藥用植物種子萌發過程中生理生態特性研究進展淺析

劉振國

藥用植物種子萌發過程中生理生態特性研究進展淺析

劉振國

我國藥用植物種類繁多，但很多種類處于野生或半野生狀態，隨著中草藥的開發利用，中草藥不僅用于防病治病而且開始快速進入食品、飲料、化妝品等非醫藥領域,國際國內需求量不斷增大，野外大規模、無規則地過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迫在眉睫，而中藥材生產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一步擴大生產規模，根據不同藥材種子的生理生態特性,采用相應的處理技術促進萌發提高成苗率是藥用植物資源研究的重要內容。

一、藥用植物種子活力的意義及指標

依據美國官方種子檢驗協會活力委員會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。”種子活力在種子發育中形成,對于種子活力指標的研究表明，種子活力是受內外因素調控的，它是衡量種子好壞的一個重要指標。著名植物種子專家徐本美教授研究發現，ATP（光反應過程中,光能使綠色生物的葉綠素產生高能電子從而將光能轉變成電能，然后電子通過在葉綠體類囊體膜中的電子傳遞鏈間的移動傳遞,并將H+質子從葉綠體基質傳遞到類囊體腔,建立電化學質子梯度,用于ATP的合成）水平是衡量種子活力、測定雜種優勢的主要生化指標。

1、藥用植物種子活力的生理生化基礎

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程會加速；劣變是指種子生理機制的惡化，二者常常是伴隨而不可分割的，其實質是指種子內包含的儲藏物質經受一系列物理、化學和生理化過程的破壞。老化是一切生物不可抗拒的自然規律，種子老化意味著活力下降，目前人類所能做的只能設法保持種子較高的活力，并延緩其衰敗和降低老化的速度。

著名植物學研究者Robert和Ellis，用統計學方法對預測種子壽命進行了系統研究，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系，結果發現，許多作物種子的含水量可以降低到5%以下，對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數關系，如低于此閾值，大部分種子壽命無明顯變化。

2、藥用植物種子活力與細胞器和膜的完整性

在種子活力下降時，細胞中的各種細胞器均發生變化，研究表明，當種胚失去發芽能力時，在電子顯微鏡下，可以觀察到種子的線粒體出現膨脹及破裂。線粒體的主要功能是合成高能量的ATP，大量實驗表明，當種子活力下降時，電導力增大，膜結構受到破壞，而膜系統的完整性和種子活力之間的關系，仍是有待解決的問題。

3、藥用植物種子活力的分子基礎

種子經過長期儲存后，由于受儲藏條件及儲存時間長短的影響，染色體畸變及基因突變的頻率增加。一般來說，含水量越高或者是溫度越高，在單位時間內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基因表達的產物——蛋白質體現出來的，因此，研究種子活力與蛋白質的關系便成為當前研究工作的一個重點，特別是近年來，著名植物種子專家劉軍,黃上志,傅家瑞等學者通過研究不同活力玉米種子胚萌發過程中蛋白質的變化，用實驗驗證種子活力與種子在萌芽過程中蛋白質的關系，并取得了一定進展。

二、藥用植物種子萌發特性與生態因子的關系

藥用植物種子的萌發特性與生態因子的關系密不可分。大量研究證實:水分、溫度、光照和化學物質均對抑制或促進種子萌發起到重要控制作用。光對種子萌發的影響主要是作為一種信號刺激,打破種子的休眠，而不是作為一種能量物質直接參與種子的萌發。例如：薄荷屬長日照植物，光照充足有利于薄荷腦積累，尤其是生長后期薄荷酮轉化為薄荷醇就更需要充足的陽光。天南星喜弱光，不耐強光，人工栽培宜與高稈作物間作或選擇有蔭蔽的林下、林緣、山谷較濕潤的環境。

1、藥用植物種子萌發與水分的關系

水分是種子萌發的首要條件,其過多或不足都不利于萌發。水分過多，間接造成氧氣缺乏，不僅使發芽力下降，有時還導致幼苗形態異常。實驗表明，西南紫薇種子發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40%，種子萌發均嚴重受抑制。干旱脅迫又可引起種子內部代謝物質的變化。研究結果表明,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、藥用植物種子萌發與溫度的關系

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

三、問題與展望

藥用植物種子萌發受到一系列生態因子的影響，即藥用植物種子萌發的生態學特性研究包括植株發育對種子形成的影響、生物植被對種子萌發的影響、以及產生的影響和影響機制等方面。雖然種子萌發的生態學特性研究取得了較好的進展,但還應注意特定條件下研究全球氣候變化以及微生境對種子萌發的影響，且要將各種因子綜合起來，研究各種因子互作效應對種子萌發的影響。為了深入系統地研究種子萌發，應把種子生理與植物發育學，植物分子生物學及植物生理生化上較前緣的理論聯系起來，從縱橫兩方面拓寬種子生理研究內容。這樣必將大大推動種子萌發的理論研究和實際應用，使其理論更加完善，使其應用更加廣泛。

（作者單位：河北省植保植檢站）