忍冬種子生物學(xué)特性研究進(jìn)展

石巖　張金　王玲娜　等

摘要：忍冬（Lonicera japonica Thunb.）為常用中藥金銀花與忍冬藤的原植物，在山東、河南、河北、陜西、安徽等地均有大面積種植。生產(chǎn)中主要采用莖枝扦插繁殖，種子繁殖很少被關(guān)注。由于種子實(shí)生苗具有適應(yīng)性強(qiáng)、易馴化等優(yōu)點(diǎn)，使種子繁殖成為改良種質(zhì)、選育優(yōu)良品種的有效途徑。本文對(duì)忍冬種子生物學(xué)特性研究進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，旨在為促進(jìn)種子萌發(fā)、保證苗齊苗壯、充分發(fā)揮種子繁殖在生產(chǎn)中的積極作用提供參考。

關(guān)鍵詞：忍冬（Lonicera japonica Thunb.）；種子；生物學(xué)特性

中圖分類號(hào)：S567.7+90.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2014）10-0140-04

忍冬（Lonicera japonica Thunb.）為忍冬科木質(zhì)藤本植物，具有重要的藥用價(jià)值。其干燥花蕾或帶初開的花稱為金銀花，可清熱解毒、疏散風(fēng)熱，主治癰腫疔瘡、喉痹、丹毒、熱毒血痢、風(fēng)熱感冒、溫病發(fā)熱等；其干燥莖枝稱為忍冬藤，可清熱解毒、疏風(fēng)通絡(luò)，主治溫病發(fā)熱、熱毒血痢、癰腫瘡瘍、風(fēng)濕熱痹、關(guān)節(jié)紅腫熱痛等，二者均屬中醫(yī)臨床常用中藥。目前金銀花、忍冬藤主要依靠人工栽培滿足需求，山東、河南、河北、陜西、湖北等地均有大面積種植。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常采用莖枝扦插繁殖，扦插雖可縮短進(jìn)入豐產(chǎn)期的年限，但長期應(yīng)用易致種質(zhì)退化。種子繁殖雖然幼苗生長緩慢、進(jìn)入豐產(chǎn)期時(shí)間長，但其實(shí)生苗適應(yīng)性強(qiáng)、易馴化，對(duì)長距離引種及良種選育具有重要應(yīng)用價(jià)值。了解種子生物學(xué)特性是進(jìn)行種子繁殖的基礎(chǔ)，為更好地發(fā)揮種子繁殖在金銀花栽培生產(chǎn)中的積極作用，筆者對(duì)忍冬種子生物學(xué)特性研究進(jìn)行了總結(jié)。

1形態(tài)特征

忍冬果實(shí)為漿果，8～12月成熟。充分成熟的果實(shí)為圓形，黑色。種子較小，一般長3.1～3.8 mm，寬2.0～2.3 mm，厚0.9～1.2 mm，千粒重為3.20～3.48 g。不同品種忍冬種子大小差異顯著，已有研究發(fā)現(xiàn)，不同品種忍冬種子的縱徑為0.219～0.282 cm，封丘大毛花最短，密縣線花最長；橫徑為0.151～0.206 cm，封丘大毛花最短，山東線花最長；千粒重為2.340～3.610 g，魯峰王最低，密縣線花最高[1]。充分成熟的種子呈棕黑色，未完全成熟的種子為棕色或紅棕色，儲(chǔ)存較長時(shí)間后變?yōu)槌燃t色。種子外形不規(guī)則，通常呈扁平狀，背、腹面觀多為卵圓形，有的近似橢圓形，側(cè)面觀多為月牙形。尖端形大而鈍圓，基部較小、斜削而微尖突。種臍位于種子基部較小端，略呈三角圓形，常凹陷似魚嘴狀。種子表面較光滑，顯角質(zhì)而有光澤，放大觀察可見排列緊密的細(xì)小疣點(diǎn)。種子背面與腹面均有一較為明顯“U”形凹陷，其開口位于種臍處，但有時(shí)因干癟皺縮而難以發(fā)現(xiàn)。種皮2層，外種皮厚而堅(jiān)硬、角質(zhì)狀，內(nèi)種皮柔軟、薄膜狀。種子具胚乳，胚乳斷面灰白色、油脂狀。種胚較小，長約2 mm，直立，與種子長軸平行，包被于胚乳中。胚具子葉2枚，長約1 mm，柱狀，胚根位于臍孔處，萌發(fā)時(shí)胚根首先伸出種孔之外成為幼苗主根。

2化學(xué)組成

種子作為高等植物的繁殖器官，營養(yǎng)物質(zhì)一般較為豐富。忍冬種子的營養(yǎng)物質(zhì)主要有糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等。據(jù)測定其總糖含量為14.05%，其中淀粉2.74%、可溶性糖3.61%；粗脂肪含量為29.38%，包括豆蔻酸、軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸等多種脂肪酸，其中亞油酸含量最高占16.24%，其次是油酸占4.48%，其它脂肪酸含量均較低；蛋白質(zhì)含量約為6.48%，包括各種氨基酸，其中游離氨基酸含量約為0.045%（以氨基氮含量表示）。

陳德經(jīng)[2]用乙醚提取測定發(fā)現(xiàn)，忍冬種子的油脂含量為25%，分為極性和非極性兩類。GC-MS分析結(jié)果顯示，極性部分鑒定出21種成分，主要成分為棕櫚酸、油酸、亞油酸、硬脂酸，其中以長鏈脂肪酸、偶數(shù)碳脂肪酸和飽和脂肪酸為主，并含有反式油酸；非極性部分鑒定出45種成分，以烷、萘化合物為主，萘化合物種類較多且與忍冬果實(shí)刺鼻氣味有關(guān)，有一定驅(qū)蟲和殺菌作用。忍冬種子脂肪酸對(duì)人體健康有一定影響，不宜作為食用油開發(fā)利用，但可作為醫(yī)用油或生物質(zhì)能源利用。此外，張永清等[3]研究發(fā)現(xiàn)，忍冬種子還含有綠原酸，含量范圍一般為0.7%～0.9%，主要分布在種皮之中。

3休眠特性

種子休眠是高等植物長期進(jìn)化形成的對(duì)外界環(huán)境的一種適應(yīng)，有利于度過不良環(huán)境，使種族得以延續(xù)。野生植物特別是原產(chǎn)溫帶的植物，種子大多具有深而長的休眠期。忍冬國內(nèi)人工栽培歷史相對(duì)較短，管理較粗放，種子表現(xiàn)有較強(qiáng)的休眠特性。忍冬種子壽命平均2～3年左右，但以當(dāng)年種子生活力最強(qiáng)，播種成活率最高[4]。去除果肉洗凈并陰干的忍冬種子發(fā)芽十分緩慢，發(fā)芽率也較低，起始發(fā)芽時(shí)間為8～12天，發(fā)芽歷程為15～17天，發(fā)芽率在19%左右。

溫度對(duì)忍冬種子的萌發(fā)具有一定影響。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，低溫具有破眠作用。李建軍等[1]將浸水3天的密縣大毛花種子經(jīng)低溫處理后，胚率由41.57%上升到53.07%。陳瑛[5]將金銀花種子在-3.4～4.2℃低溫下處理130天，其發(fā)芽率方可達(dá)到70.5%。在水分脅迫下，變溫比恒溫更能促進(jìn)種子發(fā)芽。彭素琴等[6]以忍冬麻江種源和花溪種源為試材研究發(fā)現(xiàn)，變溫15～25℃處理下的種子發(fā)芽率均明顯高于恒溫25℃的處理。忍冬種子萌發(fā)不僅受溫度的影響，同時(shí)也受水分的影響。將同一批干種子分別放置在-15℃下和室溫浸水6小時(shí)后再放置到0～3℃下進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，-15℃處理31天的干種子萌發(fā)幾乎無變化，而水浸潤種子在0～3℃處理則有明顯促進(jìn)萌發(fā)的效果，處理時(shí)間越長，發(fā)芽率提高得越多，處理20天時(shí)發(fā)芽率達(dá)到了90%以上。干旱脅迫對(duì)忍冬種子萌發(fā)具有一定抑制作用，據(jù)此可以判斷不同品種的抗旱性[7]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，為使大田種子發(fā)芽快而整齊，常需在播種前對(duì)種子進(jìn)行催芽處理。楊福凱等[8]以濕潤細(xì)河砂與種子按5∶1比例拌勻，置木箱或土坑內(nèi)覆稻草，每隔一定時(shí)間進(jìn)行翻動(dòng)，約經(jīng)40天，種子有裂口、出現(xiàn)白色芽點(diǎn)。張永清等[9]在四月上、中旬，將種子置35～40℃溫水中浸泡24小時(shí)，撈出拌2～3倍濕沙，放溫暖處進(jìn)行催芽。趙進(jìn)平[10]將種子用50℃溫水中浸泡15 min打破休眠，并用濕沙層積催芽。高建宏[11]將種子放在25～35℃溫水中浸泡24小時(shí)，然后在室溫下與濕沙混拌催芽。低溫層積處理雖然促進(jìn)種子萌發(fā)有效，但操作較麻煩。因此，探索或?qū)ふ液啽銓?shí)用、能快速促進(jìn)忍冬種子發(fā)芽的方法，仍是生產(chǎn)中急需解決的問題之一。

試驗(yàn)證明，濃硫酸腐蝕處理忍冬種子可顯著促進(jìn)萌發(fā)，發(fā)芽率由9.33%提高到58.60%，處理時(shí)間以5 min最好，超過15 min后，種子易受損傷而導(dǎo)致腐爛[3]。赤霉素處理亦能促進(jìn)忍冬種子萌發(fā)，縮短發(fā)芽時(shí)間、提高發(fā)芽率，當(dāng)赤霉素濃度一定時(shí)，其丙酮液浸種時(shí)間對(duì)促萌效果也有影響，綜合二者，以500 mg/kg赤霉素丙酮溶液浸泡48小時(shí)效果最佳，發(fā)芽率可提高到86%，超過了在-3.4～4.2℃溫度下處理130天的發(fā)芽率。另有試驗(yàn)證明，砂紙摩擦配合赤霉素處理也可促進(jìn)忍冬種子破眠發(fā)芽，以砂紙摩擦+0.5 g/L赤霉素效果最好[1]。

4發(fā)芽過程中的生理生化變化

4.1吸水動(dòng)態(tài)

吸水是種子萌發(fā)的基礎(chǔ)。研究種子吸水動(dòng)態(tài)，有助于控制萌發(fā)條件以達(dá)到苗齊苗壯的目的。忍冬風(fēng)干種子含水量一般為7%～9%，其原生質(zhì)處于凝膠狀態(tài)，萌發(fā)前必須先吸水。忍冬種子開始吸水時(shí)，因水勢較低、親水力較強(qiáng)，吸水很快，在前1～2小時(shí)內(nèi)吸水量幾乎呈直線上升趨勢，12小時(shí)后吸水量已達(dá)種子風(fēng)干重量的66.21%，此后吸水速度逐漸降低。吸水曲線方程為：Y=X/（0.01918+0.01359X），r=0.9924（Y：種子中水分的百分含量；X：吸水時(shí)間，單位為小時(shí)；r：相關(guān)系數(shù)）。另有研究結(jié)果顯示，忍冬種子吸水過程分為3個(gè)時(shí)期：快速吸水期（0～2天）、緩慢吸水期（2～3天）和近飽和期（3～12天）?？焖傥谖蕪?快速上升到52.35%，緩慢吸水期吸水率緩慢上升到54.79%，近飽和期吸水率幾乎沒有變化[1]。上述研究結(jié)果提示，忍冬種子不存在透水性障礙。

4.2電導(dǎo)率變化

種子水浸出液電導(dǎo)率的變化，可部分反映種皮特性，對(duì)研究種子萌發(fā)特性有一定參考價(jià)值。取忍冬種子5 g，加入蒸餾水30 mL浸泡，以電導(dǎo)儀在不同時(shí)間內(nèi)測定浸出液電導(dǎo)率變化，結(jié)果在最初12小時(shí)內(nèi)電導(dǎo)率迅速增加，此后隨時(shí)間延長電導(dǎo)率增速減慢，至24小時(shí)后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明忍冬種皮對(duì)水及電解質(zhì)均有較大透性。

4.3呼吸強(qiáng)度變化

種子吸水后其內(nèi)部細(xì)胞膜系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生變化，既有新酶的形成，也有已存在酶的活化，開始進(jìn)行各種細(xì)胞器的修補(bǔ)，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)氧化分解速度加快，產(chǎn)生大量ATP能量，用于各種酶及細(xì)胞成分合成，滿足種胚萌發(fā)與生長需要。這些活動(dòng)表現(xiàn)在種子呼吸上，則是呼吸強(qiáng)度由弱變強(qiáng)。忍冬風(fēng)干種子呼吸強(qiáng)度很低，吸水后不斷增強(qiáng)，在胚根尚未突破種皮時(shí)增強(qiáng)幅度不大，并在發(fā)芽4～6天時(shí)還略有下降。當(dāng)胚根突破種皮時(shí)，呼吸強(qiáng)度有一個(gè)飛躍，并一直呈直線上升趨勢，提示種皮對(duì)氧氣進(jìn)入有一定限制。

4.4營養(yǎng)物質(zhì)含量變化

忍冬種子在吸脹后經(jīng)一系列酶作用，發(fā)生著各種生化反應(yīng)，有分解也有合成。對(duì)于蛋白質(zhì)來講，首先是貯藏蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘鞍踪|(zhì)，后者再降解為氨基酸，用于新蛋白質(zhì)合成。游離氨基酸始終表現(xiàn)為不斷增加趨勢，可溶性蛋白質(zhì)在胚根突出種皮之前不斷增加、此后則不斷減少?？偺恰⒌矸墼谂吒怀龇N皮之前不斷減少；可溶性糖在胚根突出種皮前和總糖、淀粉變化相似，但當(dāng)種皮破裂后呈不斷增加趨勢。種子萌發(fā)是一個(gè)耗能過程，需要分解大量的營養(yǎng)物質(zhì)，結(jié)果在萌發(fā)初始階段忍冬種子重量不斷下降，直至子葉脫離種皮、展開并能進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物的質(zhì)量超過消耗物質(zhì)時(shí)為止。

4.5PAL活性及綠原酸含量變化

苯丙氨酸解氨酶（PAL）廣泛地存在于植物體內(nèi)，可催化苯丙氨酸直接脫氨產(chǎn)生反式肉桂酸，是苯丙烷類物質(zhì)代謝途徑的關(guān)鍵酶和限速酶。忍冬種子在開始發(fā)芽時(shí)PAL活性較低，吸水后不斷提高，在發(fā)芽第6天時(shí)達(dá)到第一個(gè)高峰，至胚根突破種皮后開始不斷下降，但在發(fā)芽第10天又表現(xiàn)出不斷提高，至第14天子葉膨大開始由種皮脫出時(shí)達(dá)到第二個(gè)高峰，此后又呈下降趨勢。兩次高峰的出現(xiàn)，恰恰發(fā)生在胚根與子葉突破或脫離種皮時(shí)。綠原酸是金銀花與忍冬藤的主要活性成分之一，在其生物合成過程中需經(jīng)PAL催化。在浸種開始時(shí)因滲透、擴(kuò)散，種皮中的綠原酸有所損失，但自第二天起隨著各種物質(zhì)代謝酶的合成與活化，特別是PAL活性提高，綠原酸含量也不斷提高[12]。

5小結(jié)

忍冬分布范圍很廣，藥用歷史悠久，人工大面積栽培已有300年的歷史，但管理粗放，且生產(chǎn)中很少采用種子繁殖，致使其種子的野生性較強(qiáng)，具有一定的休眠特性。采收后陰干的種子，播種后出苗慢、發(fā)芽率低。研究顯示，忍冬種子種皮無吸水限制，其休眠特性是由于種皮中含有發(fā)芽抑制物綠原酸及種皮對(duì)氧氣進(jìn)入的限制，通過砂紙磨擦、濃硫酸腐蝕等均可促進(jìn)萌發(fā)。此外，赤霉素及變溫處理也可促進(jìn)萌發(fā)，生產(chǎn)中經(jīng)常采用砂埋層積的方式來解除休眠。忍冬種子較小，脂肪類物質(zhì)含量較高，不耐久儲(chǔ)，文獻(xiàn)記載其貯藏時(shí)間最長為2～3年，但我們試驗(yàn)超過1年就基本不再發(fā)芽。種子吸水先快后慢，種子浸出液電導(dǎo)率變化與此相似。發(fā)芽期間種子呼吸強(qiáng)度先慢后快，以胚根突破種皮為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。發(fā)芽過程中，各種營養(yǎng)物質(zhì)的變化不甚一致，決定于具體的生理生化代謝。PAL活性與綠原酸含量呈不斷升高趨勢，在胚根與子葉突破種皮時(shí)PAL活性出現(xiàn)兩次高峰。生產(chǎn)中采用種子進(jìn)行繁殖時(shí)，需根據(jù)忍冬種子的上述生物學(xué)特性，采取相應(yīng)的處理措施，才能確保忍冬種子發(fā)芽迅速和整齊，達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目的。

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