种子的休眠与破除研究进展

付 楠，宋 慧，王淑君，解慧芳，魏萌涵，邢 璐，张 扬，刘金荣

(安阳市农业科学院，河南安阳 455000)

种子休眠是指适宜萌发条件下有活力的种子不能正常萌发的现象，这一特性在自然界相当普遍。种子休眠能够防止种子在不适宜的季节萌发，保护物种在恶劣的环境条件下存活，它是植物在长期发育进化过程中形成的抵抗外界不良环境条件的能力，对保持其自身的繁衍发展具有重要意义。但在农林生产中通常需要种子快速萌发，整齐成苗，以获取高效益，从这一点来看，种子休眠特性不利于农林业生产。针对种子休眠的分类、休眠原因及破除休眠的方法取得的进展进行综述，以期促进农业生产和研究。

1 种子休眠的分类

对于种子休眠的类型目前仍缺乏统一明确的描述或定义。Crocker等[1-2]以种子不能萌发的原因以及破除休眠的因素为依据分别构建一套分类体系，但由于其均未对休眠成因和解除休眠的条件进行深入分析，因此并没有实际的指导意义。基于生理学研究的分类方法，Lang[3]将休眠分为生态休眠、外源休眠和内源休眠3种类型，但这种分类未考虑胚的发达程度及种皮透性问题，也没有对休眠程度和解除休眠的模式进一步划分[4]。Nikolaeva[5]将种子休眠划分为内源休眠、外源休眠和综合休眠3个主要类型，这是目前应用最广的分类体系。外源休眠可分为物理休眠、化学休眠和机械休眠，是由种皮对胚的机械阻碍、种皮的不透水性、抑制物的存在而引起的；内源休眠包括形态休眠和生理休眠，是由于胚发育不完全或是种皮的不透气性引起的；综合休眠是外源休眠与内源休眠综合导致的。在Nikolaeva的分类基础上，Baskin 等[6]提出了一套更为完整的种子休眠分类方法，将种子休眠分为生理休眠、形态休眠、形态生理休眠、物理休眠和综合休眠5种休眠类型，这一分类体系也被广泛接受和应用。

2 种子休眠原因

2.1种皮障碍有些种子具有坚厚的果皮或种皮，迫使种子处于休眠状态。一旦种皮的性质发生改变，水分和氧气进入种子，种子就能获得发芽能力。

2.1.1种皮机械束缚。有些种子的种皮厚而硬，胚根不能突破种皮，种子无法萌发，这在拟南芥种子中表现突出[7]。

2.1.2种皮不透水、不透气。有些种子的种皮厚而坚硬或种皮上附着蜡质角质层，种皮不透水、不透气导致种子休眠。在豆科、茄科、百合科、锦葵科等植物中硬实的存在是种皮不透水的主要原因[8-9]，有的种子种皮透水性良好，但由于透氧不良而处于休眠状态[10-11]。

2.1.3种皮阻止抑制物质逸出。有些种子的休眠是因为种皮中含有抑制发芽的物质，种子经处理才能萌发[12-14]。刘序等[15]分析香榧种子外种皮、内种皮和胚乳萃取液中内源物对白菜种子发芽和生长抑制的影响，结果表明种皮中所含的烷类物质和胚乳中所含的邻苯二酚产生的抑制作用最强，抑制率为100%，而内种皮的抑制作用较弱。

2.1.4种皮使光线透过胚的效率降低。不同的植物对光的要求各不相同。一般来说，外皮厚、色泽深的种子比外皮薄、色泽淡的种子对光的敏感性要差。为了促使种子萌发，可根据种子的需光特性，改变特定红光或远红光比例的效力[16]。

2.2胚与种子休眠

2.2.1形态后熟。有些植物的种子从外表上看已充分成熟，并已脱离母株，但内部的胚在形态上尚未成熟，需继续完成器官分化才能发芽。陈发菊等[17]研究表明巴东木莲种子休眠的主要原因是种胚发育不完全。杨凯等[18]发现种胚发育不完全以及抑制物ABA的存在可能是导致三七种子形态生理休眠的主要原因。

2.2.2生理后熟。有的植物种子的胚结构已分化完全，但必须完成其生理后熟才能萌发生长。在华重楼[19]、银杏[20]、刺人参[19]、西洋参[21]等作物中存在种胚后熟引起的休眠问题。

2.3抑制物质的存在抑制物质的存在影响种子的休眠，种皮、胚或胚乳中都可能存在抑制物质，抑制剂存在部位不同，解除抑制的方式也不同[22]。王宝龙等[23]发现枫杨种子浸提液中存在的发芽抑制物质是造成种子休眠的主要原因；杨晓玲等[24]研究表明，酚类物质含量高时不利于山楂种子的萌发，含量低则有利于种子萌发；刘超等[25]对肉果秤锤树核果中萌发抑制物质的研究表明，果肉、内果皮和种仁中均含酯溶性抑制物，肉果中含量最高，且果肉中还含一定量的水溶性抑制物；Gu等[26]研究表明野生稻种子的抑制剂主要存在于颖壳内。

2.4不良环境的影响光照、温度、水分、土壤等生长环境条件也对种子的休眠有影响。如黄振英[27]对沙鞭种子休眠和萌发的研究表明其在光照下比暗环境下萌发好，经过低温层积处理能有效地加速和提高种子萌发，Allen等[28]发现未休眠的苍耳离体胚置于潮湿的黏土或其他低氧条件下会发生休眠。

3 种子休眠的破除

3.1物理方法

3.1.1机械处理。对于种壳厚硬、透性不良的种子，可擦破种壳提高其透性，促进发芽。如经过去皮处理的楠木种子比未去皮处理的种子发芽提前1个多月[29]；机械破除蒙古扁桃种子的种皮可打破休眠[30]。

3.1.2温度处理。温度对种子的萌发起着至关重要的作用，适当的低温或高温处理有利于改善种壳透性，增进种子内部的新陈代谢，从而促进萌发，解除休眠[31]。进行温度处理时所用温度和时间应视植物品种、种皮厚薄、种子大小而定。如陈文等[32]研究表明室温干燥储藏和15 ℃暖温层积可有效破除野甘草部分种子休眠，而4 ℃低温层积可破除车前部分种子休眠。任锡亮等[33]研究不同处理方式对雪菜种子打破休眠的影响，发现低温预处理可显著提高种子发芽指数和促进种子快速发芽。杨鹭生等[34]研究表明95 ℃热水和机械脱种皮处理能有效解除腊肠树种子休眠。胡秉斌等[35]研究不同水温浸种对马莲花种子萌发的影响，建议用初始水温 60 ℃ 浸泡种子来打破休眠，当初始水温超过60 ℃ 时，马莲花种子萌发能力下降。

变温处理可有效破除硬实种子和生理后熟种子的休眠，尤其对野生植物种子特别有效。魏雨其等[36]以3种野生苔草植物种子为材料，研究打破其休眠的最佳处理方法和发芽温度，结果表明圆囊苔草、膨囊苔草、异穗苔草的最适发芽温度分别为 25/15 ℃、30/15 ℃、30/20 ℃变温处理。李阳等[37]发现12 ℃高温后结合-4 ℃低温的变温处理比持续高温处理更有利于北五味子种子种胚后熟。李富恒等[38]研究表明变温层积可加速老山芹种子后熟过程，缩短种子休眠时间，变温层积处理效果优于低温层积处理。

3.1.3射线、超声波、电场和磁场处理。利用适当剂量的射线、红外线、紫外线和激光等照射种子，可打破休眠，促进萌发。低剂量60Co-γ射线辐照后，能够促进龙眼种胚组织细胞生长，促进种子萌发和生长[39]。适量的He-Ne激光处理辐照在一定程度上可以促进种子的萌发和幼苗生长[40-41]。

3.1.4干藏、干湿处理。适当降低种子含水量可缩短或解除休眠，如含水量高的新鲜玉米种子萌发率较低，随着种子含水量的减少萌发率逐渐升高，干燥加速种子从发育状态向萌发状态的代谢[42]。张玲卫等[43]对伊犁河谷14种野生观赏植物种子活力及休眠破除进行研究，发现低温干藏和超低温干藏条件下，分别有部分种子萌发率提高。王世平[44]研究表明干湿交替处理能够显著地解除刺玫蔷薇种子休眠，提高种子萌发率。

3.2化学方法

3.2.1激素处理。激素在种子休眠和萌发过程中具有重要作用，它们能通过信号传导对种子内各种生理变化做出反应，调节一系列蛋白质、酶的代谢，从而调控种子的休眠和萌发。目前，脱落酸、赤霉素和乙烯对休眠种子萌发和调控的研究较多[45-46]。研究表明赤霉素和外源乙烯或乙烯利能促进休眠种子的萌发[47-49]，ABA诱导可维持种子休眠，抑制种子的萌发[50-51]。牛文昊等[52]研究表明适宜浓度的赤霉素、乙烯利、NAA和2,4-D前处理能促进薄荷种子的萌发，也有研究表明油菜素内酯[53-54]、CTK[55]能促进种子的萌发。宫庆涛等[56]认为植物生长调节剂可部分甚至全部替代传统层积处理的方法来打破北方果树种子休眠，缩短育苗时间。

虽然激素与种子的休眠和萌发有密切关系，但在不同植物上的作用机制不尽相同，加之激素的作用还受多种因素如温度、光等的影响，所以激素的使用不一定能促进所有物种种子的萌发。有时单独利用某种激素处理并不能够促使植物种子萌发，而需要不同激素共同作用，激素的浓度也直接影响处理的效果。

3.2.2无机化学试剂处理。一些无机化学试剂可以解除部分种子的休眠，尤其是硬实种子。如强酸强碱类试剂、钾盐和钠盐等无机盐类、过氧化物、一氧化氮等。杨爽等[57]探究不同化学处理对茅膏菜种子萌发的影响，结果表明硫酸、高锰酸钾、GA3和SDS溶液处理种子均可提高种子发芽率，萌发高峰日均有不同程度地提前。段春华等[58]研究表明NaOH处理能显著提高矮生嵩草种子发芽率。杨锦昌等[59]发现采用低温热水浸泡或弱腐蚀性的化学处理可显著提高成熟油楠种子萌发率，而对于过熟种子，宜采用浓硫酸浸泡 25 min的处理。

3.2.3有机化学药剂处理。一些种子可通过有机化学药剂处理打破休眠。适宜浓度的有机胺处理可以促进植物种子的萌发[60-62]；刘青等[63]研究有机酸与硝酸铵协同浸种对黑麦草和高羊茅种子萌发及初期生长的影响，结果表明苹果酸浸种黑麦草和高羊茅的最适浓度分别为15和5 mmol/L，而柠檬酸浸种的最适浓度则为10和5 mmol/L，最适浓度浸种条件下草坪植物的发芽率、种子活力相比对照显著增加。

3.3生物处理在自然环境中，有很多因素也可以促进萌发，打破休眠。动物对果实的采食有利于种子的萌发；成熟脱落的果实腐烂发酵后可能解除休眠；某些微生物产生的物质，也可打破种子休眠或促进种子萌发。

3.4综合处理许多植物种子的休眠是由多因素造成的，在实践中往往综合应用多种方法来打破休眠。蔡薇等[64]发现层积90 d后加入6-BA 50 mg/L浸泡24 h有利于大百合种子胚后熟并促进种子萌发。Dashti等[65]对葱属植物mooseer用硫酸处理、砂纸摩擦处理、低温层积处理和GA3处理以研究这些因素对种子休眠的影响，当单个因素处理时对种子的萌发没有显著影响，而4种处理结合使用时，种子的萌发率有显著提高。鸦瓣种子属综合休眠型，但以胚形态休眠为主，刚成熟老鸦瓣种子胚率仅为10%左右，种皮无透水障碍，300 mg/L赤霉素浸泡处理24 h后，25 ℃恒温层积70 d再转入5 ℃低温层积种胚成熟最快[66]。侯冬花等[67]证明了低温层积与GA3综合处理可以促进野生杏种子萌发。

4 展望

综上所述，造成植物种子休眠的原因各异，而且往往是由多因素引起的，综合采取多种措施可在一定程度上有效破除休眠，促进种子萌发。但种子休眠是一个非常复杂的问题，其休眠机制尚未明确，目前，针对种子休眠和萌发的分子研究已经展开，但主要集中在拟南芥、水稻等模式植物上。随着分子生物学技术的快速发展，尤其是新一代测序技术的出现，对非模式植物休眠机制的深入研究成为可能。伴随种子休眠与萌发机理的揭示，可以利用种子的休眠实现贮藏目的，也可以在农林生产中有效打破休眠快速获得种苗。