鐵筷子種胚形態(tài)后熟過程的解剖學(xué)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(hù)與利用工程技術(shù)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(qū)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(fēng)濕痹痛等癥[2]。其植株低矮，早春開花，萼片花瓣?duì)睿~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(jià)值。

種子的休眠是指在一定時(shí)間內(nèi)，具有生活力的成熟種子在所有適宜的物理環(huán)境條件的組合下都不能萌發(fā)的現(xiàn)象[3]。鐵筷子種子需要經(jīng)過長期的休眠期才能萌發(fā)，并且萌發(fā)率低。因此，有必要找到鐵筷子種子休眠的原因，縮短萌發(fā)周期，探尋合適的種子萌發(fā)方式，從而應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。目前關(guān)于鐵筷子的報(bào)道主要集中在營養(yǎng)器官解剖結(jié)構(gòu)、花粉的形態(tài)比較以及中藥鐵筷子的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(fā)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(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料鐵筷子種子采于陜西省朱雀地區(qū)。種子完全變成黑色達(dá)到采收標(biāo)準(zhǔn)后，采收成熟種子。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(yǎng)箱中進(jìn)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(xiàn)過干或過濕的狀況。

1.2.2 胚形態(tài)觀察和指標(biāo)測定 在層積0 d、30 d、60 d、120 d，150 d后隨機(jī)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(fā)育階段及顯微攝影，隨后在徠卡顯微鏡下測定胚長，并計(jì)算胚率[7]。

2 結(jié)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(zhì)，胚乳豐富。從鐵筷子種子形態(tài)后熟期間的解剖學(xué)觀察可以看出，采收期(層積0 d)的鐵筷子種胚已經(jīng)開始分化，處于心形胚前期階段(圖1a)，隨著層積時(shí)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(shí)期(圖1c)，最終發(fā)育到子葉胚時(shí)期(圖1d)。表明鐵筷子種子采收時(shí)其胚剛開始分化(心形胚前期)。由此可見，鐵筷子種胚存在嚴(yán)重的形態(tài)后熟現(xiàn)象，在后續(xù)層積條件下逐步完成種胚的發(fā)育和生長。但是在解剖觀察的時(shí)候發(fā)現(xiàn)在同一時(shí)間取樣的種子，種子分化的狀態(tài)并不完全一致，說明同一條件下鐵筷子種胚生長發(fā)育速度存在差異。

圖1 層積處理下鐵筷子種胚發(fā)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(jì)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(gè)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(gè)子葉原基，呈現(xiàn)心形，種胚處于心形胚前期階段。層積30 d后，種胚發(fā)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(fā)育階段和胚率測定

層積60 d后，種胚開始發(fā)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(jìn)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(shí)期，種胚的長度約為1 890.99 μm，種胚發(fā)育成熟，此階段胚率也僅為41.11%。此時(shí)種子已經(jīng)達(dá)到萌發(fā)狀態(tài)，胚根開始萌動。

鐵筷子種子形態(tài)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(fā)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(fā)育至成熟胚。

3 結(jié)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(jīng)開始分化，卻處于分化的早期階段。經(jīng)過暖溫層積處理，從心形胚經(jīng)歷魚雷胚的前、后期和子葉胚階段，逐漸發(fā)育成熟，胚根開始萌動。研究表明鐵筷子種胚存在嚴(yán)重的形態(tài)后熟現(xiàn)象。劉萍研究發(fā)現(xiàn)鐵筷子種子脫落時(shí)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(fā)現(xiàn)種胚是處于心形胚前期階段，這可能是由于取樣的時(shí)間和時(shí)期不同。鐵筷子種子成熟后需要種胚進(jìn)一步的發(fā)育和生長，這是制約種子萌動的其中一個(gè)主要因素，許多植物的種子也都存在類似現(xiàn)象，需要經(jīng)過形態(tài)后熟后才能萌發(fā)[9,10]。