紫茉莉种子休眠和萌发特性研究

凯里学院本科毕业论文 学科代码： 071001 学 号：2009407074 本科毕业论文（设计）题目：紫茉莉种子休眠和萌发特性研究学 院： 环境与生命科学学院 专 业： 生物科学 班 级： 2009级生物科学 学生姓名： 田银帅 指导教师： 杨芩 2013年 4 月 8 日目录目录I摘要II关键字IIAbstract.IIKey wordsII1 引言12材料与方法22.1材料22.2 实验方法22.2.1种子形态结构观察22.2.2 种子生活力测定与发芽实验22.2.3 种子吸水性研究22.2.4 离体种胚萌发测定32.2.5 种子萌发抑制物研究32.2.6 种子萌发机械障碍的研究32.3 数据处理33 结果与分析33.1 紫茉莉种子形态结构33.2 紫茉莉种子生活力和发芽率43.3 紫茉莉种子吸水特性43.4 离体种胚萌发53.5 种子萌发抑制物53.6 种子萌发机械障碍64 讨论64.1 紫茉莉种子休眠机制64.2 紫茉莉种子休眠的生态意义74.3 紫茉莉种子休眠的破除7参考文献：8致谢：9紫茉莉种子休眠和萌发特性研究田银帅（凯里学院环境与生命科学学院 贵州凯里 556011）摘要：本文对紫茉莉(Mirabilis jalapaL.)种子萌发特性进行了研究，结果表明：紫茉莉种子各部分中可能存在均存在萌发抑制物；对离体种胚进行培养时，第3天子叶开始变绿，下胚轴能伸长，胚根也可进行发育，说明紫茉莉不存在种胚休眠。导致紫茉莉发芽率低的主要因素是紫茉莉种子外面的厚果皮以及种皮的机械阻碍作用，即紫茉莉种子的休眠属于强制性休眠。关键字：紫茉莉；萌发特性；离体胚 Characteristics of dormancy and germination of Mirabilis jalapaL. seedsTian Yinshuai(college of environment and life sciences kaili guizhou 566011)Abstract:In this paper, the characteristics of dormancy and germination of Mirabilis jalapaL. seeds was studied, the results showed that germination inhibitors may exist in every part of the Mirabilis jalapaL. seeds ; The seed embryo isolatedly cultivated was observed, begin to turn green, cotyledon changed green 3 days after ,the embryonic axis could extend and , embryonic root could develop normally ,This phenomenon indicated that the embryo had the dormancy characteristic . The mechanical barrier of the thick Pericarp and seed coat were found to be the main factors causing the dormancy of Mirabilis jalapaL.seeds, namely the dormancy of Mirabilis jalapaL. Seeds belonged to compulsory dormant seeds.Key words:Mirabilis jalapa L.; germination characteristics; isolated seed embryoIIV1 引言紫茉莉（Mirabilis jalapaL.）为紫茉莉科紫茉莉属植物，俗名地雷龙、胭脂花、粉豆花、夜饭花等1。紫茉莉具有多方面的应用，其种子的胚乳为粉制，干后碾成粉加香料，可作化妆粉用2。李西安等对紫茉莉种子的化学成分进行了研究3，邝嘉乐、张德志和危英、杨小生分别对紫茉莉根的化学成分进行了研究4-5，李凌智等对紫茉莉的花和叶的有效成分进行了分析6，其研究结果发现在紫茉莉的根、茎叶、种子和花中均含有多种生物活性成分。彭跃峰等利用茎提取物对小菜蛾、菜粉蝶、斜纹夜蛾的生物活性进行了研究发现茎提取物具有杀卵活性，对菜粉蝶4龄幼虫具有触杀活性和拒食活性7，在药学的研究方面发现紫茉莉中的某些活性成分具有抗癌8、抗菌9、溶血3抗病毒10、降血糖11等作用，这些研究为紫茉莉的开发和利用展现了广阔的前景12。在园艺上紫茉莉也是一种可以起到绿化、美化环境和净化空气作用的好花卉13，王永飞对紫茉莉的生物学特征和栽培进行了研究指出紫茉莉可以通过种子繁殖或者在深秋时将根挖出在第二年春季重新种植，但是由于播种法得到的苗长势旺，因而多采用播种法繁殖8。紫茉莉在作为园林植物栽培的同时它也是一种入侵生物14。周晓奎对紫茉莉的生理生态特性和化感作用进行了初步研究，指出紫茉莉具有较高的遗传多样性和较强的化感作用和化学毒性15-16。许桂芳研究了紫茉莉的入侵特性并对入侵风险进行了评估，指出繁殖能力强、耐盐性强和较强的化感作用是其入侵成功的主要原因，并提出紫茉莉具有较高的入侵风险应对其严加控制17。另据有关资料显示，紫茉莉种子有4-5个月的休眠期，由于种皮较厚，田间自然发芽需要50天左右18，但也有资料显示紫茉莉仅有短暂的休眠期19，这给紫茉莉的育苗工作带来了极大的不可预测性。种子繁殖是生产上主要的繁殖方式之一，它具有一些其他繁殖方式所不具有的优势，因此种子繁殖在生产和研究上得应有很广泛。但是自然条件下的许多植物种子存在休眠现象，并且因为植物的生存环境的不同植物的休眠类型有很多种20，这是植物对自然生态环境的一种适应21，这个应用造成了一些障碍，因此研究植物种子的休眠在生产实际和科学研究领域具有十分重要的意义。在目前的研究基础上研究紫茉莉种子的休眠特性不仅可以为园艺上得育苗提供依据，也可以为紫茉莉入侵机制的深入研究打下基础。2材料与方法2.1材料供试种子与2011年10月采自凯里学院校园内的紫茉莉植株，采摘后在实验室内晾干备用。本文提及的紫茉莉种子指采收后晾干了一周的种子。2.2 实验方法2.2.1种子形态结构观察在T式显微镜下对紫茉莉的成熟种子进行解剖，观察种子各部分的形态结构。取一定量种子用镊子分离各部分结构，称重测量各部分所占质量比。2.2.2 种子生活力测定与发芽实验活力测定:用TTC法测定紫茉莉种子的生活力：在25下浸种24小时后剥去果皮及种皮并去除胚乳得到紫茉莉种子的胚，用0.5%的TTC溶液于35黑暗条件下染色2 h，统计染色结果。胚的重要结构染成有光泽的鲜红色的种子即为有活力的种子。实验重复3次每重复30粒种子。种子活力计算公式：种子生活力百分数=（有活力的种子数/供试种子数）100%发芽实验:选出足够数量的种子用1%的高锰酸钾处理2 h，将处理好的种子放入铺有两层滤纸的培养皿，用蒸馏水润湿滤纸，在25的条件下进行培养，每个培养皿放置50粒种子，设3个重复。培养期间每天加入适量的蒸馏水保持滤纸湿润。第10天统计发芽数计算发芽势，第20天统计发芽数计算发芽率。计算公式：发芽势=（第10天发芽的种子数/供试种子数）100%发芽率=（第20天发芽的种子数/供试种子数）100%2.2.3 种子吸水性研究称取3份种子，每份5g，第1份不作任何处理，第2份去除外面的黑色的果皮，第3份去除果皮后用解剖刀沿胚根两侧划破种皮。第2、3份种子实验时连带去除的果皮一起进行吸水测定。将处理好的种子分别放入50ml的烧杯中，加蒸馏水浸泡，于2、4、6、8、10、12、24、36、48h取出种子，用吸水纸吸干种子表面的水分，称重，测定吸水量，实验重复3次。吸水量（g）=浸种后质量浸种前质量2.2.4 离体种胚萌发测定将种子在清水里浸泡24 h，然后用镊子小心的剥去果皮及种皮，并去掉胚内部的胚乳，即得到离体种胚。离体种胚在培养皿内以两层滤纸做基质进行培养，用蒸馏水润湿滤纸，每皿25粒，每个处理设置3个重复，每天观察离体种胚萌发情况。2.2.5 种子萌发抑制物研究将种子的果皮5g、种皮0.2g、胚1.0g、胚乳1.0g在25的条件下分别用20ml、10ml、10ml、10ml的蒸馏水在25下浸提24h得浸提液。在25下用浸提液培养白菜种子，48 h时测定发芽率并测定胚根长度。每个处理30粒种子，3次重复，培养时每个培养皿加3ml的提取液，以蒸馏水培养作为对照。2.2.6 种子萌发机械障碍的研究选出足够数量的种子用1%的高锰酸钾处理2个小时，用处理好的种子进行发芽实验。发芽实验有4个处理，处理1是不对种子做任何处理，处理2是去除果皮，处理3是去除果皮后再用镊子剥离部分种皮仅露出胚的顶端，处理4是去除果皮和全部种皮，分别用A、B、C、D表示。每个处理25粒，3次重复。将处理好的种子放入铺有两层滤纸的培养皿，用蒸馏水润湿。在电热恒温培养箱中培养，培养温度为25（1.5）。在萌发期间保持培养皿中滤纸湿润，每天统计萌发种子数量，第4天计算发芽势，第7天计算发芽率，并计算发芽指数。发芽率、发芽势计算公式同2.2.2。发芽指数计算公式：GI=（Gt/Dt）其中Dt为发芽天数，Gt为对应天数中发芽的种子数。2.3 数据处理用Excel2003对数据进行处理，使用SPSS17.0对数据进行统计分析，采用最小显著差数法（LSD法）对数据进行多重比较。3 结果与分析3.1 紫茉莉种子形态结构紫茉莉种子为瘦果，从外到内的结构依次是果皮、种皮、胚、胚乳。其中果皮为黑色，较厚，占种子总重的45%左右，种皮为棕褐色，较薄，种子浸水以后较易剥离，占种子总重的4%左右;胚由两片子叶构成，呈现淡黄色占种子总重的27%左右，最内部的白色部分为胚乳，占全种重量的24%左右。图1紫茉莉种子的结构 a紫茉莉种子 b去除一半果皮的种子c去除果皮的种子d去除种皮的种子e紫茉莉种子的胚乳f紫茉莉种子的种胚3.2 紫茉莉种子生活力和发芽率由表1中TTC染色结果可知紫茉莉种子为高活力种子，30粒种子种有活力种子数目平均为28.67，但在实验期间紫茉莉种子没有萌发，说明紫茉莉种子存在休眠现象。表1 紫茉莉种子活力测定与发芽结果重复结果统计ABC发芽势发芽率128200022910003291000平均28.671.33000A 指正常染色的有活力种子数 B 指染色不正常的无活力种子数C 指发生腐烂的种子数3.3 紫茉莉种子吸水特性由图2可以看出未经任何处理的种子在整个吸水过程中一直表现为缓慢吸水，经过处理的两组种子的吸水速度明显的快于不经处理的种子，而划破种皮种子的吸水速度有明显快于只去果皮的种子，划破种皮的种子在前4h小时快速吸水之后吸水量就区域稳定，指去除果皮的种子在前2h快速吸水之后吸水速率变缓。虽然不同处理的种子吸水速率不同但是到48h时吸水量基本一致，这表明，果皮和种皮都对种子的吸水有一定限制作用，但是限制作用主要表现在吸水的速上，对种子的吸水量没有明显的阻碍作用，因此，种皮、果皮的透水性对种子的萌发没有抑制作用。图2紫茉莉种子吸水曲线3.4 离体种胚萌发在对紫茉莉的胚进行离体测定时，紫茉莉的离体种胚在培养的第1天子叶就就有展开的现象并且胚根可以伸长，在第3天时子叶开始变绿，由此可以推断紫茉莉的胚不存在发育不完全和生理后熟现象，所以胚不是影响紫茉莉种子萌发的抑制因子。3.5 种子萌发抑制物 表2 紫茉莉种子各部分水提取液对白菜种子萌发的抑制作用提取物发芽率根长（cm）对照96.67%A11.31A果皮91.11%A9.34B种皮94.45%A9.38B胚乳95.55%A6.51C胚98.89%A5.16D 注：均值差的显著性水平为 0.05。 由表1可知，紫茉莉的种子的各部分提取物对白菜种子的萌发率没有抑制作用，发芽率均可达90%以上，但是各提取液对白菜的胚根伸长均有显著的抑制作用，对照组根长最长为11.31cm，最短的为胚提取液，为5.16cm。胚乳水提取液与种胚提取液存在显著差异，后者与种皮和果皮水提取液之间也存在显著差异，果皮与种皮水提取液之间没有差异。这说明紫茉莉种子内可能存在水溶性萌发抑制物。3.6 种子萌发机械障碍 图3 不同处理对紫茉莉种子萌发的影响由图3可以看出紫茉莉种子不同处理之间的发芽率、发芽势和发芽指数均存在显著差异，其中去除种皮的种子萌发率、发芽势和发芽指数最高，分别为92%、76%、8.17。未经任何处理的种子在实验天数内不能萌发，只去除果皮的种子萌发率、发芽势和发芽指数也很低与未经处理的种子之间不存在显著差异，露出胚根而未完全去除种皮的种子的萌发率、发芽势和发芽指数与完全出去种皮的种子存在显著差异。由此可知果皮、种皮的机械性限制作用对紫茉莉种子的萌发有着明显的抑制作用。4 讨论4.1 紫茉莉种子休眠机制种子休眠的原因大致可归为两大类: 第一类是内源因素即胚本身因素, 包括胚的形态发育未完成; 生理上未成熟; 缺少必须的激素或存在抑制萌发的物质. 用低温层积、变温处理、干燥、激素处理等方法可解除. 第二类是外源因素即胚以外的各种组织,即种壳( 种皮、果皮或胚乳等) 的限制, 包括种壳的机械阻碍、不透水性、不透气性以及种壳中存在抑制萌发的物质等. 用物理、化学方法破坏种皮或去除种壳即可解除。紫茉莉的休眠属于由果皮和种皮引起的休眠。紫茉莉的果皮很厚，重量占种子总重的45%左右，但是本研究发现，紫茉莉的果皮、种皮不会限制紫茉莉种子的吸水，因此紫茉莉的休眠是由于紫茉莉种子的果皮和种皮的机械性限制作用引起的。种子休眠的抑制剂作用机理认为, 种子休眠是由于在种子的不同部位存在抑制物, 如醛类、酚类、有机酸、脱落酸、生物碱等22。本实验发现紫茉莉种子果皮、种皮、胚乳和种胚的水提取液对小白菜根的伸长有抑制作用，但对小白菜的萌发率没有影响，这与所报道的紫茉莉其他部位水提取液抑制作物种子萌发有所不同，由于紫茉莉是一种入侵生物，这种抑制作用可能是种子所特有的入侵机制，其水提取物是否抑制紫茉莉幼苗的发育还需进一步研究。4.2 紫茉莉种子休眠的生态意义自然条件下紫茉莉种子需要在土壤里存在一段时间，直到果皮、种皮被腐蚀，从而解除其限制性作用后种子才会萌发。野外观察发现紫茉莉种子在11月份成熟后有一部分种子因为偶然原因果皮破损而萌发，但之后由于受冬季低温影响而全部死亡，所以果皮和种皮的限制是对种胚的一种保护，这种保护作用可以提高紫茉莉幼苗的存活率，从而大量繁殖后代扩展自己的生活区域。但这种限制作用不利于种苗的培育，因此在生产上应想办法解除果皮、种皮的限制。4.3 紫茉莉种子休眠的破除紫茉莉种子的休眠主要是因为果皮、种皮的机械性限制所引起的强制性休眠，在园艺应用中可以采用机械的方法破除果皮和种皮的限制性作用，以促进紫茉莉种子的萌发。参考文献：1 中国科学院中国植物志编辑委员会，中国植物志；第26卷M北京：科学出版社，1999：782 文佳紫茉莉J，国土绿化，1997（3）：39-393 李西安，李培高等，陕北紫茉莉种子的化学成分研究J，延安大学学报，2002，4（21）：42-434 邝嘉乐，张德志紫茉莉根化学成分研究J广东药学院学报，2007，1（23）：1-25 危英，杨小生紫茉莉根的化学成分J中国中药杂志，2003，12（28）：1151-11526 李凌智，等紫茉莉花和叶中有效成分分析J食品科学，2009，4（30）：233-2357 彭跃峰，鲁红学，周勇紫茉莉茎提取物的生物活性研究J贵州农业科学，2006，34（6）：22-248 陈业高，徐俊驹，吕瑜平，等紫茉莉抗癌活性成分研究C第八届全国中药和天然药物学术研讨会与第五届全国药用中午和植物药学学术研讨会论文集，20059 王永飞紫茉莉的种植和利用J农业与技术，2005，25(5)：8310 陈润生，董怡诚，梁曦云，等紫茉莉抗病毒蛋白的空间结构与第五相互作用模拟研究J生物物理学报，1996，129(3):483-38911 宋粉云，张德志，钟运香