全 文 ：书第 44卷 第 5期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol．44 No．5
2016年 5月 JOUＲNAL OF NOＲTHEAST FOＲESTＲY UNIVEＲSITY May 2016
1)国家自然科学基金(31270711)、江苏省青蓝工程创新团队、
江苏省高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。
第一作者简介:周健，1990 年 12 月生，南京林业大学南方现代
林业协同创新中心，硕士研究生。E－mail:z_jian646896@ 163．com。
通信作者:李淑娴，南京林业大学林学院，教授。E－mail:shux-
ianli@ njfu．com．cn。
收稿日期:2015年 9月 22日。
责任编辑:任 俐。
大花四照花种子休眠解除过程中种皮和胚乳结构变化1)
周健 代松 钱存梦 苏友谊 李淑娴
(南京林业大学，南京，210037)
摘 要 为探讨种皮、胚乳对大花四照花种子萌发的影响，以不同解除休眠处理后大花四照花种子为材料，开
展了种皮透水性试验，并分别对其种皮和胚乳进行了扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察。结果表明:大花四
照花种皮存在透水性障碍。扫描电镜观察发现，其种皮由外到内依次为表皮层、栅栏层、薄壁细胞层以及纤维细胞
层。表皮层由多层排列紧密的厚壁细胞组成。栅栏层则由单层紧密排列的长柱状大石细胞构成，栅栏层可能是阻
碍种子吸水的主要原因。酸蚀和低温层积对种皮结构都会产生一定影响。低温层积处理能破坏种皮表层结构，同
时还能改变内部栅栏层细胞结构，种子低温层积 90 d 后，种皮出现裂缝直达内部薄壁细胞层。透射电镜观察发
现，低温层积过程中，胚乳细胞内大分子营养物质不断降解，细胞内物质代谢速度逐渐加快，低温层积 90 d，营养物
质基本降解，线粒体、内质网、高尔基体等细胞器相继出现，种子休眠解除。浓硫酸酸蚀能加快大花四照花种皮结
构的改变和胚乳细胞内物质代谢，促进该种子休眠的解除。
关键词 大花四照花;种子休眠;种皮;胚乳;细胞结构
分类号 S722．1
Ultrastructure Changes of Seed Coat and Endosperm on Cornus florida Seed during Dormancy Breaking / /Zhou
Jian，Dai Song，Qian Cunmeng，Su Youyi，Li Shuxian(Nangjing Forestry University，210037 Nanjing，P． Ｒ． China)/ /
Journal of Northeast Forestry University，2016，44(5):34－38．
In order to investigate the effect of seed coat and endosperm on the germination of Cornus florida seeds，the ultrastruc-
ture of seed coat and endosperm ingredients of C． florida seed with different treatments was systematically investigated by u-
sing scanning electron microscope (SEM)and transmission electron microscope (TEM) ，combining with the study of wa-
ter permeability． Ｒesults of water uptake revealed the seed coat of C． florid could retard water uptake． By SEM images，
from the exterior to the interior，the seed coat of C． florid consisted of four layers:the epidermal layer，the palisade layer，
the parenchymatous layer and the fibrocyte layer． The epidermal layer consisted of multilayer sclerenchymatous cell． The
palisade layer consisted of a monolayer macrosclereids with thick walls elongated longitudinally，and it may be the main
barrier controlling the entrance of water through seed coat． Both of cold stratification and acid etching could change the seed
coat structure of C． florid． The epidermal layer and the palisade layer of C． florid seed coat were damaged after treated by
concentrated sulphuric acid． Cold stratification could destroy the out layer of C． florid seed coat and change the structure of
palisade layer to some extent． When seeds were cold stratified at 5 ℃ for 90 d，the cracks were appearing through the epi-
dermal layer and the palisade layer． By TEM，with the C． florid seed dormancy released，macromolecule nutrients in the
endosperm gradually decomposed and metabolism boosted． When seeds were cold stratified for 90 d，nutrients in the endo-
sperm gradually decomposed，mitochondria，endoplasmic reticulum，golgi apparatus appeared，and its dormancy was bro-
ken． In addition，proper sulfuric acid treating could accelerate the break of C． florid seed dormancy by expediting the
change of seed coat structure and the metabolism of endosperm cell．
Keywords Cornus florida;Seed dormancy;Seed coat;Endosperm;Cell structure
大花四照花(Cornus florida)为山苵萸科(Corna-
cease)山茱萸属(Cornus)四照花亚属落叶乔木，又
名多花梾木，多花狗木。大花四照花原产于北美洲
东部，喜湿润半阴的环境，早春开花，伞形花序，野生
种外面的 4个苞片刚开始开放时为绿色，后逐渐变
为白色，为适应观赏的需要，又培育出苞片为粉红色
或大红色的品种。其叶片光亮，入秋变红，留存树上
达 1月有余。秋天果实呈鲜红色，因此，大花四照花
是集观花、观叶、观果于一体的园林绿化树种［1－3］。
大花四照花种子具有深休眠习性。以往的研究
表明，种皮吸水障碍是四照花类植物种子休眠主要
原因之一［4－5］，低温层积处理、浓硫酸酸蚀均利于该
类种子休眠的解除［6－9］，如 Liu et al．［10］在研究中发
现，采用赤霉素浸泡后再低温层积 90 d 或先用浓硫
酸酸蚀 10 min，再结合赤霉素浸种、低温层积 60 d的
处理，能有效解除大花四照花种子休眠。种子休眠
解除过程中种皮结构和胚乳细胞内含物均会发生一
系列的变化［11－12］，但目前还没有从细胞结构变化的
角度对大花四照花种子休眠解除的机理进行研究。
本研究拟对大花四照花种子休眠解除过程中种皮和
胚乳细胞结构进行观察与分析，从微观的角度探讨
该种子休眠破除机制及浓硫酸对种子休眠解除的影
响，为更好的解除其休眠提供一定的理论依据。
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.20160509.006
1 材料与方法
试验所用种子从美国田纳西州进口，购回后保
存于冰箱 0～5 ℃。
种皮透水性测定:随机数取 30 粒供试种子，3
个重复，将其置于装有清水的烧杯中浸种，每 12 h
取出种子，擦干表面水分，用千分之一天平称质量后
重新浸入水中，重复之前的操作，直至种子吸水饱
和，按下式计算种子的吸水率，绘制吸水曲线。
吸水率=
浸种后质量－浸种前质量
浸种前质量
×100%。
解除种子休眠:参考 Liu et al．［10］的方法解除大
花四照花种子的休眠，具体步骤为取供试种子先用
500 mg·L－1的赤霉素溶液浸种 72 h，再将 V(种子)∶
V(湿沙)= 1 ∶ 3 混合后低温(0 ～ 5 ℃)层积，每 30 d
取出部分种子进行电镜观察直至层积 90 d;将种子
放入浓硫酸中酸蚀 10 min，浸泡过程中不断搅拌种
子，结束后用流水冲洗 24 h，再在 500 mg·L－1赤霉
素溶液中浸种 72 h，低温层积 60 d 后取出进行电镜
观察。处理过程中赤霉素溶液每 12 h 需更换 1 次;
以未经任何处理的种子作为对照。
不同处理后种皮结构的扫描电镜观察:随机数
取上述各不同处理的种子，借助扫描电镜(SEM)对
种皮表面和纵切面进行观察，具体方法如下:
样品用 70% FAA 固定液固定→乙醇系列脱水
(30% － 50% － 70% － 90% － 100%)→临点干燥仪
(EMITECH K850)干燥→粘样、离子溅射仪(Hitachi
E－1010)喷金→置于 FEI Quanta 200 扫描电镜下观
察并拍照。
不同处理后胚乳组织的透射电镜观察:随机数
取上述各不同处理的种子，去除种皮，取近胚根部胚
乳，按朱莉伟等［13］的方法对胚乳细胞进行透射电镜
(TEM)观察并拍照。
2 结果与分析
2．1 种子透水性测定结果
大花四照花种子吸水缓慢，浸种 12 h 时吸水率
为 6．73%，浸种 72 h时种子吸水基本饱和，但此时的
吸水率也仅为 12．17%。说明该种子的种皮存在透
水障碍，对种子萌发会产生一定的影响。
2．2 种子表面及纵切面扫描电镜观察
由图 1 可知，大花四照花的种皮较厚，骨质，且
高度木质化(图 1a)，种皮的表面较为平整，局部有
凹陷(图 1b)。由图 1c 可知，大花四照花种皮主要
由四部分组成，由外向内依次为表皮层、栅栏层、薄
壁细胞层、纤维细胞层。其中，表皮层细胞角质化且
凹凸不平，栅栏层则由一层长柱状且排列紧密的栅
栏细胞组成，是水分进入种子的主要屏障，同时增加
了种皮的厚度和硬度［14］。薄壁细胞层与纤维细胞
层之间没有明显的分界线。栅栏层细胞的长轴多与
种子表皮层垂直，而薄壁细胞长轴则平行于表皮层。
角质化表皮层和栅栏层的存在以及栅栏细胞与薄壁
细胞这种交错排列可能是造成大花四照花种皮透水
性差的主要原因。
以往的研究表明，酸蚀和低温层积处理均能对
种皮结构产生一定的影响［15－16］。大花四照花种子
经低温层积 30 d后，种皮表面出现破损(图 1d)，种
皮内部结构并没有明显变化(图 1e)。低温层积 60
d后，种子表面破损加剧并出现明显裂缝(图 1f，图
1g)，且裂缝直达栅栏层，此时栅栏层细胞排列相对
疏松，纤维细胞出现破裂(图 1h)。低温层积 90 d
后，种皮栅栏层出现裂缝直达薄壁细胞层(图 1i)，
薄壁细胞中包含有晶体物质(图 1j)。浓硫酸酸蚀
10 min并经赤霉素浸泡后再低温层积 60 d 的种子，
种皮表面也出现明显破损(图 1k)，表皮层被完全腐
蚀，栅栏层也遭到一定程度的破坏，栅栏细胞排列相
对疏松(图 1l)，而浓硫酸对栅栏层一定程度的破坏
可能是这一处理能促进大花四照花种子萌发的主要
原因。
2．3 不同处理后大花四照花种子胚乳细胞内含物
观察
不同处理后大花四照花种子胚乳细胞内含物变
化如图 2所示。未处理的大花四照花种子胚乳细胞
内脂滴含量较多，充盈着整个细胞，脂滴之间存在较
大块状的高电子致密物质，细胞核清晰可见，核仁明
显，细胞间存在明显的胞间连丝，为细胞间的物质运
输和信息传递提供了保障(图 2a、图 2b)。种子经
低温层积 30 d 后，高电子致密物质基本降解，脂滴
呈块状或颗粒状，细胞核清晰可见(图 2c)，此时细
胞中已有少量线粒体存在(图 2d)。低温层积 60 d
后，胚乳细胞中脂类物质继续降解消融形成较大块
状，并且由于脂滴的不断降解，形成了很多明显的空
洞，细胞壁扭曲(图 2e)，细胞中线粒体数量明显增
多(图 2f)。种子低温层积 90 d时，胚乳细胞中储存
的营养物质基本降解，胞间连丝、细胞核依然清晰可
见(图 2g)，内质网、高尔基体、线粒体等细胞器增
多，结构更加完整(图 2h)，表明此时细胞内物质代
谢活动加强，种子休眠基本解除，这与 Liu et al．［10］
的发芽试验结果相一致。浓硫酸酸蚀 10 min，再在
500 mg·L－1赤霉素中浸种 72 h 后再低温层积 60 d
的种子，部分胚乳细胞中脂滴已降解融合成较大块
状，部分细胞中脂滴已完全降解(图 2i)，其营养物
53第 5期 周健，等:大花四照花种子休眠解除过程中种皮和胚乳结构变化
质降解程度明显大于直接赤霉素浸泡后低温层积
60 d的种子。胚乳细胞中细胞核、内质网、线粒体等
清晰可见(图 2j)。
Ep．表皮层;Pl．栅栏层;P．薄壁细胞层;F．纤维细胞层;Cr．晶体物质;a．对照组种子纵剖结构(bar = 4 mm);b．对照组种皮表面(bar = 100 μm);c．对
照组种子纵剖结构(bar = 500 μm);d．赤霉素浸种 72 h后低温层积 30 d种子表面(bar = 100 μm);e．赤霉素浸种 72 h后低温层积 30 d种子纵剖
面(bar = 500 μm);f、g．赤霉素浸种 72 h后低温层积 60 d种子表面(bar = 4 mm、bar = 100 μm);h．赤霉素浸种 72 h 后低温层积 60 d 种子纵剖面
(bar = 500 μm);i、j．赤霉素浸种 72 h后低温层积 90 d种子纵剖面(bar = 400 μm、bar = 100 μm);k．浓硫酸酸蚀 10 min，赤霉素浸种 72 h后低温层
积 60 d种子表面(bar = 100 μm);l．浓硫酸酸蚀 10 min，赤霉素浸种 72 h后低温层积 60 d种子纵剖面(bar = 500 μm)。
图 1 不同处理后四照花种子种皮表面及纵切面结构
3 结论与讨论
种子萌发必须经过水分吸收、酶活化以及胚生
长三个阶段，其中一个或几个阶段受到影响便可能
引起种子休眠［17］，而种皮结构会影响种子对水分的
吸收，进而影响种子的正常萌发［18］。物理性休眠便
是由于种皮对水分和氧气的不透性造成的，而种皮
的不透性主要是因为种皮的栅栏状厚壁细胞和角质
层的存在［19－20］。本次种子吸水测定结果显示，大花
四照花种皮存在透水性障碍。扫描电镜观察发现，
63 东 北 林 业 大 学 学 报 第 44卷
该种子的种皮坚硬厚实，存在较厚的角质化表皮层
和致密的栅栏层，这增加了种皮的厚度和硬度，同时
也阻碍了种子对外界水分的吸收。因此，种皮效应
是引起大花四照花种子休眠的原因之一。
N．细胞核;P．胞间连丝;BG．高电子致密物质;L．脂滴;CW．细胞壁;M．线粒体;Er．内质网;G．高尔基体;a、b．对照组种子胚乳细胞透射电镜(bar =
50 μm、bar = 10 μm);c、d．赤霉素浸种 72 h后低温层积 30 d种子胚乳细胞透射电镜(bar = 100 μm、bar = 10 μm);e、f．赤霉素浸种 72 h后低温层积
60 d种子胚乳细胞透射电镜(bar = 100 μm、bar = 10 μm);g、h．赤霉素浸种 72 h 后低温层积 90 d 种子胚乳细胞透射电镜(bar = 50 μm、bar = 10
μm);i、j．浓硫酸酸蚀 10 min再经赤霉素浸泡 72 h后低温层积 60 d种子胚乳细胞透射电镜(bar = 100 μm、bar = 50 μm)。
图 2 不同处理后大花四照花种子胚乳细胞内含物观察
种子休眠解除是一个复杂的形态和生理变化过
程，在这一过程中，种皮结构和胚乳细胞内含物均会
发生显著变化，而这种变化可能直接影响到种子休
眠的解除［21］。本研究结果显示，随着低温层积时间
73第 5期 周健，等:大花四照花种子休眠解除过程中种皮和胚乳结构变化
的延长，大花四照花种子种皮表皮层逐渐破损并出
现明显裂缝，栅栏层细胞排列也越来越疏松，种子休
眠解除后，种皮裂缝继续加大并直达种皮内部薄壁
细胞层，说明低温层积能有效解除大花四照花种皮
的机械障碍，促进种子的萌发。以往研究表明，浓硫
酸处理能增加种皮透性，利于种子萌发［22－23］。本试
验结果显示，大花四照花种子先用浓硫酸酸蚀 10
min，再采用赤霉素浸种并结合低温层积 60 d 的处
理，其种皮表皮层已被完全腐蚀，栅栏层也遭到一定
程度的破坏，细胞排列也较为疏松，与低温层积 60 d
的种子相比较可知，浓硫酸能明显促进该种子种皮
结构的变化，加快其种皮障碍的解除，进而促进种子
萌发。
胚乳是一种营养组织，其细胞中积累了大量的
碳水化合物、蛋白质和脂肪等大分子营养物质［24］。
在种子休眠解除过程中，为提供种子萌发所必须的
养分，种子体内贮存的营养物质如淀粉会逐渐水解
减少，脂类物质也会消融降解［25］。本试验结果显
示，未处理的大花四照花种子胚乳细胞中含有较多
脂滴和高电子致密物质，在低温层积过程中，高电子
致密物质逐渐降解消失，脂滴也逐渐降解消融，各细
胞器则逐渐出现，表明胚乳细胞中物质代谢活动加
强，使营养物质不断分解，为种子萌发提供必需的养
分。同时，经浓硫酸酸蚀并低温层积 60 d 的种子，
胚乳细胞营养物质降解程度明显大于直接低温层积
60 d的种子，表明浓硫酸酸蚀 10 min 能加快大花四
照花种子休眠的解除。
种子休眠是植物为适应周边复杂的环境条件而
形成的一种生理生态特征，种子休眠的解除也会伴
随着一系列复杂的生理生化变化，如植物激素含量、
酶活性、含水量等。本次仅从种皮结构和胚乳细胞
内含物的变化这一角度对大花四照花种子休眠解除
过程进行了研究，旨在了解其种子萌发进程，为今后
该种子休眠机理的研究以及更好的解除其休眠提供
一定的理论依据。
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