忍冬种子生物学特性研究进展

2014-11-22石岩张金王玲娜等

山东农业科学 2014年10期

石岩　张金　王玲娜　等

摘要：忍冬（Lonicera japonica Thunb.）为常用中药金银花与忍冬藤的原植物，在山东、河南、河北、陕西、安徽等地均有大面积种植。生产中主要采用茎枝扦插繁殖，种子繁殖很少被关注。由于种子实生苗具有适应性强、易驯化等优点，使种子繁殖成为改良种质、选育优良品种的有效途径。本文对忍冬种子生物学特性研究进行了系统总结，旨在为促进种子萌发、保证苗齐苗壮、充分发挥种子繁殖在生产中的积极作用提供参考。

关键词：忍冬（Lonicera japonica Thunb.）；种子；生物学特性

中图分类号：S567.7+90.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）10-0140-04

忍冬（Lonicera japonica Thunb.）为忍冬科木质藤本植物，具有重要的药用价值。其干燥花蕾或带初开的花称为金银花，可清热解毒、疏散风热，主治痈肿疔疮、喉痹、丹毒、热毒血痢、风热感冒、温病发热等；其干燥茎枝称为忍冬藤，可清热解毒、疏风通络，主治温病发热、热毒血痢、痈肿疮疡、风湿热痹、关节红肿热痛等，二者均属中医临床常用中药。目前金银花、忍冬藤主要依靠人工栽培满足需求，山东、河南、河北、陕西、湖北等地均有大面积种植。在实际生产中，经常采用茎枝扦插繁殖，扦插虽可缩短进入丰产期的年限，但长期应用易致种质退化。种子繁殖虽然幼苗生长缓慢、进入丰产期时间长，但其实生苗适应性强、易驯化，对长距离引种及良种选育具有重要应用价值。了解种子生物学特性是进行种子繁殖的基础，为更好地发挥种子繁殖在金银花栽培生产中的积极作用，笔者对忍冬种子生物学特性研究进行了总结。

1形态特征

忍冬果实为浆果，8～12月成熟。充分成熟的果实为圆形，黑色。种子较小，一般长3.1～3.8 mm，宽2.0～2.3 mm，厚0.9～1.2 mm，千粒重为3.20～3.48 g。不同品种忍冬种子大小差异显著，已有研究发现，不同品种忍冬种子的纵径为0.219～0.282 cm，封丘大毛花最短，密县线花最长；横径为0.151～0.206 cm，封丘大毛花最短，山东线花最长；千粒重为2.340～3.610 g，鲁峰王最低，密县线花最高[1]。充分成熟的种子呈棕黑色，未完全成熟的种子为棕色或红棕色，储存较长时间后变为橙红色。种子外形不规则，通常呈扁平状，背、腹面观多为卵圆形，有的近似椭圆形，侧面观多为月牙形。尖端形大而钝圆，基部较小、斜削而微尖突。种脐位于种子基部较小端，略呈三角圆形，常凹陷似鱼嘴状。种子表面较光滑，显角质而有光泽，放大观察可见排列紧密的细小疣点。种子背面与腹面均有一较为明显“U”形凹陷，其开口位于种脐处，但有时因干瘪皱缩而难以发现。种皮2层，外种皮厚而坚硬、角质状，内种皮柔软、薄膜状。种子具胚乳，胚乳断面灰白色、油脂状。种胚较小，长约2 mm，直立，与种子长轴平行，包被于胚乳中。胚具子叶2枚，长约1 mm，柱状，胚根位于脐孔处，萌发时胚根首先伸出种孔之外成为幼苗主根。

2化学组成

种子作为高等植物的繁殖器官，营养物质一般较为丰富。忍冬种子的营养物质主要有糖类、脂肪、蛋白质等。据测定其总糖含量为14.05%，其中淀粉2.74%、可溶性糖3.61%；粗脂肪含量为29.38%，包括豆蔻酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸等多种脂肪酸，其中亚油酸含量最高占16.24%，其次是油酸占4.48%，其它脂肪酸含量均较低；蛋白质含量约为6.48%，包括各种氨基酸，其中游离氨基酸含量约为0.045%（以氨基氮含量表示）。

陈德经[2]用乙醚提取测定发现，忍冬种子的油脂含量为25%，分为极性和非极性两类。GC-MS分析结果显示，极性部分鉴定出21种成分，主要成分为棕榈酸、油酸、亚油酸、硬脂酸，其中以长链脂肪酸、偶数碳脂肪酸和饱和脂肪酸为主，并含有反式油酸；非极性部分鉴定出45种成分，以烷、萘化合物为主，萘化合物种类较多且与忍冬果实刺鼻气味有关，有一定驱虫和杀菌作用。忍冬种子脂肪酸对人体健康有一定影响，不宜作为食用油开发利用，但可作为医用油或生物质能源利用。此外，张永清等[3]研究发现，忍冬种子还含有绿原酸，含量范围一般为0.7%～0.9%，主要分布在种皮之中。

3休眠特性

种子休眠是高等植物长期进化形成的对外界环境的一种适应，有利于度过不良环境，使种族得以延续。野生植物特别是原产温带的植物，种子大多具有深而长的休眠期。忍冬国内人工栽培历史相对较短，管理较粗放，种子表现有较强的休眠特性。忍冬种子寿命平均2～3年左右，但以当年种子生活力最强，播种成活率最高[4]。去除果肉洗净并阴干的忍冬种子发芽十分缓慢，发芽率也较低，起始发芽时间为8～12天，发芽历程为15～17天，发芽率在19%左右。

温度对忍冬种子的萌发具有一定影响。多项研究发现，低温具有破眠作用。李建军等[1]将浸水3天的密县大毛花种子经低温处理后，胚率由41.57%上升到53.07%。陈瑛[5]将金银花种子在-3.4～4.2℃低温下处理130天，其发芽率方可达到70.5%。在水分胁迫下，变温比恒温更能促进种子发芽。彭素琴等[6]以忍冬麻江种源和花溪种源为试材研究发现，变温15～25℃处理下的种子发芽率均明显高于恒温25℃的处理。忍冬种子萌发不仅受温度的影响，同时也受水分的影响。将同一批干种子分别放置在-15℃下和室温浸水6小时后再放置到0～3℃下进行比较，结果发现，-15℃处理31天的干种子萌发几乎无变化，而水浸润种子在0～3℃处理则有明显促进萌发的效果，处理时间越长，发芽率提高得越多，处理20天时发芽率达到了90%以上。干旱胁迫对忍冬种子萌发具有一定抑制作用，据此可以判断不同品种的抗旱性[7]。

在实际生产中，为使大田种子发芽快而整齐，常需在播种前对种子进行催芽处理。杨福凯等[8]以湿润细河砂与种子按5∶1比例拌匀，置木箱或土坑内覆稻草，每隔一定时间进行翻动，约经40天，种子有裂口、出现白色芽点。张永清等[9]在四月上、中旬，将种子置35～40℃温水中浸泡24小时，捞出拌2～3倍湿沙，放温暖处进行催芽。赵进平[10]将种子用50℃温水中浸泡15 min打破休眠，并用湿沙层积催芽。高建宏[11]将种子放在25～35℃温水中浸泡24小时，然后在室温下与湿沙混拌催芽。低温层积处理虽然促进种子萌发有效，但操作较麻烦。因此，探索或寻找简便实用、能快速促进忍冬种子发芽的方法，仍是生产中急需解决的问题之一。

试验证明，浓硫酸腐蚀处理忍冬种子可显著促进萌发，发芽率由9.33%提高到58.60%，处理时间以5 min最好，超过15 min后，种子易受损伤而导致腐烂[3]。赤霉素处理亦能促进忍冬种子萌发，缩短发芽时间、提高发芽率，当赤霉素浓度一定时，其丙酮液浸种时间对促萌效果也有影响，综合二者，以500 mg/kg赤霉素丙酮溶液浸泡48小时效果最佳，发芽率可提高到86%，超过了在-3.4～4.2℃温度下处理130天的发芽率。另有试验证明，砂纸摩擦配合赤霉素处理也可促进忍冬种子破眠发芽，以砂纸摩擦+0.5 g/L赤霉素效果最好[1]。

4发芽过程中的生理生化变化

4.1吸水动态

吸水是种子萌发的基础。研究种子吸水动态，有助于控制萌发条件以达到苗齐苗壮的目的。忍冬风干种子含水量一般为7%～9%，其原生质处于凝胶状态，萌发前必须先吸水。忍冬种子开始吸水时，因水势较低、亲水力较强，吸水很快，在前1～2小时内吸水量几乎呈直线上升趋势，12小时后吸水量已达种子风干重量的66.21%，此后吸水速度逐渐降低。吸水曲线方程为：Y=X/（0.01918+0.01359X），r=0.9924（Y：种子中水分的百分含量；X：吸水时间，单位为小时；r：相关系数）。另有研究结果显示，忍冬种子吸水过程分为3个时期：快速吸水期（0～2天）、缓慢吸水期（2～3天）和近饱和期（3～12天）。快速吸水期吸水率从0快速上升到52.35%，缓慢吸水期吸水率缓慢上升到54.79%，近饱和期吸水率几乎没有变化[1]。上述研究结果提示，忍冬种子不存在透水性障碍。

4.2电导率变化

种子水浸出液电导率的变化，可部分反映种皮特性，对研究种子萌发特性有一定参考价值。取忍冬种子5 g，加入蒸馏水30 mL浸泡，以电导仪在不同时间内测定浸出液电导率变化，结果在最初12小时内电导率迅速增加，此后随时间延长电导率增速减慢，至24小时后基本处于稳定状态，说明忍冬种皮对水及电解质均有较大透性。

4.3呼吸强度变化

种子吸水后其内部细胞膜系统都会发生变化，既有新酶的形成，也有已存在酶的活化，开始进行各种细胞器的修补，使营养物质氧化分解速度加快，产生大量ATP能量，用于各种酶及细胞成分合成，满足种胚萌发与生长需要。这些活动表现在种子呼吸上，则是呼吸强度由弱变强。忍冬风干种子呼吸强度很低，吸水后不断增强，在胚根尚未突破种皮时增强幅度不大，并在发芽4～6天时还略有下降。当胚根突破种皮时，呼吸强度有一个飞跃，并一直呈直线上升趋势，提示种皮对氧气进入有一定限制。

4.4营养物质含量变化

忍冬种子在吸胀后经一系列酶作用，发生着各种生化反应，有分解也有合成。对于蛋白质来讲，首先是贮藏蛋白质转变为水溶性蛋白质，后者再降解为氨基酸，用于新蛋白质合成。游离氨基酸始终表现为不断增加趋势，可溶性蛋白质在胚根突出种皮之前不断增加、此后则不断减少。总糖、淀粉在胚根突出种皮之前不断减少；可溶性糖在胚根突出种皮前和总糖、淀粉变化相似，但当种皮破裂后呈不断增加趋势。种子萌发是一个耗能过程，需要分解大量的营养物质，结果在萌发初始阶段忍冬种子重量不断下降，直至子叶脱离种皮、展开并能进行光合作用，合成有机物的质量超过消耗物质时为止。

4.5PAL活性及绿原酸含量变化

苯丙氨酸解氨酶（PAL）广泛地存在于植物体内，可催化苯丙氨酸直接脱氨产生反式肉桂酸，是苯丙烷类物质代谢途径的关键酶和限速酶。忍冬种子在开始发芽时PAL活性较低，吸水后不断提高，在发芽第6天时达到第一个高峰，至胚根突破种皮后开始不断下降，但在发芽第10天又表现出不断提高，至第14天子叶膨大开始由种皮脱出时达到第二个高峰，此后又呈下降趋势。两次高峰的出现，恰恰发生在胚根与子叶突破或脱离种皮时。绿原酸是金银花与忍冬藤的主要活性成分之一，在其生物合成过程中需经PAL催化。在浸种开始时因渗透、扩散，种皮中的绿原酸有所损失，但自第二天起随着各种物质代谢酶的合成与活化，特别是PAL活性提高，绿原酸含量也不断提高[12]。

5小结

忍冬分布范围很广，药用历史悠久，人工大面积栽培已有300年的历史，但管理粗放，且生产中很少采用种子繁殖，致使其种子的野生性较强，具有一定的休眠特性。采收后阴干的种子，播种后出苗慢、发芽率低。研究显示，忍冬种子种皮无吸水限制，其休眠特性是由于种皮中含有发芽抑制物绿原酸及种皮对氧气进入的限制，通过砂纸磨擦、浓硫酸腐蚀等均可促进萌发。此外，赤霉素及变温处理也可促进萌发，生产中经常采用砂埋层积的方式来解除休眠。忍冬种子较小，脂肪类物质含量较高，不耐久储，文献记载其贮藏时间最长为2～3年，但我们试验超过1年就基本不再发芽。种子吸水先快后慢，种子浸出液电导率变化与此相似。发芽期间种子呼吸强度先慢后快，以胚根突破种皮为转折点。发芽过程中，各种营养物质的变化不甚一致，决定于具体的生理生化代谢。PAL活性与绿原酸含量呈不断升高趋势，在胚根与子叶突破种皮时PAL活性出现两次高峰。生产中采用种子进行繁殖时，需根据忍冬种子的上述生物学特性，采取相应的处理措施，才能确保忍冬种子发芽迅速和整齐，达到预期的生产目的。

参考文献：

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