种子休眠及其调控课件

1、第五章 种子休眠及其调控教学内容：种子休眠的概念和意义；种子休眠的原因和机制；主要植物种子的休眠；种子休眠的调控。教学目的和要求：了解种子与休眠相关的概念，理解种子休眠的各种原因，掌握禾谷类、豆类种子休眠的特性及种子休眠调控的各种方法。重点：种子休眠的概念，种子休眠的类型，豆类种子的硬实，打破种子休眠的方法。难点：种子休眠的机制，种子休眠的合理利用。第一节 种子休眠的概念和意义一、与种子休眠的相关概念1、种子休眠（seed dormancy）：简单地讲，种子休眠是指种子不发芽的静止状态。确切地定义是：是指有生活力的种子在适宜发芽的条件下不能萌发的现象。2、生理休眠与强迫休眠（1）生理休眠(in

2、nate dormancy,primary dormancy)：也叫原生休眠或自然休眠，是指种子本身未完全通过生理成熟或存在某些发芽障碍，虽然给予适宜的条件而仍不能萌发的现象。（2）强迫休眠（imposed dormancy）：是指种子已具备发芽能力，但由于不具备发芽所必需的基本条件，种子被迫处于静止状态的现象。（1）休眠种子（dormant seed）指在适宜于大量非休眠种子群体萌发的环境条件下而不能萌发的种子。（2）静止种子（quiescent seed）指由于外界环境条件不适宜而迫使具有发芽力的种子不能发芽，处于静止状态的种子。4、种子休眠期（dormancy period）：是指一个种

3、子群体，从收获至种子发芽率达80%所经历的时间。3、休眠种子与静止种子二、种子休眠的意义1、生物学上的意义是长期自然选择的结果，是植物适应特殊的外界环境，以保持物种不断发展与进化的生态特性。 可以防止种子穗上发芽 有利方面 有利于种子贮藏 2、农业生产上 播种时影响出苗率育种加代时增加工作量造成检验的误差根除杂草困难给芽菜的生产带加工带来困难不利方面第二节 种子休眠的原因与机制一、种子休眠的原因 胚未分化好(兰花种子) 1、胚未发育完全 （形态后熟） 胚未达到一定大小(毛茛)(一)胚休眠 2、种子未完成生理后熟 胚虽分化也达一定大小，但未通过一系列复杂的生理生化变化(二)果种皮障碍1、种皮不透

4、水(硬实) 如豆类种子等2、种皮不透气（禾谷类、棉籽）（苍耳：哥俩一般大，隔墙不说话，一个叫迎春，一个叫立夏。原因是位于上部的种子种皮不透气） 3、种皮的机械约束作用(硬壳) 如蔷薇科种子等1、抑制物的种类小分子化合物 如氰化氢、氯化钙、氨、乙烯等醇醛类物质 如乙醛、苯甲醛、胡萝卜醇等有机酸类 如ABA、水杨酸、色氨酸等生物碱类 如咖啡碱、可可碱、烟碱等芥子油类、 香豆素类酚类物质 如苯酚、儿苯酚等2、抑制物存在的部位种子发芽抑制物可以存在于种被、胚、胚乳各个部位。如十字花科的抑制物质（芥子油）存在于果荚内。蔷薇科植物、山楂种子胚中；番茄、黄瓜等新鲜果实中，含有胚胆碱；人参种子的抑制物质存在于

5、胚乳里面；苹果种子的胚乳、果肉、胚内都存在抑制物质。(三)发芽抑制物质的存在挥发性可随干燥、贮藏而减少水溶性浸水可降低含量，使种子打破休眠非专一性含抑制物质的气体、水溶液可诱导其它 种子休眠可转化性某些抑制物可随种子生理状态改变而 转化为刺激物质（四）光的影响红光(波长660nm附近)促进发芽；远红光(730nm)和蓝光(440和480nm附近)则起抑制作用。 3、抑制物的性质根据种子发芽对光敏感性(light sensitivity)状况的不同，可以将种子分为以下三类：(1)需光性种子（light-favored seed）：白光可以解除种子休眠，如芥菜、莴苣(品种Grand Rapids)

6、、烟草、芹菜等。1、种子的感光性(2)嫌光性种子（light-inhibited seed）：白光抑制发芽(可使种子进入二次休眠)，如苋属的西风古(长时间照光)、门氏喜林草、黍、落芒草等多种非休眠种子均可受抑制而不发芽。茄果类、瓜类、葱蒜类等。(3)中光性种子：种子萌发不受光的影响，对光不敏感，在光下或黑暗下均能萌发，包括很多栽培作物（小粒的禾谷类种子、玉米及豆科种子等）。（1）光对种子休眠和萌发的影响是受光敏素控制的。（2）种子对光的敏感性是变化的。需光种子在干燥下无光敏感性；母株所处的条件影响种子的感光性；有些种子的感光性随种子后熟而降低（莴苣）；种子的感光性受温度的影响而改变（莴苣）。光

7、敏素的各种转换过程 2、影响种子感光性的因素1、不良条件的影响可以使种子产生二次休眠(secondary dormancy)(次生休眠、诱发休眠)，即原来不休眠的种子或已通过休眠的种子加深休眠，即使再将种子移置正常条件，种子仍然不能萌发。不适宜光照，如喜光种子无光时，嫌光种子有光时不适宜温度，温度过高、过低都可能引起二次休眠厌氧条件，氮气或有机溶剂浸注过分干燥，可使非硬实种子成为硬实导致二次休眠的外界条件主要有（五）不良条件的影响（六）综合休眠（combined dormancy）即由多种因素引起的种子休眠。如一种野生稻种子落入水中一年才能发芽，原因可能有：内外稃中存在萌发抑制物；果种皮透气性

8、差；缺乏萌发所需的激素。 物理休眠 外源休眠 机械休眠 化学休眠 形态休眠 内源休眠 浅休眠 生理休眠 中期休眠 综合休眠 深休眠 二次休眠种子休眠关于种子休眠其他分类方法（Nikolaeva,1977）：二、种子休眠的机制1、内源激素调控论三因子学说Khan（1975）提出：种子的休眠和发芽是萌发促进物质GA、CK和萌发抑制物质ABA相互作用的结果。凡能发芽的种子均存在生理活性浓度的GA，但存在生理活性浓度的GA不一定能发芽。2、呼吸途径论(磷酸戊糖途径论)Robert(1973)指出：种子休眠是由于磷酸戊糖途径受阻，三羧酸循环途径过强，消耗了大量的有效氧的导致的。3、光敏素调控论Borth

9、wick（1952）在研究光对莴苣种子萌发的影响时发现，光敏素从钝化态（Pr）转化为活化态（Pfr）时能促进种子萌发，种子萌发取决于Pfr占种子中光敏素总量的比例。4、膜相变化论Bewley（1982）研究发现，温度使细胞膜在凝胶态和夜晶态之间变化，促使膜结合酶活性改变，并导致细胞膜透性变化，从而影响到与种子萌发相关的代谢过程的变化，最终导致种子的休眠与萌发第三节 主要植物种子的休眠 一、禾谷类种子的休眠（一）休眠的原因与休眠的起始1、原因：禾谷类种子的休眠是由于种被(果种皮)透气性不良所引起的。 水稻和大麦种子的休眠主要是由于稃壳紧紧包着籽粒，使胚部的氧气供应受到阻碍。小麦种子的休眠主要是由

10、于果种皮阻碍了氧气的通透所致。 可以通过去稻壳与小麦擦伤种皮或双氧水处理（以改变种被的透性和供氧能力）种子以加快快萌 。 2.休眠的起始禾谷类作物的种子在花后4-26d，种子不能发芽，但28d后发芽率急剧升高至100%（此时田间种子的含水量开始发生自然降落的阶段）。此后种子的发芽率又急剧降低，到38d降到最低。 1、遗传因素禾谷类种子的休眠期，比较普通，但不同作物、品种间休眠期的差异，其中麦类的休眠期非常明显，多在1个半月至三个半月之间。大麦的休眠期 小麦 燕麦、黑麦皮大麦（有稃壳的） 裸大麦红皮小麦白皮 在水稻上，早粳的休眠期 晚粳 籼稻(我国的籼稻休眠期不明显)。籼稻看是嫩的，实际已经老了

11、，黄熟时90%发芽。粳稻看看老了，其实还嫩，完熟才90%以上发芽。（二）影响禾谷类种子休眠的因素不同成熟度的种子休眠期有差异，一般成熟度越高，休眠期越短，二者呈负相关。小麦乳熟期采收的种子，休眠期比完熟期采收的延长一个月以上。2、生理因素3、环境因素成熟期间的环境条件可以决定种子休眠的深度，而贮藏期间的环境条件可以影响种子休眠解除的速率。种子成熟期影响休眠长短的主要因素是温度。黄熟期的温度对休眠期起重要作用，温度愈高，则休眠期愈短。若平均温度25以上连续56天，小麦就没有休眠期。 另外，小麦成熟期间降雨愈多，休眠期愈短（穗上发芽严重）。 种子在贮藏期间，由于温度、湿度、气候状况不同，对休眠期的

12、长短有很大影响。（1）低温贮藏，休眠期延长，在0下贮藏三年，休眠深的种子尚未通过休眠，若在40贮藏，种子休眠期较短。（2）湿度 高湿度可能导致二次休眠，但湿度对种子休眠的影响没有温度明显。（3）气体 CO2浓度高，休眠期延长，反之缩短。4、贮藏条件的影响二、豆类种子的休眠（一）硬实的生物学意义及其分布1、硬实的概念：因种皮不透水而不能吸胀发芽，并保持原来大小状态的种子称为硬实（hard seed）。2、生物学意义：有利于植物界种的延续和传播。1952年(北京植物园)在辽宁省普兰店(现新金县)泡子囤一个干涸泥塘的泥炭中发现一批古莲子，用锥子把种子的一端轻轻锥个小孔，浸一昼夜然后把种皮剥去进行发芽

13、，不但发了芽而且发芽率竟高达90%以上，1953年种下去，于1955年夏天还开出了淡红色的荷花，据认为这批古莲子已有8351095年历史了。日本人将田菁种子从1915年9月1日泡到1927年7月份才发现种子发芽。洋槐种子泡32年后还有个别的种子能够萌发。 案例硬实在植物界是常见的现象，它广泛分布于豆科、藜科、茄科、旋花科、锦葵科、美人蕉科、苋科、椴树科等栽培作物及杂草种子中。农作物中最常见的是豆科作物的硬实，小粒豆科种子的硬实率很高，如紫云英、苕子、苜蓿、草木樨、田菁、三叶草等。大豆、棉籽、蚕豆等大粒种子硬实较少。 4、硬实的检测自来水浸泡24h，不能吸胀的种子即为硬实的种子。3、分布紫云英苕

14、子苜蓿田菁（二）硬实发生的原因1、种皮中某一层次的细胞含有较多的疏水性物质（1）种皮外表有角质层；（2）种皮中有栅状细胞；(3)栅状细胞外端含有果胶质。 2、特定部位或特殊的水分控制机制种脐中的种脐疤对水敏感，控制水分的进出，起到“阀门”的作用，外界水分稍多它就膨胀把种脐孔隙堵死，水分不得进入，当外界水分少时，种脐疤收缩，阀门打开，让里边的水分出来。 （三）影响硬实形成的因素1、遗传性凡先代硬实率高的，后代也高。2、成熟度种子愈老熟，愈易成为硬实。3、成熟期环境高温干燥、施钙肥多，易形成硬实。4、干燥贮藏条件曝晒干燥，低温低湿贮藏易形成硬实。（四）硬实的解除温度的变化、干湿交替和微生物作用是影

15、响硬实解除的主要因素。三、其他种子的休眠（一）棉花种子的休眠1、棉种的休眠期棉花种子成熟以后，一般需经过一段时期的休眠以后才能萌发。因此，即使是在多湿的雨季也很少发现棉籽在吐絮期间萌发。采收的棉籽在晒干、贮藏之前，通常发芽率很低。（1）不同类型间，棉籽的休眠期差异明显。陆地棉休眠期较长，而海岛棉、亚洲棉和非洲棉等类型几乎没有休眠期。（2）成熟度低的种子休眠期长。（3）贮藏期间的高温低湿条件使休眠期大大缩短。（1）种皮透气性不良；（2）硬实，棉籽中存在一部分硬实，主要是进水口(合点)堵塞。经80热水处理或45烘干，由合点部位破裂，能使种皮透性增强，有助于休眠的解除。（二）油菜种子的休眠不同类型的

16、休眠期不一样，芥菜型油菜白菜型油菜甘蓝型油菜。一般绿熟种子的休眠远深于褐熟和完熟种子的休眠。其休眠原因，也与种皮的透气性有关。主要指荚壳影响透气性、透水性，但要注意油菜的荚壳当中存在着抑制物质(脱落酸ABA)，因此不脱粒的菜籽不会在荚壳里萌发。 2、棉花种子休眠的原因（三）主要蔬菜种子的休眠类型和作物休眠原因（类型）瓜果类：西瓜、黄瓜、甜瓜等 种皮透气性差冬瓜种皮透水性差印度南瓜光番茄存在抑制物质（咖啡酸、阿魏酸）叶菜类 ：芹菜发芽需光苋菜发芽忌光莴苣发芽需光；种皮障碍；存在抑制物（酚类、香豆酸）白菜、芥菜种皮透气性、发芽需光、存在抑制物（芥子油）菠菜吸胀的种子（果实）表面胶液影响透气，果皮中

17、有草酸根菜类：甘薯种皮透水性差马铃薯种皮透气性差 ；激素不平衡胡萝卜胚未发育完成萝卜种皮透气性差第四节 种子休眠的调控一、延长种子休眠期1、品种选育比如，为了从根本上防止小麦穗发芽，可以从一些优良的白皮品种中选择红皮的变种，经繁殖固定，得到休眠期较长的红皮品种。如原南大2419容易穗发芽，但四川万县从中选出红皮的万年二号，解决了穗发芽问题。 在杂种后代中，小麦的休眠期趋向于短的亲本，而花生的一代杂种休眠期介于双亲之间，但偏于休眠期长的亲本，因此花生休眠特性的选择较为容易。 乙烯利：在水稻灌浆初期用0.1%乙烯利喷洒，青鲜素：小麦可在开花后18天(抽穗后25天)喷洒0.050.1%的青鲜素溶液(简称MH，即马来酰肼) ；土豆、大蒜、洋葱收获前23周，用0.25%的MH溶液喷洒其植株 均可延长种子的休眠；萘乙酸，2,4D等可延长休眠。3、环境因子控制低湿、高温或缺氧状态，可将延长种子休眠期。2、药剂调控 二、解除种子休眠期的