珍稀藥用植物杜鵑蘭種子萌發(fā)的研究進展.pdf

北 方 園 藝 專題綜述 第一作者簡介 楊寧線 女 博士研究生 副教授 現(xiàn)主要從事植物生理與分子生物學(xué)等研究工作 責(zé)任作者 張明生 男 博士 教授 博士生導(dǎo)師 現(xiàn) 主要從事植物生理與分子生物學(xué)等研究工作 基金項目 國家自然科學(xué)基金資助項目 貴州省教育廳資助項目 號 黔教 民發(fā) 號 收稿日期 珍稀藥用植物杜鵑蘭種子萌發(fā)的研究進展 楊 寧 線 彭 思 靜 劉 思 佳 田 莉 張 明 生 貴陽護理職業(yè)學(xué)院 貴州 貴陽 貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 山地植物資源保護與種質(zhì)創(chuàng)新省部共建教育部重點實驗室 貴州 貴陽 摘 要 杜鵑蘭是蘭科多年生藥用草本植物 因長期大量采挖 生長環(huán)境破壞 自然授粉 困難等原因?qū)е掠行苑敝忱щy 只能依靠無性繁殖 然而無性繁殖周期長 繁殖系數(shù)低 使杜 鵑蘭成為瀕危物種 該研究通過文獻查閱 對杜鵑蘭種子形態(tài)結(jié)構(gòu) 種子休眠的原因 促進 種子萌發(fā)的方法及目前遇到的困難進行了闡述 旨在為促進杜鵑蘭種子萌發(fā) 縮短種子萌發(fā) 周期及有效解決杜鵑蘭的種苗快繁及規(guī)?；N植提供參考依據(jù) 關(guān)鍵詞 蘭科 種子休眠 菌根真菌 共生萌發(fā) 中圖分類號 文獻標(biāo)識碼 文章編號 蘭科植物是分布最廣泛的植物之一 多數(shù)為 珍稀瀕 危 植 物 按 生 境 分 為 腐 生 附 生 和 地 生 類 在系統(tǒng)演化上是最進化 最高級的植物 杜 鵑蘭 為蘭科 杜鵑蘭屬 多年生珍稀藥用植物 據(jù) 中國藥典 記載 杜鵑蘭 干燥假鱗莖為 毛慈菇 具有較好的藥用價值 具 有清熱解毒 活血化瘀 潤肺止咳等功效 按照生 境分類 杜鵑蘭屬于地生蘭 有關(guān)杜鵑蘭的國 內(nèi)外研究資料較少 主要集中在資源調(diào)查 形 態(tài)特征 化學(xué)成分 藥理作用 離體 快繁 結(jié)構(gòu)和生理 側(cè)芽萌發(fā) 及分枝 發(fā)育 等方面 杜鵑蘭存在嚴(yán)峻的資源問題 自然條件下種子結(jié)實率不到 且種子無胚乳 基本不能進行有性繁殖 只能依靠無性繁殖 目 前杜鵑蘭的組織培養(yǎng)技術(shù)雖取得了較大突破 然 而無性繁殖周期長 繁殖系數(shù)低 其中種子萌發(fā)是 種苗快繁的核心問題 該研究根據(jù)杜鵑蘭種子形 態(tài)結(jié)構(gòu)和特點 分析了種子休眠的原因 提出促進 種子萌發(fā)的方法和可能的分子機制 期望為杜鵑 蘭種子高效萌發(fā)提供參考依據(jù) 為蘭科植物種苗 快繁提供理論基礎(chǔ) 種子形態(tài)結(jié)構(gòu)及特點 目前蘭科植物種子萌發(fā) 主要采用體式顯 微鏡直接觀察 王汪中等 通過對儲藏 年的杜 鵑蘭種子進行人工培養(yǎng) 利用瓊脂石蠟雙包埋制 作切片 發(fā)現(xiàn)成熟的杜鵑蘭種子為狹長的紡錘形 一端較鈍 另一端較尖 具種孔 從外到內(nèi)為外種 皮 空氣腔 內(nèi)種子及胚 其中種胚結(jié)構(gòu)簡單且無 胚乳 由多細(xì)胞組成原始胚體 杜鵑蘭種子發(fā)育 不完全 無胚乳 在自然條件下萌發(fā)困難 種子休眠的原因 蘭科植物種子自身萌發(fā)困難 在自然條件下 需靠昆蟲輔助授粉 其坐果率不到 杜鵑蘭是 一種典型的溫帶地生蘭草本植物 主要依靠假 鱗莖的營養(yǎng)繁殖 種子萌發(fā)困難的原因推測有以 下幾種 胚結(jié)構(gòu)不完整 蘭科植物種子細(xì)小如塵 郭順星等 認(rèn)為蘭 科植物沒有胚乳 缺乏內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì) 處于原胚階 段 只有在顯微鏡下才能觀察到 王汪中等 認(rèn) 為杜鵑蘭種胚僅由一團未分化的細(xì)胞構(gòu)成 使自 然條件下幾乎不能萌發(fā) 至今未發(fā)現(xiàn)種子自然萌 發(fā)的證據(jù) 種皮抑制 在蘭科植物種子中 存在著抑制萌發(fā)的物質(zhì) 且可能存在于種皮中 段金玉等 對蘭科 種 種子萌發(fā)進行了研究 發(fā)現(xiàn)有些蘭科植物剪破種 皮即可促進萌發(fā) 說明種皮的通透性差抑制了種 子萌發(fā) 種皮剪破后水 氧氣等物質(zhì)可自由進入 種皮 因而種子萌發(fā)加快 杜鵑蘭的外種皮是由 單層細(xì)胞構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 外種皮在種子即將成 熟時會積累大量木質(zhì)素而加厚 在胚的外圍緊 貼一層致密膜質(zhì) 其是由內(nèi)珠被發(fā)育成的內(nèi)種皮 等 認(rèn)為膜質(zhì)內(nèi)種皮是杜鵑蘭萌發(fā) 障礙的主要原因 外種皮的機械阻力和內(nèi)種皮的 不透水特性是杜鵑蘭種子難以萌發(fā)的主要原因 抑制萌發(fā)物質(zhì) 目前 關(guān)于蘭科植物種子內(nèi)部的萌發(fā)抑制物 質(zhì)鮮有報道 更多的認(rèn)為萌發(fā)抑制物質(zhì)存在于種 皮 段金玉等 通過激素處理對蘭科 種植物 種子萌發(fā)的影響發(fā)現(xiàn) 一些地生蘭科植物種子 用 氫氧化鈉處理才能得到較理想的效果 說明抑制 種子萌發(fā)的主要原因可能是一些能溶于氫氧化鈉 的抑制萌發(fā)的物質(zhì)存在 這些物質(zhì)在種皮上積累 會導(dǎo)致種皮難以突破 王汪中等 發(fā)現(xiàn)抑制杜 鵑蘭種子萌發(fā)的物質(zhì)不溶于水 推測可能是脂溶 性成分 脂溶性成分一般溶于有機溶劑 會毒害種 子 因此確定杜鵑蘭中是否存在抑制萌發(fā)物質(zhì)難 度較大 胚未發(fā)育完全 關(guān)于蘭科植物是否存在后熟只有較少報道 國外 等 在 年采用低溫層積 等方法處理種子 發(fā)現(xiàn)有些種子由于胚未發(fā)育完 全 不能達到萌發(fā)的條件 在萌發(fā)前需后熟 沒有 經(jīng)過分化的種胚必須經(jīng)過分化且達到一定的 比值 種胚長度 種子長度 而分化的種胚 必須 發(fā)育完全且達到一定長度的種子才能萌發(fā) 在杜 鵑蘭果實成熟時種子種胚已分化并發(fā)育完善 而 種胚幾乎未發(fā)育 只是未分化的細(xì)胞團 根據(jù)張 明生等 發(fā)現(xiàn) 杜鵑蘭的種子經(jīng)儲藏 年后其 萌發(fā)時間大幅度縮短 推測很可能在杜鵑蘭中存 在后熟現(xiàn)象 即胚未發(fā)育完全 菌根真菌 自 年從蘭科植物中分離得到菌根真菌 后 大量研究證明菌根真菌可以促進蘭科植物的 種子萌發(fā) 朱國勝 通過對杜鵑蘭及獨蒜蘭共生 真菌研究得出 個營養(yǎng)庫 的假說 建立了菌根 真菌應(yīng)用于組培苗移栽的模型 為蘭科組培苗的 成功栽培提供了一些參考依據(jù) 黃 永 會 等 發(fā)現(xiàn)杜鵑蘭具有典型的菌根真菌結(jié)構(gòu) 大量 菌根真菌在皮層中年形成菌絲球 主要分布在根 的基部和中部 等 也從杜鵑蘭中分 離出 種可促進種子萌發(fā)的共生菌 因此推測杜 鵑蘭種子共生萌發(fā)具有極大的可能性 外界環(huán)境 溫度 一般情況蘭科植物在合適溫度均能萌發(fā) 但 不同的物種均有其最適合溫度 王汪中等 研究 發(fā)現(xiàn)杜鵑蘭種子萌發(fā)率隨溫度升高呈現(xiàn)先升高后 下降的變化規(guī)律 時萌發(fā)率為 萌發(fā) 時間為 周 時萌發(fā)率稍有下降 為 萌發(fā)時間為 周 故 比較合適 光照 一般來說 增加光照能提高種子萌發(fā)率 縮短 萌發(fā)時間 蘭科個別品種對溫度有特殊要求 文慧 婷等 發(fā)現(xiàn)香草蘭種子在暗培養(yǎng)條件下比光培 養(yǎng)的萌發(fā)快 通過對沼蘭的研究 王瑞霞等 發(fā) 現(xiàn)沼蘭種子的萌發(fā)率與光照條件呈微弱的負(fù)相關(guān) 關(guān)系 在光照和完全黑暗條件下 沼蘭種子均可萌 發(fā) 杜鵑蘭是喜陰植物 強光照對其種子萌發(fā)有 抑制作用 可能影響種子萌發(fā)過程各種酶的活性 適宜 的 能 提 高 種 子 萌 發(fā) 率 等 曾研究了 個梯度的 和 第 期 北 方 園 藝 對 種子無菌萌發(fā)的影響 發(fā)現(xiàn) 為 時萌發(fā)率最高 萌發(fā)效果最好 王汪中 對不同 和 下杜鵑蘭的萌發(fā)率進行了統(tǒng)計 發(fā)現(xiàn)杜鵑蘭種子 萌發(fā)隨 升高萌發(fā)率先上升后下降 為 和 萌發(fā)率和萌發(fā)時間分別為 周 和 周 說明最適合杜鵑蘭種子萌發(fā)的 為 和 等 的研究結(jié)果基本 一致 促進種子萌發(fā)的方法 共生萌發(fā) 徐錦堂等 從天麻種子萌發(fā)的原球莖中分 離得到供給天麻種子萌發(fā)營養(yǎng)的真菌物質(zhì) 其中 有 個紫其小菇菌株 誘導(dǎo)培養(yǎng)出子實體 屬國內(nèi) 新紀(jì)錄 朱國勝 在研究時提出杜鵑蘭若在自 然條件下萌發(fā) 必然遇到了促萌發(fā)菌 黃永會 等 顯微觀察杜鵑蘭的菌根結(jié)構(gòu) 發(fā)現(xiàn)皮層中有 大量菌根真菌形成的菌絲球 菌絲球主要分布在 根的中部和基部 現(xiàn)共生萌發(fā)在世界范圍內(nèi)被廣 泛用于蘭科植物的育種中 而且是蘭科資源保護 的一種有效方式 經(jīng)過多年的研究 等 從杜鵑蘭的根狀莖中分離得到 種促種子 萌發(fā)的菌 在 培養(yǎng)基中共培養(yǎng) 周 種子萌 發(fā)率提高為 和 非共生萌發(fā) 目前蘭科比較常用的基本培養(yǎng)基有 改 良 等 種子萌發(fā)培養(yǎng)基中一般不 加激素種子就可萌發(fā) 但蕙蘭 唇蘭等品種在加入 低濃 度 的 等 激 素 時 能 提 高 萌 發(fā) 率 在無菌萌發(fā)方面 鄭君爽等 對杜鵑蘭 種子進行酸堿和低溫處理 使萌發(fā)周期縮短 萌發(fā) 率提高 王汪中 通過改良培養(yǎng)基的配方 優(yōu)化培 養(yǎng)條件 使種子在 周內(nèi)萌發(fā)率提高到 原地共生萌發(fā)法 等 將蘭科植物種子裝在 特制的袋子中 埋于蘭科植株的原生境中 一段時 間后 通過觀察種子袋中的種子是否萌發(fā)來檢驗 是否有真菌侵染 該方法對杜鵑蘭來說較困難 因 為原始生境地很難找到 分子機制 關(guān)于蘭科植物種子萌發(fā)的分子機制研究報道 較少 目前對水稻 擬南芥等模式植物的種子萌 發(fā)分子機制研究相對較多 在擬南芥中 由 編碼的光敏色素通過介導(dǎo) 的生物合 成和對 的敏感性來影響種子萌發(fā) 而光敏色 素結(jié)合蛋白 和細(xì) 胞核因子中的 是其調(diào)控途徑中的負(fù)調(diào)控 因子 能夠調(diào)控許多與萌發(fā)相關(guān)的酶 如磷酸 酶 葡聚糖酶 而 則通過介導(dǎo) 調(diào)控的 相關(guān)轉(zhuǎn)錄進而調(diào)控種子萌發(fā) 其中 等 發(fā) 現(xiàn)在陸生蘭花的種子萌發(fā)過程中 順 環(huán)氧類胡 蘿卜素 雙加氧酶的基因家族 和編碼 羥 的合成分解有明顯的調(diào)控作用 而在 擬 南 芥 調(diào) 控 途 徑 中 及 基 因 的表達起到正向調(diào)控作用 而 和 的基 因產(chǎn) 物 是 其 負(fù) 調(diào) 控 因 子 蛋 白 偶 聯(lián) 受 體 是感受外界信號的主要成分之一 在擬南 芥中可能參與 信號的轉(zhuǎn)導(dǎo) 并起到正調(diào)控作 用 年 等 從鷺蘭 分 離 出 類 基 因 和 通過 雜交和 分析 表明 和 基因在萼片 花瓣和花柱中 均有表達 而 基因只在花瓣和柱頭中表 達 目前 蘭科植物種子萌發(fā)相關(guān)分子機制目前 國內(nèi)外剛剛起步 尚鮮見關(guān)于杜鵑蘭種子共生萌 發(fā)分子機制的研究 蛋白質(zhì)功能和結(jié)構(gòu)分析等方 面有待進一步深入研究 小結(jié)與展望 綜上所述 國內(nèi)外科研工作者在過去的 多 年里 在蘭科植物的種子休眠和萌發(fā)方面研究取 得了很大的進展 然而在研究工作中仍存在 一些問題并需要進一步加強 目前對杜鵑蘭種子 休眠與萌發(fā)的研究大多是關(guān)于預(yù)處理可以提高種 子萌發(fā)率 縮短萌發(fā)時間 還有 個方面可以深 入 一方面 通過對杜鵑蘭與微生物的共生關(guān)系研 北 方 園 藝 月 上 究 利用微生物的共生關(guān)系 構(gòu)建杜鵑蘭的共生萌 發(fā)技術(shù) 闡明共生萌發(fā)過程中細(xì)胞器與某一組織 的變化及關(guān)鍵酶含量的變化 從分子層面解決萌 發(fā)率低和培育周期長等問題 共生真菌的協(xié)同作 用也是未來杜鵑蘭菌根研究及應(yīng)用的重點研究方 向 另一方面 針對杜鵑蘭的非共生萌發(fā) 探索種 子萌發(fā)過程中需要哪些營養(yǎng)物質(zhì)如碳源 氮源等 尋找杜鵑蘭種胚發(fā)育過程中內(nèi)源激素的變化規(guī) 律 并對種胚發(fā)育過程的酶活性及物質(zhì)代謝進行 分析 闡明杜鵑蘭果實成熟時種胚滯后發(fā)育的原 因 使杜鵑蘭種子高效萌發(fā) 并從分子層面進一步 闡釋杜鵑蘭種子萌發(fā)的機制 為瀕危蘭科植物種 子萌發(fā)提供參考依據(jù) 為藥用植物資源的可持續(xù) 發(fā)展做出貢獻 參考文獻 董海玲 郭順星 王春蘭 等 山慈菇的化學(xué)成分和藥理作用 研究進展 中草藥 高曉峰 呂享 吳彥秋 等 杜鵑蘭假鱗莖發(fā)育中內(nèi)源激素的 含量變化 山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報 陳謙海 貴州植物志 第十卷種子植物 貴陽 貴州科 技出版社 陳謙海 陳心啟 貴州蘭科新資料 植物分類學(xué)報 張麗霞 杜鵑蘭重要生理特性和生態(tài)適應(yīng)性研究 貴 陽 貴州大學(xué) 陳德媛 胡成剛 陳遠(yuǎn)光 等 杜鵑蘭引種栽培觀察 中國 林副特產(chǎn) 朱毅 杜鵑蘭的化學(xué)成分研究 武漢 湖北中醫(yī)藥大學(xué) 袁橋玉 劉新橋 杜鵑蘭假鱗莖化學(xué)成分研究 中藥材 李小平 原文珂 李建燁 等 杜鵑蘭的化學(xué)成分研究 中 草藥 張金超 申勇 朱國元 等 杜鵑蘭 化學(xué)成分研究 河北大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版 黃小容 山慈菇水層部分抗菌活性篩選和分離純化研究 貴陽 貴州大學(xué) 夏文斌 薛震 李帥 等 杜鵑蘭化學(xué)成分及腫瘤細(xì)胞毒活性 研究 中國中藥雜志 張明生 戚金亮 劉志 等 藥用蘭科植物杜鵑蘭的組織培養(yǎng) 與快速繁殖 種子 張明生 彭斯文 楊小蕊 等 杜鵑蘭人工種子技術(shù)研究 中國中藥雜志 王瑞霞 何明高 宋松泉 培養(yǎng)基與光照對沼蘭種子非共生 萌發(fā)的影響 植物生態(tài)學(xué)報 毛堂芬 丁映 杜鵑蘭的組織培養(yǎng)與植株再生 植物生理 學(xué)通訊 吳彥秋 呂享 李小蘭 等 杜鵑蘭原球莖增殖培養(yǎng)條件 北方園藝 王汪中 張明生 呂享 等 杜鵑蘭種子萌發(fā)適宜培養(yǎng)基的篩 選 北方園藝 呂享 李小蘭 闕云飛 等 杜鵑蘭側(cè)芽萌發(fā)及其相關(guān)基因表 達分析 植物生理學(xué)報 呂享 葉睿華 田海露 等 生長素介導(dǎo)細(xì)胞分裂素 玉米素 調(diào)控杜鵑 蘭 側(cè) 芽 萌 發(fā) 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報 韋紅邊 呂享 高曉峰 等 蘭科藥用植物杜鵑蘭的研究進展 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué) 吳彥秋 葉睿華 呂享 等 秋水仙素誘導(dǎo)杜鵑蘭原球莖產(chǎn)生 多倍體 植物生理學(xué)報 郭順星 徐錦堂 蘭科植物種子無菌萌發(fā)的研究 種子 段金玉 謝亞紅 無菌條件下激素和種子處理對蘭屬十種植 物種子萌發(fā)的影響 云南植物研究 朱國勝 貴州特色藥用蘭科植物杜鵑蘭和獨蒜蘭共生真菌 研究與應(yīng)用 武漢 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 期 北 方 園 藝 黃永會 朱國勝 劉作易 等 杜鵑蘭菌根結(jié)構(gòu)顯微觀察初報 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué) 文慧婷 張翠玲 吳剛 香草蘭的組織培養(yǎng)試驗 廣東農(nóng) 業(yè)科學(xué) 王汪中 杜鵑蘭種子萌發(fā)障礙及其破除方法研究 貴陽 貴州大學(xué) 徐錦堂 郭順星 供給天麻種子萌發(fā)營養(yǎng)的真菌 紫萁小菇 真菌學(xué)報 周偉香 花葉開唇蘭種子非共生萌發(fā)的研究 中草藥 鄭君爽 呂蕙 寧慧娟 等 國蘭與大花蕙蘭育種及無菌播種 研究進展 中國農(nóng)學(xué)通報 劉思思 陳娟 郭順星 蘭科植物種子萌發(fā)的研究進展 種子 孫崇波 劉玫 施季森 等 蕙蘭種子無菌萌發(fā)及植株再生 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報 北 方 園 藝 月 上