（植物学专业论文）肉苁蓉种子萌发和芽管形成的物理信号调控.pdf

摘要 肉苁蓉( c i s t a n c h e d e s e r t i c o l a y c m a ) 为列当科肉苁蓉属的多年生专性根寄 生植物，其寄主为藜科的固沙植物梭援。肉苁蓉秘子在梭援根系附近可萌发芽管 形成吸器，通过吸器侵入寄主维管组织吸取营养束维持其自身生长。为了探讨物 理信号诱导肉苁蓉种子萌发的机制，本研究采用组织培养技术，分析了高低变 温层积处理和n + 注入对肉苁蓉种子萌发的影响，调查了肉苁蓉种子萌发率、萌 发时间以及芽管的形态特征。实验取得的主要结果如下： 1 肉苁蓉种子的活力指数在7 0 一8 0 。将去皮和不去皮的肉苁蓉种子接种在 不同的培养基中，结果去皮的肉苁蓉种子均有萌发，而来去皮的肉苁蓉种子却不 见萌发；同时，用高浓度的g a 浸泡过的肉苁蓉种子也没有萌发。从而证明肉苁 蓉种皮是导致休眠的原因，可能含有萌发抑制物质。 2 不同的温度和外源激素对肉苁蓉种子萌发率的提高有显著的作用。本试验 对肉苁蓉种子采用5 0 高温和4 低温交替层积处理，得出：高温5 0 处理l h 和低温4 层积处理l 霄的2 次循环的变温处理对肉苁蓉种子萌发形成芽管有很 好的促进作用：而且与6 - b a 0 5m g l - i + g a 0 5m g - l + i b a 2 0m g l 1 激素搭配可 以提高肉苁蓉种子的萌发率，萌发率为1 7 8 。 3 采用n + 注入预处理肉苁蓉种子，离子束的剂量为8 0 0 1 0 0 0 能够诱导肉苁 蓉种子萌发；在外源激素物质的诱导下萌发率最高，达到2 3 3 。 4 采用石蜡切片技术对肉苁蓉种子及其萌发过程芽管形态解剖结构进行观 察得出肉苁蓉种子和芽管的解剖学特征。 上述结果说明温度、激素以及n + 注入能够诱导肉苁蓉种子萌发，从而为阐 明肉苁蓉种子休眠原因以及种子萌发机理问题提供理论依据：并对解决生产中肉 苁蓉种子萌发困难和萌发率低等实际问题具有一定现实意义。 关键词：肉苁蓉；萌发：芽管；层积处理：离子注入 r e g u l a t i o n so f p h y s i c a ls i g n a l s0 1 1t h es e e dg e r m i n a t i o n a n dg e r mt u b ef o r m a t i o no fc & t a n c h ed e s e r t i c o l a a b s t t a c t c i s t a n c h ed e s e r t i c o l ai s b e l o n g e dt o o r o b a n c h a c e a ew h i c hi sap e r e n n i a l p a r a s i t i c a lp l a n t h a l o x f l o na m m o d e n d r o ni sah o s tp l a n tf o ri t t h es e e d so fc d e s e r t i c o l ac a l lg e r m i n a tt og e r mt u b ea n df o r mt ob eh a n s t o r i u mi nt h er o o t ss e a l o f ha m m o d e n d r o n a n di ta s s i m i l a tn u t r i t i o nw i t hh a u s t o r i u mt h a ti n v a d et h eh o s tp l a n t f o rk e e po n e s e l fg r o w t h i no r d e rt om a k ec l e a rt h em e c h a n i s m so fi n d u c e m e n tb y p h y s i cs i g n a l so nt h es e e dg e r m i n a t i o nf o rcd e s e r t i c o l a ，w eu s e dt h et i s s u ec u l t u r e t e c h n i q u ea n da n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo f s e e dg e r m i n a t i o ni nc d e s e r t i c o l ab yi n d u c e d i nm ec h i l l i n gt r e a n ：n c n to f h i g h l o wt c r n p c r a t u r ea n di o nb e a m r e s e a r c hg e r m i n a t i o n r a t ea n dt i m eo fcd e s e r t i c o l as e e d sa n dc o n f o r m a t i o no fg e r mt u b e 1 1 砖r e s u l t so f t h i ss t u d ya r cb e l o w ： 1 1 1 * a c t i v i t yi n d e xo f cd e s e r t i c o l as e e di sb e t w c e n7 0 0 , - 8 0 0 , i n o c u l a t i n gt h e s e e dw i t hh u s ka n dw i t h o u th u s ko nm e d i u m , t h er e s u l ti st h a tt h es e e dw i t h o u th u s k c o u l dg e r m i n a t i o na n d 、v i t i lh u s kc o u l dn o t ；t h es e e d st r e a t e db ys o a k e di ng aa th i g l l c o n c e n t r a t i o na l s oc o u l d n tg e r m i n a t i o n i tp r o v e dt h a tt h ed o r m a n c yo ft h es e e d s p r o b a b l yc a u s e db yt h eh u s k , a n dm a y b et h e r ea r es o m eb o u r g e o nr e s t r a i ns u b s t a n c e i n h u s k 2 v a r i o u st e m p e r a t u r ea n de x l r a n e o u sp l a n tg r o w t hm g n l a t i o ns u b s t a n c ep l a ya n a c t i v ep a r ti np r o m o t i n gs e e dg e r m i n a t i o nr a t e t h em o s to p t i m a lr e s u l t si ss t r a t i f i e d s e e d sw e r et r e a t e dw i t hh i 【g ho n eh o u ra n dl o wt e m p e r a t u r e4 1 2o n ew e e kf o rt w o t i m ec y c l e ，t h e nt h e yw e r es o w no nm sm e d i u ms u p p l e m e n t e dw i t hi b a2 0 m g - l - i + 6 - b a0 5m g l 一+ g a0 5m g l g e r m i n a t i o nr a t em a yr e a c h17 8 3 u s i n gn + b e a mt h ecd e s e r t i c o l as e e d s i n d u c eb ye x t l a l l e o u sp l a n tg r o w t h r e g u l a t i o ns u b s t a n c e ，s e e dg e r m i n a t i o nr a t ei sh i g h e s t , i tm a yr e a c h2 3 3 ：n + b e a m c a n 弘讯n 瑚嚣t h ec d e s 盯t t c o l ns e e d sg e r m i n a t i o nw h e nn + d o s ei s8 0 0 - 1 0 0 0 4 t os t u d i e dt h es e e d sa n dg e r mt u b ef o r m a t i o no fcd e s e r t i c o l aw h i c ha l et h e s l i c eu po fp a r a m n e n 虻r e s u l ta r ea n a t o m yc h a r a c t e ro ft h ecd e s e r t i c o l as e e d sa n d i t sg e r mt u b e t h er e s u l ts h o w e do fe x p e r i m e n t ：t e m p e r a t u r ea n dh o r m o n ea n di o nb e a mc a n i n d u c et h es e e d sg e r m i n a t i o no fcd e s e r t i c o l a f o re x p a t i a t e dt h em e c h a n i s mo f r e l e a s ef r o md o r m a n c ya n da d v a n c m e n tg e r m i n a t i o no fcd e s e r t i c o l as e e d sh n d e r p h y s i c a ls i g n a l sp r o v i d et h e o r yg i s t i th a v er e a l i s ms i g n i f i c a n c ef o rs e o et h e p r o b l e m st h a tcd e s e r t i c o l as e e d sg e r m i n a t i o nd i f f i c u l t ya n dg e r m i n a t i o nr a t el o w k e yw o r d s ：c i s t a n c h ed e s e r t i c o l am a ：g e r m i n a t i o n ：g e r mt u b e ：c h i l l i n g ：i o nb e a m d ir e c t e db y ：p r o f g a oy a h ( p h d ) p p ll e a n tf o rb a s t e rd e g r e e ：b a ij i n g ( b o u m y ) ( c o j l 亡g e o f a g r o n o m y i n n e r m o n g o l i a a g d c u l u a a lu n i v c 6 - i t y h o h h 0 1 0 1 0 0 1 9 , c m i n a ) 图表目录 1 表l 不同的温度设计1 2 2 表2 正交实验设计1 2 3 表3 肉苁蓉种子活力的测定1 4 4 表4 去种皮肉苁蓉种子的萌发1 4 5 表5 未去种皮肉苁蓉种子的萌发1 5 6 表6 不同温度处理对肉苁蓉种子萌发的影响1 5 7 表75 0 l h 和4 1 w 对肉苁蓉种子萌发的影响1 6 8 表85 0 l h 和4 i m 对肉苁蓉种子萌发的影响1 7 9 表95 0 l h 和4 2 w 对肉苁蓉种子萌发的影响1 8 l o 表1 05 0 l h 和4 1 w 的三次循环对肉苁蓉种子萌发的影响1 9 1 1 表1 15 0 l h 和4 l w 的二次循环对肉苁蓉种子萌发的影响2 0 1 2 表1 2n + 注入对肉苁蓉种子萌发的影响2 0 1 3 表1 3n + 注入和激素对肉苁蓉种子萌发的影响2 1 1 4 图l肉苁蓉种子及其萌发形成芽管的形态图2 2 1 5 图2肉苁蓉种子及其萌发形成芽管的解剖学图片2 4 附表：有关专业名词、术语的中英文对照 内蒙古农业大学硕士学位论文1 l引言 目前，已知的寄生被子植物约4 0 0 0 多种，约占现存植物的1 ，分属2 2 个科， 分布在全球各地。高等寄生被子植物是自然界中存在的类宝贵的资源植物。其中许 多如：菟丝子、列当、锁阳、肉苁蓉等是重要的药用植物。由于这些药用植物的药用 来源均为野生，而且具有多种功效，目前市场的需求量不断增加，从而造成野生资源 的严重匮乏。为了解决需求与资源减少之间的矛盾，国内外对寄生植物开展了大量的 研究工作”1 。近年来，对寄生植物的研究主要集中在列当、锁阳和肉苁蓉等药用资源 的开发应用技术、人工栽培技术、愈伤组织的形成、种子萌发以及萌发形成吸器 ( h a u s t o f i u m ) 与寄主的识别问题等方面，而且已经取得了很大的进展。但是由于寄 生植物特殊的寄生生物学特性，导致种子萌发难、寄生率低、寄生关系不清楚。因此 为了深入了解肉苁蓉的种子萌发、寄生生长特点以及寄生植物与寄主之间的寄生关 系，本文从种子休眠的原因、解除休眠的方法、寄生植物种子休眠的解除与萌发的促 进以及寄生植物肉苁蓉的研究现状进行综述。 1 1 种子休眠与萌发的概述 种子休眠( s e e dd o r m a n c y ) 是指活种子在适宜的萌发条件下仍不能发芽的现象。 种子休眠是植物重要的适应特性之一，种子休眠主要是指起因于内部的生理抑制或种 皮障碍两引起的生理休眠。不同体珉种子的萌发通过对其环境的适应性有着不同的进 化过程，因此当建立一个新的植物生长的适宜环境条件时种子萌发就启动，所以休眠 机制的进化与环境的差异和它本身的生境相一致”1 。种子萌发( s e e dg e r m i n a t i o n ) 是 指种子从吸水到胚根突破种皮期间所发生的一系列生理生化变化过程。种子萌发过程 中胚根、胚芽、胚轴生长作为植物根、茎、叶等营养器官的生长的起始阶段正是建立 在细胞分裂、伸长和分化的基础之上的。 种子体眠是植物发育过程的一个暂停现象，或称为“生命的隐蔽”现象。对植物 本身来说，既是一个很重要的发育时期，又是一种有益的生物学特性，是植物经过长 期演化而获得的一种对环境条件及季节性变化的生物学适应性。休眠的种子对不良环 境具有强大的抵抗力，能耐长期贮藏而保存种子活力，能在恶劣的季节中存活下来， 表现出高度的适应性，阐明这种生命活动的生理生化基础是生物学中的一个重要领 域。因此，研究种子的休眠与萌发问题不仅具有重大的实践意义，而且也具有重大的 理论意义。但是植物种子休眠与萌发的研究还远不够完善，一些深层次的探索，如与 种子休眠相关的基因，打破休眠的启动和打破休眠促进萌发的信号传导系统等方面的 研究几乎是空白。主要原因可能是植物种子繁多、类型多样，所以研究困难，需要的 投入较大，今后在此方面将会进行深入研究。，。 2 肉苁蓉种子萌发和芽管形成的物理信号调控 1 1 1 种子休眠的原因 种子体眠的原因有多种，有的由于在开花结实后，种子脱离母体时，胚在形态或 生理上尚未完全成熟，还需经过一段继续发育的后熟过程；有的植物种子由于种皮太 孥厚，不易透水通气，或种子内部产生有机酸、植物碱、某种激素等物质使种子萌 发受到阻碍。还需要通过休眠、后熬使种皮透性增大，呼吸作用和酶的活性增强，内 源激素水平发生变化，促进萌发的物质含量提高，抑制萌发的物质含量减少，才为种 子萌发准备了条件“。总之，种子休眠原因可归为以下情况： ( 1 ) 种皮限制 一些种皮坚厚的植物种子称为硬实种子。这些种子的种皮往往不透水、不透气， 外界氧气不能透进种子内，c 0 2 累积在种子中，抑制胚的生长而呈休眠状态。在自 然条件下，长期的空气氧化种皮组成物，微生物分泌的酶类水解种皮，以及在其它环 境因素作用下，种皮变软，透水、透气性增强，可以逐步破除体眠，提高萌发率。 ( 2 ) 胚未完全发育 种子胚发育不完全是种子休眠的一个很重要的原因。寄生植物种子成熟后胚发育 尚未完成。银杏种子成熟后胚发育不完全：寄生植物锁阳种子成熟后，必须经过一段 时间的种胚发育才能萌发。 ( 3 ) 种子未完成后熟 有些种子的胚在形态上已经发育完全，但在生理上还未成熟，必须通过后熟才能 萌发。所谓后熟( p o s th a v e s td p e n n i n g ) 是指种子采收后需要经过一系列的生理生化 变化达到真j 下的成熟才能萌发的过程。如种子必须经低温层积处理使其完成后熟，提 高萌发率。高温晒种也可以加速种子的后熟过程。经过后熟作用的种子，种皮的透气 透水性增加，酶活性和呼吸增强，有机物开始水解为可溶物，脱落酸含量下降，细胞 分裂素含量先上升，以后随着赤霉素含量上升而下降。 ( 4 ) 抑制物的存在 有些植物的种子不能萌发是由于存在抑制种子萌发的物质。抑制物质多是一些低 相对分子质量的物质，如酚类、醛类化合物，还有内源激素脱落酸等。洋自蜡树种子 休眠是由于种子和果皮内都有脱落酸。 1 1 2 种子休眠的解除 1 1 2 1 通过激素和环境信号来调节休眠 在种子的休眠诱导中激素的调节是很重要的因素。如脱落酸( a b a ) 生物合成基 因的超表达可以增加种子中a b a 的含量，增强种子休眠或者说延缓萌发。高的a b a 含量存在强休眠的种子中，随着种子休眠的解除，内源抑制物( 如a b a ) 作用减弱 而促进物赤霉素( g a ) 等作用增强。a m r i t r i h a l e ( 2 0 0 5 ) 实验表明在种子的萌发过程 中a b a 不断降减，以后直维持一个较低的水平，而g a 的浓度逐渐增大，g a 的 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 出现能够促进萌发。a b a 和g a 浓度的作用存在于休眠和萌发种子中，而且能够有 效调节胚的休眠与萌发，高的a b a 信号伴随着休眠，高的g a 信号伴随着萌发。因 此，用细胞分裂素( 6 b a ) 、g a 、油菜素( b r ) 处理种子也可打破休眠，提高萌发 率。 光也是调节休眠与萌发的一个重要因素。在某种程度上光可以打破种子休眠，促 进萌发。但长时间光照还能够改变某些种子的特性，抑制其萌发，在黑暗中才可以打 破休眠，促进萌发。种皮引起的休眠，被认为是光和( 3 a 打破休眠的过程从而促进萌 发，在胚中g a 的生物活性在胚根伸出之前起作用，光能够诱导g a 的生物合成。 冷热层积处理也能够提高g a 的生物合成通过g a - 氧化酶的提高，在种子萌发过 程中g a 有两个作用：第一，( 3 a 增加胚的生长，促进萌发；第二，g a 能够战胜种 皮的机械阻力。暴露在光下的g a 一氧化酶的增加可能是完成生物活性g a 的生物合成。 a b a 和g a 生物合成和降解的动态平衡可能存在确定a b a 和g a 比例平衡的特殊状 态。休眠与萌发的控制就是通过a b a 和( 3 a 这两个激素信号来完成的，而经过高低 温层积处理后的种子能够平衡激素水平。肉苁蓉种子在5 0 高温处理l h 和2 5 下 的低温层积处理的条件下可以有效的完成后熟促进萌发，使得种子内源a b a 迅速下 降，g a 含量迅速增加，这表明低温层积导致a b a 含量下降，g a 含量增加，种胚后 熟过程中酶、淀粉、蛋白和核酸等物质均提高“一。寄生植物锁阳种子经低温层积处 理后a b a 和g a 的比值发生变化，能够有效地促进萌发”。 1 t 2 2 通过破除种皮来调节休眼 种皮不透水性、不透气性和机械障碍引起种子的休眠。如在自然条件下，锁阳种 子需要经过两冬一夏的冷暖交替作用，坚硬种皮遭受破坏后才能够吸水萌发。苏格尔 等用破除种皮的方法来打破锁阳的休眠。促进锁阳种子的萌发”。商陆( p h y t o l a c c a a c l n o s a ) 种子硬种皮障碍，经浓h 2 s 0 4 、k n 0 3 处理后置光及变温环境中均可打破其 种子的体眠一1 。 种皮内存在萌发抑制物质是种子休眠的原因之一。种皮( 或果皮) 阻碍抑制剂从 胚中排出或种皮本身存在抑制剂并供给种胚，有相当多的植物种子种被中存在活性比 较高的抑制物质，低温层积可以降解抑制萌发物质，打破种子休眠。山葵( w a s a b i j a p o n i c a ) 种子种皮有抑制物质。去除种皮可以打破山葵种子休眠“”。 1 1 23 通过离子束来调节休眠 种子休眠是通过母性系被遗传的。离子束诱导突变体技术、离子束介导d n a 转 移技术、离子束辅助农杆菌遗传转化技术、离子束细胞加工技术等已成为定向遗传改 良的新方法和新途径“”。目前低能离子注入作为一种新的诱变技术，已成功应用于水 稻、棉花、小麦等作物的植物诱变育种实践，在一些休眠的植物种子萌发过程中也运 4肉苁蓉种子荫发和芽管形成的物理信号调控 用离子注入来获得诱变种促进其萌发，并对其生物学效应及诱变机理的研究仍在进一 步深入的进行。 离子柬具有较高的能量，能使离子在生物体内沉淀，在细胞内引发强烈的生理生 化反应，致使生物体产生生理损伤，甚至引起基因位点突变或染色体结构变异“离 子束集能量沉积、质量沉积、动量交换与电荷交换多种因子于一体，能引起氨基酸和 肽链等生物小分子的变异、碱基缺失和d n a 链的断裂及突变体的形成、细胞表面刻 蚀和细胞膜通透性的改变，以及其它一系列生理性状的变化。离子注入在水稻、小麦、 棉花、等方面的探索和研究已获得一大批遗传基础稳定的突变材料，为培育其新品种 奠定基础：在甜菜、烟草、狐米草种子中也诱变出性状相对稳定的突变体，从而改变 其种子萌发特性，打破休眠，促进萌发“”。在拟南芥( a t h a l i a n a ) 种皮中的突变体 能够降低休眠是由于改变其种皮特征。 在植物组织培养中，为了增加再生植株的变异幅度和效应或改变其性状，许多研 究者利用外植体直接离体培养的方法获得变异的同时用各种电离子射线对不同外植 体或组织进行诱变处理，而且已经取得了很大的进展“”。 1 2 寄生植物种子休眠与荫发的研究 寄生植物广泛分布于不同的生态环境中，并具有不同的生育习性及与寄主识别特 性“”。寄生植物种子休眠与萌发的研究不仅在生产上尤其在寄生植物与寄主间化学信 号物质的识别及其分子过程的研究方面都起着十分重要的作用“”。在被子植物中，约 有3 0 0 0 余种是以寄生方式摄取营养物质，营寄生生活。被子寄生植物( p a r a s i t i c a n g i o s p e r m s ) 根据其与寄主的关系、寄生特点，分为全寄生( h o l o p a m s i t e s ) 与半寄 生( s e m i p a r a s i t e s ) 植物。二者共同的特征是利用吸器侵入寄主维管束等组织器官中， 吸取营养物质，赖以生存。寄生植物种子萌发有其自身的特点，刚成熟的种子均存在 体眠，完成后熟后必须先经过一段时间的湿热预培养，并在较近距离内寄主( 或非寄 主) 根系分泌物等外源萌发刺激物的作用下爿能诱导种子萌发“”。寄生被子植物的种 子萌发需要有一个后熟过程或休眠期，这个过程可长达数月到数年“。w o l f 和t l m k o 等证明独脚会( s t r i g no s i a t i c a ) 种子经数月后熟以后再保湿1 2 周爿。能萌发“”。李天 然实验证明，锁阳和肉苁蓉种子用任何萌发刺激物质处理均无效果，只有在培养基中 呆l - 2 个月后才能萌发形成吸器州。s t e f f e n s 等和c h a n g 等对玄参科半寄生植物 a g a l i n i sp u r p u r e a 进行实验，证明半寄生植物种子必须经过一定的时间后熟才能打破 休眠，促进萌发。寄生植物种子的休眠是其种子先天固有的特性，在特定的条件 下种子就可以萌发。这种特性是被基因控制的，同时受环境的间接影响如温度、光照、 水分等，一部分是受植物激素a b a 和g a 控制的。休眠状况不仅受种子成熟环境影 响，而且随着周围的环境不断变化。但是在较早的报道中认为这在种子生物学领域是 一个很难理解的现象。在此报道后的1 0 年内在环境信号、激素以及化学信号物质对 内蒙古农业大学硕士学位论文5 寄生植物种子休眠与萌发方面做了大量的、有意义的工作。生理学家和生态学家通过 学科之间的交叉来研究种子自身结构及环境因素对种子休眠与萌发的作用，从而影响 到荒漠植被的形成及演替“。 1 2 1 激素水平上寄生植物种子休眠与萌发的研究 “激素平衡理论”学说指出种子休眠或多或少由激素促进物质( g a ) 和激素抑 制物质( a b a ) 同时操纵。w e b b 等认为a b a 与休眠有关，而g a 、细胞分裂素( 佣( ) 和乙烯则与打破休眠有关。b e r g n m n n 等认为种子萌发特别是浸湿过程中，种子可 以产生g a ，而g a 对诱导萌发是必须的”。b a n k e r 等用z t ，6 - b a 和激动素( k t ) 3 种c t k 单独或与乙烯合成前体1 氨基环丙烷1 羧酸( a c c ) 配合处理独脚金种子， 测定乙烯释放量和种子萌发的关系时发现，乙烯释放量与诱导萌发率成正相关。 s l a v t c h os l a v o v 等( 2 0 0 4 ) 的研究发现吲哚3 乙酸( i a a ) 参与列当种子萌发嘲姚 东瑞等( 1 9 9 4 ) 在研究樟科半寄生植物无根藤( c a s s y t h a f i l i f o r m i s ) 吸器发育过程中 发现，异戊烯基腺苷( i p a ) 和玉米素( z r ) 促进无根藤吸器形成”；外源细胞分 裂素类对独脚金吸器形成过程具有促进作用，生长素则抑制细胞分裂素类对吸器的诱 导作用嗍。 列当种子的休眠研究工作说明休眠依较于g a 和a b a 生物合成和分解代谢的内 在平衡，在萌发过程中随着诱导条件的改变，g a 和a b a 的浓度水平渐渐趋于平衡， 休眠的打破和萌发的诱导被认为是这两种激素支配的。在脱落后种子的休眠诱导中 a b a 是一个重要的调节因子。盛晋华等( 2 0 0 6 ) 证明肉苁蓉种子中脱落酸含量较高， a b a 的存在与肉苁蓉种子休眠密切相关嘲周伟军等人( 2 0 0 3 ) 在大麻列当( o r w n o s a ) 、小列当( 0 m i n o r ) 和埃及列当( o a e g y p t i a c a ) 种子预培养过程中发现， a b a 含量在预培养2 d 后明显下降，而后一直维持较低的含量。l ep a g e - d e g i v r y 提 出并支持a b a 是初级激素，而且充足浓度g a 的出现能够促进萌发高的a b a 含 量存在强休眠的种子中，随着种子休眠的解除，内源抑制物( 如a b a ) 作用减弱而 促进物( 如g a ) 作用增强因此维持休眠依靠高的a b a 和g a 比例，而休眠的 打破包括g a 的生物增长和a b a 的降解，即低的a b a 和g a 比例结果。 1 2 2 光信号水平上寄生植物种子休眠与萌发的研究 光被认为是刺激萌发和终止休眠的一个环境因素。在研究锁阳种子萌发时， s h a c k 1 0 c k 等( 1 9 9 2 ) 发现红光可以有效地打破休眠。红光作用于光敏素，细胞膜上 被激活的光敏素作用于质子泵而使细胞壁变得松弛，这种作用效果可能终止了休眠， 但对光吸收如何启动种子萌发的机制还不十分清楚“枷。种子的休眠在很多情况下也 可以被远红光改变，直到种子趋于萌发。暴露在光下可能改变种子的萌发特性，使得 种子在黑暗中才可以萌发。宋文坚等( 2 0 0 5 ) 实验证明连续的光照对寄生植物列当 6 肉苁蓉种子萌发和芽管形成的物理信号调控 种子萌发起抑制作用，所以列当种子萌发一般均在黑暗条件下进行，这与其种子多在 土壤中存积、萌发等生育特性有关也有白光抑制独脚金种子萌发的报道”。 1 2 3 温度层积处理诱导寄生植物种子萌发的研究 温度是调节种子休眠与萌发的一个重要因子。早在1 9 4 8 年，c r o c k e r 报道用低 温层积处理可以打破种子体眠。盛晋华等对肉苁蓉种子在2 5 下进行2 周至2 个 月的低温层积处理，可以有效的完成生理后熟。实验发现种子胚细胞发生了分裂与伸 长，而且测定层积后的种子中蛋白和糖的含量提高，赤霉素和细胞分裂素含量均有所 提高。欧阳杰等对肉苁蓉种子进行5 0 的热处理，得出热处理是肉苁蓉种子愈伤 组织形成的关键。宋文坚对列当种子的预培养温度进行了研究，预培养温度影响着 列当种子的萌发率，随着预培养温度的提高列当种子打破休眠的速率提高。冷热层 积处理能够提高g a 的生物合成，而g a 能够增加种子胚的生长速度，促进萌发。经 过高低温层积处理后的种子能够平衡激素水平。寄生植物肉苁蓉和锁阳种子低温层积 处理后，种子内源a b a 迅速下降，g a 含量迅速增加，这表明低温层积导致a b a 含 量下降，g a 含量增加，a b a 和g a 的比值发生变化。种胚后熟过程中酶、淀粉、蛋 白和核酸等物质均有变化 1 2 4 化学信号物质诱导寄生植物种子萌发的研究 寄生植物与其寄主之间存在极其微妙的关系。关于化学信号物质诱导寄生植物种 子萌发的研究已经越来越多“。寄生植物的种子萌发必须在寄主植物释放的化学物 质的诱导下才能实现，因而对刺激寄生植物种子萌发的化学物质进行了广泛的研究 。目前，普遍认为诱导寄生植物种子葫发的物质有3 大类：独脚金酮( s t r i g o l a c t o n e s ) 、 二氢高粱酮( d i h y d r o s o r g o l e o n e ) 和倍半萜烯内酯( s e s q u i t e r p e n el a e t o n e s ) 。最先c o o k 等人从非寄主植物棉花上分离得到了独脚会醇( s t r i 9 0 1 ) ，该物质对独脚会( s t r i g a ) 和列当( o r o b a n c h e ) 种子萌发具有明显的促进作用”1 ；n e t z l y 和b u t l e r 首次发现高 粱幼苗中有能够刺激独脚金种子萌发的物质；随后，s i a m e 等实验证明独脚会醇存 在于寄主植物玉米、高粱和黍中。h a u c k 等从玉米和高粱中分离得到了独脚会酵的 类似物高粱酮( s o r g o l a c t o n e ) 嘲；最近，y o n e y a m a 和他的合作者实验表明从棉花上 分离得到的独脚金乙酸盐( s t r i g y la c e t a t e ) 可以诱导o r o b a n c h em i n o r 种子的萌发1 。 m a c q u e e n 等人研究发现寄主植物根系分泌物酚酸类化合物也可诱导寄生植物吸器 形成，如阿魏酸、丁香酸和芥子酸”此外，从高梁根中分离出来的2 ，6 - 二甲氧基 对苯醌( d m b q ) 也具有诱导寄生植物吸器形成的作用。h a n d a 研究发现d m b q 分 布于植物界中。这说明d m b q 是广泛存在的可诱导寄生植物种子形成吸器的物质 ”。可见，吸器诱导物主要包括醌类、酚类、类黄酮类3 大类物质。 近年来，关于寄生植物种子萌发和吸器形成过程化学信号调控机制的研究越来越 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 受到人们的广泛关注。目前，普遍认为诱导寄生植物种子萌发需要有特定化学信 号物质的诱导。由于寄生植物具有较为特殊的生育特性，刚成熟种子均有休眠期， 先经过一段时间的湿热预培养完成后熟，随后在寄主根系分泌物的作用下才能打破休 眠，从而诱导种子萌发”“。所以通过对其种子萌发因素的研究。了解寄生植物种子 萌发适宜的环境条件及其萌发机理，从而为寻找诱导萌发的化学信号物质提供依据， 以达到寄生植物在离寄主条件下能够诱导萌发的目的。 1 3 寄生植物肉苁蓉的研究现状 1 3 1 肉苁蓉生物学特性 肉苁蓉( c i s t a n c h e d e s e r t i c o l ay c m a ) 属多年生根专性( o b l i g a t e ) 寄生草本植 物，其寄主为藜科植物梭梭( h a l o x y l o na m m o d e n d r o nc a m e y ) 。肉苁蓉块茎基生， 茎肉质，埋于沙地中，常不分枝或少有自基部2 3 枝，下部较粗。叶肉质，鳞片状， 螺旋状排列，淡黄白色，不含叶绿素，不能进行光合作用而制造有机物质。下部叶紧 密，宽卵形或三角状卵形，上部叶稀疏，披针形或窄披针形。穗状花序顶生，伸出地 面，与花冠近等长，被疏绵毛或近无毛。小苞片2 枚，卵状披针形或披针形，与花萼 等长或稍长。花萼钟状，长1 1 5 e m ，顶端5 浅裂，裂片近圆形。花冠管状钟形，长 3 - 4 e r a ，管内弯，里面离轴方向有2 条鲜黄色的纵向突起，顶端5 裂，裂片等大，淡 黄白色、淡紫色或边缘淡紫色，干时变棕褐色雄蕊4 枚，近内藏。花丝上部稍弯曲， 长1 5 2 5 啪，基部被皱曲柔毛，花药长卵形，2 室，均发育，等大，顶端有骤尖头， 常密被长柔毛。子房上位，1 室，椭圆形，白色，基部有黄色蜜腺，花柱细长，与花 冠近等长，柱头近球形。4 5 月出土并开花，花有特殊气味，花紫色、黄色等，虫媒 花。花期5 - 6 月，果期6 _ 7 月。蒴果卵圆形，长1 5 2 7e n l ，2 瓣裂，褐色，常具宿存 柱头，每果有4 5 0 粒左右的种子。种子极细小，椭圆状卵形或椭圆形，长0 0 6 - 0 1c f n ， 表面网状，具光泽，千粒重为o 0 9 9 成熟后的蒴果裂刀：，种子散落在沙漠中，寿命 长，可埋入沙土中数十年。种子成熟后，地上茎干枯。植株死亡，完成一个发育期。 物候期与产地环境和气候有关。在有沙丘或沙流掩埋的地方，肉质茎出土时间延长， 以致肉质茎达2 m 以上，单株重约数l o k g 。 1 3 2 肉苁蓉的研究现状 专性寄生植物肉苁蓉是稀有的名贵药材，有着很重要的应用前景。在二十世纪八 九十年代肉苁蓉的基础生物学特性研究和肉苁蓉开发应用技术的研究进入了一个高 峰时期，同时也得到了较系统和深入的研究。盛晋华等( 2 0 0 4 ) 通过组织培养，采用 光学显微镜和扫描电子显微镜对荒漠肉苁蓉种子萌发及吸器形成过程进行了观察。发 现种子在接种1 5 d 后，开始露白，然后形成芽管状器官，迸一步顶端膨大成初生吸器 。荒漠肉苁蓉种子经2 5 低温层积处理，可在3 个月内打破种子休眠，完成后熟。 8 肉苁蓉种子萌发和芽管形成的物理信号调控 经过后熟作用，种子中的内源激素表现为i a a 、z r 、g a 含量增高，a b a 的含量减 少。2 0 0 6 年盛晋华又研究了层积处理过程中肉苁蓉种胚的生长与发育，并对层积前 后种子内部蔗糖、可溶性糖、淀粉等碳水化合物含量，以及可溶性蛋白含量进行测定。 结果表明：2 5 低温层积处理，可在3 个月内完成胚的形态后熟，种子胚率由2 4 1 增长到6 2 4 左右。经过后熟作用，种子中蔗塘、可溶性总糖和可溶性蛋白含量均显 著增高。牛东玲等( 2 0 0 6 ) 采用室温水处理3 0d ，并以g a ( 0 5pg m l 。) 培养种 子，在恒温2 5 条件下，萌发率最高，可达1 6 7 “”。部分中草药、白刺根的浸提液 对肉苁蓉种子萌发有一定的促进作用，但g r 2 4 、寄主梭梭根浸提液对肉苁蓉种子萌 发没有促进作用。试验结果证实，肉苁蓉种子存在休眠现象，种子萌发的启动除了需 要有较长时间的后熟过程，必须有来自寄主根系的某种萌发刺激信号。肉苁蓉种子的 休眠及萌发特性和非寄生植物及一些寄生植物有很大不同。本课题组研究了化学信号 物质诱导肉苁蓉种子的萌发( 另行发表) 。并对其寄主梭梭根系分泌物进行了分离与 鉴定“”。 国内对肉苁蓉的研究主要集中在肉苁蓉形态分类特征、肉苁蓉的核型分析、胚胎 学等基础生物学、人工栽培技术和其他方面：马毓泉( 1 9 7 7 ) 最早对中国肉苁蓉属植 物分类特征进行了研究。张志耘( 1 9 9 0 ) 将我国肉苁蓉属植物整理归为五个种”1 。 屠鹏飞等( 1 9 9 4 ，1 9 9 7 ) 进行了肉苁蓉本草考证和药源调查的研究”一。张寿洲等( 1 9 8 9 ) 报道了肉苁蓉的核型为2 n = 2 x = 4 0 ，并结合其形态和生物学特征，探讨了肉苁蓉属植 物的演化关系。马虹等( 1 9 9 4 ，1 9 9 7 ) 对肉苁蓉胚胎发育的磅究表明，种子属球型 胚，发育简单，无胚根、胚轴、胚芽的分化：在整个胚胎发育过程中胚珠的珠孔端都 有胚乳细胞的存在。胚乳细胞沿着珠孔向外延伸，细胞膨大并伸长而形成吸器，初生 吸器细胞从珠孑l 伸出后与寄主梭梭相连，有利于从寄主体内吸取营养物质以供胚的发 育”“。 戈建新( 1 9 8 8 ) 采用营养土种床基质栽培法在沙漠人工种植肉苁蓉，接种率为 1 3 2 ，使中药肉苁蓉从单纯依靠野生转变为以人工种植肉苁蓉为主，但是受到寄主 植物的数量、分布与根系发育等条件的影响，大量发展有一定的困难”1 。肉苁蓉专性 寄生特性、萌发与吸器形成对寄主刺激的依赖，造成了肉苁蓉寄生过程的复杂性，使 得自然条件下肉苁蓉繁殖力很低。苟克俭( 1 9 8 8 ) 通过用肉苁蓉种子水提液处理小麦 种子的发芽试验初步说明肉苁蓉种子中存在着抑制发芽的物质。许月英等( 1 9 9 3 ) 认为，寄生植物肉苁蓉种子的活力可通过测定酶活性的显微组织化学的方法和测定种 子还原力的t 1 法来测定，并且酶活 生可以反映种子的活力水平“”。d a n i e l 等( 1 9 9 4 ) 研究了肉苁蓉种子萌发和初生吸器形成的发生过程，认为吸器的乳头状突起分泌碳水 化合物等物质形成粘着层，附着在邻近的寄土根上1 。李天然等( 1 9 8 9 ) 研究认为肉 苁蓉在寄主上的生长发育一方面需要寄主的营养，另一方面也与激素的调控有关，并 根据初步观察发现外源的生长素、细胞分裂素及赤霉素的不同配合可以诱导肉苁蓉种 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 子在离体条件下萌发，寄主梭梭外植体愈伤组织的提取物可诱导肉苁蓉种子在人工合 成的培养基上产生大量的愈伤组织。王华磊等( 2 0 0 5 ) 研究认为管花肉苁蓉种子在 离寄主条件下可以独立萌发。马东明等( 2 0 0 5 ) 对管花肉苁蓉种子离体萌发进行研 究结果表明管花肉苁蓉种子可以在离体状态下萌发并形成吸器。 通过生物技术方法生产肉苁蓉生理活性成分是生产肉苁蓉药用成分的另一条重 要的途径。目前在肉苁蓉愈伤组织诱导方面也做了大量的工作，日本学者守屋明 ( 1 9 9 5 ) 对肉苁蓉属植物组织培养条件进行了研究，在肉苁蓉种子愈伤组织培养与分 化诱导方面做了大量工作。吴新等( 1 9 9 8 ) 将肉苁蓉种子接种于m s 培养基上( b a im g l o + 2 ，4 - 二氯苯氧乙酸( 2 ，4 - d ) 2m g l 1 + 萘乙酸( n a a ) ln a g l 4 + 水解酪蛋白 ( c h ) 5 0 0m g l 4 ) ，6 0 天左右种子开始膨大，之后在珠孔处长出淡黄色的愈伤组织， 并对幼芽、鳞片进行了愈伤组织培养”。朱咏华等( 2 0 0 1 ) 分别以茎、幼芽、鳞片、 花瓣、子房、雌蕊为外植体进行了愈伤组织诱导的比较研究，结果表明子房、茎块的 愈伤组织诱导率高、时日j 短、效果好欧阳杰等( 2 0 0 2 ) 对肉苁蓉种子愈伤组织的 诱导条件进行了研究，结果表明，将种子剥去种皮，在5 0 进行l h 热处理激活，然 后接种在添加2 ，4 d ( 1 n a g l 1 ) + k t ( o 5 n a g l 。) + g a ( 1 m g l - 。) + c h ( 5 0 0 n a g 。l “) 的m s 培养基上( p h6 o ) ，诱导温度2 5 ，暗培养，肉苁蓉种子愈伤组织发生率可 达到2 5 m 。李森( 1 9 9 8 ) 等通过诱导肉苁蓉不同外植体产生愈伤组织，从中提取了 多种氨基酸，其中有7 种人体必需氨基酸( 除苏氨酸略低外) 均高于原植株，而苯丙 氨酸高达l o 倍以上。刘德华等( 2 0 0 3 ) 以盐生肉苁蓉的茎片段、花为外植体进行 组织培养实验，发现在添加k t 的培养基上诱导的愈伤呈颗粒状、黄绿色，并且在添 加k t 、n a a 的m t 培养基上愈伤诱导和生长效果好“”。郭志刚( 2 0 0 4 ) 研究了碳源、 生长素和培养条件对肉苁蓉组织培养细胞中苯乙醇营类活性成分生物合成的影响，发 现盐生肉苁蓉愈伤组织中的主要成分与天然肉苁蓉基本相同，盐生肉苁蓉的愈伤组织 或细胞可以代替肉苁蓉生产苯乙醇苷类活性成分。但愈伤组织的诱导率均较低，生 长速率较慢，看来，用组织培养获得愈伤组织的方法生产苯乙醇类活性成分仍不可行。 根本原因是肉苁蓉寄生机理的问题没有得到阐明。 国外对肉苁蓉的药理药性及化学成分方面有很多的研究，利用基