溫度對珠子參種胚生長發(fā)育的影響

趙新禮， 張 馨

(陜西中藥研究所，陜西咸陽 712000)

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溫度對珠子參種胚生長發(fā)育的影響

趙新禮， 張 馨

(陜西中藥研究所，陜西咸陽 712000)

[目的]了解溫度對珠子參種胚生長發(fā)育的影響，掌握解除種子休眠的方法。[方法]采用不同溫度條件下種子沙藏處理，定期取材，以解剖學(xué)的方法，對種胚的形態(tài)大小及發(fā)育情況進(jìn)行觀測。[結(jié)果]珠子參種胚屬高低溫型。在15 ℃下發(fā)育最好，約160 d即可達(dá)到滿胚，后再轉(zhuǎn)入5 ℃低溫處理60 d即裂口。裂口種子10 ℃培養(yǎng)5 d就開始萌發(fā)。[結(jié)論]該研究為珠子參種子催芽育苗提供科學(xué)依據(jù)。

珠子參；溫度條件；種子沙藏處理；種胚發(fā)育

珠子參panaxjaponicusvar.major為五加科人參屬的瀕危藥用植物[1]，其主要化學(xué)成分為皂苷類、糖類、揮發(fā)油類等多種類型化合物[2-3]。根狀莖入藥為珠子參，有補(bǔ)肺、養(yǎng)陰、活絡(luò)、止血、抗腫瘤、保護(hù)心腦血管系統(tǒng)、抗炎鎮(zhèn)痛、提高免疫力等功能[4-6]；地上部分入藥稱參葉，有清熱、生津、利咽、滋補(bǔ)強(qiáng)壯之效[7]。珠子參種子為胚未成熟的種子，果實成熟時種胚僅為一團(tuán)很少分化的細(xì)胞。若將采收的種子直播，需要經(jīng)過20～22個月才能完成種胚的發(fā)育而解除休眠。因此，掌握種子休眠規(guī)律，縮短種胚后熟時間，打破休眠，提高種子發(fā)芽率，是珠子參栽培技術(shù)研究的關(guān)鍵和重點(diǎn)。學(xué)者們對珠子參的化學(xué)成分與藥理作用已有較多研究[4-7]，對其栽培技術(shù)方面研究較少[8-11]，而有關(guān)珠子參種胚后熟的研究未見報道。筆者采用層積沙藏的方法對種胚后熟發(fā)育過程進(jìn)行了研究，為珠子參的規(guī)范化栽培提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料8月上中旬采集移栽的珠子參植株的成熟果實，經(jīng)水浸泡24 h后搓去果皮，取沉于水下的種子作為試驗材料。

1.2方法

1.2.1種子的沙藏處理。先將種子用500倍80%多菌靈水溶液浸泡消毒30 min，再將種子與高溫滅菌的河沙按1∶10比例拌勻，沙子含水量以手捏成團(tuán)后自然松散為宜，放入培養(yǎng)皿中，每皿200 粒，每個處理三皿，先放25～32 ℃室溫下，約10 d后再分別轉(zhuǎn)入5、10、15、20、25 ℃及實驗室(變溫5～25 ℃)等6種條件下培養(yǎng)。每隔20 d取種子10粒，采用徒手解剖，在解剖鏡下對胚的形態(tài)大小及發(fā)育情況進(jìn)行觀測。

1.2.2種胚發(fā)育觀測。對15 ℃培養(yǎng)的種子，每10 d取種子10粒，用FAA固定，石蠟法制永久切片，切片厚度8～12 μm，番紅固綠染色。用顯微鏡對胚的形態(tài)大小及發(fā)育情況進(jìn)行觀測。

2　結(jié)果與分析

2.1種子的形態(tài)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)上習(xí)稱的珠子參種子，實質(zhì)上是包括內(nèi)果皮的果核，形狀為倒卵狀腎形，長3～5 mm，寬2.5～3.5 mm，乳白色或米黃色，表面凸凹不平，近果柄處有一小喙，內(nèi)含種子1粒。種子形狀與果核相似，長2.0～3.5 mm，寬2～3 mm，表面凸凹不平，淡黃色，種臍凸出成一小喙，種皮極薄，膜質(zhì)，胚乳豐富，近種臍處有一長圓形的空腔，長0.3～0.4 mm，寬0.2～0.3 mm；胚位于空腔基部，極??；種子尖端為臍孔，沿臍孔有結(jié)合縫，裂口時從結(jié)合縫處裂開，胚根由臍孔處萌發(fā)。

2.2種胚的后熟發(fā)育觀測6種不同溫度條件下種胚發(fā)育情況(表1)發(fā)現(xiàn)，在15 ℃下種胚發(fā)育最好，培養(yǎng)120 d就有滿胚者，約160 d絕大多數(shù)種子達(dá)到滿胚，平均胚率為91.38%。再轉(zhuǎn)入5 ℃低溫處理60 d開始裂口。將已裂口種子放10 ℃培養(yǎng)5 d就開始萌發(fā)。也就是說，珠子參種子要完成種子的后熟過程必須經(jīng)歷2個階段，即在15 ℃條件下經(jīng)過160 d處理可以完成種胚的形態(tài)發(fā)育，再在5 ℃條件下經(jīng)過60 d完成其生理后熟，即可打破休眠。

在其他溫度條件下培養(yǎng)160 d時，胚的發(fā)育情況明顯不同。20 ℃有個別種子達(dá)滿胚，多數(shù)種子胚為滿胚的2/3，縱切片可見營養(yǎng)葉原基已開始分化小葉原基，胚芽原基亦已出現(xiàn)；5、10、25 ℃及實驗室等條件下胚發(fā)育更差，僅為滿胚的1/5～1/6，僅形成葉原基和凹陷，還處在胚后期發(fā)育的初期階段。

2.3種胚后熟過程的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化筆者對15 ℃下種胚生長發(fā)育情況進(jìn)行了細(xì)致的觀察。根據(jù)胚各部分的發(fā)生，將整個過程分成4個階段。

2.3.1原胚初分化期(子葉原基的發(fā)生期)。果實成熟時，多數(shù)種子胚已完成原胚發(fā)育階段，剛剛開始胚胎的后期發(fā)育，進(jìn)入心形胚期，也有少數(shù)種子胚呈馬蹄形，出現(xiàn)了子葉原基，但尚看不到組織的分化。從正面觀縱切片可見，胚為倒心形或馬蹄形，長約0.11 mm，寬約0.15 mm，細(xì)胞近等圓形，大小一致，排列不整齊，細(xì)胞核大，原生質(zhì)濃厚。側(cè)面切片可見胚呈長圓形，長約0.17 mm，寬約0.11 mm，細(xì)胞略呈長方形，縱向排列，在近珠孔端細(xì)胞較小。

在25～32 ℃高溫下濕沙保藏10 d后，胚體增大，全部為馬蹄形，長和寬近相等，約0.25 mm，說明種子成熟后，在適宜的水分、溫度條件下胚可立即開始后熟發(fā)育。從切片可見，胚頂端中間凹陷，兩側(cè)形成2個明顯的凸起(子葉原基)。凹陷處是以后胚芽原基的場所，將繼續(xù)分化出一枚營養(yǎng)葉；子葉原基將增大分化成為成熟胚的子葉；這時，細(xì)胞也開始分化，子葉原基中央有2～3列細(xì)胞較小，著色較深，排列緊密，為子葉原基內(nèi)明顯的子葉跡，且與下面的組織相連續(xù)，是形成維管組織的原始細(xì)胞；在子葉跡外圍，約有4～6層細(xì)胞著色略淺，分化不明顯，是以后子葉薄壁組織的原始細(xì)胞；在凹陷處，最頂端有3～4層細(xì)胞較小，細(xì)胞核大，排列緊密，著色亦較深，是以后植物體莖端原始組織，可明顯分出原套和原體；在靠近胚柄處也有一些細(xì)胞著色略深，但無明顯分化，是以后胚根的原始細(xì)胞。

表1　不同培養(yǎng)溫度對珠子參種胚生長發(fā)育的影響

轉(zhuǎn)入15 ℃條件下培養(yǎng)以后，胚繼續(xù)發(fā)育良好。20 d后胚體開始拉長，長約0.34 mm，寬0.15 mm。由于子葉原基的伸長，中間凹陷處更深，從切片可見頂端原始細(xì)胞數(shù)目增加，約5～6層，7～8列。

2.3.2營養(yǎng)葉的發(fā)生與分化。在15 ℃條件下培養(yǎng)30 d后，胚體呈短棒狀，長約0.55 mm，寬約0.25 mm?？v切片可見子葉原基伸長至0.30～0.35 mm，細(xì)胞長方形，排列整齊，著色較深。在兩枚子葉原基之間凹陷處出現(xiàn)高約0.15 mm的凸起，其頂端略偏斜，有再分化的趨勢，這就是第1枚營養(yǎng)葉原基，它從凹陷的一側(cè)發(fā)生，但迅速生長很快占據(jù)凹陷內(nèi)空間的大部分，其細(xì)胞略呈長方形，排列整齊，原生質(zhì)濃厚，細(xì)胞核大，分裂旺盛，這時，胚根端細(xì)胞排列開始層次化，有分化之趨勢。

在15 ℃條件下培養(yǎng)50 d后胚體呈棒狀，長0.8～1.0 mm，胚根端鈍圓。縱切片可見始有組織分化，最頂端是由一層細(xì)胞分別構(gòu)成的根冠原和表皮原，它們有共同的來源；向內(nèi)是皮層原和中柱原，這時，子葉長約0.55 mm，薄壁組織原始細(xì)胞著色變淺；幼葉原基長約0.33 mm，頂端形成偏斜或2個明顯的小突起(小葉原基)。

2.3.3胚芽原基的形成。在15 ℃條件下培養(yǎng)80 d后凹陷處中央部位形成圓丘狀的胚芽，胚長約1.5 mm，達(dá)滿胚期的2/3長，以后胚體生長減慢。胚根端各原始細(xì)胞群數(shù)目增多，分化更為明顯。子葉伸長約1 mm，組織分化明顯，在著色較深、細(xì)胞較小的子葉跡內(nèi)可見原生韌皮部篩管。營養(yǎng)葉原基伸長0.55～0.60 mm，頂端小葉原基呈棒狀。這時，在位于凹陷處正中央出現(xiàn)圓丘狀的胚芽原基，其細(xì)胞等徑形，排列緊密，原生質(zhì)濃厚，細(xì)胞核大；以后細(xì)胞數(shù)目不斷增多，體積增大，并向遠(yuǎn)離幼葉一側(cè)偏斜，由于肥大幼葉的壓迫而成為頂端扁尖狀的突起，高0.10～0.20 mm。胚芽生長方向的改變，為萌發(fā)時橫向伸長發(fā)育根狀莖打下基礎(chǔ)。

2.3.4滿胚期。在15 ℃條件下培養(yǎng)120 d時有個別種子已達(dá)到滿胚期，培養(yǎng)約150 d后胚芽增高并向遠(yuǎn)離幼葉一側(cè)偏斜，由于肥大幼葉的壓迫而呈扁尖狀。大多數(shù)種子在培養(yǎng)160 d時達(dá)到滿胚期，完成胚的形態(tài)后熟。胚體呈長棒狀，長2.1～2.8 mm，寬約1 mm，生長基本停止；胚根端鈍圓，子葉基部扁圓，上端扁平，幾乎與胚乳等長。胚根、胚軸、子葉、幼葉均已分化完成。連續(xù)橫切片可見在胚根、胚軸部位已有中軸原和原形成層的分化；子葉的分化程度較高，各組織的分化更進(jìn)一步，表皮仍為胚性細(xì)胞；基本分生組織皮層細(xì)胞已明顯液泡化，著色較淺；原形成層束外側(cè)可見分泌道，向內(nèi)可見子葉原生韌皮部篩管和原生木質(zhì)部導(dǎo)管；幼葉具三枚小葉片，也已分化出原形成層束。

在胚后熟發(fā)育的整個過程中，可以看到胚體在增大，胚腔也隨著增大，雖未見破毀的胚乳細(xì)胞，但胚腔周圍的胚乳細(xì)胞內(nèi)貯藏物明顯少于遠(yuǎn)端胚乳細(xì)胞，顯然胚生長所需營養(yǎng)是來源于胚乳細(xì)胞的。

3　結(jié)論與討論

(1)珠子參為陰生植物，果實成熟時種胚由一團(tuán)很少分化的細(xì)胞構(gòu)成，呈心形或馬蹄形，在胚胎發(fā)育過程中屬于后期分化的開始階段，這與人參[12]、西洋參[13]等同屬植物果熟時胚發(fā)育狀況相類似。

(2)珠子參種子胚屬高低溫型，在15 ℃條件下生長發(fā)育最好，經(jīng)過160 d完成種胚的形態(tài)后熟，再在5 ℃條件下經(jīng)過約60 d完成其種胚的生理后熟，在10 ℃下5 d種子開始發(fā)芽。而培養(yǎng)160 d時，20 ℃有個別種子達(dá)滿胚，多數(shù)種子胚為滿胚的2/3，5、10、25 ℃及實驗室等條件下胚生長發(fā)育更差。

(3)珠子參種胚在15 ℃條件下經(jīng)過5個多月時間完成了形態(tài)后熟過程，其中前3個月是種胚分化發(fā)育最活躍的時期，即由果實成熟時的原胚進(jìn)一步先后形成心形胚、子葉原基、幼葉原基和胚芽原基，胚長增長也較快；以后2個月只是種胚體積的緩慢增大。因此，若要縮短胚形態(tài)后熟的時間，可以在種子采收后立即進(jìn)行處理，并在后2個月內(nèi)考慮增加其他處理措施，并進(jìn)一步試驗研究其可行性。

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Effects of Temperature on the Embryonic Development ofPanaxjaponicusvar.major

ZHAO Xin-li, ZHANG Xin

(Shaanxi Institute of Traditional Chinese Medicine, Xianyang, Shaanxi 712000)

[Objective] To find the effects of temperature on embryonic development of Panax japonicus var.major, and to grasp the breaking method of seed dormancy.[Method] Seeds sand processing was adopted under different temperatures.After regular sampling, anatomy was used to observe the embryo morphology size and development situation.[Result] Embryo ofP.japonicusbelonged to high and low temperature type.The best development temperature was under 15 ℃.Embryonic development would be finished in condition of 15 ℃ by stratification for within about 160 d, and became crack at 5 ℃ for 60 d.the cracked seeds germinated at 10 ℃ for 5 d.[Conclusion] This research provides scientific basis for the seed emergence ofP.japonicus.

Panaxjaponicusvar.major; Temperature condition; Seed sand stratification; Embryonic development

中醫(yī)藥公共衛(wèi)生專項(財社[2011]-76號)；中醫(yī)藥行業(yè)科研專項(201207002)。

趙新禮(1961- )，男，陜西扶風(fēng)人，高級工程師，從事中藥資源與栽培研究。

2016-07-01

S 162.5

A

0517-6611(2016)24-125-02