全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (6): 589~594 589
收稿 2011-02-28　　修定 2011-05-13
资助 国家自然科学基金(30660110)和教育部科学技术研究重点
项目(206027)。
* 通讯作者(E-mail: haolizhen_1960@163.com; Tel: 0471-
4318467)。
沙葱种皮特性、种胚及种子浸提液与种子休眠的关系
王晓娟, 张凤兰, 杨忠仁, 郝丽珍*
内蒙古农业大学农学院, 内蒙古自治区野生特有蔬菜种质资源与种质创新重点实验室, 呼和浩特010019
摘要: 本文以沙葱休眠种子为试材, 检测其种皮透水性、透气性、超微结构、种胚休眠及种子浸提液。结果表明, 酸蚀种
子吸水12 h达饱和, 吸水率是完整种子的2倍; 其呼吸强度最大值是完整种子的1.36倍。酸蚀处理使种子表面结构破损, 角
质层脱落, 种孔露出。沙葱种子离体胚接种培养后2~3 d, 种胚开始萌发, 萌发率达85%。沙葱完整种子与粉碎种子的浸提
液对白菜种子发芽率、苗高、根长均有抑制作用, 且随着浓度的提高而增强。
关键词: 沙葱; 种子; 种子浸提液; 休眠
Relationship between Characteristic of Allium mongolicum Seed Coat, Em-
bryo, Seed Leach Liquor and Seed Dormancy
WANG Xiao-Juan, ZHANG Feng-Lan, YANG Zhong-Ren, HAO Li-Zhen*
College of Agronomy, Inner Mongolia Agriculture University, Inner Mongolia Key Laboratory of Germplasm and Germplasm En-
hancement of Wild and Special Vegetable, Hohhot 010019, China
Abstracts: The water permeability, air permeability, seed coat ultrastructure, embryo dormancy and seed leach
liquor of Allium mongolicum seed were determineed. The results showed that etched seed was saturated with
water after 12 h, its water absorption rate was twice that of the whole seed, and its respiration intensity maxi-
mum was 1.36 times of the whole seed. Etching damaged the seed surface structure, made the cuticle shedding
and micropyle exposed. The in vitro embryo of Allium mongolicum seed began to germinate after culture inocu-
lation of 2-3 d, and germination rate reached 85%. The leach liquor of the whole and etched seed both had an
inhibiting effect on the germination rate, seedling height and root length of Chinese cabbage. As the concentra-
tion increased, the inhibition enhanced.
Key words: Allium mongolicum; seed; seed leach liquor; dormancy
沙葱属百合科葱属, 别名蒙古韭、蒙古葱, 是
蒙古高原特有种, 为多年生旱生草本植物(包颖
2000), 不仅具有固沙和防止水土流失的重要生态
价值, 且是一种营养价值和药用价值(马毓泉1985)
极高的沙生蔬菜(斯琴巴特尔和刘新民2002; 胡宁
宝等2008; 张凤兰等2009)。随着近年来沙葱加工
业的发展, 毁灭式采挖严重, 导致野生沙葱的自然
分布区域及群落面积日益缩小(贺访印等2007)。
然而人们在开展沙葱种子萌发特性及驯化栽培的
研究中发现, 沙葱种子具有的休眠特性给人工播
种栽培带来了出苗率低及出苗不齐的生理障碍(杨
忠仁等2007; 郝丽珍等2008; 鄂圆圆等2008; 苗春
乐等2008)。但关于沙葱种子休眠原因的研究未见
报道。
通常种皮障碍、种胚发育状况、内源萌发抑
制物等是引起植物种子休眠的主要原因 (卡恩
1989)。因此, 本文从沙葱种皮特性、种胚发育状
况及内源抑制物质等方面, 探索沙葱种子的休眠
原因, 从而丰富沙葱种子生理的研究内容, 为打破
休眠、提高出苗率提供理论依据。
材料与方法
本文以采自内蒙古自治区鄂尔多斯毛乌素沙
地处于休眠期的饱满沙葱(Allium mongolicum Regel.)
种子为实验材料[千粒重为(3.98±0.2) g, 含水量为
7.56%]。实验所用白菜种子为‘秋珍白六号’, 纯度
98%, 净度98%, 发芽率85%以上, 含水量小于7%。
植物生理学报590
取沙葱完整种子和酸蚀种子(即用98%的浓硫
酸酸蚀5 min, 再用流水冲洗24 h的种子)各100粒置
于小烧杯中, 加入蒸馏水浸没种子, 然后置于25 ℃
的恒温培养箱中吸水。以后定期(前2 d日间每隔3
h测定1次, 之后日间每隔6 h, 夜晚隔12 h测定)捞出
种子, 用定量滤纸吸干种子表面水分, 在1/1 000电
子天平上称重, 至种子重量不再变化为止。每处
理重复4次, 计算出吸水率(%)=(吸水后重量—吸水
前重量)/吸水前重量×100%。
取沙葱完整种子和酸蚀种子各1 g, 在室温下
水浸泡一定时间后, 用美国Licor公司的LI-6400光
合作用仪测定其呼吸强度, 每个处理重复4次(张艳
杰2007)。
取沙葱完整种子和酸蚀种子不经任何处理粘
在载物台上, 喷金镀膜后在日立S-530扫描电镜下
观察种子表面、种孔及横断面结构, 记录并拍照。
取处于休眠期新鲜饱满的沙葱种子, 用蒸馏
水浸泡12 h (使种子充分吸水膨胀, 种皮变软, 易于
分离种胚)。将种子置于超净工作台上, 无菌水冲
洗数次后, 用70%酒精浸泡40 s, 再用0.1% HgCl2消
毒7 min, 无菌水冲洗4次, 于无菌条件下剥出种胚
接种到MS基本培养基中, 置于25 ℃、光照12 h的
恒温光照培养箱中进行培养, 观察种胚萌发情况。
将沙葱完整种子和粉碎种子分别按0.05 g·mL-1
(水)进行浸提, 在0~4 ℃恒温条件下密闭浸提24 h,
在白天间隔1 h震荡1次, 以使其充分浸提, 重复5
次, 将滤液混合后于旋转蒸发仪上浓缩蒸干、定
容, 制备浓度为10 g·mL-1原浸提液。试验时, 分别
稀释至原浸提液20%、40%、60%和80%备用。分
别吸取3 mL浸提液加入至90 mm培养皿中, 用白菜
种子做生物测定, 以同体积蒸馏水作为对照, 每个
处理50粒种子, 重复4次。白菜种子在25 ℃黑暗条
件中培养, 24 h测定白菜种子发芽率(以露出子叶
为发芽标准), 48 h测其苗高、根长(李铁华2004)。
采用SAS软件对数据进行统计分析, 以P<0.05
为差异显著。
结果与讨论
1 沙葱种子的透水性
图1表明, 沙葱完整种子与酸蚀种子两者间吸
水速率明显不同, 酸蚀种子前3 h吸水量直线性上
升, 3~12 h吸水速率较快, 12 h后吸水速率开始减
缓, 至达到饱和为止, 吸水率为73.7%; 而完整种子
在0~45 h吸水速率相对平缓上升, 种子吸水12 h,
吸水率为36.8%, 45 h后吸水速率减慢, 直至达到饱
和时吸水率为56.8%, 且酸蚀处理可以明显提高种
子发芽率。这表明, 沙葱种子吸水速度较慢, 吸水
达到饱和需要的时间较长, 而酸蚀处理可以提高
吸水速率。
有些种子的种皮存在透水、透气性障碍, 使
种子不能与外界进行水气交换而处于休眠状态。
沙葱种子吸水速度较慢, 这可能与种皮的结构有
关。按照卡恩的理论, 种子吸水率达到40%就达到
种子萌发生理需求, 沙葱完整种子浸种12~15 h时
图1 沙葱种子的吸水率变化
Fig.1 Change in water absorption of A. mongolicum seeds
王晓娟等: 沙葱种皮特性、种胚及种子浸提液与种子休眠的关系 591
吸水率为36.8%~41.2%, 吸水45 h达到饱和时吸水
率为56.8%, 已能满足萌发需求, 这与杨忠仁等
(2007)的研究结果沙葱种子浸种最佳时间为12 h相
符。在外界环境水分充足且给予足够浸种时间的
前提下, 种皮的透水性不良不是引起种子休眠的
主要原因, 但是沙葱多生长于荒漠带的砂地、沙
漠边缘、低山山地及半干旱山坡, 那里降水少, 且
降水多集中于7~9月, 在沙葱种子萌发的时候外界
不能供给充足的水分, 而种皮结构使沙葱种子存
在吸水速度较慢, 吸水达到饱和需要的时间较长
的障碍, 因此种皮透水性不良也是引起种子休眠
的原因之一, 但不是主要原因。
2 沙葱种子的透气性
沙葱干种子呼吸强度较弱, 完整种子为0.102
μmol·g-1·min-1, 酸蚀种子为0.134 μmol·g-1·min-1, 随
着浸泡时间的延长, 二者呼吸强度呈上升趋势, 完
整种子至60 h达最大值(0.456 μmol·g-1·min-1), 酸蚀
种子至30 h达最大值(0.618 μmol·g-1·min-1), 后者为
前者的1.36倍, 之后缓慢降低, 整个变化呈S型曲线
(图2)。说明沙葱种子透气性较差, 酸蚀处理可以
提高沙葱种子的透气性。
沙葱酸蚀种子呼吸速率明显高于完整种子,
这主要是由于致密的种皮结构影响了种子内外气
体交换, 限制了氧气的进入, 更高的氧分压可以使
种子内存在的抑制物分解进而促进种子的萌发,
另外氧有助于乙烯产生打破休眠, 因此种皮透气
性差是引起沙葱种子休眠的原因之一(邢勇和武月
琴2003)。
3 沙葱种皮的超微结构观察
许多植物种子均有物理性的种壳休眠特性,
但发生最多、休眠程度最深的是硬实种子, 如豆
科、百合科、茄科等(杨期和等2003)。沙葱种子
属瘦果, 外形呈倒卵形, 背部隆起, 腹面内凹, 形成
三棱, 种皮黑色略带光泽, 胚弯曲, 较发达, 包藏于
胚乳之中。其风干种子的种皮较坚硬, 由外种皮
和内种皮组成。在扫描电镜下显示完整种子种皮
表面凸凹不平, 强角质化, 纹饰清晰可见, 斑块呈
不规则六边形, 表面中部明显隆起, 排列较规则(图
3-A); 将种皮横断面结构放大400倍进行观察, 外种
皮由排列紧密的厚壁细胞组成(图3-B)。种孔不明
显, 表面由厚壁细胞组成(图3-C)。
酸蚀处理的种子表面变得平整, 纹饰不清晰,
种皮表面出现不规则块状破损, 有的部位角质层
已脱落(图3-D)。从种皮横切面可以看出, 外种皮
角质层基本被硫酸腐蚀掉, 细胞结构遭到破坏, 种
皮厚度变薄, 内种皮结构和细胞排列未发生变化
(图3-E)。种孔厚壁细胞脱落, 露出种孔(图3-F)。
沙葱种子种皮、种孔由厚壁细胞组成, 强角
质化, 结构致密, 吸水后的种子存在较强的机械束
缚作用, 胚芽或胚根的生长力不足以穿透种皮, 这
与百合科种子具硬实现象难以萌发相符(杨期和等
2006), 也是引起休眠的原因之一。
4 沙葱种胚休眠特性的检测
具有胚休眠特性的植物, 即使裸露的胚置于
图2 沙葱种子呼吸强度的变化
Fig.2 Change in respiration intensity of A. mongolicum seeds
植物生理学报592
潮湿基质上, 也仍然保持休眠状态(付婷婷等2009),
如种胚尚未发育完全引起的形态休眠(赵永华等
2001)及种胚本身生理障碍引起的生理休眠(林松
明等2006)。将休眠沙葱种子离体胚接种培养后
2~3 d, 种胚开始萌发, 萌发率达85%。说明休眠期
的沙葱种子的种胚离体培养的萌发率较高, 也在
一定程度上证明抑制萌发的物质不存在于种胚,
主要存在于种皮内。
5 沙葱种子浸提液对白菜种子生长的影响
种子内存在抑制物质也是种子休眠的重要因
素, 抑制物质是指可以推迟或抑制同种或异种植
物种子发芽的物质(黄耀阁等1994; 于海莲等2009),
既可以是内源有机酸、生物碱、激素等(Feurtado
等 2007; He和Gan 2004), 也可以是外源的, 即其他
植物体或种子产生的, 但最重要的抑制物质是内
源的, 且分布非常广泛(孔祥海2002)。从图4可以
看出, 与对照相比, 不同浓度沙葱完整种子浸提液
使白菜种子发芽率分别降低了7%、9%、12%、
15%, 而粉碎种子浸提液使白菜种子发芽率分别降
低了9%、11%、12%、17%, 白菜种子发芽率随着
图3 沙葱种皮的超微结构
Fig.3 The ultrastructure of A. mongolisum seed coat
A: 完整种子外种皮表面结构(×200); B: 完整种子种皮横断面结构(×400); C: 完整种子种孔结构(×200); D: 酸蚀种子外种皮表面结构
(×200); E: 酸蚀种子种皮横断面结构(×400); F: 酸蚀种子种孔结构(×200)。
王晓娟等: 沙葱种皮特性、种胚及种子浸提液与种子休眠的关系 593
浸提液浓度的增加呈逐渐降低的趋势。
如图5所示, 沙葱种子浸提液浓度为20%的白
图4 不同浓度的沙葱种子浸提液对白菜种子发芽率的影响
Fig.4 Effects of leach liquor of A. mongolicum seed of differ-
ent concentration on the germination rate of
Chinese cabbage seeds
菜苗高与对照无明显差异, 其余浓度均起抑制作
用, 100%沙葱完整和粉碎种子浸提液处理的白菜
苗高分别为对照的67.27%和66.36%。说明随着浸
提液浓度的增大, 白菜苗高生长受抑制的程度明
显增强。方差分析表明, 各处理与对照相比差异
均达显著水平, 但2个处理之间苗高差异不显著。
在实验中还观察到, 随着浸提液浓度的增加, 白菜
苗高逐渐降低, 同时白菜幼苗根茎处还出现一定
程度的膨大现象, 这些都是畸形苗和异状苗的表
现形式。
如图6所示, 与对照相比, 20%的沙葱种子浸提
液处理对白菜根长有明显的促进作用, 其余浓度
均起抑制作用, 100%完整种子、粉碎种子浸提液
处理的白菜根长分别为对照的62.96%、 59.26%。
图5 不同浓度的沙葱种子浸提液对白菜苗高的影响
Fig.5 Effects of leach liquor of A. mongolicum seed of different concentrations on the seedling height of Chinese cabbage
图6 不同浓度沙葱种子浸提液对白菜根长的影响
Fig.6 Effects of leach liquor of A. mongolicum seed of different concentrations on the root length of Chinese cabbage
植物生理学报594
低浓度沙葱种子浸提液对白菜的根长表现出一定
的促进作用, 而高浓度抑制其生长。方差分析表
明, 各处理与对照相比差异均达显著水平, 各处理
间相比差异不显著。
植物种子中存在萌发抑制物质是导致种子休
眠的一个主要因素(卡恩1989), 种子中的很大一部
分发芽抑制物质是一些简单的小分子有机物质,
其中有一部分是水溶性的(叶长丰和戴心维1994)。
沙葱种子浸提液对白菜种子的发芽率有抑制作用,
其不仅能抑制种子发芽、影响幼苗生长, 甚至还
能造成幼苗出现畸形生长等情况, 说明沙葱种子
含有抑制萌发的水溶性内源抑制物质是引起休眠
的原因之一, 这与于婧报道的百合科川贝母种子
含有水溶性发芽抑制物质相符(于婧等2008)。
综上所述, 沙葱种子休眠主要由种皮障碍及
存在内源抑制物引起, 关于抑制物的成分、激素含
量与沙葱种子休眠的关系, 还有待于进一步研究。
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