全 文 ：林业科学研究 ２０１５，２８（６）：８５１ ８５７
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
文章编号：１００１１４９８（２０１５）０６０８５１０７
扇脉杓兰种子发育过程中的生理生化变化
闫晓娜，田 敏，王彩霞
（中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江省林木育种技术研究重点实验室，浙江 杭州 ３１１４００）
收稿日期：２０１５０４０２
基金项目：国家自然科学基金面上项目（３１３７０５５３）；浙江省重大科技攻关项目（２０１０Ｃ０２００４－２）
作者简介：闫晓娜（１９８９—），女，黑龙江齐齐哈尔人，在读硕士研究生，主要从事兰花生殖生物学研究．
通讯作者：副研究员，博士，硕士生导师，主要从事野生兰保护生物学研究．
摘要：为了解扇脉杓兰种子发育过程中的生理特性和变化规律，以浙江省天目山国家级自然保护区内的２个野生扇
脉杓兰居群为材料，对其种子发育过程中的营养物质、内源激素含量和酶活性进行测定。结果表明：（１）可溶性蛋
白质含量在扇脉杓兰授粉后２０ｄ和８５ｄ分别达到最高值７７４．０３μｇ·ｇ－１和最低值３７３μｇ·ｇ－１。淀粉含量从最初
的２．６５％急速增加到２１．８２％，授粉后６０ｄ升至峰值，此后保持在２０％左右。可溶性糖含量为１．７２％ ３．０９％。
淀粉和可溶性糖之间呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１），二者与可溶性蛋白质之间呈极显著负相关（Ｐ＜００１）。（２）ＧＡ３、
ＺＲ、ＩＡＡ峰值发生具有时间顺序性，扇脉杓兰授粉后２０、３０、４０ｄ依次出现。３种激素极显著正相关（Ｐ＜０．０１）。
ＡＢＡ含量在授粉６０ｄ后逐渐上升，授粉１１５ｄ时达到峰值，其含量与３种促进激素呈显著负相关（Ｐ＜０．０５）。（ＩＡＡ
＋ＧＡ３＋ＺＲ）ＡＢＡ比值在授粉后２０ｄ达到峰值，此后逐渐下降。（３）ＳＯＤ活性在扇脉杓兰授粉后２０ｄ迅速上升
至峰值４５１．１８Ｕ·ｇ－１·ｍｉｎ－１，授粉后８５ｄ降至最低，其变化趋势与可溶性蛋白质变化保持一致。ＰＯＤ活性和
ＣＡＴ活性呈单峰曲线变化。ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＣＡＴ活性之间相关不显著（Ｐ＞０．０５），但是三者与可溶性蛋白质之间呈显
著正相关（Ｐ＜０．０５）。
关键词：扇脉杓兰；种子发育；生理生化变化
中图分类号：Ｓ７１８．４３ 文献标识码：Ａ
ＰｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｈａｎｇｅｓＤｕｒｉｎｇｔｈｅＳｅｅｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ
Ｃｙｐｒｉｐｅｄｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍ
ＹＡＮＸｉａｏｎａ，ＴＩＡＮＭｉｎ，ＷＡＮＧＣａｉｘｉａ
（ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｒｅｅＢｒｅｅｄｉｎｇｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，
Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１４００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｗｏｗｉｌｄｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｏｆＣｙｐｒｉｐｅｄｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍｆｒｏｍＷｅｓｔＴｉａｎｍｕＭｏｕｎｔａｉｎＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒｅＲｅｓｅｒｖｅｉｎ
ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＣ．ｊａｐｏｎｉｃｕｍｄｕｒｉｎｇｓｅｅｄｄｅ
ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓｈｏｒｍｏｎｅｓａｎｄｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｅｅｄｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．
Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｓｆｏｌｏｗｓ：１）Ｔｈｅｓｏｌｕｂｌｅｐｒｏｔｅｉｎｃｏｎｔｅｎｔｐｅａｋｅｄａｓ７７４．０３μｇ·ｇ－１ｔｗｅｎｔｙｄａｙｓａｆｔｅｒｐｏｌｉｎａｔｉｏｎ
（ＤＡＰ）．Ａｎｄｔｈｅｖａｌｕｅｗａｓｍｉｎｉｍｉｚｅｄａｓ３７３μｇ·ｇ－１ａｔ８５ＤＡＰ．Ｔｈｅｓｔａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｒｏｓｅｒａｐｉｄｌｙｆｒｏｍｔｈｅｉｎｉｔｉａｌ
２．６５％ ｔｏ２１．８２％，ａｎｄｐｅａｋｅｄａｔ６０ＤＡＰ．Ｔｈｅｒｅａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｍａｉｎｔａｉｎｅｄａｔａｂｏｕｔ２０％．Ｔｈｅｓｏｌｕｂｌｅｓｕｇａｒ
ｃｏｎｔｅｎｔｃｈａｎｇｅｄｂｅｔｗｅｅｎ１．７２％ ａｎｄ３．０９％．Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｅｄａｈｉｇｈｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｔａｒｃｈ
ａｎｄｓｏｌｕｂｌｅｓｕｇａｒ（Ｐ＜０．０１），ａｎｄｔｈｅｓｔａｒｃｈａｎｄｓｏｌｕｂｌｅｓｕｇａｒｈａｄｈｉｇｈｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｎｅｇａｔｉｖｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｏｌｕ
ｂｌｅｐｒｏｔｅｉｎｓ（Ｐ＜０．０１）．（２）ＴｈｅｐｅａｋｏｆＧＡ３，ＺＲａｎｄＩＡＡｏｃｃｕｒｅｄｉｎａｔｉｍｅｓｅｑｕｅｎｃｅ，ａｓ２０ＤＡＰ，３０ＤＡＰ
ａｎｄ４０ＤＡＰ．Ｔｈｅｒｅｗａｓｈｉｇｈｌｙａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎａｍｏｎｇｔｈｅｍ（Ｐ＜０．０１）．ＡＢＡｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔ
６０ＤＡＰａｎｄｒｅａｃｈｅｄａｐｅａｋａｔｔｈｅｔｉｍｅｏｆ１１５ＤＡＰ．ＡＢＡｃｏｎｔｅｎｔｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｎｅｇａｔｉｖｅｌｙｃｏｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈ
林 业 科 学 研 究 第２８卷
ｔｈｒｅｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｖｅｈｏｒｍｏｎｅｓ（Ｐ＜０．０５）．Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆ（ＩＡＡ＋ＧＡ３＋ＺＲ）ａｎｄＡＢＡｐｅａｋｅｄａｔ２０ＤＡＰ，ｔｈｅｎｔｈｉｓ
ｒａｔｉｏｄｅｃｒｅａｓｅｄ．（３）ＴｈｅＳＯＤａｃｔｉｖｉｔｙｒｏｓｅｒａｐｉｄｌｙｔｏａｐｅａｋａｓ４５１．１８Ｕ·ｇ－１·ｍｉｎ－１ａｔ２０ＤＡＰ，ａｎｄｔｈｅｎｄｅ
ｃｒｅａｓｅｄｕｎｔｉｌ８５ＤＡＰ．ＴｈｅＳＯＤａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｏｌｕｂｌｅｐｒｏｔｅｉｎｔｒｅｎｄｓｋｅｐｔｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．ＢｏｔｈＰＯＤａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＣＡＴａｃ
ｔｉｖｉｔｙｓｈｏｗｅｄａｓｉｎｇｌｅｐｅａｋｃｕｒｖｅ．ＴｈｅＳＯＤ，ＰＯＤａｎｄＣＡＴｈａｄｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ（Ｐ＞０．０５），ｂｕｔｔｈｅｙ
ｓｈｏｗｅｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｐｒｏｔｅｉｎ（Ｐ＜０．０５）．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｙｐｒｉｐｅｄｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍ；ｓｅｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓ
扇脉杓兰（ＣｙｐｒｉｐｅｄｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍＴｈｕｎｂ．），又名
双叶兰、兰花双叶草，隶属于兰科（Ｏｒｃｈｉｄａｃｅａｅ）杓兰
亚科（Ｃｙｐｒｉｐｅｄｉｏｉｄｅａｅ）杓兰属（ＣｙｐｒｉｐｅｄｉｕｍＬ．），是
多年生草本植物［１］。其双叶对生，叶脉扇形，叶型圆
润，单花顶生，大而艳丽，花型奇特，因而具有较高的
栽培观赏价值。扇脉杓兰根状茎细长、横走，有活血
调经、祛风镇痛之功效，又具显著的药用价值。主要
分布于中国、日本、韩国和缅甸等地，产于我国湖北、
四川、云南、安徽、浙江、台湾等省［２－３］。扇脉杓兰种
子非常细小，一个蒴果内含成千上万粒种子，成熟种
子胚纵横径分别只有２０８．７１μｍ和１０６．１９μｍ，种
子结构简单，不含胚乳组织［４］。自然状态下种子严
重败育，萌发率极低，更新能力差，主要依靠分株繁
殖维持个体的存活［５］，因此，扇脉杓兰是一种易濒植
物，目前已被世界自然保护联盟（ＩＵＣＮ）濒危物种红
色目录列为“濒危（Ｅｎｄａｎｇｅｒｅｄ）”物种［６］。
针对扇脉杓兰保护生物学的研究，前人已从传
粉生态学［７］、遗传多样性［８－１０］、繁育系统和花果发
育［４，１１］等方面开展了一些工作，但是关于扇脉杓兰
种子的研究罕有报道。大多数兰科植物在授粉后胚
珠才开始发育，种子发育过程与生长素和乙烯信号
转导途径密切相关［１２－１３］。本试验通过研究扇脉杓
兰种子发育过程中营养物质、内源激素及活性酶的
动态变化，旨在揭示种子发育过程中的生理特性和
规律，进一步掌握发育不同时期对养分的需求情况，
为提出扇脉杓兰种胚拯救的有效措施和研究物种保
育提供生理学依据。
１ 材料与方法
１．１ 供试材料
野生扇脉杓兰取自浙江省临安市境内天目山国
家级自然保护区（１１９°２３′４７″ １１９°２８′２７″Ｅ，３０°１８′
３０″ ３０°２４′５５″Ｎ）内的２个居群，约１２０株。试验
地属亚热带季风气候，年均降水量 １３９０ １８７０
ｍｍ，空气相对湿度 ７６％ ８１％［４］。土壤成分以有
机质为主，含氮、磷、钾等微量元素，土壤 ｐＨ值为４．
４５ ５．３８［１４］。
于２０１４年４月扇脉杓兰盛花期授粉后，每１０ｄ
采集１次发育过程中的果实，授粉７０ｄ后，每１５ｄ
采集１次果实，每次取混合样品４ ８个蒴果不等，
直至果实内种子完全成熟为止。将蒴果去除果皮和
胎座部分，剩余正在发育的种子部分做为样品用于
生理生化指标的测定。激素测定样品置于 －８０℃
下冷冻保存。
１．２ 测定方法
１．２．１ 可溶性蛋白质含量测定 准确称取样品
０３ｇ，重复４次，采用考马斯亮蓝测定法［１５］。
１．２．２ 可溶性糖的提取与含量测定 称取样品
０２ｇ，采用蒽酮比色法测定［１６］，重复３次。
１．２．３ 淀粉的提取和含量测定 淀粉样品为可溶
性糖样品提取后的残渣，也采用蒽酮法测定［１７－１８］。
１．２．４ 激素含量的测定 精确称量低温保存的种
子样品０．３ｇ，３个重复，采用酶联免疫法（ＥＬＩＳＡ），
由中国农业大学作物化学控制研究中心测定生长素
（ＩＡＡ）、细胞分裂素（ＺＲ）、赤霉素（ＧＡ３）和脱落酸
（ＡＢＡ）的含量。
１．２．５ 酶液的提取与酶活性测定 称取新鲜种子
样品０．３ｇ于研钵中，重复４次，加入５ｍＬ预冷的
ｐＨ值７．８磷酸缓冲液（分２次加入），用液氮低温下
研磨提取，然后４℃下１０５００ｒ·ｍｉｎ－１离心１５ｍｉｎ，
取上清液为酶液。超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性测定
采用氮蓝四唑法［１９］；过氧化物酶（ＰＯＤ）活性测定采
用愈创木酚法；过氧化氢酶（ＣＡＴ）采用紫外吸
收法［１５］。
１．３ 数据统计分析
应用Ｅｘｃｅｌ２００７和 ＳＰＳＳ１７．０软件对数据进行
统计和比较分析。
２ 结果与分析
２．１ 扇脉杓兰种子发育过程中营养物质含量的
变化
２．１．１ 可溶性蛋白质含量的变化 由图１可看出：
２５８
第６期 闫晓娜，等：扇脉杓兰种子发育过程中的生理生化变化
扇脉杓兰种子发育前期可溶性蛋白质含量升高，授
粉后２０ｄ含量达最大值７７４．０３μｇ·ｇ－１。授粉后
２０ ３０ｄ（图２Ａ、Ｂ），可溶性蛋白质含量迅速下降，
此时正值大孢子发生时期，需要大量的营养物质供
给［４］。随后可溶性蛋白质含量继续缓慢下降，授粉
后６０ｄ（图２Ｃ）已基本完成受精作用，可溶性蛋白
质积聚，其含量略有回升，后又继续下降。授粉后
８５ｄ（图 ２Ｄ）可溶性蛋白质含量最低（３７３μｇ·
ｇ－１），这一时期球形胚逐渐形成，营养大量消耗。直
至授粉后１１５ｄ种子完全成熟（图２Ｅ），球形胚不再
进一步发育，可溶性蛋白质进入一个快速合成期，最
终其含量提升３３．５％。
图１ 扇脉杓兰种子发育过程中可溶性蛋白质含量的变化
２．１．２ 淀粉和可溶性糖含量的变化 在扇脉杓兰
种子发育初期（图２Ａ、Ｂ），淀粉和可溶性糖含量都
呈上升趋势（图３）。淀粉逐渐积累，在授粉后的６０
ｄ时间里，其含量迅速升高，由最初的２．６５％急速增
加到２１．８２％。在种子超微结构观察中发现，随着
种子发育成熟，淀粉粒在质体上逐渐堆积并填满整
个质体空间，这与淀粉含量的测定结果相对应。授
粉６０ｄ后，淀粉含量有所下降，但变化不大，仍保持
在２０％左右（图３）。
可溶性糖含量在授粉后 ３０ｄ达到最大值（
Ａ：授粉２０ｄ；Ｂ：授粉３０ｄ；Ｃ：授粉６０ｄ；Ｄ：授粉８５ｄ；Ｅ：授粉１１５ｄ
图２ 扇脉杓兰果实纵切面
图３ 扇脉杓兰种子发育过程中淀粉和可溶性糖含量的变化
３０９％），而后有所下降，直至种子成熟可溶性糖含
量都维持相对稳定的状态。在种子发育的整个过程
中，可溶性糖含量为１．７２％ ３．０９％，变化幅度较
小（图３）。
相关分析结果（表１）显示：扇脉杓兰种子发育
过程中，淀粉和可溶性糖之间相关系数为０．６１８，二
者呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１），并分别与可溶性蛋
白质之间存在极显著负相关（Ｐ＜０．０１）。
表１ 扇脉杓兰种子发育过程中营养物质、内源激素和酶活性的相关性分析
项目 ＳＯＤ ＰＯＤ ＣＡＴ 可溶性蛋白质 可溶性糖 淀粉 ＩＡＡ ＧＡ３ ＡＢＡ
ＰＯＤ ０．３２９
ＣＡＴ －０．０８９ －０．１３１
可溶性蛋白质 ０．３４２ ０．９３５ －０．１２２
可溶性糖 ０．１４９ －０．３２２ ０．１７１ －０．５４５
淀粉 －０．０４７ －０．８２７ ０．３３７ －０．８２５ ０．６１８
ＩＡＡ ０．３１４ ０．８１１ －０．０９３ ０．８３０ －０．３８２ －０．８５８
ＧＡ３ ０．４０６ ０．７９１ －０．１６３ ０．７１５ －０．２３０ －０．５１３ ０．６２６
ＡＢＡ －０．０５４ －０．６５７ －０．４２１ －０．５５６ ０．０１２ ０．２９５ －０．３６８ －０．４０３
ＺＲ ０．３５１ ０．９２２ －０．０１０ ０．９１６ －０．３００ －０．８０５ ０．９１７ ０．６１９ －０．６００
注：表示在０．０５水平上显著相关，表示在０．０１水平上显著相关。
３５８
林 业 科 学 研 究 第２８卷
２．２ 扇脉杓兰种子发育过程中内源激素含量的
变化
２．２．１ 生长素（ＩＡＡ）、赤霉素（ＧＡ３）和细胞分裂素
（ＺＲ）含量变化 如图４所示：ＩＡＡ含量在扇脉杓兰
种子发育初期处于较高水平，授粉后４０ｄ达到峰值
１０８．０１ｎｇ·ｇ－１；此后 ＩＡＡ含量迅速下降，在授粉后
８５ｄ降至最低值（４８．８６ｎｇ·ｇ－１），而后又缓慢上
升，但上升幅度不大。
图４ 扇脉杓兰种子发育过程中生长素（ＩＡＡ）、赤霉素（ＧＡ３）和
细胞分裂素（ＺＲ）含量的变化
扇脉杓兰种子中 ＧＡ３含量变化呈波动曲线。
在授粉后０ ２０ｄ内，ＧＡ３含量呈直线上升趋势，并
在授粉后２０ｄ升至最高１０．４５ｎｇ·ｇ－１，但在授粉后
２０ ３０ｄ时发生骤降。在授粉后３０ ５０ｄ内ＧＡ３
含量又发生小幅度的升降，此后随着种子成熟，ＧＡ３
含量趋于稳定。在整个发育过程中 ＧＡ３含量一直
维持在较低水平。
ＺＲ含量在授粉后缓慢升高，并在授粉后 ３０ｄ
达到峰值１２．５４ｎｇ·ｇ－１。此后，其含量随着种子发
育急速下降，授粉７０ｄ之后变化趋于稳定且保持在
５．２ｎｇ·ｇ－１的较低水平，其峰值比最低值高出
１７２倍。
这３种促进激素在扇脉杓兰种子发育过程中峰
值依次出现，先后顺序为ＧＡ３、ＺＲ、ＩＡＡ。ＩＡＡ与ＺＲ、
ＩＡＡ与ＧＡ３、ＺＲ与 ＧＡ３之间呈极显著正相关（Ｐ＜
０．０１），相关系数分别为０．９１７、０．６２６和０．６１９（表
１）。可见，在扇脉杓兰种子不同发育时期激素之间
密切联系，而起关键作用的激素又存在一定的差异。
２．２．２ 脱落酸（ＡＢＡ）含量和（ＩＡＡ＋ＧＡ３＋ＺＲ）!
ＡＢＡ的变化 ＡＢＡ含量在扇脉杓兰授粉时就维持
在较高水平，授粉后１０ ６０ｄ内发生缓慢的波动，
趋势为下降—上升—下降，授粉后２０ｄ降至最低值
（７０．１２ｎｇ·ｇ－１）。授粉６０ｄ以后，ＡＢＡ含量逐渐
上升，并在授粉１１５ｄ时达到最高值（图５）。在扇脉
杓兰种子发育过程中，ＡＢＡ含量与上述３种促进激
素呈显著负相关（Ｐ＜０．０５）。
内源激素之间的平衡对种子正常发育至关重
要。由图５可看出（ＩＡＡ＋ＧＡ３＋ＺＲ）ＡＢＡ的比值
在发育初期逐渐上升，授粉后２０ｄ达到峰值，此时
代谢旺盛，胚珠迅速发育。此后该比值呈逐渐下降
的趋势，授粉７０ｄ后稳定在０．６左右。
图５ 扇脉杓兰种子发育过程中脱落酸（ＡＢＡ）含量和
（ＩＡＡ＋ＧＡ３＋ＺＲ）ＡＢＡ的变化
２．３ 扇脉杓兰种子发育过程中酶活性的变化
２．３．１ 超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性变化 扇脉杓
兰授粉后０ １０ｄ，ＳＯＤ活性缓慢升高。在授粉后
１０ ２０ｄ，ＳＯＤ活性迅速上升至峰值（４５１．１８Ｕ·
ｇ－１·ｍｉｎ－１），此阶段活性比授粉后 １０ｄ增加了
７２４％。随后ＳＯＤ活性有所下降，授粉后６０ｄ出现
小幅升高，而后迅速降低，直至授粉后８５ｄ降至最
低点，最后随着种子成熟又急速上升（图６）。ＳＯＤ
活性总体变化趋势与可溶性蛋白质含量基本保持一
致（图１、６）。
２．３．２ 过氧化物酶（ＰＯＤ）和过氧化氢酶（ＣＡＴ）活
性变化 由图７可知：ＰＯＤ活性和ＣＡＴ活性都呈单
峰曲线变化。ＰＯＤ活性峰值 ３１５５．８４Ｕ·ｇ－１·
ｍｉｎ－１出现在扇脉杓兰授粉后２０ｄ，此后活性迅速下
降，在授粉后８５ｄ降至最低并趋于稳定。ＣＡＴ活性
在发育初期变化平缓，在授粉３０ｄ后开始呈直线上
升的趋势，并在授粉后６０ｄ达到峰值（１４８９．２８Ｕ·
ｇ－１·ｍｉｎ－１）。随后 ＣＡＴ活性又直线下降，种子成
熟时降至最低。
虽然ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＣＡＴ活性之间无显著相关性
（Ｐ＞０．０５），但ＳＯＤ、ＰＯＤ与可溶性蛋白质之间呈显
著正相关（Ｐ＜０．０５），其中，ＰＯＤ活性与可溶性蛋白
４５８
第６期 闫晓娜，等：扇脉杓兰种子发育过程中的生理生化变化
质含量呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１），相关系数为
０．９３５（表１）。
图６ 扇脉杓兰种子发育过程中超氧化扬歧化酶（ＳＯＤ）活性的变化
图７ 扇脉杓兰种子发育过程中过氧化扬酶（ＰＯＤ）、
过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性的变化
３ 结论与讨论
３．１ 营养物质的变化
种子中的营养物质既是组成细胞结构的重要成
分，也是维持生命活动的养料和能源，不同植物种子
中营养物质的变化趋势和类别有差异［２０］。扇脉杓
兰种子在整个发育过程中可溶性糖含量在３．１％以
下，波动范围较小；在种子成熟时淀粉含量维持在
２０％左右，是主要的贮存物质；而经济树种水黄皮
（Ｐｏｎｇａｍｉａｐｉｎｎａｔａ（Ｌ．）Ｐｉｅｒｅ）种子发育过程中，可
溶性糖含量水平较高，在１８．４９％ ２２．５４％变动，
淀粉含量则维持在５．５％ ７．４％［２１］。虽然在牧草
作物老芒麦（ＥｌｙｍｕｓｓｉｂｉｒｉｃｕｓＬ．）、无芒雀麦（Ｂｒｏｍｕｓ
ｉｎｅｒｍｉｓＬ．）、结缕草（ＺｏｙｓｉａｊａｐｏｎｉｃａＳｔｅｕｄ．）和同德
小花碱茅（Ｐｕｃｃｉｎｅｌｉａｔｅｎｕｉｆｌｏｒａ（Ｇｒｉｓｅｂ．）Ｓｃｒｉｂｎ．ｅｔ
Ｍｅｒ．ｃｖ．Ｔｏｎｇｄｅ）种子中淀粉也是主要贮藏物质，
但种子质量的增加和淀粉的积累都是可溶性糖转化
的结果，可溶性糖和淀粉含量的变化趋势刚好相
反［１７－１８，２２－２３］。在红花子莲（ＮｅｌｕｍｂｏｎｕｃｉｆｅｒａＧａｅｒ
ｃｎ）胚中，可溶性糖的积累先于淀粉，早期胚中可溶
性糖含量已相当高，并随着胚的分化而不断上
升［２４］。扇脉杓兰种子形成过程中淀粉与可溶性糖
的积累是同步的，并呈极显著的正相关。可见，在不
同植物种子中，营养物质含量差异较大，各成分的积
累时间和变化趋势也大不相同。
扇脉杓兰种子发育过程中可溶性蛋白质含量在
授粉２０ｄ后开始下降，授粉８５ｄ时降至最低，种子
趋于成熟时可溶性蛋白质逐渐积累。这与经济植物
南美蓋（Ａｃｃａｓｅｌｏｗｉａｎａ（Ｏ．Ｂｅｒｇ．）Ｏ．Ｂｅｒｇ．）胚胎
发生过程中蛋白质含量变化趋势一致。蛋白质是胚
胎发育的重要养料，它能够激活细胞代谢过程，促进
胚胎的形态形成［２５］，因此，在胚胎发生阶段需要大
量供给。红花子莲的子叶胚积累大量的蛋白质、淀
粉等营养物质，胚发育后期胚乳败育，子叶胚取代胚
乳供给营养；而扇脉杓兰是单子叶植物，种子成熟时
胚仍停留在球形胚时期，不能完全分化，不含胚
乳［４］，种子中的营养物质有限，加之种子数量庞大，
单粒种子能得到的营养成分少，所以形成的低质量
型种子多败育，进而影响种子的萌发和生长进程。
为保障扇脉杓兰种子在发育时有充足的营养供给，
可采用种子离体培养法，在起始发育阶段补充大量
的糖和充足的蛋白质，以促进胚拯救过程和种子
萌发。
３．２ 内源激素的作用
内源激素是种子中的一类生理活性物质，其含
量很低，但能调节种子的生理状态和生化变化，促使
种子生命活动强度的升高或降低［２０］。生长素、赤霉
素和细胞分裂素都有促进细胞分裂和营养物质运输
的作用，是种子发育的促进激素。赤霉素在许多植
物中能够促进生长素的生物合成［２６］。脱落酸对胚
胎发育具有双重影响，一方面能促进胚胎发育的起
始，另一方面又加速器官和组织的脱落［２７－２８］。
胚胎的正常发育受多种内源激素动态平衡和某
一时期某一主导激素的调控［２９］，而激素之间的平衡
关系比单一激素对胚胎发育或败育的作用更重要，
这是因为在植物发育过程中往往是几种激素协同作
用。在扇脉杓兰种子发育过程中，４种植物激素含
量存在明显的差异，ＩＡＡ和ＡＢＡ含量相对较高，ＧＡ３
和ＺＲ则相对较低。在种子发育早期 ＩＡＡ、ＺＲ和
５５８
林 业 科 学 研 究 第２８卷
ＧＡ３含量高于发育后期，随着种子发育成熟，ＡＢＡ
含量不断升高，３种促进激素含量逐渐下降，（ＩＡＡ＋
ＧＡ３＋ＺＲ） ＡＢＡ比值也随之下降，这种变化趋势
符合种子的发育规律［３０］。扇脉杓兰４种激素峰值
发生具有明显的时间顺序性，这与结缕草和偃麦草
（Ｅｌｙｔｒｉｇｉａｒｅｐｅｎｓ（Ｌ．）Ｄｅｓｒ）的研究结果一致［２２，３１］。
ＧＡ３、ＺＲ、ＩＡＡ和ＡＢＡ在扇脉杓兰授粉后２０、３０、４０、
１１５ｄ依次出现。可见，在种子早期发育阶段，３种
促进激素起主导作用，而在种子成熟时，ＡＢＡ占优
势地位。高水平的生长抑制物和低水平的生长促进
物促使胚未完全分化的种子休眠，导致胚萌发困难
且种子败育。
此外，内源激素对贮藏物质的含量也具有调控
作用。在一种田菁（Ｓｅｓｂａｎｉａｖｉｒｇａｔａ）植物中，ＡＢＡ
通过抑制贮藏蛋白的分解和降低 α半乳糖苷酶的
活性控制贮藏物质的代谢［３２］。内源激素的作用也
与胚胎发育过程相互影响。在不经受精作用和败育
的刺梨（ＲｏｓａｒｏｘｂｕｒｇｈｉＴｒａｔ．）种子中，ＩＡＡ和 ＧＡ
含量相对较低，而正常发育型种子具有较高的促进
激素水平［２６］。乙烯在蝴蝶兰属（ＰｈａｌａｅｎｏｎｓｉｓＢｌ．）
和朵丽碟兰属（Ｄｏｒｉｔａｅｎｏｐｓｉｓ）植物授粉后能显著调
节子房发育［１２，３３］。掌握种子不同发育时期对激素
种类和含量的需求情况，对人为调节种胚发育过程
具有指导意义。扇脉杓兰种子成熟时高水平的抑制
激素致使内源激素平衡失调，这严重阻碍了种胚突
破种皮的生长。为促进种子萌发，可在离体培养基
中适度增加促进激素含量，维持细胞内激素的动态
平衡，打破种子休眠，促进球形胚继续分化，从而降
低种子败育率。
３．３ 酶活性的影响
酶是种子发育过程中生理生化反应的有机催化
剂，绝大多数酶的成分是蛋白质［２０］，因此，酶的活性
与蛋白质含量呈正相关。ＳＯＤ、ＰＯＤ和 ＣＡＴ是生命
活动中具有协同作用的保护酶。种子的正常发育需
要完整的膜系统，３种保护酶对防止膜脂过氧化有
重要作用［１６］，其中，ＳＯＤ是清除氧自由基的重要酶
之一；ＰＯＤ能有效保护膜结构，且与呼吸作用和生长
素水平有关；ＣＡＴ可消除 Ｈ２Ｏ２的胁迫作用，抵御低
温等环境的影响［３４－３５］。
相比 ＰＯＤ和 ＣＡＴ，扇脉杓兰种子发育过程中
ＳＯＤ活性较低，其变化趋势随着可溶性蛋白质含量
的消长而变化，这与周碧燕等［３６］的研究结果相似。
授粉２０ｄ时正值发育早期，胚珠细胞代谢旺盛，ＳＯＤ
和ＰＯＤ活性达到最高，这有利于清除体内的氧自由
基，保护细胞膜结构完整。ＰＯＤ在扇脉杓兰授粉后
的５０ｄ里一直保持活跃状态，它与呼吸作用密切相
关，并能降解ＩＡＡ，其含量与可溶性蛋白质呈极显著
正相关，该结果与百子莲品种（Ａｇａｐａｎｔｈｕｓｐｒａｅｃｏｘ
ｓｓｐ．Ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ‘ＢｉｇＢｌｕｅ’）的研究结果一致［３７］。
ＰＯＤ和 ＣＡＴ活性都呈现先升后降的变化，但 ＰＯＤ
活性变化的时间先于ＣＡＴ。授粉后１１５ｄ，虽然ＳＯＤ
活性有所上升，但 ＰＯＤ和 ＣＡＴ活性降至最低，ＳＯＤ
在清除活性氧过程中积累过氧化氢，这在很大程度
上抑制了 ＣＡＴ活性。种子完全成熟时保护酶活性
低，细胞膜脂易发生过氧化作用，这可能直接导致细
胞结构紊乱和种子败育。
种子的发育受内源激素含量及其平衡关系、营
养物质组成、酶活性变化等多方面生理学因素的综
合影响，各个因素内部和因素之间又发生复杂的相
互作用。本试验对各个生理生化指标的变化规律进
行了初步的探讨，而它们之间更为深入的相互作用
机理尚待研究。
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