(5.1.1)-第一節(jié) 種子的休眠生理

第五章種子的生理特性第一節(jié)種子休眠生理第二節(jié)種子發(fā)芽生理第三節(jié)種子衰老生理第四節(jié)種子貯藏生理教學內容教學要求種子休眠的概念理解，掌握種子休眠的類型知道、掌握、應用種子休眠的調控機理自學種子休眠的破除方法理解，應用第一節(jié)種子休眠生理1、概念一、種子休眠的概念指具有生活力的種子（或萌發(fā)單位）在有利于種子萌發(fā)的物理環(huán)境因子的組合下不能萌發(fā)的現(xiàn)象。有利于種子萌發(fā)的物理環(huán)境因子的組合下不能萌發(fā)，此定義有循環(huán)論證上的錯誤，為什么？因為所謂的“合適的環(huán)境”，其定義就是可以讓種子發(fā)芽的環(huán)境。休眠可以說是“種子發(fā)芽環(huán)境需求范圍寬窄的指標”，能發(fā)芽的環(huán)境范圍越寬，表示休眠性越弱，反之越強。任何環(huán)境下一?；畹姆N子仍無法發(fā)芽，就稱為該種子是完全的休眠?；罘N子能否發(fā)芽由種子本身的休眠程度和環(huán)境是否在該種子可以發(fā)芽的范圍之內共同決定。一份種子→TTC測生活力生活力>發(fā)芽率種子處于休眠狀態(tài)一份種子→發(fā)芽試驗測發(fā)芽率方法1：2、如何判斷種子存在休眠?取未發(fā)芽種子TTC測生活力染成紅色，即有生活力種子處于休眠狀態(tài)方法2：發(fā)芽試驗測發(fā)芽率3、種子休眠的深淺衡量指標——休眠期休眠期的概念種子群體休眠時間的長短以80%（或50%）種子正常萌發(fā)作為通過休眠的的標準，種子從收獲起至發(fā)芽率達到80%（50%）所經歷的時間。種子休眠期測定種子發(fā)芽率在80%以下（50%以下）的時期為種子休眠期，種子發(fā)芽率達到最高的時期為完全解除休眠期。種子采收后，立即進行標準發(fā)芽試驗，以后一定時間測定一次發(fā)芽率(自然貯藏條件下)。1.種殼休眠2.胚休眠物理性休眠化學性休眠機械性休眠3.綜合休眠(一)空間上的休眠(二)時間上的休眠二、休眠的類型休眠實際上是一個動態(tài)過程。并非有或無兩項選擇。按空間上種子的解剖部位指種子的包覆組織所導致的休眠性。不少研究發(fā)現(xiàn)，種殼含有抑制發(fā)芽的化學物質。如香豆精等，這些物質可能存在于殼本身，或種子浸潤時滲漏到胚部而阻礙胚發(fā)芽。1、種殼休眠（1）化學性的種殼休眠（2）機械性的種殼休眠胚根胚子葉非珠孔端胚乳胚乳珠孔端胚乳胚軸胚根子葉擬南芥糊粉層薔薇科、?？啤⑶{屬、蕓苔屬、薺屬種子4321（3）物理性的種殼休眠（或結構上的休眠）種被(皮層)不透水種子不能吸脹（硬實）；種皮堅韌致密，具有疏水物質(蠟質角質層)豆科，錦葵科，旋花科等種被(皮層)不透氣皮層結構致密，在含水量高的情況下，水分堵塞種皮空隙；皮層中的酚類物質和過氧化物酶消耗氧氣種被(皮層)阻止抑制物質逸出完全阻止或減少擴散，使胚部保持較高濃度抑制物質。種被(皮層)減少光線到達胚部種子萌發(fā)需要紅光和遠紅光的聯(lián)合作用。胚部的包圍結構能改變到達敏感胚部的紅光和遠紅光的比例，從而影響萌發(fā)。原因兩者綜合硬實種子（hardseed）：種皮堅硬的種子。種皮不透水、不透氣機械障礙茶的果實、種子研究中發(fā)現(xiàn)：有些種子需采用機械損傷、硫酸或過氧化氫腐蝕種皮+激素處理，種子的發(fā)芽效果才理想。有些種子無需對種被進行處理，僅用激素處理效果就很理想。若硬實種被有較高的透水性，激素等可以進入種子內部發(fā)揮其活性。判斷題：硬實的種子必須先采用機械損傷、硫酸或過氧化氫等方法腐蝕種皮，增加其透水性，否則僅用赤霉素和生長素等激素或硝酸鉀等含氮化合物來刺激硬實種子萌發(fā)，效果不理想（）。課堂小測試：×1形態(tài)的胚休眠2生理的胚休眠3形態(tài)與生理的胚休眠又稱未成熟胚的休眠，胚未形成（較?。?，未完成分化。2、胚休眠指胚部本身所引起的休眠性。即使剝除種殼，還是不能發(fā)芽的種子。如胡蘿卜種子在成熟過程中是胚乳的發(fā)育完成先于種胚。溫暖濕潤環(huán)境（15-20℃）——高溫層積指胚部發(fā)育完全的種子，即使剝除種殼，種子在任何環(huán)境下仍然無法發(fā)芽的休眠。是由于胚部本身的生理障礙所引起。在生理上必須通過后熟過程，在種子內部完成一系列生理生化變化以后才能萌發(fā)。后熟作用：是指種子采收后需經過一系列的生理生化變化達到真正的成熟才能萌發(fā)的過程。同時存在胚尚未成熟，又尚未完成生理后熟的情況。低溫潮濕的環(huán)境（0-10℃）——低溫層積生理的胚休眠（2）生理的胚休眠一般認為，后熟過程中種子內的淀粉、蛋白質、脂肪等有機物合成作用增強，呼吸減弱，酸度降低。后熟完成后，種皮透性增加，呼吸增強，有機物開始水解，促萌發(fā)物質如細胞分裂素、赤霉素含量升高，抑制萌發(fā)物質如ABA含量降低，從而能夠萌發(fā)。主要是為了消除對種子生長產生抑制的物質，增加有益營養(yǎng)物質和促生長的成分，助力種子萌發(fā)。Thesmallplantontheleftwasgrownfromseedthatgerminatedduringwarmstratificationperiod,withoutexposuretocoldstratification;theoneontheleftrequiredbothwarmandcoldstratification.Bothplantsarethesameage.SeedsandimmatureembryoJapaneseStewartia(夏山茶)Warm(3months)andcold(4months)stratified(left)andwarm(7months)stratifiedonly(right)seedsafterTCtest3、綜合休眠野生稻(Zizaniaaquatica):內外稃中有抑制物，果種皮透氣性差，缺乏萌發(fā)所需激素。解除休眠：去除內外稃，刺破果種皮，再施加赤霉素和細胞分裂素類型和作物休眠原因瓜果類西瓜、黃瓜、甜瓜冬瓜番茄種皮透氣性差種皮透水性差存在抑制物質根菜類、甘薯（種子）胡蘿卜蘿卜種皮透水性差種胚發(fā)育不良種皮透氣性差葉菜類芹菜莧菜萵苣白菜、芥菜菠菜發(fā)芽需光發(fā)芽忌光發(fā)芽需光；種皮、胚乳障礙；發(fā)芽抑制物種皮透性差；發(fā)芽需光吸脹種子表面膠液影響透氣；果皮中有草酸（二）時間上的休眠類型初生休眠次生休眠注：種子在細虛線之內可以發(fā)芽，之外不能發(fā)芽。無休眠促進發(fā)芽種子離體后的時間制約休眠強制性休眠解除休眠零發(fā)芽環(huán)境范圍的寬窄指種子成熟過程中在母體上形成的，種子一成熟就具有的休眠原來不休眠或解除休眠后的種子由于高濕、低氧、高二氧化碳、低水勢或缺乏光照等不適宜環(huán)境條件的影響誘發(fā)的休眠指具有生活力的種子由于缺乏一種或幾種因素而不能萌發(fā)Harper強迫休眠-生態(tài)休眠誘導休眠-次生休眠固有休眠-原（初）生休眠外在條件一旦適合-迅速萌發(fā)正常條件-仍不萌發(fā)注意：不同學者研究角度不同，分類方法也不同。01020304形態(tài)的胚休眠種胚形態(tài)結構未成熟生理性胚休眠形態(tài)生理胚休眠胚生理抑制因素物理休眠種被透水性、透氣性、機械障礙化學休眠05抑制物質綜合休眠06Baskin思考題：如何設計實驗證明某一作物種子（如冬瓜）的休眠類型？發(fā)芽率形態(tài)的胚休眠生理的胚休眠物理休眠（不透水/不透氣）化學休眠綜合休眠生活力判斷種子是否存在休眠存在胚休眠形態(tài)生理胚休眠種殼休眠機械休眠（有把其歸為物理休眠的）1.形態(tài)的胚休眠胚率：種子B>種子A，即存在形態(tài)休眠。新的（收獲剛不久）種子A與存放一段時間的種子B（或經層積處理），隨機取樣，每次抽取30粒種子，在體視鏡下觀察種子種胚的變化。在熒光顯微鏡下測量胚長和種子長，計算種子胚率。胚率(%)=胚長(mm)/種子長(mm)。種胚生長發(fā)育狀況的觀察兩種酶：種子A與種子B無顯著差異，表明生理休眠不是作物種子休眠的主要因素。2.生理的胚休眠ɑ-淀粉酶、脂肪酶是種子中最為活躍的酶，在種子萌發(fā)過程中，二者起著重要的水解酶作用，其活力的高低反映了種胚的代謝水平。取新的種子A（收獲剛不久）與存放一段時間的種子B（層積處理？），測定：①α-淀粉酶活性；②脂肪酶活性。ɑ-淀粉酶、脂肪酶活性測定種子100粒（水處理）種子100粒（10％NaOH溶液或硫酸溶液）腐蝕種皮50mL小燒杯中加3倍于種子的蒸餾水25℃下吸水

于1、3、6、12、18、24、36、48、72h取出種子，用吸水紙吸干種子表面水分，稱重以時間為橫坐標，吸水率為縱坐標，繪制吸水曲線重復3次⑴種殼（被）透水性測定3.種殼休眠（1）物理休眠吸水率計算公式：吸水率=(浸種后重量一浸種前重量)／浸種前重量繪出不同時間的吸水率曲線。比較兩種處理的吸水率曲線的差異。圖廣口瓶呼吸測定裝置1.堿石灰2.溫度計3.小橡皮塞4.尼龍網(wǎng)袋5.氫氧化鋇溶液飽滿種子吸水至飽和稱取種子2g，2份不剝種被剝去種被每隔1h用滴定法測定瓶中CO2的量（共測定4次）⑵種殼（被）透氣性測定呼吸速率相同就能說明種子的休眠并不是因種被透氣性引起？呼吸速率測定原理：基于種子呼吸產生的二氧化碳的多少。若種仁存在化學抑制物質，種子休眠，種子的呼吸是否相同？種子呼吸速率相同，但并不能說明種被就一定透氣！?。?）機械休眠將飽滿種子兩份吸水至飽和，稱取種子2份，一份將種子發(fā)芽口夾裂（注意不損傷胚），一份不莢裂，重復3次，比較它們的發(fā)芽率。種子發(fā)芽率：莢裂種子與不莢裂種子無顯著差異，種子休眠不是由機械性種殼障礙引起，相反則為機械性種殼障礙引起。（3）化學休眠通過生物鑒定。以白菜（小麥）種子為指示作物。通過測定種被、胚乳的浸提液對敏感植物種子發(fā)芽抑制作用來確定。⑴萌發(fā)抑制物的提?。弘S機取種子，將種被、胚乳分開。各取5g，用研缽磨碎后，置于燒杯中，再加入有機溶劑充分浸提，而后對有機溶劑進行回流提取，減壓蒸餾去有機溶劑至干，用蒸餾水洗下，定容至5ml待用。⑵生物測定方法1：抑制率=(1一處理/對照)×100％用抑制物的提取液，以蒸餾水作為對照，用白菜種子進行生物測定。48h時統(tǒng)計發(fā)芽率、測量幼苗根長、稱量幼苗鮮重。每皿100粒，3次重復。方法2：胚芽鞘切段法將小麥種子在25℃黑暗條件下發(fā)芽3d，在離頂端3mm處切取5mm長的芽鞘切段。在磨口瓶中加入2ml抑制物提取液，每瓶放10個芽鞘切段，25℃下培養(yǎng)20h，測定芽鞘切段長度。以蒸餾水培養(yǎng)為對照。抑制率(%)=(對照組平均長度-處理組平均長度)/5×100（一）種殼休眠（二）胚休眠（三）綜合休眠三、種子休眠的破除方法物理休眠的破除化學休眠的破除形態(tài)胚休眠的破除生理胚休眠的破除形態(tài)生理胚休眠的破除綜合休眠的破除1.物理方法2.化學方法(化學浸種)1.激素處理2.呼吸抑制劑處理1.高溫層積(10-20℃)2.分離胚，無菌培養(yǎng)1.冷濕層積(0-10℃)2.干藏(促后熟)1.變溫沙藏2.綜合法用破壞種殼的方法，增加種殼的透氣性、透水性。⑴手工或機械的方法弄碎或刮破種殼（1）物理處理——針對堅硬種殼而造成休眠的種子1.物理休眠的破除方法（一）種殼休眠的破除Scarification對于少量的種子可以用金屬刀片、三角銼刀、磨石、砂紙等手工剝殼、摩擦或夾裂等，但切破種殼時，不要傷害到胚。⑵干濕交錯處理⑶熱水浸種水溫對催芽的效果影響很大。為使種子盡快吸水，常用熱水浸種，而溫度太高會對種子有傷害。種子不同對水溫的要求也不同。注意：①種子要受熱均勻，不斷攪拌。種水比例不同，種子受熱程度不同。一般種子與水的容積比為1︰(2-3)為宜。②浸種時間根據(jù)種子的特性而定。一般1-3天，種殼薄的不浸或浸幾個小時，種皮厚的5-7天。③每12小時后換一次水浸泡和干燥交錯反復處理后，種皮既吸脹又收縮，透性升高，從而打破休眠。酸類浸種（2）化學處理——藥劑浸種堿類浸種鹽類浸種氧化劑浸種其他藥劑浸種一般用濃硫酸、稀硫酸或鹽酸處理休眠種子。一般用1％的蘇打浸種，直至軟化種殼，也可用過濾后的草木灰代替堿類。一般用碳酸氫鈉、硫酸鈉、溴化鉀。也可用營養(yǎng)元素肥料浸種，如硫酸銨、過磷酸鈣(1-0.02％)、氯化鉀、硫酸鋅等。應用比較廣泛的是：雙氧水、硝酸。硫酸鐵或氯化三鐵。注意事項作用⑴酸類浸種腐蝕掉一部分種殼或使種殼變軟，增強種殼的透氣透水性有利于酶的活動，種子在發(fā)芽過程中自身會產生一定量的酸，供酶的需要。不同種子的處理時間和酸的濃度不同酸浸種時，要經常解剖種子觀察其狀況，以免酸液傷害到胚酸處理后，取出種子瀝盡酸液后，倒入大量的流動水中清洗方可使用。人員培訓作用作用作用⑵堿類浸種使種殼上的絕大部分蠟質脫落。適用于種殼有蠟質的種子。⑶鹽類浸種軟化種殼，供應營養(yǎng)。⑷氧化劑浸種通過強迫性供氧促進代謝。對種殼透氣性差的種子效果良好。⑸其他化學藥劑處理對因酚類含量高而造成休眠的種子，一般采用0.8％-1％的硫酸鐵浸種20-24hr或0.7％氯化三鐵進行浸種20hr的方法。原因：種子中的酚類物質與鐵鹽反應形成絡合物，將抑制休眠的化學因素解除。AB激素處理呼吸抑制劑處理2.破除化學休眠的方法比較普遍使用的是赤霉素和激動素及一些赤霉素的鉀鹽。對于不需要低溫處理的種子，也可用乙烯浸種。作用：呼吸抑制劑能通過阻礙電子傳遞鏈來抑制糖酵解（EMP）途徑、三羧酸循環(huán)(TCA)途徑，促使呼吸途徑從糖酵解(EMP)途徑、三羧酸循環(huán)(TCA)途徑向磷酸戊糖途徑(PPP)轉化，從而促進發(fā)芽。一般使用：甲基藍、硝酸鹽和亞硝酸鹽等。有些植物，如蘭花，由于種子胚發(fā)育不良，沙藏也不能使胚后熟。可采用該方法1.形態(tài)胚休眠的破除（二）胚休眠赤霉素能誘導產生水解酶，使種子中的貯藏物質從大分子水解為小分子，如淀粉水解為糖，蛋白質水解為氨基酸，從而為胚所利用，促進胚后熟，有利于萌發(fā)。方法：利用赤霉素溶液濕潤發(fā)芽床，進行發(fā)芽試驗，后期加水補充必要的水分。2.生理胚休眠的破除如低溫是西洋參種子生理后熟完成的必備條件。生理后熟適宜溫度為0℃?5℃，最低需要60天時間，低溫時間越長，出苗率愈高。低溫層積的種子必須先吸水后才能破除休眠。故將干種子放在紙袋中置于5℃下一段時間種子是不會萌發(fā)的。生理性胚休眠——低溫層積。低溫潮濕環(huán)境（0-10℃）生理的胚休眠深度生理休眠中度生理休眠淺生理休眠生理的胚休眠特征淺生理休眠中度生理休眠深度生理休眠赤霉素處理促進萌發(fā)是是或者否否離體胚產生正常的幼苗是是否或者產生矮小的植物休眠釋放需要的時間幾天到幾個月1至6個月幾個月到1-2年休眠釋放需要的溫度W或者CC或者W+CC當休眠被釋放時，萌發(fā)溫度范圍加寬是是否休眠循環(huán)是否否表淺、中度和深度生理休眠種子的休眠和萌發(fā)特征（改自BaskinandBaskin,2014注：W為暖層積(15-20℃)；C為冷層積(0-10℃)禾本科和其它一些草本植物種子，其生理后熟作用不是在低溫潮濕條件下完成，而是在干燥儲藏中進行的。后熟僅僅是用于描述種子需要在暖溫、干燥的條件下解除休眠（即干藏后熟）；大多數(shù)的種子生物學家使用：層積處理是指在暖溫或低溫條件下濕藏以打破種子休眠。另外有一些植物在層積沙藏時還需要一定的溫度變化。層積沙藏處理方法比較適用于分布在暖溫帶、溫帶及寒帶的植物，因為其自然生長地區(qū)就能夠提供低溫環(huán)境。一般溫度范圍在0℃～16℃。但是不同的植物最有效層積溫度有差異，例如早熟禾4℃是最有效溫度，皺葉酸模是1.5℃，而大多數(shù)植物種子打破休眠的最有效溫度是4℃。變溫層積給予溫暖的條件（15-25℃）使胚繼續(xù)發(fā)育；第一階段給予低溫使種子完成生理后熟。第二階段3.形態(tài)生理休眠的破除休眠的破除需要2個階段的層積。高-低溫層積亦叫暖-冷交替處理。如變溫可以使不易透水、透氣的種皮變軟或破裂，也可使化學抑制因素破除。對于有棱的種子。如冬瓜種子用33.3mg/L(GA)+33.3mg/L(6-BA)+0.7%(KNO3)處理的效果較好。桃種子用赤霉素浸泡12或24h后再低溫層積15d才能使其休眠解除。（三）綜合休眠的破除山桃種子采用400mg/L赤霉素處理+層積15d，不僅能打破種子休眠，而且能有效促進莖伸長。01內源植物激素調控的三因子學說02光敏素調控假說03呼吸代謝調控假說04膜相變化論主要學說：三、種子休眠的調控機理（自學）植物激素對種子休眠與萌發(fā)的調控，最能被人們接受的是khan和Waters提出的“三因子”假說（模型）（圖）CK并不單獨對休眠與萌發(fā)起作用，不是萌發(fā)所必需的激素，但能抵消ABA的作用使因存在ABA而休眠的種子萌發(fā)。ABA是誘發(fā)種子休眠的主要激素，種子中雖有GA但同時存在ABA，種子休眠,因為ABA抑制GA作用的發(fā)揮GA是種子萌發(fā)的必需激素，種子中無足夠量GA，種子不可能萌發(fā)（一）植物激素調控三因子假設三因子學說雖然還不夠完善，自然界有許多實例與以上的論點也并不完全相符，而且已知乙烯也是一種調控休眠和發(fā)芽的重要激素，此學說中未曾把它包括進去。提出萌發(fā)促進物質和抑制物質共同調節(jié)種子的休眠和發(fā)芽，并從激素間的相互制約關系來說明問題，可引導對種子休眠的實質更深入的理解。（二）光敏素調控學說

處理發(fā)芽率R98%R+FR