【题目】玉铃花种子休眠解除的理化变化探究
【1.1】玉铃花的基本概况
【1.2】种子休眠特性研究
【第二章】玉铃花种子生物学特性研究材料与方法
【第三章】萌发过程中种子生理生化变化的研究结果与分析
【第四章】玉铃花种子萌发生理研究讨论
【结论/参考文献】玉铃花种子发芽中生理生化特点研究结论与参考文献
4.讨论
种子休眠是指有生活力的种子由于自身因素或外界环境条件的影响，代谢活动减慢，不能萌发或萌发困难。休眠的种子在开始萌发时缺少现成的重要中间物质，所以需要一些方法刺激细胞，使细胞内的基本代谢活动开始运转，酶系统的活化， ATP 的产生，植物激素的活化与合成，贮藏物质的转化与一系列物质的重新合成，并在这些物质代谢的基础上，进行细胞的分裂、分化与生长，最终生根发芽。种子的萌发能力，除取决于基因的控制外，还决定于其本身的生理生态特性。
4.1 玉铃花种子休眠的原因
种子休眠是种子的一个特性，它可以确保植物种子能够在逆境胁迫下保持生活力，并能在十一的条件下萌发。引起种子休眠的原因有多种，如种皮限制，属于解剖学上的研究，有些属于代谢方面，还有的是由于种子胚发育不完全引起的。种子休眠的原因复杂多样，往往是由多重因素共同控制。目前还没有关于玉铃花种子休眠原因的研究，本文通过对玉铃花种子休眠原因的研究，初步揭示了玉铃花种子休眠的原因，并提出有效解除休眠，促进萌发的方法。
4.1.1 种皮透性与种子休眠的关系
有些种子的种皮由于坚硬、结构致密或具有很厚的蜡质层，导致种皮透气、透水性差，甚至产生束缚作用，阻碍种子发芽。谭志一等试验指出，夹破外种皮的红松种子有相当高的萌发率、说明红松种子的休眠与外种皮有直接的关系，同时认为红松种子休眠的主要原因可能是坚硬外种皮的机械或透气比障碍（谭正一等，1983），陈智建等研究发现杜仲的种子休眠的主要原因是种皮中坚硬胶质的机械束缚作用（陈智建等，1994），枳椇种子休眠原因的研究结果表明，枳椇种子种皮坚硬且外附角质层，该结构对种子透气透水性由一定障碍，不利于种子萌发（李英，2013）。王九龄在紫椴休眠原因的研究中也提出，紫椴（Tilia amurensis Rupr）种子种皮坚硬致密，阻止水分和气体的透入，引起种子休眠（王九龄，1981）。从玉铃花种子透水性试验看出，完整种子与破壳种子的吸水速率及达到饱和所需的时间均存在显着差异，而达到饱和时的吸水率无显着差异。完整种子吸水 108h 后达到饱和，而破壳种子吸水 60h 后即达到饱和状态，两者达到吸水饱和状态所需时间相差 48h.结果表明：玉铃花种子的种皮具有一定的吸水透性，但如果不经过特殊处理，其吸水速率较慢说明种皮存在一定的透性障碍，对水分的吸收产生一定的阻碍作用，是种子休眠的原因之一。
4.1.2 抑制物质与种子休眠的关系
有些植物的种子在成熟过程中会积累一些抑制萌发的物质，致使种子陷入休眠。抑制种子萌发的物质种类繁多，有醇醛类物质（苯甲醛等）、生物碱类（可可碱、咖啡碱）、有机酸类（色氨酸、水杨酸、ABA）、酚类物质（苯酚）和小分子化合物（乙烯、氰化氢），抑制物质的多样及复杂性，是的其渐渐成为研究的重点。黄耀阁等认为果肉中的抑制物是导致西洋参（Panax quinquefolius）种子在果实成熟时胚仍不能完全成熟的根本原因。张秋菊等研究指出返魂草（Senecio cannabifolius）种子中存在着活性较强的内源抑制物质，影响了种子发芽进程（张秋菊，2005），黄玉国指出刺楸（Kalopanax septemlobus）干种子中存在脱落酸和香豆素两种抑制物质。
抑制物质通常存在于种子的不同部位，如果皮、种皮、胚乳和胚等，同一部位中也可能含有多种内源抑制物。西藏核桃的外壳、内种皮、种仁均含有抑制种子萌发的物质（曲芬霞，2011）；周晓峰对三种冬青种子休眠原因的进行研究，结果表明三种冬青种皮和胚乳（胚）中均含有抑制白菜幼苗生长的物质，且种皮的抑制作用大于胚乳（胚）（周晓峰，2010）。紫斑牡丹种子胚的上胚轴和胚芽中存在发芽抑制物质是导致其休眠的重要原因（周仁超，2002）。
玉铃花种子种皮、胚乳（胚）浸提液的生物测定试验中，两种不同浓度的两种浸提液均对白菜种子发芽及幼苗的生长存在一定的抑制作用，说明玉铃花种子种皮、胚乳（胚）中均含有某些抑制物质。当种皮浸提液浓度为 20%时，对白菜种子的发芽率影响不明显，而随着浸提液浓度的提高，浸提液中抑制物质含量也增多，浸提液对种子的发芽率、白菜幼苗苗高、根长的影响也越来越明显。而胚乳（胚）浸提液浓度为 20%时，对白菜种子的发芽率影响比较大，随着浸提液浓度的增加，种子发芽率、幼苗很长、苗高减小，白菜种子生长受到的抑制作用增强。这说明玉铃花种子种皮、胚乳（胚）中均含有某些抑制物质，且抑制物质主要存在于胚乳（胚）中，这些抑制物质抑制种子萌发，导致种子休眠。但抑制种子萌发的具体是哪些物质还有待于进一步研究。
通过上述实验和分析，认为玉铃花种子属于综合休眠，种皮木质而坚硬，在一定程度上阻碍了胚与外界的水气交换，存在一定的机械束缚，同时，在胚乳（胚）中积累了大量的萌发抑制物质，使胚进入深休眠状态。
4.2 玉铃花种子萌发生理研究
种子发芽的过程需要消耗能量，这些能量主要源自植物种子内部的贮藏物质，如淀粉、蛋白质等。种子在萌发过程中，大分子贮藏物质在酶的作用下进行降解，转化为易于吸收的小分子可溶性物质，为胚提供形成新组织的材料和发芽生长的能量。这些活动都必须要有酶的作用（中山包着，马云彬译，1988），此时，酶的活化为最明显的现象之一。
4.2.1 可溶性糖与种子萌发的关系
可溶性糖是种子呼吸代谢的直接底物，种子中的可溶性糖主要来自于自身所含有的可溶性糖，也可能由淀粉转化产生。同时，可溶性糖又作为呼吸代谢的底物不断被消耗。
因此，在层积过程中种子可溶性糖含量的多少与淀粉的降解速度和可溶性糖的消耗速度密切相关（刘雅帅，2008）。本实验中，自然层积 0-90 天，可溶性糖呈上升趋势，0-60天时无种子萌发，90 天后发芽率为 7.97%,可能是此时种子处于解除休眠阶段，呼吸强度增加的比较缓慢，需要消耗的可溶性糖较少，而淀粉在淀粉酶的催化下不断水解，产生的可溶性糖大于种子此时需要消耗的量，使得此阶段中可溶性糖含量上升。层积 120天种子休眠解除，进入萌发初始阶段，此时种子发芽率为 34.20%,种子的代谢活动增强，需要消耗大量的糖类物质，导致可溶性糖含量大幅下降。这与刘红娜（2012）在日本四照花种子休眠与萌发的机理研究结果相一致。
4.2.2 淀粉、淀粉酶与种子萌发的关系
淀粉作为主要的储能物质，在淀粉酶的催化作用下，不断水解为易溶的单糖，为种子萌发提供能量。在层积过程中，随着时间延长，玉铃花淀粉含量不断下降，但不同层积时间淀粉下降速度有显着差异。层积 0-60 天，种子充分吸水，含水量增加，细胞代谢加强，需要消耗的能量增加，一部分淀粉便水解为更易吸收的单糖，使淀粉含量降低。
层积 60 天后，淀粉含量迅速下降，此时可能是种子将要萌发，需要大量淀粉水解为可溶性糖，为种子萌发提供能量。由发芽率可知，层积 90 天时种子开始萌发，层积 150天后发芽率高达 58.48%,高的发芽率需要淀粉不断水解，为其提供能量。这与王家源（2005）提出的青钱柳种子在自然层积解除休眠的过程中胚乳内淀粉含量不断减小、周晓峰（2010）提出的美国冬青种子在层积过程中淀粉含量大体呈现下降趋势的结论相一致。
淀粉酶是种子萌发过程中最主要的一类水解酶，也是糖类分解代谢过程中重要的调控酶，是表征种子能否发芽和幼苗生长状况的重要生理指标之一（陈坤荣，1998）。本实验中，淀粉酶活性呈现不断上升的趋势，淀粉酶活性逐渐增加，淀粉分解加速，含量降低，可溶性糖含量有所增加。实验结果表明，玉铃花种子在自然层积过程中淀粉酶的活性与淀粉的分解速度表现一致，可见在在种子萌发过程中，贮存物质的降解是由相应的水解酶决定的。
4.2.3 蛋白质与种子萌发的关系
可溶性蛋白质是植物体的构建物质，可溶性蛋白质可以水解为氨基酸，为种子萌发提供氮素营养，且与胚乳（胚）的分化生长密不可分。陈姗姗（2007）对山芹种子的研究表明，随着层积时间的延长，可溶性蛋白含量呈下降趋势，孙茂（2011）在华中五味子种子休眠生理生化动态研究中指出，华中五味子种子休眠期可溶性蛋白含量明显下降，为五味子萌发提供相应的酶和萌发所需要的氮素，有利于种子萌发。本实验中，玉铃花种子可溶性蛋白质含量总体呈逐渐下降趋势。层积 0-30 天，可溶性蛋白质含量增加，但变化量很小，60 天后迅速下降，可能是由于种子进入萌发初始阶段，种子代谢活动增强，种子中的可溶性蛋白质不断被水解为小分子可溶性化合物，为种子分化和生长提供氮素，导致种子内可溶性蛋白质含量迅速下降，这与陈姗姗（2007）在对山芹菜的研究以及孙茂（2011）在华中五味子的研究中的结论相一致。
