（植物学专业论文）壶瓶碎米荠繁殖的研究.pdf

壶瓶碎米荠生长与繁殖条件的初步研究 摘要 壶瓶碎米荠( c arda mineh uping3hanensi s ) 是十字花科 碎米荠属的一种多年生植物。是湖南师范大学生命科学学院刘林翰、 刘克明老师等发现并命名的一个植物新种。分布在湖南北部的壶瓶 山一带，在自然条件下，只发现其营养繁殖，未发现由种子萌发而 产生的幼苗该植物种群小，分布狭窄。加上当地将此植物作为野 菜采食，其物种濒临绝灭本论文主要对该植物生长与繁殖条件进 行了初步研究，旨在为保护和合理利用该植物资源进行一些理论和 技术探讨。 1 普通干燥贮藏的壶瓶碎米荠种子活力及萌发研究 对刘克明老师所赠的当年采自野y l - a 种子进行活力测定和萌发 的初步研究发现：用纸上荧光法、b t b 法、 i t c 法测定种子活力， 三种测定的结果一致表明种子的活力很低；用多种激素( g a 、2 4 一d 、6 一b a 壳梭孢菌素) 、渗透调节溶剂( p e g 、丙酮) 、有机和无 机化合物( 水杨酸、v c 、v 。、h 2 0 2 ) 、无机离子( k + ca ”z n ”) 进行处理，并在不同温度和光照条件下进行萌发试验，都未能使种 子萌发结果表明当年o l 熊, t 的种子，采用普通干燥贮藏后，种子因 丧失活力而不能萌发。 2 壶瓶碎米荠胚胎发育的研究 以碎米荠、油菜为对照材料，对壶瓶碎米荠胚发育过程进行了 研究，三种植物胚的备发育规律基本一致，都经历球形胚、心形胚、 鱼雷形胚和子叶胚( 成熟胚) 四个时期。壶瓶碎米荠与碎米荠在胚 发育上更接近。壶瓶碎米荠在四个时期的发育中末出现异常现象。 在发育成熟后，胚具有完整的子叶、胚根，胚轴、胚芽，胎胚发育 完整。胚胎发育为柳叶菜型模式，胚乳的发育方式为核型胚乳发育 方式。 3 不同发育时期壶瓶碎米葬种子萌发能力比较 壶瓶碎米荠种子开花授粉后第3 0 天，其种子经萌发处理后胚 根可以伸长，但不能成苗；发育到第3 5 天，种子可正常萌发，但成 苗率很低；发育到第4 3 天，角果开裂，种子弹出时，种子可以完全 萌发并成苗。成熟种子萌发时需采用激活剂，萌发温度不能高于2 8 3 0 ( 2 ，种子在光照或遮光条件下都能萌发。 4 不同贮藏时间和贮藏方式壶瓶碎米荠种子的活力变化 壶瓶碎米荠种子不耐贮藏，活力易于下降，温度和温度是影响种 子活力的关键因素。在室温干燥条件下，其种子寿命最长只有1 1 0 天，在室温潮湿条件下其寿命最长只有5 5 天。壶瓶碎米荠种予的最 佳贮藏条件是低温干燥贮藏，在一2 0 c 干燥条件下贮藏1 1 0 天，种 子发芽率保持在8 0 一9 0 。 5 壶瓶碎米莠生长规俸和栽培条件的初步研究 原产地生长发育规律：壶瓶碎米荠在原产地是多年生植物，4 月初抽苔；5 月下旬开花，同时其茎基部的不定芽已经开始生长；6 月下旬到7 月初，种子成熟并弹出，种子不萌发，同时枝节上长出 气生根；7 8 月枝条倒地，气生根在地壤中生长；8 一1 1 月枝节上 的芽生长成苗；第二年3 月快速生长。全生育期2 6 0 天左右。株高 3 0 4 0 c m 长沙异地栽培生长发育规律：9 月播种，幼苗生长慢；二月下 旬以后进入快速生长期；3 月初基生叶大约5 7 片时开始抽苔；4 月初开花；5 月2 0 3 0 日果实成熟，种子弹出。6 月以后，长沙气 温很高，老茎和倒地的枝条枯死。要使营养体安全过夏，必须把老 茎和枝条移到阴凉湿润环境中。9 一1 1 月气温下降后，再把苗移栽 到大田。 裂叶生长情况：壶瓶碎米荠不论是营养繁殖长出的苗，还是种 子萌发长出的，其叶桶上将有规律地长出裂叶，其规律是第l 4 片 叶无裂叶，第5 6 片叶上长出一个裂叶，7 8 片叶长出一对裂叶， 以后的每片叶的叶柄长出4 5 对裂叶。 通过对壶瓶碎米荠的种子萌发条件及其生长特性的初步研 究，基本解决了种子贮藏和种子萌发的技术以及异地栽培和繁殖技 术。这些研究结果对于揭示该物种濒危的原因和实现对该植物的保 护利用具有重要参考价值。 t h er e s e a r c ho ft h e p r o p a g a t i o n o f c a r d a m i n e h u p i n g s h a n e n s i s a b s t r a c t c a r d a m i n eh u p i n g s h a n e n s i s ，ar a r e p e r e n n i a lp l a n ti nc r u c i f e r a e c a r d a m i n e ，i s an e w s p e c i e sd i s c o v e r e db yl i n - h a n g l i ua n d k e - m i n g l i u p r o f e s s o r s o fh u n a nn o r m a lu n i v e r s i t y i td i s t r i b u t e si n h u p i n g m o u n t a i mi nn o r t hh u n a np r o v i n c e i nt h en a t u r e ，w eo n l yf o u n di t s a l i m e n t a t i v er e p r o d u c t i o na n dd i dn o tf o u n di t ss e x u a lr e p r o d u c t i o n i t s a m o u n ta n dd i s t r i b u t i v ea r e ai sv e r y s m a l l a d d i t i o n a l l y , i ti sa l s oa k i n do f d e l i c i o u sw i l dv e g e t a b l ea n dt h el o c a lp e o p l e p i c ki f i ng r e a td e a le v e r y t o wy e a r s n o w , i ti si ns e v e r ed a n g e ro fa n n i h i l a t i o n s o ，i th a sg r e a t s i g n i f i c a n c et os a v ea n de x p l o i t t h i sa n n i h i l a t i n ga n dd e l i c i o u sp l a n t t h e d e t a i l so f t h i sr e s e a r c ha r e e x p a t i a t e d a sb e l o w ： 1t h er e s e a r c ha b o u tt h es e e d v i g o ra n dg e r m i n a t i o no f c a r d a m i n eh u p i n g s h a n e n s i s f r o mt h er e s e a r c h e so ft h es e e d v i g o r m e a s u r e m e n ta n d g e r m i n a t i n ge x p e r i m e n t , w e f o u n dt h a tt h es e e d v i g o ri sv e r yl o wt e s t e d b yp a p e r f l u o r e s c e n tm e t h o d 、b t bm e t h o da n d 盯cm e t h o d a n dt h a tt h e s e e d sh a v eb e e nd o a t e da n dd e a d t h o u g h w eh a v eu s e ds e v e r a lk i n d so f h o r m o n e s ( e g ：g a2 a - d6 - b ae t ) ，s e v e r a lk i n d so fp e r v a s i v es o l u t i o n s ( e g ：p e g ，a c e t o n e ) ，s e v e r a lk i n d so fo r g a n i ca n di n o r g a n i cc o m p o u n d s ( v i t a m i nc ，v i t a n i ne ，h 2 0 2 ) a n d s e v e r a lk i n d so f i n o r g a n i c i o n ( k + ，c a ”，z n l i nt h e e x p e r i m e n t su n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n d d i f f e r e n t i l l u m i n a t i n gc o n d i t i o n s s ow et h i n kt h a tt h i sg r o u po fs e e d p r o v i d e db yk e - m i n g l i uw h o p i c k e dt h e m i nt h es a l t l ey e a rh a v eb e e n 4 d e a do ri nd e e p d o r m a n c y 2t h er e s e a t c ho ft h ec a r d a m i n eh u p i n g s h a n e n s i se m b r y o d e v e l o p m e n t s e e i n g f r o mt h ee m b r y od e v e l o p m e n t o fc a r d a m i n e h u p i n g s h a n e m i s 、c a r d a m i n e h i r s u t el ，a n db r a s s i c a c m n p e s t r i s l ，t h o u g ht h e r e a r es o m ed i f f e r e n tn u a n c e s , t h e yh a v es a m e d e v e l o p m e n t p h a s e s t h e i re m b r y o a l ld e v e l o pf r o m p r o - e m b r y o ，h e a r t - s h a p e de m b r y o ， t o r p e d o - s h a p e de m b r y o t om a t u r ee m b r y o t h ee m b r y od e v e l o p m e n to f c a r d a m i n eh u p i n g s h a n e s i s i ss a m ew i t ht h a to fc a r d a m i n eh h 葛u t el a n db r a s s i c ac a m p e s t r i sl e v e r yp h a s ei sp e r f e c t t h ed e v e l o p m e n to f t h e e m b r y ob e l o n g st o t h eo n a g r a dt y p ea n dt h a to ft h ee n d o s p e r m b e l o n g s t ot h en u c l e a r t y p e 3t h er e s e a r c ho ft h eg e r m i n a t i n ge x p e r i m e n t si nd i f f e r e n ts e e d d e v e l o p i n gp h a s e sa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eg e r m i n a t i o no f m a t u r es e e da n d ，s u r r o u n d i n gf a c t o r s w h e nt h es e e dd e v e l o pt ot h e3 0 t hd a y , i t sr a d i c l ec a r tg r o w ，b u tt h e w h o l es e e dc a nn o tb e c o m es e e d i n g ；t ot h e3 5 t hd a y , t h es e e dc a n b e c o m e s e e d i n g ，b u ti t sr a t ei sv e r yl o w ；t o t h e4 3 t h d a y , t h ef r u i tr i p ea n d b r e a k , t h es e e dw i l ls p r i n g , a n d a l lo f t h e s es e e dc a nb e c o m e s e e d i n g t h e s e e dh a sn od o n n a n c y , b u tb e f o r et h er i p es e e dg e r m i n a t e si tm u s tb e a c t i v a t e da n dt h es o i lm u s th a v ep l e n t e o u sw a t e r , a n dt h et e m p e r a t u r e m u s tb ek e p tb e l o w2 8 3 0 。c i na d d i t i o n ，t h es e e dd o e sn o tn e e d a l k e t e s c e n ts u r r o u n d i n g ( p h = 7 罐) ，a n di tc a ng e r m i n a t ew e l lu n d e rb o t h 川u m i n a t i o na n dd a r kc o n d i t i o n s 5 4t h e c h a n g eo f t h es e e dv i g o ri nd i f f e r e n ts t o r i n gt i m ea n du n d e r d i f f e r e n t s t o r i n g c o n d i t i o n s c a r d n i n e h u p i n g s h a n e s i s s e e d v i g o r d e c r e a s e sv e r yf a s ta n dt h e d e t e m a i n i n gf a c t o r s a r et h et e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y u n d e rn o n u a l t e m p e r a t u r ea n dd r yc o n d i t i o n s m es e e dl o n g e s tl o n g e v i t yi s 11 0d a y s ； u n d e rn o r m a lt e m p e r a t u r ea n dm o i s tc o n d i t i o n s ，i t sl o n g e s tl o n g e v i t yi s o n l y5 5d a y s t h ef i n e s ts t o r i n gc o n d k i o ni s l o wt e m p e r a t u r ea n dd r y s u r r o u n d i n g i n 一2 0 c a n d d 叫s u r r o u n d i n g , a f t e rs t o r i n g1 1 0 d a y s ，t h e s e e d v i g o r i n d e xa n d g e r m i n a t i n g r a t ea l m o s td on o td e c r e a s ea n dt h e g e r m i n a t i n g r a t ec a l lm a i n t a i na t8 0 - 9 0 i na l o n g t i m e 5t h er e s e a r c h e so fs e e d i n g p l a n t i n g c o n d i t i o n sa n di t sg r o w t h r e g u l a t i o n t h e d e v e l o p m e n tr e g u l a t i o n i nn a t u r ec o n d i t i o n ：i nt h e n a t u r e ，c a r d a m i n eh u p i n g s h a n e s i si sak i n do f p e r e n n i a lp l a n t i tb o u r g e o n si ne a r l ya p r i l ，b l o s s o m si nl a t e rm a ya n da tt h i st i m et h e b u d sa tt h ef o o to ft h eo l ds t e mb e g i nt og r o w f r o ml a t e rj u n et oe a r l y j u l y ，i t ss e e d sr i p ea n ds p r i n g b u tc a n n o t g e r m i n a t e ；a t t h es a m et i m et h e b u d so nt h eb r a n c h e s g o wo u ta i r - g r o w i n g r o o t s f r o m j u l y t o a u g m e n t , t h e b r a n c h e sf a l lt ot h eg r o u n da n di t sa i r - g r o w i n gr o o t sg r o w w i l li nt h ee a r t h t h eb u d so nt h eb r a n c h e sg r o wi n t o s e e d i n gd u r i n g a u g m e n t a n dn o v e m b e ra n dt h es e e d i n gg r o w sf a s ti nt h en e s tm a r c h t h ew h o l el i f ei sa b o u t2 6 0 d a y s t h ep l a n t i sa b o u t3 0 - 4 0c m t h e d e v e l o p m e n tr e g u l a t i o ni ns h a n g s h a ：i ne x p e r i m e n t a lf i e l d ，w e s o wt h e mi ns e p t e m b e r ，b u tt h es e e d i n gg r o w sv e r ys l o w l y ；i nt h en e x t m a r c h , t h es e e d i n gh a s5 - 7 b a s e - g r o w i n gl e a v e sa n db e g h a st ob o u r g e o n ； l i lt h ee a r l y a p r i l ，i tb e g u , s t ob l o s s o m ；i nt h el a t e rm a y ，i 乜劬沁r i p e ，a n d i t ss e e d ss p r i n g a f t e rj u n et h et e m p e r a t u r ei ns h a n g s h ai sv e r yh i g ha n d t h eo l ds t e ma n db r a n c h e sw i l lw i t h e rt od e a t h i tm u s tb et r a n s f e l r e dt o c o o la n dm o i s t p l a c e t i l ls e p t e m b e r t on o v e m b e r , w h e nt h et e m p e r a t u r e d e c r e a s e s t h e y c a nb e p l a n t e di nn a t u r e c o n d i t i o n a g a i n t h e s e e d i n g n om a t t e rg r o w 吨f r o mt h eb u d so ni t sb r a n c h e so rf i o m s e e d ，i t sl e a f s t a l k sw i l lg r o w o u t s p l i t t i n g - l e a v e s t h er e g u l a t i o ni st h e1s t t o4 t hl e a v e sh a v en os p l i t t i n g - l e a f , t h e5 t ha n d6 t hl e a v e sh a v eo n e s p l i t t i n g - l e a f , t h e7 t h a n d8 t hl e a v e sh a v ea p a i r o f s p l i t t i n g - l e a v e s ，a n d t h e r e s t h a v e 4 t o5p a i r s t h r o u g ht h er e s e a r c h e so f t h es e e dg e r m i n a t i n gc o n d i t i o n sa n dt h e s e e d i n gg x o w t hr e g u l a t i o n ，w e c a n c o m p l e t e l y m a k ec a r d a m i n e h u p i n g s h a n e s i ss e e dg e r m i n a t e ，a n ds o ，w eh a v eu n c l o s e d i t s g e n u s e x t i n g u i s h i n g r e a s o n 前言 1 植物种子萌发生理的研究进展 1 1 种子大小及充实度与种子萌发的关系 早在1 9 6 0 年，a u s t i n 和l o n g d e n 就发现胡萝卜种子的大小、重 量将影响种子的发芽率、出苗率。傅家瑞等( 1 9 8 0 ) 发现芜瞢种子 大小也影响发芽率”。很多野生濒危植物，种子细小、秀芝扁，贮藏物 少。其种子的萌发率、出苗率很低。侧如，常见的野生牡丹，种子 形状、大小不仅随产地不同而变化，而且细小，萌发期长达半年以 上。其中紫斑牡丹的萌发率很低，只有1 2 ( 采自陕西略阳) 和4 4 ( 采自湖北神农架) ，出苗率更低t 2 1 。还有我国特有的分布区极狭窄 的一年生草本植物一杭州石荠，种子经水选后，水选下层种子萌发 率虽有6 0 ，但只占3 2 6 ，水选上层种子占6 7 a ，发芽率仅7 ， 种子冬季休眠长，萌发温度窄，种子的萌发率低，种子质量差，使 得该物种分布范围狭窄，濒临绝灭。 由此可知，很多植物的濒危与其种子的质量关系密切。种子质 量差，萌发率低，种群数量少。 1 2 种皮对种子萌发的影响 种皮对种子胚的影响主要可以分为三个方面，( 1 ) 种皮的透陉 ( 2 ) 种皮对胚的机械阻碍作用；( 3 ) 种皮内含有抑制物。种皮的透 性，主要是指对水分和氧气的透陛种子对胚机械阻碍作用，主要 是防碍胚的继续发育，种子需很大的机械压力才能把种皮或果皮穿 破。因种皮对胚的影响，而导致萌发率低，种群数量少的植物如扁 竹兰鸢尾( 1 r i sc o n f i s ) ，它的种皮对胚不仅有不适性，而且有很大的 机械阻碍，只要去除种皮或只去除胚部位的种皮都能明显提高鸢尾 种子的萌发率1 4 1 。 1 3 种子胚的后熟生理 胚的后熟一般分类为二种：形态后熟和生理后熟。很多野生植 物的种子，在结构上通常胚发育不完全，需要很长的休眠期和萌发 期。胚在低温层积过程中，要经过几个明显的发育时期。如被列为 国家“八五”重大项目，由北京大学承担的南川升麻种子的解剖学、 种子体眠破除及萌发条件的研究项目。该研究结果表明，在触子成 熟时，南川升麻种子平均长2 r a m ，宽l m m ，千粒重1 ，2 3 9 ，种子萌 发时胚只发育到球形胚阶段；在常温湿润条件下处理，种子休眠9 0 天后，发育到心形期；1 2 0 天后才在很窄的温度范围( 2 0 ，光照 培养簸) 萌发6 6 7 ，如果低温冷藏，天后才进入子叶期，如果 低温加g a s 处理6 0 天后才进入子叶期嘲。此外，象短柄五加，既可 进行有性生殖又可通过根茎进行营养繁殖，种子( 含内果皮) 平均 大小为4 8 0 2 2 8 m m ( 长x 宽) ，千粒重为5 1 1 8 m g ，种子脱落时， 胚尚未完全发育成熟，为心形胚初期，胚体积很小，约占整个种子 长度的1 2 0 ，在试验地种植条件下饱满种子需经1 8 1 9 个月的后 熟才萌发，出苗率为1 6 7 ；变温层积处理需6 个月，7 在层积期间， 胚不断长大，先经过2 0 i c 层积2 5 3 个月，胚为较大的心形胚， 再5 土i * c 层积3 个月，才接近成熟的子叶胚时期，最终发芽能力只 有9 2 7 嘲由此可知，象这类种子在成熟之后( 脱离母株) 还要经 过很长时间的胚后熟，胚在形态学上要经过球形胚、心形胚、子叶 胚：在自然条件下，胚后熟发育时间很长，并且胚后熟完成后，出 苗率仍然低。这些原因大大限制了它们的有性生殖的成功，造成生 殖失败，导致物种濒危。 种子的生理后熟是胚在形态解剖学上已经分化完善，但未具生 长能力，在后熟期间胚未出现可察觉的形态解剖学上的变化。对于 胚生理后熟的种子，也常需经过几个月的低温湿润处理，温度在 1 一l o 之间。 无论形态后熟还是生理后熟，外源激素如c k 、g a s 一般情况 都可加快胚后熟如黄莲种子，胚未分化成熟，需要9 0 天的低温条 件才能完成这一分化过程，蒋德勋( 1 9 8 2 ) 用较短时间( 4 8 小时) 的低温( 56 c ) 和1 0 - - 1 0 0 p p mg a s 同时处理，可迅速打破黄莲种子 的休眠而促进萌发f j 。 在低温后熟期间，低温应控制在1 1 0 c ，其中以2 5 c 效果最 佳【8 _ 9 】，如果处在冰点以下时，如连续一3 或一5 和出现间歇一3 一一5 时，后熟不会发生。此外适当的昼夜变温处理，有利于后熟，但 有些植物种子交温幅度不能太大，否则会损害种子【1 0 】。 1 4 光对种子萌发的影响 一般认为光对种子萌发的影响通过光敏素起作用。无论需光、忌 光，还是非感光种子，其萌发或休眠，取决予萌发时种子内所建立 起来的p 仔水平，非感光种子在成熟时已存在适合萌发的p 仔水平， 需光种子在不同程度上接受自光或红光照射后，方可达到适宜的p e 水平，忌光种子萌发要求的p 丘水平较低，萌发需较长时间的黑暗。 很多野生草本植物，由于生在山林中，种子本身细小，很多情况下， 属于忌光种子，如黄姜、杭州石荠，这可能由于种子成熟后，落于 土表，秋冬季由于树叶脱落，阳光可达地面，红光量大，致使p f f 水平高，加上冬季低温，抑制种子萌发，有利于安全过冬；春天， 树叶、杂草从新生长，到达地面的光减弱，同时太阳光通过绿叶后， 远红光占优势，导致p 丘降低，达到萌发要求的水平，促进种子萌 发。 当然，有些物质能影响种子感光性，如含氮化合物可代替某些喜 光种子对光的需求，酸促进感光种子发芽1 1 1 1 。 1 5 抑制物对种子萌发的影响 从1 9 2 2 年m o l i s h 提出肉质果汁液中存在发芽抑制物以来，人们 已经发现在非肉质果同样存在抑制物，并从果皮、种皮、胚、胚乳 中先后分离出许多种类的抑制物。对于萌发抑制物的去除，常通过 反复多次冲洗即可。抑制物对种子休眠和萌发的影响，还可以加外 源激素来平衡。 1 6 环境条件对种子活力的影响 早在1 9 6 2 年，郑光华按种子贮藏生理特性将“短命种子”分为 两大类型：一类是耐干藏种子，一类是忌干藏种子。耐干藏种子， 可以在干燥后，置于低温、密闭、干燥条件下保存，而对于忌干藏 种子，为防止其种子的生命力不降低、甚至丧失，需防止种子本身 的水分丢失，必须保持含水量在一定的范围内。最好再加以冰点的 温度和最低限度的通气【l 甜。对野生植物的种子的人工贮藏应根据其 生态环境来摸索其干湿条件。同时，对于萌发率低、种群数量少的 濒危植物也应考虑它的自然条件是否有利于其种子的贮藏。 从前面所述的内容看，导致一个物种种群小、濒临绝灭有多方 面的原因其中一个熏要原因是种子萌发串低或不能萌发，没有有 效的繁殖途径，致使种群小、濒临绝灭。 而导致萌发率低的原因是多方面的。如紫斑牡丹、石荠，它们 的种子细小，瘦扁，种子质量差，导致种子萌发率低，种群小，分 布狭窄，濒临绝灭。有的如扁竹鸢尾( 眈sc o n f t s ) ，它是种皮对胚的 不透性和很大的机械阻碍，使萌发率低。一般来说，种子的体眠是 对环境的适应，对该物种起保护作用。但是，有些种子的休眠，如 前面所述的南川升麻和短柄五加，要经过漫长的后熟生理。这一漫 长的休眠导致其种子萌发率很低，造成物种濒危。如南川升麻经1 2 0 天后熟生理后，萌发率只有6 6 7 ，短柄五加经1 8 一1 9 个月后熟 生理后，萌发率仅l 。6 7 ，其成苗率更低。但是象这些濒危植物 的种子都可以通过人为的方法提高其萌发率，扩大它们的种群，使 它们得以拯救。t 本论文所研究的植物一壶瓶碎米荠( c b ，d 。i 。h 。pi 。g 。h anensj s ) 也是一种种群非常小、分布很狭窄的濒危植物。在自然 条件下，只发现其营养繁殖，未发现有性生殖，即未发现种子萌发。 这与南川升麻和短柄五加很相似，短柄五加也主要依靠根茎进行营 养体繁殖。那么，对于壶瓶碎米荠应该同样可以研究其种子的质量、 种子的休眠以及种子的贮藏条件等方面来提高其萌发率，扩大它们 的种群。使它得以拯救。 2 促进种子萌发的技术研究进展 1 打破种子的休眠，促进它萌发的方法很多，但必须针对具体的 休眠原因来选择方案。如因种皮坚硬不透气透水，可以采用一般的 物理、化学方法破除种皮，如踏擦、氨水( 1 ：5 0 ) 处理，9 8 浓硫 酸处理等等。如属胚后熟，无论是形态后熟或生理后熟，则采用低 温层积3 0 1 2 0 天；如因种子内含有抑制物，可反复冲洗。对需光 或忌光种子，则分别给予光照避光和散光等处理。除上述的一些常 规方法外，有时为了更快更有效地打破休眠，还常用到其它一些方 法。 2 1 渗透调节处理促进种子萌发 渗透处理，现在在种子的休眠和萌发方面应用很普遍，对于非休 眠种子，通过渗透处理，可以加速种子萌发，并且使出苗整齐，种 子生理学上称之为“引动”过程。而对于休眠种子亦可以通过渗透 处理，来加速打破休眠。 渗透处理，根据其选择溶剂不同可分为两类，水溶液渗透和有机 溶剂渗透。水溶液渗透处理种子，可以使一些水洛陛的具有生物活 性的物质进入种子，同时使一些水溶性的萌发抑制物渗出。有机溶 剂渗透，目前研究较多，常用的有机溶液主要有乙醇、p e g 、丙酮、 二氯甲烷等。有机溶剂本身对种子的作用，可以表现在几个方面： ( 1 ) 有机溶剂象乙醇、丙酮，可使坚硬的种皮具有透性，增强透气 透水能力。如云实科的种子浸泡在乙醇中可使种皮透水。v e r s c h a f f e l t 认为，乙醇浸种可形成通道透过种皮，水分随之进入，并可以通过 染料的水溶液来证实1 1 4 1 。( 2 ) 很多具有生物活性的化学物质( 包括 激素) 只微溶于水，但可大量地溶入有机溶剂，可提高溶剂的药物 溶度。( 3 ) 有机溶剂可快速地携带具有生物活性的化学药物进入种 子，特别是小分子的有机溶剂，渗透力强。( 4 ) 很多脂溶性抑制物 可以被渗出洗掉。 水溶液渗透和有机溶荆渗透，在实际应用中，常结合一起来进行， 发挥其综合作用，即把一些有机溶剂配成一定比例的水溶液，如p e g 常配成2 0 一2 5 水溶液。这样水溶性的和脂溶性的萌发促进物和 抑制物都可以渗透入或浸出，同时，避免种子因有机溶剂渗透而脱 水。但在选择浓度时要根据不同的植物种子而不同。 2 2 激活磷酸戊糖途径( p p 途径) 促进萌发 r o b e t s ( 1 9 6 3 ) 发现硝酸根，亚硝酸根能有效地刺激萌发、打破 休眠。第二年，又发现所有的一般的细胞色素氧化酶抑制剂( 氰化 钾、叠氮化钠、c o 、硫化氢和羟胺) ，不仅不能延长休眠，反而是 一种很有效的休眠解除剂。m a j o r 和r o b e s t s ( 1 9 6 8 ) 进一步发现其 它的呼吸抑制剂( 氟化钠、碘代乙酸盐、丙二酸盐和一氧代乙酸盐) 也能显著增加休眠种子的萌发。g a b e r ( 1 9 6 7 ) 研究了休眠大麦的糖 途径的相对活性，并用b l o o m 和s t e t t e n ( 1 9 5 3 ) 设计的试验证明， 解除休眠p p 途径的作用是主要的f l5 1 。要激活磷酸戊糖途径，一方面 可以用呼吸抑制剂处理，如前所述的各种抑制剂；另一方面可以用 电子受体：如硝酸根、亚硝酸根、吩嗪硫酸甲脂、甲烯、氯化三苯 基四氮唑等处理，它们可以加速n a d p h 荐氧化，从而导致磷酸戊 糖途径所占的比重增加，有利于打破休眠。 2 3 生物物理学方法打破休眠 自古以来地球上就存在着静电场、磁场、重力场、激光、电离辐 射( a 、p 、r 等射线等) 、还一些能量较低的低能离子束、微弱电流 等物理现象，而生物体都一直生活在这些物理环境中。这些物理因 素对生物体的影响在近十多年中，越来越引起人们的兴趣，其生物 效应正逐渐为人们所揭示。 其中研究最多的是高压静电的生物效应，高压静电处理可提高蟆 叶秋海棠引、苜蓿叶片7 愈伤组织的生长速率、提高超氧物岐化 酶、淀粉酶、蔗糖酶活力。可溶性蛋白糖含量，促进膜的完整和完 善，以及吸收营养元素的能力，同时降低队a 氧化酶和过氧化物酶 的活力，使愈伤组织的i a a 含量高，愈伤组织延迟衰老和褐变。高 压静电场处理休眠的月见草种子，可明显提高月见草种子的萌发效 果。月见革种予野生性强，存在次生休眠和种皮不透水性休眠，适 宜剂量的静电处理可促进月见草种子萌发，增加种皮透性，打破休 眠。因此对于具有野生性，不易发芽的种子进行静电处理，应是一 个有效的破除休眠的方法s ，。 脉冲磁场对种子休眠的破除，也有一定作用。但实际上物理学 方法在生物体的应用很少，特别是对种子休眠，仅仅在近十多年来 才兴起。 ， 2 4 商体胚培养在种子萌发中的应用 胚的离体培养在育种和园艺上的应用主要有以下几个方面：克服 种子休眠及缩短育种周期；克服杂种胚早期败育；克服种子的自然 不育性：测定种子活力。 有些植物和子在成熟散播时，胚未发育成熟。如兰科植物，种子 成熟时胚发育不超过球形胚，人参的只到心形胚。种子萌发需很长 的休眠期，而离胚培养可使胚很快发育成熟并萌发。 在野生植物驯化中，常常需要通过种间、属间杂交，来改变其遗 传特性，提高植物对不同自然环境的适应能力。但种闻、属间杂交 常会导致杂交失败。其原因常是受精的障碍或受精正常而胚在发育 早期夭折。后一种情况，一般是由于胚乳发育不正常或是杂种胚与 乳之间生理上的不协调而引起 长期以营养繁殖的植物，虽然有的能形成种子，如巴碧蕉( m 。 balbisiar l a ) 、芋等，在自然条件下，种子不能萌发，这 种自然不育性的种子可通过胚的离休培养来克服。 本论文对壶瓶碎米荠濒危原因的研究也主要从其种子的萌发开 始。通过观察其胚胎发育过程，证明其胚胎发育是完整的；检测其 种子的活力和贮藏条件，探明其种子的寿命；并用多种种子活力激 活剂，最终促使其种子萌发。揭示了壶瓶碎米荠濒危的原因，对异 地栽培和开发利用该植物具有一定的参考价值。 壶瓶碎米荠生态环境的调查 环境因子影响植物的分布，特别是水热条件是限制植物分布的主 要因素为了探明壶瓶碎米荠生长的生态环境，分别于2 0 0 0 年9 月、 1 1 月和2 0 0 1 年6 月、l o 月，分四次对壶瓶碎米荠生长的生态条件 和种群进行了调查。并对温度、湿度等进行了测定。 湖南石门县壶瓶山地处东经1 1 5 一1 1 7 。，北纬2 9 3 1 。此区 属中亚热带向北亚热带过渡的湿润季风气候。日照时数1 5 0 0 1 8 0 0 小时，日照百分率3 5 4 2 9 6 ，年平均气温1 6 4 1 6 8 c ，年降水量 在1 2 0 0 2 1 0 0 毫米之间。土壤呈中性至偏碱性。调查结果及分析如 下： 1 壶瓶碎米荠的地理分布特点 到目前为止，仅发现在湖南石门县壶瓶山有壶瓶碎米荠的分布， 已知的有三处( 表1 ) 其海拔高度的变化范围为8 0 0 1 4 0 0 m 。壶 瓶碎米荠都生长在狭窄的山沟中，两边树木遮盖，并且都有终年不 断的流水，水质清沏，( 附彩图l 示) 。三处的壶瓶碎米荠种群都较 小。在黄壤坪，壶瓶碎米荠生长在宽约1 5 m ，长约3 0 m 的狭窄山 沟中，其植株大约2 5 0 3 0 0 株左右，在第三次去调查时，其下半部 分的丛林被砍伐，只有上部不足1 0 米的沟边丛林还在，被砍伐的地 方存活的壶瓶碎米荠已经所剩无几壶瓶村的壶瓶碎米荠生长在一 个山泉下部，植株数约1 0 0 株大洞坪的壶瓶碎米荠最多，生长在 宽约3 5 米，长约1 0 0 米的山沟中，植株数约7 0 0 8 0 0 株。从濒 危物种种群大小标准衡量，壶瓶碎米荠属濒危状态。 2 壶瓶碎米荠生长的环境特点 2 1 壶瓶碎米荠生长的水热条件 在2 0 0 1 年6 月8 日测定，三处的气温在1 4 1 79 c 之间，湿度 在7 3 8 4 之间( 表1 ) 。此期为角果发育期，同期茎基部又开始长 出4 5 片叶的不定芽。由此可见，壶瓶碎米荠适宜生长在较低温度 和较高湿度的环境中。 壶瓶碎米荠对水的要求比较严格。它必须生长终年有水地方 ( 附彩图1 ) 。而且要求水是流动的，水质清沏。在水质发绿、长满 水绵、水不流动、水质差的池边没有壶瓶碎米荠的分布( 附彩图2 ) 。 2 2 壶瓶碎米荠生长与光照的关系 壶瓶碎米荠生长在狭窄的山沟中，两边丛林遮盖，沟中能被阳 光直接照射的地方不多。在被砍伐后的阳光直接照射处，该植物数 量急剧减少，很可能与光照强度过大有关。因此，壶瓶碎米荠属于 喜阴植物。 表l ：壶瓶碎米荠的分布及生长的生态条件 2 3 壶瓶碎米荠生长的土壤特点 壶瓶碎米荠所生长的土壤呈碱性，p h 值在8 0 以上( 表1 ) 。土 壤中有机质含量很高，土壤呈黑色，表明该植物适合生长在有机质 含量高的碱性土壤中。 3 壶瓶碎米荠繁殖特点 壶瓶碎米荠在原产地以营养繁殖的方式来延续种族。至今，在 原产地未发现有由种子萌发而来的幼苗。壶瓶碎米荠的营养繁殖方 式可以分为两种：一种是在老茎基部生出多个不定芽，进而每个芽 长成苗，如附彩图3 示，表现出多年生植物的特性。另一种方式是 其枝条在开花结籽后，每个节上长出很多个气生根，然后，枝条倒 地，每个节上长出一个不定芽，最后长成一个完整的植株，如图彩 附4 示。 正由于壶瓶碎米荠依靠枝条倒地而生长出新植物体这种繁殖方 式来扩大种群空间，其种群的扩散速度则很慢，加之枝条倒地后所 处的环境还必须具有土壤和充足的水分，适宜于不定根的和不定芽 的生长才能成苗，从而扩大种群生长空同的能力很有限。这种对生 长条件的苛刻要求和繁殖方式的特殊性可能是造成该物种地理分布 狭窄，种群数量小的重要原因。 综上所述，壶瓶碎米荠适宜低温潮湿终年有流水的环境，其营 养体快速生长和开花结实期的适宜温度在1 4 3 1 6 8 c ，土壤p h 值 里碱性，其繁殖方式为营养繁殖 二壶瓶碎米荠种子活力及种子萌发条 件的初步研究 在自然条件下，壶瓶碎米荠以营养体繁殖，未发现经种子萌发 所形成的苗。为了研究该植物能否进行种子繁殖，本章对当年6 月 在野外采收并经普通干燥贮藏4 个月后的种子进行了种子活力测定 和葫发研究。 1 材料 壶瓶碎米荠种子( 由刘克明教授提供，2 0 0 0 年6 月采白野外， 1 0 月进行活力测定和萌发试验) 油菜b r a s s i c a c a r p e n t r i e sl ( 购于种子公司) 2 方法和试剂 2 1 种子及胚的形态：以栽培作物油菜种子为对照，取5 0 粒壶瓶碎 米荠种子，观察其外形。然后置于3 0 c 左右温水中，浸种3 6 小 时，使种子吸水。取出后小心去