鐵筷子種胚形態后熟過程的解剖學研究

趙雪艷，王 莉，王方圓，周亞福，李 艷

(陜西省西安植物園(陜西省植物研究所)，陜西省植物資源保護與利用工程技術研究中心，陜西 西安，710061)

鐵筷子(Helleborusthibetanus)是毛茛科鐵筷子屬的多年生草本植物。全球鐵筷子屬植物有22種，大部分生長在歐洲。只有鐵筷子分布于東亞，主要生長于秦嶺地區山坡林下，是我國特有植物種[1]。鐵筷子是一種藥賞兩用的植物，其干燥根及根莖可作藥用，具有清熱解毒、散瘀消炎和止痛等作用，主治跌打損傷、胃痛和風濕痹痛等癥[2]。其植株低矮，早春開花，萼片花瓣狀，葉形秀麗別致，既可以觀花又可以觀葉，具有很好的園林觀賞價值。

種子的休眠是指在一定時間內，具有生活力的成熟種子在所有適宜的物理環境條件的組合下都不能萌發的現象[3]。鐵筷子種子需要經過長期的休眠期才能萌發，并且萌發率低。因此，有必要找到鐵筷子種子休眠的原因，縮短萌發周期，探尋合適的種子萌發方式，從而應用于生產實踐中。目前關于鐵筷子的報道主要集中在營養器官解剖結構、花粉的形態比較以及中藥鐵筷子的質量標準方面[4～6]。因此，筆者采用植物解剖法研究層積處理下鐵筷子種胚的發育過程和胚率的變化，以期為鐵筷子的種子繁殖和鐵筷子的廣泛利用提供依據。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

實驗材料鐵筷子種子采于陜西省朱雀地區。種子完全變成黑色達到采收標準后，采收成熟種子。

1.2 實驗方法

1.2.1 層積處理 選取飽滿成熟的鐵筷子種子，先用70%酒精消毒30 s，蒸餾水沖洗干凈，然后用1%次氯酸鈉消毒10 min后，用無菌水洗凈。隨后將種子與滅菌沙子混合，放入智能培養箱中進行暖溫層積處理(20 ℃)，定期檢查并翻動種子，保持良好的通氣性，防止出現過干或過濕的狀況。

1.2.2 胚形態觀察和指標測定 在層積0 d、30 d、60 d、120 d，150 d后隨機選取種子，解剖針剝離鐵筷子種胚，在徠卡體式顯微鏡下觀察胚的發育階段及顯微攝影，隨后在徠卡顯微鏡下測定胚長，并計算胚率[7]。

2 結果與分析

2.1 暖溫層積處理階段種胚的分化

成熟的鐵筷子種子為黑色，種皮革質，胚乳豐富。從鐵筷子種子形態后熟期間的解剖學觀察可以看出，采收期(層積0 d)的鐵筷子種胚已經開始分化，處于心形胚前期階段(圖1a)，隨著層積時間的積累，鐵筷子種胚漸步分化至心形胚后期(圖1b)以及魚雷胚時期(圖1c)，最終發育到子葉胚時期(圖1d)。表明鐵筷子種子采收時其胚剛開始分化(心形胚前期)。由此可見，鐵筷子種胚存在嚴重的形態后熟現象，在后續層積條件下逐步完成種胚的發育和生長。但是在解剖觀察的時候發現在同一時間取樣的種子，種子分化的狀態并不完全一致，說明同一條件下鐵筷子種胚生長發育速度存在差異。

圖1 層積處理下鐵筷子種胚發育過程。a和b：心形胚階段；c：魚雷胚階段；f：子葉胚階段。Bar=0.5 mm。

2.2 種子后熟過程中種胚的大小和胚率計算

鐵筷子種子為典型的有胚乳種子。層積處理過程中胚的大小和胚率如表1所示，成熟種子(層積0 d)胚乳幾乎占滿整個種子，胚特別小，平均長度約為373.97 μm，胚的長度僅僅是胚乳的8.13%。此階段胚剛開始分化，可以看到兩個子葉原基，呈現心形，種胚處于心形胚前期階段。層積30 d后，種胚發育至心形胚后期，胚的大小約為509.39 μm，胚率為11.07%。

表1 鐵筷子采收期和層積過程中胚的發育階段和胚率測定

層積60 d后，種胚開始發育至魚雷胚前期階段，子葉開始伸長，胚的長度約為556.54 μm。層積90 d和120 d后，子葉進一步生長，胚的大小分別約為752.14 μm和907.33 μm。隨后，子葉生長的速度加快。層積150 d后，鐵筷子種胚分化到子葉胚時期，種胚的長度約為1 890.99 μm，種胚發育成熟，此階段胚率也僅為41.11%。此時種子已經達到萌發狀態，胚根開始萌動。

鐵筷子種子形態后熟過程中胚率的變化表明0～120 d期間胚率增長緩慢，種胚從心形胚前期發育至魚雷胚。種胚在體積上沒有明顯的變化，主要是胚分化過程。在120～150 d期間，胚率變化較大，子葉快速生長，發育至成熟胚。

3 結論與討論

通過研究可以看出，采收期的鐵筷子種子的種胚特別小，處于心形胚階段，雖然已經開始分化，卻處于分化的早期階段。經過暖溫層積處理，從心形胚經歷魚雷胚的前、后期和子葉胚階段，逐漸發育成熟，胚根開始萌動。研究表明鐵筷子種胚存在嚴重的形態后熟現象。劉萍研究發現鐵筷子種子脫落時胚處于球形胚階段[8]，而我們通過對成熟的鐵筷子種子解剖研究發現種胚是處于心形胚前期階段，這可能是由于取樣的時間和時期不同。鐵筷子種子成熟后需要種胚進一步的發育和生長，這是制約種子萌動的其中一個主要因素，許多植物的種子也都存在類似現象，需要經過形態后熟后才能萌發[9,10]。