藥用植物種子萌發(fā)過(guò)程中生理生態(tài)特性研究進(jìn)展淺析

劉振國(guó)

藥用植物種子萌發(fā)過(guò)程中生理生態(tài)特性研究進(jìn)展淺析

劉振國(guó)

我國(guó)藥用植物種類繁多，但很多種類處于野生或半野生狀態(tài)，隨著中草藥的開發(fā)利用，中草藥不僅用于防病治病而且開始快速進(jìn)入食品、飲料、化妝品等非醫(yī)藥領(lǐng)域,國(guó)際國(guó)內(nèi)需求量不斷增大，野外大規(guī)模、無(wú)規(guī)則地過(guò)度采挖已使野生藥用植物資源受到很大破壞。因此,藥用植物資源的開發(fā)迫在眉睫，而中藥材生產(chǎn)中用種子繁殖的種類約為65%左右，為使種子繁殖的中草藥類植物進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，根據(jù)不同藥材種子的生理生態(tài)特性,采用相應(yīng)的處理技術(shù)促進(jìn)萌發(fā)提高成苗率是藥用植物資源研究的重要內(nèi)容。

一、藥用植物種子活力的意義及指標(biāo)

依據(jù)美國(guó)官方種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)活力委員會(huì)制訂的種子活力的定義，將其概述為“在廣泛的田野條件(包括適宜和不適宜條件)下，影響種子迅速、均勻出苗和長(zhǎng)成正常幼苗的全部潛在能力的特性總稱為活力。”種子活力在種子發(fā)育中形成,對(duì)于種子活力指標(biāo)的研究表明，種子活力是受內(nèi)外因素調(diào)控的，它是衡量種子好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。著名植物種子專家徐本美教授研究發(fā)現(xiàn)，ATP（光反應(yīng)過(guò)程中,光能使綠色生物的葉綠素產(chǎn)生高能電子從而將光能轉(zhuǎn)變成電能，然后電子通過(guò)在葉綠體類囊體膜中的電子傳遞鏈間的移動(dòng)傳遞,并將H+質(zhì)子從葉綠體基質(zhì)傳遞到類囊體腔,建立電化學(xué)質(zhì)子梯度,用于ATP的合成）水平是衡量種子活力、測(cè)定雜種優(yōu)勢(shì)的主要生化指標(biāo)。

1、藥用植物種子活力的生理生化基礎(chǔ)

藥用植物種子老化與劣變：種子老化一般是指自然老化，在高溫高濕條件下老化過(guò)程會(huì)加速；劣變是指種子生理機(jī)制的惡化，二者常常是伴隨而不可分割的，其實(shí)質(zhì)是指種子內(nèi)包含的儲(chǔ)藏物質(zhì)經(jīng)受一系列物理、化學(xué)和生理化過(guò)程的破壞。老化是一切生物不可抗拒的自然規(guī)律，種子老化意味著活力下降，目前人類所能做的只能設(shè)法保持種子較高的活力，并延緩其衰敗和降低老化的速度。

著名植物學(xué)研究者Robert和Ellis，用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)預(yù)測(cè)種子壽命進(jìn)行了系統(tǒng)研究，他們以20種不同的種子為試材研究在貯藏期間含水量和種子壽命的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，許多作物種子的含水量可以降低到5%以下，對(duì)于每一種植物種子都有一定的閾值，如高于此閾值種子含水量和種子壽命之間存在對(duì)數(shù)關(guān)系，如低于此閾值，大部分種子壽命無(wú)明顯變化。

2、藥用植物種子活力與細(xì)胞器和膜的完整性

在種子活力下降時(shí)，細(xì)胞中的各種細(xì)胞器均發(fā)生變化，研究表明，當(dāng)種胚失去發(fā)芽能力時(shí)，在電子顯微鏡下，可以觀察到種子的線粒體出現(xiàn)膨脹及破裂。線粒體的主要功能是合成高能量的ATP，大量實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)種子活力下降時(shí)，電導(dǎo)力增大，膜結(jié)構(gòu)受到破壞，而膜系統(tǒng)的完整性和種子活力之間的關(guān)系，仍是有待解決的問(wèn)題。

3、藥用植物種子活力的分子基礎(chǔ)

種子經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期儲(chǔ)存后，由于受儲(chǔ)藏條件及儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)短的影響，染色體畸變及基因突變的頻率增加。一般來(lái)說(shuō)，含水量越高或者是溫度越高，在單位時(shí)間內(nèi)染色體所受的損害也越大。種子活力在基因水平上的差異是通過(guò)基因表達(dá)的產(chǎn)物——蛋白質(zhì)體現(xiàn)出來(lái)的，因此，研究種子活力與蛋白質(zhì)的關(guān)系便成為當(dāng)前研究工作的一個(gè)重點(diǎn)，特別是近年來(lái)，著名植物種子專家劉軍,黃上志,傅家瑞等學(xué)者通過(guò)研究不同活力玉米種子胚萌發(fā)過(guò)程中蛋白質(zhì)的變化，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證種子活力與種子在萌芽過(guò)程中蛋白質(zhì)的關(guān)系，并取得了一定進(jìn)展。

二、藥用植物種子萌發(fā)特性與生態(tài)因子的關(guān)系

藥用植物種子的萌發(fā)特性與生態(tài)因子的關(guān)系密不可分。大量研究證實(shí):水分、溫度、光照和化學(xué)物質(zhì)均對(duì)抑制或促進(jìn)種子萌發(fā)起到重要控制作用。光對(duì)種子萌發(fā)的影響主要是作為一種信號(hào)刺激,打破種子的休眠，而不是作為一種能量物質(zhì)直接參與種子的萌發(fā)。例如：薄荷屬長(zhǎng)日照植物，光照充足有利于薄荷腦積累，尤其是生長(zhǎng)后期薄荷酮轉(zhuǎn)化為薄荷醇就更需要充足的陽(yáng)光。天南星喜弱光，不耐強(qiáng)光，人工栽培宜與高稈作物間作或選擇有蔭蔽的林下、林緣、山谷較濕潤(rùn)的環(huán)境。

1、藥用植物種子萌發(fā)與水分的關(guān)系

水分是種子萌發(fā)的首要條件,其過(guò)多或不足都不利于萌發(fā)。水分過(guò)多，間接造成氧氣缺乏，不僅使發(fā)芽力下降，有時(shí)還導(dǎo)致幼苗形態(tài)異常。實(shí)驗(yàn)表明，西南紫薇種子發(fā)芽率在土壤水分含量為40%的條件下最高,土壤水分含量低于10%和超過(guò)40%，種子萌發(fā)均嚴(yán)重受抑制。干旱脅迫又可引起種子內(nèi)部代謝物質(zhì)的變化。研究結(jié)果表明,隨著干旱脅迫的加劇，種胚淀粉酶活性、可溶性糖含量都明顯升高，而胚乳的淀粉酶活性變化不大，可溶性糖含量反而下降。

2、藥用植物種子萌發(fā)與溫度的關(guān)系

溫度直接影響發(fā)芽率和萌發(fā)速率，適宜的溫度促進(jìn)種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)，適宜的溫度可以打破種子休眠，增強(qiáng)種子的酶活性,促進(jìn)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，有利于種子吸水和氣體交換，影響種子的萌發(fā)速度。植物種不同，種子最適萌發(fā)溫度不同；產(chǎn)地不同而最適萌發(fā)溫度也不同。例如：產(chǎn)于高緯度的馬尾松種子在較低的溫度下(19—23℃)有較高的發(fā)芽率，而產(chǎn)于低緯度的在較高溫度(28—30℃)下發(fā)芽率較高。

三、問(wèn)題與展望

藥用植物種子萌發(fā)受到一系列生態(tài)因子的影響，即藥用植物種子萌發(fā)的生態(tài)學(xué)特性研究包括植株發(fā)育對(duì)種子形成的影響、生物植被對(duì)種子萌發(fā)的影響、以及產(chǎn)生的影響和影響機(jī)制等方面。雖然種子萌發(fā)的生態(tài)學(xué)特性研究取得了較好的進(jìn)展,但還應(yīng)注意特定條件下研究全球氣候變化以及微生境對(duì)種子萌發(fā)的影響，且要將各種因子綜合起來(lái)，研究各種因子互作效應(yīng)對(duì)種子萌發(fā)的影響。為了深入系統(tǒng)地研究種子萌發(fā)，應(yīng)把種子生理與植物發(fā)育學(xué)，植物分子生物學(xué)及植物生理生化上較前緣的理論聯(lián)系起來(lái)，從縱橫兩方面拓寬種子生理研究?jī)?nèi)容。這樣必將大大推動(dòng)種子萌發(fā)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用，使其理論更加完善，使其應(yīng)用更加廣泛。

（作者單位：河北省植保植檢站）