 mg/L赤霉素有利于打破华重楼种子休眠， 浸种处理在第120 天萌发率达85.7%。杨根林[17]等研究表明，GA3浓度达到300 mg/L 时滇重楼种子萌发率及成苗率达到峰值，浓度达到700 mg/L 时，萌发率及成苗率最低。张家玲[26]等研究表明，500 mg/L 的GA3对滇重楼种子的萌发和胚根生长具显著的促进作用， 低于或高于500 mg/L 的GA3促进作用则相应减小。 虽然不同的研究者得到的结论不一致， 但都表明一定浓度GA3对重楼种子休眠解除和萌发促进具有重要作用。

3.2.2 温度 袁理春[27]等研究认为，一次高温就可完成滇重楼种子二次发育过程， 最适温度为18～20℃，再进行一次低温处理就可打破胚茎休眠， 在第2 年就可出苗。 李昭玲[11]等研究表明，经过 60～80 d 的温暖层积（18±1）℃华重楼种子基本完成形态后熟，转入低温层积（4±1）℃后促进了种子生理后熟。 李宝[28]等采用不同的温度条件（15℃、20℃、25℃）对滇重楼种子进行培养，20℃恒温是滇重楼种子萌发及根系生长最适宜的温度条件。

3.2.3 其他 石燕碧[29]等采用组培技术中看护培养的方法， 在三七愈伤组织上进行滇重楼种子暗培养能明显缩短其萌发时间， 最快在第10 天就开始萌发，萌发高峰期在第20～30 天，平均萌发率为12.5%，其萌发机制还有待进一步研究。周浓[30]等研究超声波处理时间、温度、功率对滇重楼种子萌发的影响，结果表明，滇重楼种子经适当的超声波处理，可缩短萌发时间，提高发芽率和发芽指数，40 min、50℃、200 W的超声波处理条件最适宜于滇重楼种子萌发。 宋发军[31]等用 25% （质量比）PE 4 000 和 25% PEG 8 000浸种能有效打破华重楼种子休眠并促进种子萌发。李海明[32]等以滇重楼和七叶一枝花的种子为研究对象，采用100 mol/L NO 供体一硝普钠处理种子，以相同条件清水处理为对照，结果表明，硝普钠处理的种子比对照提前20 d 萌发，在萌发培养后40~60 d，硝普钠处理种子的自发超弱发光强度明显高于对照。综合来看，这些方法可以缩短重楼萌发时间，但萌发率普遍偏低。

4 展望

种子体眠能帮助度过种子成苗过程中的不利时期，对植物生态学和农业生产具有重要的意义[33]。 但休眠期过长则会阻碍种植产业发展从而降低经济效益。 重楼由于其极高的经济与药用价值而备受关注与研究，其规模化种植一直是亟待解决的问题，而种子萌发又是解决这个问题的关键。 近年来，重楼种子的研究从原来的对休眠与萌发的初步研究， 到现在种子的采收贮藏、 种子萌发过程中的生理生化变化及相关蛋白和基因的调控都有涉及。

研究过程存在的不足： ①解除休眠的研究方法大多采用室内模拟发芽，自然条件下观测研究较少，可将室内和自然条件结合起来研究。 ②种子萌发多采用赤霉素浸泡结合层积处理， 在此过程中种子发生霉变概率很高，实际操作也比较繁琐，应该制定出适合农业生产的种子萌发配套规程。 ③已明确重楼种子内源抑制物质的存在，但处于生物鉴定阶段，抑制物的成分种类及含量还不确定，有待进一步研究。