狭叶柴胡胚胎学及北柴胡果实发育过程中贮藏物含量变化的研究

摘要

狭叶柴胡(Bupleurum scorzonerifolium Willd.)和北柴胡(Bupleurum chinense DC.)均属于伞形科(Umbelliferae)柴胡属(Bupleurum L.)植物，是我国大宗中药材，具有悠久的药用历史。它们具解热、镇痛、消炎等作用，是临床治疗腹痛胸肋、病毒性肝炎、感冒等疾病的常用药材。由于市场需求的逐年增加，野生柴胡资源严重不足，但因柴胡种子发芽率低、萌发困难，严重影响了柴胡的大面积种植。近年来，虽然对其化学成分、药理作用及临床应用等方面进行了大量的研究，但关于狭叶柴胡胚胎学方面尚未见报道。此外，有报道指出柴胡种子内部存在一定的内源抑制物，此抑制物质到底是什么性质的物质，目前也没有明确的报道。为此，本文采用石蜡切片法、半薄切片法对狭叶柴胡胚胎学进行了研究；由于狭叶柴胡种植难，植株量少，因此以北柴胡为材料，用紫外分光光度法、气相色谱-质谱联用技术系统地研究了北柴胡不同生长发育时期果实中贮藏物含量的动态变化，旨在探究柴胡种子萌发困难的机理，为柴胡的广泛种植提供理论依据。主要研究结果如下：
　　 ⑴狭叶柴胡小孢子发生和雄配子体的发育。狭叶柴胡花药原基形成初期外面具有一层表皮细胞，分生细胞紧邻表皮细胞，随着发育的进行，花药角隅处的细胞分化为孢原细胞，孢原细胞经过一次平周分裂形成初生壁细胞和初生造孢细胞，初生壁细胞经过细胞分裂形成花药壁。初生造孢细胞经过分裂形成次生造孢细胞，最后发育为小孢子母细胞。小孢子母细胞经过减数分裂形成四面体型的四分体，四分体发育到后期阶段，包围它的胼胝质壁溶解，四分体分离形成单核小孢子，单核小孢子经过有丝分裂最后发育为3-细胞型成熟花粉粒。
　　 ⑵狭叶柴胡大孢子发生和雌配子体的发育。狭叶柴胡子房二室，各室具有一枚倒生型胚珠。位于珠心表皮下的孢原细胞直接增大成为大孢子母细胞，大孢子母细胞经减数分裂依次形成二分体、四分体，最后合点端或者亚合点端大孢子发育为功能大孢子。功能大孢子经过连续的有丝分裂分别形成单核胚囊、二核胚囊和八核胚囊，最后经过细胞分化形成七细胞八核的成熟胚囊。
　　 ⑶狭叶柴胡胚和胚乳的发育。狭叶柴胡的合子经过一次有丝分裂形成顶细胞和基细胞，随后基细胞进行多次的横向分裂及纵裂形成胚柄细胞。顶细胞经过连续的细胞分裂依次形成4-细胞原胚、16-细胞原胚、棒状原胚、球形胚，随后通过细胞分化形成心形胚、鱼雷胚。狭叶柴胡胚乳核发育早于合子的分裂，两极核完成受精作用以后形成初生胚乳核，胚乳核经过连续的有丝分裂形成大量分布于胚囊周围的胚乳游离核，紧接着胚乳游离核以自由壁的方式形成细胞，最后发育为成熟的胚乳细胞。
　　 ⑷狭叶柴胡采收期果实胚的发育情况。狭叶柴胡采收期果实存在严重的形态后熟现象。统计结果显示狭叶柴胡采收期果实中有26％果实处于球形胚时期，29.6％果实处于早期心形胚时期，37.4％果实处于后期心形胚时期，仅有7％果实处于鱼雷胚时期，所有被检测的果实中未发现有双子叶时期胚出现。
　　 ⑸不同生长发育时期北柴胡果实中脂肪酸、可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白质含量的变化。北柴胡果实中主要含有四种脂肪酸：棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸。随着柴胡果实的发育，四种脂肪酸的含量呈现明显的动态变化趋势，棕榈酸和硬脂酸含量在果实发育早期阶段最高，随着果实的发育其含量逐渐降低；北柴胡成熟期果实中油酸和亚油酸的含量明显高于幼嫩果实，其中油酸和亚油酸含量变化在果实发育的后期阶段呈现一定的负相关性；北柴胡果实中粗脂肪含量随着北柴胡果实的发育逐渐升高，果实成熟以后粗脂肪含量最高。随着北柴胡果实的发育，果实中可溶性糖的含量逐渐降低，淀粉和可溶性蛋白质的含量在果实发育的早期阶段逐渐升高，在果实成熟的后期呈现一定的下降趋势。并且通过苏丹Ⅲ染色，北柴胡成熟果实的胚乳细胞中充满了橘黄色的脂肪颗粒，我们认为北柴胡果实发育过程中可溶性糖的积累主要发生在果实发育的早期阶段，随后可溶性糖作为淀粉合成的原料逐渐转化为淀粉，紧接着淀粉转化成脂肪贮存在北柴胡果实中，随着北柴胡进一步发育，果实中粗脂肪的含量逐渐升高，当北柴胡果实成熟后大部分贮藏物已经转化为脂肪贮存在果实中。
　　 ⑹影响柴胡种子萌发的内源抑制物分析。组织化学研究结果显示北柴胡果实中含有香豆素。通过植物化学方法测定发现，北柴胡子房膨大的初期阶段香豆素含量相对较高，随着果实的发育香豆素含量逐渐降低，当北柴胡果实胚发育到球形胚阶段，香豆素的含量降至最低，随着北柴胡果实的进一步发育，果实中香豆素的含量迅速升高，当果实发育至鱼雷胚时期香豆素含量最高。此外，我们还发现香豆素、柴胡皂苷和北柴胡果实水提取液对白菜种子萌发有明显的抑制作用。低浓度的香豆素对白菜种子的萌发率抑制作用不明显，但对白菜种子幼根的生长有明显的抑制作用，高浓度的香豆素对白菜种子的萌发率和幼根的生长都有明显的抑制作用。3种不同的处理方式下，香豆素对白菜种子萌发的抑制作用最明显，柴胡皂苷次之，柴胡果实水提取液的抑制作用最低。因此，我们认为本柴胡果实中的内源抑制物质主要为香豆素和柴胡皂苷，其中，香豆素的抑制作用最明显，柴胡皂苷次之。
　　 综上所述，香豆素不但抑制柴胡胚的发育和分化，使大部分采收期柴胡果实处在心形胚时期，极少数发育至鱼雷胚，造成柴胡果实胚出现严重的形态后熟现象；此外，柴胡果实中含有的香豆素和柴胡皂苷成分也严重的抑制了柴胡种子萌发，这两点是造成柴胡种子萌发率低的主要原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章柴胡研究进展

第一节柴胡的生物学研究

1.柴胡的系统分类学研究

2.柴胡的分布

3.柴胡形态学特征

4.柴胡生殖器官的形态特征

5.柴胡种子生物学特性

6.柴胡分子生物学研究

第二节柴胡的化学成分及药理作用研究

1.柴胡的化学成分

2.柴胡的药理作用

第三节柴胡研究中存在的问题及本研究的目的和意义

1.1研究中存在的问题

1.2本研究的目的和意义

第二章研究材料和方法

第一节研究材料

第二节研究方法

1.开花生物学研究方法

2.开花期主要传粉者的观察

3.狭叶柴胡胚胎学研究方法

4.植物化学方法

5.植物生理学方法

第三章研究结果

第一节狭叶柴胡开花生物学研究

1.狭叶柴胡开花生物学特性观察

2.狭叶柴胡主要传粉者

第二节狭叶柴胡胚胎学研究

1.狭叶柴胡小孢子发生及雄配子体的发育

2.狭叶柴胡大孢子发生和雌配子体的发育

3.狭叶柴胡胚的发育

4.狭叶柴胡胚乳的发育

5.狭叶柴胡果皮和种皮的发育

6.柴胡胚乳贮藏物的检测

7.狭叶柴胡采收期果实胚发育情况

第三节北柴胡果实发育过程中贮藏物含量变化的研究

1.不同生长发育时期北柴胡果实中香豆素含量的动态变化

2.不同生长发育时期北柴胡果实中脂肪酸含量的动态变化

3.不同生长发育时期北柴胡果实中可溶性糖含量的动态变化

4.不同生长发育时期北柴胡果实中淀粉含量的动态变化

5.不同生长发育时期北柴胡果实中可溶性蛋白含量的动态变化

第四节内源抑制物对白菜种子萌发的影响

1.不同浓度香豆素对白菜种子萌发及幼根生长的影响

2.不同处理方式对白菜种子幼根生长的影响

3.不同处理方式对白菜种子萌发的影响

第四章讨论

1.狭叶柴胡胚胎学特性

2.不同生长发育时期北柴胡果实中脂肪酸含量的动态变化

3.不同生长发育时期北柴胡果实中可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量的变化

4.柴胡果实内源抑制物的分析

结 论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢