中國特有藥用植物黃花胡椒種子萌發特性研究

郝朝運 胡麗松 范睿 譚樂和 伍寶朵 楊建峰

摘 要 黃花胡椒（Piper flaviflorum）是胡椒科（Piperaceae）多年生木質藤本植物，為我國特有，目前主要分布于云南中南部至西南部，分布范圍狹窄、資源量小。為找出生殖環節中的關鍵因素，對黃花種子萌發特性進行了研究。結果表明：種子骨質硬種皮在一定程度上減慢了對水分的吸收速率，但并未影響其最終吸水量，不存在吸漲障礙；對比分析不同環境溫度下種子的萌發特性，除5 ℃時萌發率為0外，在10～35 ℃溫度范圍內均有一定的萌發率，隨著溫度升高萌發時間提前，萌發速率加快，其中25 ℃溫度條件下萌發率最高，達80.00%±7.21%，而極端高溫和極端低溫均不利于萌發；不同光照條件下種子均可獲得較高的萌發率，各處理間差異不顯著（p>0.05），不利于種子庫的建立和適應不穩定生境；種子萌發對濕度的響應較為敏感，最佳萌發土壤含水量為15%，過低和過高均不利于萌發；種子播種在河沙和沙壤土中的萌發率超過75%，而在水稻土中的萌發率最低，為53.33%±5.03%。

關鍵詞 黃花胡椒；環境因子；種子萌發

中圖分類號 R282.2 文獻標識碼 A

Abstract Piper flaviflorum， an endemic member to China， was a deciduous woody liana species with small geographic distribution in South Central and South East Yunnan Province. To explore the underlying mechanism relevant to the impediment in its sexual reproduction， experiments were， therefore， conducted to define the optimum environmental condition for seed germination. The results were as follows. The hard seed coat reduced the water absorption rate of its seeds to some extent but did not affect its final water absorption， so there was no water absorption obstacle. A temperature ranging from 15-25 ℃ was suitable for seed germination with an optimum of 25 ℃， and at 5 ℃ germination was inhibited. As the temperature raised， germination was accelerated. Extremely high or low temperature had a detrimental effect on germination. Compared with those in light， darkness did not decrease germination rate and the seeds had adapted well to extremely low light intensity. P. flaviflorum could germinate in an abroad range of light intensity and temperature， which allowed the seeds starting germination process in shaded habitats， but not conductive to formation of the seed bank and adaptation to severe environment. Germination was affected by sand moisture content remarkably with an optimal content of 15%. In the case of container seedling culture， >75% seedlings emerged out of the river sand and sand soil， while in paddy soil only 53.33%±5.03%.

Key words Piper flaviflorum； environmental factors； seed germination

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.11.013

黃花胡椒（Piper flaviflorum C. DC.）又名野蘆子、黃花野蔞等，為胡椒科（Piperaceae）胡椒屬（Piper）多年生木質藤本植物，高可達10 m，花黃色，單性，雌雄異株。分布在我國云南中南部（雙柏經思茅至西雙版納）至西南部（盈江經耿馬至滄源），海拔540～1 800 m，生于寨旁或山谷、溝邊密林中，攀援于大樹上，為我國特有物種[1-2]。該物種具有較好的開發利用前景。黃花胡椒主蔓粗壯、根系發達、長勢旺盛，果穗長可達20 cm 以上，抗逆能力強，高抗胡椒瘟病，與栽培種胡椒（P. nigrum）親緣關系較近，是培育抗瘟病胡椒種苗的優良砧木，也可作為胡椒品種培育的遺傳材料[3]。同時，黃花胡椒藤蔓可作藥用，傣藥名甘谷拎，具有溫通氣血、散寒止痛、止癢等功效，在民間用來治療癬病、痛經、脘腹脹痛等癥[4-6]。全株也可做藥酒[1]。近年來，在黃花胡椒藥用成分鑒定與分離提取方面開展了大量研究[5-8]。

種子萌發是植物生活史中脆弱而又極其重要的過程之一，關系到幼苗的建植、個體的存活和競爭，并且影響植被分布和生物多樣性水平[9-10]，同時對于其規模化種植和開發利用也具有重要意義。植物種子萌發受多種環境因素的影響，其中溫度、光照和土壤水分含量等為主要因素[11-13]。野外調查結果顯示，黃花胡椒種群中種子實生幼苗所占比例較少，主要依靠營養繁殖維持種群穩定。黃花胡椒具有匍匐生長的特性，節上產生不定根，其上的潛伏芽能在適宜條件下萌芽而發育成無性系分株苗。黃花胡椒的這種繁殖特征雖然能在一定程度上保證種群的更新，維持一定的種群規模，但是卻難以遠距離開拓新的分布區域，降低了物種的遺傳多樣性，也難以為黃花胡椒的研究和應用提供可靠的健康種苗來源。

目前，有關黃花胡椒種子萌發特性研究尚未見開展，仍存在很多疑問有待解決。因此，有必要探討黃花胡椒種子萌發這一植物生活史中的關鍵階段，深入研究其種子的萌發生態學，揭示其種子休眠和萌發機理以及對生境的適應機制，為種子苗的規模化培育提供技術支撐，為不同地區的引種和種群擴大提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料及其采集地概況

供試的黃花胡椒成熟果實于2016年3月采集于云南省西雙版納自治州西雙版納國家級自然保護區。該地地處在世界季風熱帶的最北緣，橫斷山脈南端，地勢西北高、東南低，三面環山的山間盆地地勢開闊，周圍海撥1 000多米的山地、高原阻擋了北方冷空氣南下，并有利于熱帶海洋暖濕氣流的引伸。氣候類型為熱帶季風性半濕潤氣候，熱量充足，降水量豐富，一年分為干濕兩季，年平均氣溫在21 ℃以上，年降水量在1 000～2 000 mm之間。光、熱、水分配合理，全年大都為靜風環境。該區域生境異質性大，群落類型多樣，黃花胡椒分布面積廣、資源豐富，種群具有較好代表性。

1.2 方法

1.2.1 種子形態及吸脹實驗 參考農業行業標準《胡椒初加工技術規程》（NY/T 2808）規定的方法，制作黃花胡椒種子。隨機抽取3組，每組200粒，利用電子天平稱重，并用SC-G自動種子考種分析及千粒重儀（萬深監測科技有限公司，中國杭州）測定千粒重以及直徑、長度等指標。結果以平均值±標準誤差表示。采用稱重法研究黃花胡椒種子吸水速率。取完整種子和破皮種子，稱重后分別放入盛有蒸餾水的玻璃瓶內，置于25 ℃恒溫箱中，用蒸餾水分別浸泡2、4、6、10、16、24、36、48、60和72 h，直至種子吸水達到飽和狀態。用濾紙吸去種子表面水分，電子天平迅速稱重，每種處理20粒種子，種子吸水量=（種子總重量-干種子重量）/干種子重量。實驗重復3次。

1.2.2 溫度對種子萌發的影響 在1 000 lx、14 h/d光照條件下，將黃花胡椒種子分別置于5、15、20、25和35 ℃共5個溫度梯度下進行萌發實驗。

1.2.3 光照對種子萌發的影響 在25 ℃、1 000 lx、14 h/d光照條件下，將黃花胡椒種子分別置于100%光照、80%光照、40%、20%光照和0光照共4個光照梯度下進行萌發實驗。

1.2.4 水分含量對種子萌發的影響 將烘干至恒重的河沙60 g置于培養皿中，分別加入3.2、6.6、10.6、15.0、20.0和25.8 mL的蒸餾水，此時石英砂的水分含量分別為5%、10%、15%、20%、25%和30%。將培養皿置于在25 ℃、1 000 lx、14 h/d條件下。萌發過程中每2 d稱重1次，補充蒸發掉的水分。

1.2.5 基質對種子萌發的影響 在25 ℃、1 000 lx、14 h/d光照條件下，將黃花胡椒種子分別置于河沙、紅壤土、沙壤土、水稻土共4種不同基質下進行萌發試驗。采用常規方法測定紅壤土、沙壤土和水稻土的容重、孔隙度、有機質含量、速效氮、速效磷和速效鉀等理化指標。

1.3 實驗條件設置和數據處理

種子萌發實驗每組設3個重復，每個重復50粒種子。在直徑為60 mm培養皿中，除“1.2”中“基質對種子萌發的影響”外，其余均以河沙和蒸餾水作為萌發介質。在光照實驗中，黃花胡椒種子置于萌發基質表面；在其他萌發實驗中，黃花胡椒種子埋于萌發基質中約0.5 cm。當胚芽完全從種皮中伸出時，視為有效萌發種子。萌發過程中每隔24 h觀察1次，并將已萌發的種子取出。在發芽末期，連續5 d發芽粒數平均不足供試種子總數的1%時計算發芽率。發芽率計算公式如下：

發芽率=正常發芽種子粒數/參試種子總數×100%

萌發結果以百分率±標準差表示。試驗數據采用統計軟件SPSS 12.0進行分析。

2 結果與分析

2.1 種子形態特征

黃花胡椒種子橢圓形至球形，基部為乳白色或淡黃色的種臍，新鮮種子表面光滑，風干后略有皺縮，一般呈黃色。以重量為標準大體可分為3類，第1類：單粒重<20.0 mg，平均（18.5±1.4） mg，占種子數30.5%，一般顏色較淺；第2類：20.0 mg≤ 單粒重<23.0 mg，平均（21.5±0.8） mg，占總種子數量41.0%；第3類：23.0 mg≤單粒重<30.0 mg，平均（24.9±1.6） mg，占種子數28.5%。總體而言，黃花胡椒種子千粒重為（21.705±0.174） g，重量偏小。種子重量是探究物種生殖投入策略的重要指標，通常種子重量（大小）較小則種子產量會相對較大，在適宜生境中，黃花胡椒植株種子產量較大。

2.2 種子吸脹實驗

完整種子和破皮種子在前16 h的吸水速率均上升較快，吸水量分別為（30.39%±5.32%）和（37.87%±4.08%）；完整種子在48 h后吸水緩慢，84 h達到飽和（38.29%±6.24%），而破皮種子在24 h后吸水緩慢，在60 h時達到飽和（39.49%±5.18%）。由結果可見，完整種子的種皮結構在一定程度延緩了吸水速率，但60 h浸種即可克服，且飽和度與破皮種子相比差異不明顯，不存在吸水障礙。

2.3 不同環境因子對種子萌發的影響

2.3.1 不同溫度對種子萌發的影響 自然條件下，黃花胡椒種子在春末至夏初時萌發。由圖1可見，在15～35 ℃恒溫條件下，隨著溫度的升高萌發開始時間逐漸提前，符合通常規律[14]。其中，25 ℃溫度條件下種子萌發率最高，達到（80.00%±7.21%），但與35 ℃時萌發率相比差異并不明顯（p>0.05），其他組萌發率均顯著低于25 ℃和35 ℃。而在5 ℃恒溫條件下，雖然有超過80%的種子吸漲，但在實驗結束時仍未有種子萌發，萌發率為0。

2.3.2 不同光照對種子萌發的影響 由圖2可見，黃花胡椒種子對光照條件具有廣泛的適應性。20%～100%光照條件下，黃花胡椒種子萌發時間和萌發率均基本相同，而無光照條件的萌發率（74.00%±11.14%）略低于其他各組，但單因素方差分析表明差異不顯著（p>0.05）。說明黃花胡椒種子對光照并不敏感，當其他環境條件適宜時，即使處于黑暗生境中仍可正常萌發。

2.3.3 不同水分含量對種子萌發的影響 水分含量是影響黃花胡椒種子萌發的重要環境因子。如圖3所示，水分含量5%時的種子萌發率顯著低于其他各組，僅為（10.67%±3.06%）；在5%～15%范圍內，含水量越高，則萌發率就越高；當含水量高于15%時，隨著含水量的增加種子萌發率開始逐漸下降，在30%時降低至（45.33%±2.06%），顯著低于除5 ℃之外的其他各組。說明水分含量過低和過高均不利于種子萌發，15%萌發率高于其他各組，是黃花胡椒種子萌發的適宜濕度范圍。

2.3.4 不同基質對種子萌發的影響 不同萌發基質（表1）對黃花胡椒的種子萌發率有明顯影響（圖4）。河沙和沙壤土作為基質時，黃花胡椒種子萌發率較高，分別高達（80.00%±7.21%）和（78.67%±7.02%），能保證種子萌發過程中的通透性。以紅壤土為基質時萌發率次之（69.33%±2.31%），而以水稻土為基質的萌發率最低，僅為53.33%±5.03%，顯著低于其他3種基質（p<0.05），不適宜進行黃花胡椒種子萌發。

3 討論

以往研究顯示，種皮阻礙作用可導致種子對水、氣體或溶質的透性改變，同時也起到物理阻礙作用，堅硬的種皮會限制胚的擴展以及胚根生長[15]。在這種情況下，胚乳和胚的擴展能力與種皮強度之間的平衡將決定休眠能否被解除[16]。從本研究結果看，黃花胡椒種皮較堅硬，在一定程度上減慢了種子對水分的吸收速率，但不存在吸漲障礙。其種子不存在休眠現象，果實成熟時胚已基本發育完全，環境因子適宜時即可進入萌發過程。

種子萌發的光敏感性是植物形成持續種子庫的一般特征[17]，同時也往往有助于物種適應多變的生境條件[18-19]。黃花胡椒種子屬于小種子，但本研究卻發現其種子不具有光敏感性，與栽培種胡椒一致[20]。雖然光不敏感性可以讓黃花胡椒種子在蔭蔽生境中啟動萌發進程，但卻不利于種子庫的建立和適應不穩定的生境。溫度和濕度是影響黃花胡椒種子萌發的重要因素[21]。溫度高于15 ℃時，黃花胡椒種子萌發進程加快、萌發率不斷提高，適宜萌發溫度為25 ℃。低于15 ℃，種子萌發速率和萌發率均變低，在5 ℃時種子的萌發完全被抑制。基質含水量過低和過高都不利于其種子萌發，含水量5%時種子萌發率僅為（10.67%±3.06%），幾乎可以忽略不計。黃花胡椒種子對溫度和濕度的要求是其對生境條件的一種適應機制。黃花胡椒果實成熟期在當年12月份至第2年3月份[1]，期間如果種子在低溫條件下立即萌發，將面臨冬季不良環境，對于幼苗的建立和發育不利。

本研究結果可為黃花胡椒種苗的規模化繁育提供參考，對于今后黃花胡椒的研究利用和推廣具有重要意義。

參考文獻

[1] 中國植物志編輯委員會. 中國植物志[M]. 北京： 科學出版社， 1982： 14-70.

[2] 郝朝運， 譚樂和， 范 睿， 等. 我國胡椒屬植物區系地理研究[J]. 植物分類與資源學報， 2012， 34（5）： 421-429.

[3] Hao C Y， Xia Z Q， Fan R， et al. De novo transcriptome sequencing of black pepper（Piper nigrum L.） and an analysis of genes involved in phenylpropanoid metabolism in response to Phytophthora capsici[J]. BMC Genomics， 2016， 17： 822-836.

[4] 西雙版納民族藥調研辦公室. 西雙版納傣藥志[M]. 景洪： 西雙版納州委科辦和衛生局， 1980： 132-133.

[5] 張 可， 陳昌詳， 鄧 富. 黃花胡椒的化學成分[J]. 云南植物研究， 1996， 18（2）： 239-240.

[6] Wu Y， Zheng C J， Deng X H， et al. Alkaloids from the aerial part of Piper flaviflorum[J]. Chemistry of Natural Compounds， 2014， 50（2）： 394-396.

[7] Li R， Yang J J， Wang Y F， et al. Chemical composition， antioxidant， antimicrobial and anti-inflammatory activities of the stem and leaf essential oils from Piper flaviflorum from Xishuangbanna， SW China[J]. Nat Prod Commun， 2014， 9（7）： 1 011-1 014.

[8] Shi Y N， Liu F F， Jacob M R， et al. Antifungal amide alkaloids from the aerial parts of Piper flaviflorum and Piper sarmentosum[J]. Planta Medica， 2017， 83（1-2）： 143-150.

[9] Thompson K， Band S R， Hodgson J G. Seed size and shape predict persistence in soil[J]. Functional Ecology， 1993， 7： 236-241.

[10] Bu H， Du G， Chen X. Community wide germination strategies in an alpine meadow on the eastern Qinghai-Tibet plateau： phylogenetic and life-history correlates[J]. Plant Ecology， 2008， 195： 87-98.

[11] Gutterman Y. Seed germination in desert plant[M]. Berlin： Springer-Verlag， 1993.

[12] Ghaderi-Far F， Gherekhloo J， Alimagham M. Influence of environmental factors on seed germination and seedling emergence of Yellow Sweet Clover（Melilotus officinalis）[J]. Planta Daninha， 2010， 28： 463-469.

[13] 唐安軍. 地涌金蓮種子形態生理休眠及激素的動態變化[J]. 植物生理學報， 2014， 50（4）： 419-425.

[14] Larcher W. Physiological plant ecology[M]. Berlin： Springer， 1975.

[15] 閆興富， 仇智虎， 杜 茜， 等. 種皮和環境溫度對遼東櫟種子萌發的影響[J]. 西北林學院學報， 2014， 29（3）： 119-124.

[16] Hilhorst H W M. A critical update on seed dormancy. I： Primary dormancy[J]. Seed Sci Res， 1995， 5： 61-73.

[17] Fenner M， Thompson K. The ecology of seeds[M]. London： Cambridge University Press， 2005.

[18] Clevering O. Germination and seedling emergence of Scirpus lacustris L. and Scirpus maritimus L. with special reference to the restoration of wetlands[J]. Aquat Bot， 1995， 50： 63-78.

[19] Cavers P B. Seeds： The ecology of regeneration in plant communities（2nd edition）[M]. Wallingford： CABI Publishing， 2000.

[20] Li Z， Liu A， Wu H， et al. Influence of temperature， light and plant growth regulators on germination of black pepper （Piper nigrum L.） seeds[J]. Africa Journal of Biotechnology， 2010， 9： 1 354-1 358.

[21] Motsa M M， Slabbert M M， van Averbeke W， et al. Efect of light and temperature on seed germination of selected African leafy vegetables[J]. South Africa Journal of Botany， 2015， 99： 29-35.