摘 要

加拿大紫荆是经济价值、观赏价值及药用价值较高的园艺品种。生产上，加拿大紫荆主要以播种繁殖为主，但该种子具有明显的休眠特性，其中种皮的硬实性是引起休眠的重要原因之一，使种子在适宜的条件下难以吸水发芽。本试验对打破种皮硬实性后的种子，通过苯胺蓝染色法、凡士林封堵法确定种子的初始吸水位点和不同部位的吸水情况，并结合扫描电镜对种皮进行超微结构观察，总结加拿大紫荆的吸水机制，分析种皮结构、吸水机制和加拿大紫荆种子休眠之间的关系。研究结果表明：加拿大紫荆种皮由外至内，依次为角质层、栅栏层、薄壁细胞层。角质层主要由蜡质及其它覆盖物组成，栅栏层则由单层紧密排列的长柱状厚壁的大石细胞构成，角质层和栅栏层的这种结构可能是影响该种子种皮透性进而引起休眠的原因之一；种脐是初始吸水位点并连接种子吸水管道；热水浸种过程中种脐是最易消除硬实性的部位，生产上可以着重处理种脐部位促其吸水，促进种子的萌发。

关键词：加拿大紫荆；种子休眠；吸水机制；扫描电镜；种皮结构

The study on the mechanism of water absorption on Cercis canadensis L. seed

ABSTRACT

Cercis canadensis L. is one of favorable root stock in horticultural plants, it has great economic, ornamental and medicinal value. The seed is given priority to seed propagation in production. However, the seed has a significant dormancy characteristic, the hardness of the seed coat is one of the important reasons preventing the seed water absorb and sprout. Experiments were carried out on aniline blue staining, vaseline blocking and scanning electron microscope to make sure the start water absorbing sites and absorbing on different sites. By the series experiments we would know the water absorbing mechanism of C. canadensis, judge the relationship of structure of seed coat, water absorbing mechanism and seed dormancy. The results showed that the seed coat of C. canadensis was made of cuticle, palisade and parenchyma cells from outside to inside. Cuticle was constituted of wax and other mulch, palisade was composed of macrosclereids. Cuticle and palisade can affect the gas changing of the seed coat that will make seed dormancy. Hilum was the start water absorbing sites. Hilum was the easiest part to eliminate hardness, so productions can stress on hilum to promote the water absorption and the germination of C. canadensis could be promoted.

Key words：Cercis canadensis L.; seed dormancy; water absorbing mechanism; scanning electron microscope; structure of seed coat

目录

1 文献综述 1

1.1 选题依据 1

1.2 国内外同类研究概况 1

1.2.1种子休眠 1

1.2.2种子吸水机制的研究 2

1.2.3种皮结构与种子吸水关系的研究 3

1.3 研究目的及意义 3

2 材料与方法 4

2.1 试验材料 4

2.2 试验方法 4

2.2.1加拿大紫荆种子热水浸种温度的确定 4

2.2.2加拿大紫荆种子种皮超微结构的观察 4

2.2.3加拿大紫荆种子吸水途径的研究 5

2.2.4加拿大紫荆种子种皮不同吸水部位的测定 5

3 结果与分析 6

3.1加拿大紫荆种子热水处理温度的确定 6

3.2加拿大紫荆种皮超微结构的观察 6

3.3加拿大紫荆种子吸水途径的确定 9

3.4加拿大紫荆种子不同部位吸水曲线的测定 10

4 讨论 13

4.1种皮结构的观察 13

4.2种皮吸水位点的测定 13

4.3种皮结构、种子吸水机制以及解除种子休眠三者的关系 14

5 结论 15

致谢 16

参考文献 17

1 文献综述

1.1 选题依据

加拿大紫荆（Cercis canadensis L. ）属于苏木科，紫荆属，落叶丛生灌木或小乔木，原产美国，分布于美国东部、中西部。加拿大紫荆的花、果、枝均有观赏价值，早春时期开粉紫色或白色花，果实为典型的棕红色荚果，常经冬不落^[1]。加拿大紫荆因木材纹理直，结构细，常用于家具、建筑等使用，具有较高的经济价值；也可将其栽于庭院、草坪、岩石及建筑物前绿化小区，具有较好的观赏效果；与此同时，加拿大紫荆的树皮、树干、花及果实都具有药用价值。加拿大紫荆树皮活血通经，消肿解毒，用于风寒湿痹，经闭，血气痛，喉痹，淋证，痈肿，癣疥，跌打损伤，蛇虫咬伤。加拿大紫荆树干用于活血，通淋，痛经，瘀血腹痛，淋证。加拿大紫荆花，清热凉血，祛风解毒，风湿筋骨痛，鼻中疳疮。加拿大紫荆果实，用于咳嗽，孕妇心痛^[2]。

加拿大紫荆一般以播种繁殖为主，但该种子具有明显的休眠特性，这给种子质量检测、田间播种繁殖等工作带来很多不便。加拿大紫荆种子是硬实性种子，其种皮透性差及其对胚生长的机械阻碍作用是造成种子休眠的重要原因之一。成熟种子在适宜条件下很难吸水发芽，因此生产中育苗前需将种子进行80d左右的层积处理^[3]。在以往的研究中，有学者发现热水浸种可以软化种皮，使种皮表层蜡质脱落，增强种皮透性并能浸出发芽抑制物，进而促进萌发^[4]。例如滇青冈(Cyclobalanopsis glaucoides)种子经过40℃热水处理，发芽率从18.0%提高到74.5%^[5]。本项目拟从种子吸水机制方面开展研究，结合种皮显微结构观察，系统分析种子不同部位的吸水情况，判断种皮结构、种子吸水机制与加拿大紫荆种子休眠之间的关系，根据造成种子休眠的原因找到解除机制，为加拿大紫荆广泛应用提供指导。

1.2 国内外同类研究概况

1.2.1种子休眠

为适应复杂环境变化的影响，很多林木种子都具有休眠特性。引起种子休眠的原因有很多，大致可归为两大类：第一类是内源因素，即由胚本身所引起，包括胚的形态发育未完成，生理上未成熟以及缺少必须的激素或存在萌发抑制物质等；第二类是外源因素，即胚以外的各组分对种子萌发的限制，如种壳对胚生长的机械阻碍、不透水性、不透气性以及种壳或胚乳中存在萌发抑制物质等。关于硬实性种子休眠的原因，其透水性差的原因存在多种说法：有学者认为是由于角质层下面存在栅状厚壁细胞，也有的认为栅状厚壁细胞有不透水层，同时还有的认为是厚壁细胞与胚乳层之间存在不透水的化学物质。郭学民等人在研究合欢种子硬实性与萌发特性及种皮微形态与结构特征的实验中也表明了合欢种皮对种子的吸胀作用具有明显的机械障碍作用，同时引起合欢种皮透性的因素可能位于种皮的角质层、厚壁的栅栏层以及骨状石细胞层^[6]。王九龄、杨建平在研究紫椴种子休眠原因的实验中，认为种子休眠的主要原因应从果皮、种皮的解剖构造以及种皮、果皮和胚乳内含物质上去找^[7]。在以往的研究中，有很多研究认为种子休眠的解除与种子种皮的化学结构有关，如胼胝质、胶质、酚类等一些内部疏水性物质的变化可能与种子休眠状态的转变有关^[8，9],尚旭岚、徐锡增、方升佐在研究青钱柳种子休眠中有提到种皮中含有一些化学成分，可能引起种子休眠和抑制种子萌发，这些内源抑制成分可能是导致种子休眠的原因^[10]。还有一些研究表明，并非所有的硬实种子的休眠都仅是由种皮引起的，有的也可能是伴随着胚的生理休眠，也就是即使种皮破除了，仍不能萌发。有研究者认为，种子休眠从物理休眠向生理休眠进化的趋势^[11]。

1.2.2种子吸水机制的研究

吸胀是种子萌发的最初也是最重要的阶段，伴随着吸胀作用的进行，种胚活细胞内部的蛋白质、酶等大分子和细胞器才会陆续发生水合作用，为种子萌发提供必要的营养物质。种皮只有具有透水性，种子才能发生吸胀作用，种子的萌发才能成为可能。因此种子吸水特性研究成为种子休眠研究的重点问题。

要探究种子的吸水机制，吸水位点的确定是此类研究的关键。Perisse P.和Planchuelo A.M.利用四唑染色法来检测 Lupinus albus L.和 Lupinus angustifolius L.种子吸水位点及种子吸水途径，得出种瘤处的微孔是水分进入种子的主要通道^[12]。Alexandre等利用苯胺蓝对两种豆科植物 Cassia leptophylla和 Senna macranthera的研究表明珠孔是水分进入种子的主要切入点^[13]。Bertram等还利用核磁共振成像确定烟草种子的主要吸水部位在珠孔端 ^[14]。胡小文在研究豆科植物种子休眠时通过用凡士林密封种子表面不同部位，绘制种子吸水曲线，讨论种子吸水位点及不同位点的吸水情况。探讨了豆科植物种子在解除休眠前后种皮吸水特性的变化^[15]。

1.2.3种皮结构与种子吸水关系的研究

加拿大紫荆种子的种皮由外向内依次由角质层（cuticle）、栅栏层(palisade)和薄壁细胞层（parenchyma cells）组成。通过扫描电镜观察表皮，从形态学角度可将种皮表面特征分为四种，分别为长方网型、波浪型、蜂窝型和不规则型^[16]，同时还观察到在种皮表面覆盖了一层较厚的蜡质，这可能是阻碍种皮吸水的原因之一。