百蕊草物候期及越冬休眠生理研究

百蕊草物候期及越冬休眠生理研究
为探索百蕊草人工栽培模式，以茅山地区百蕊草为实验材料，对百蕊草物候期及其越冬休眠过程碳水化合物变化规律进行研究。

采用定点标记法观察百蕊草物候期，硫酸蒽酮法测定可溶性糖和淀粉含量，DNS法测定淀粉酶活力，PAS 鉄钒苏木精双重染色组织定位淀粉粒。

在连续3年的观察中未发现可存活2年以上百蕊草植株，可推断百蕊草在长江流域属于二年生植物；第1年为实生苗，生长周期较长。

出苗较早的实生苗在夏季倒苗死亡，而出苗较晚的可顺利越夏并在秋冬季分化出根颈芽，冬季休眠。

第2年为宿根苗，由根颈芽发育成簇生状，生长周期较短；根具储藏根的结构与功能特征，休眠期储藏淀粉等碳水化合物，储藏物为翌年快速生长发育的能量基础。

根内淀粉和可溶性糖在不同时期相互转化，使百蕊草在休眠过程中既有充足的碳水化合物来维持生长也有丰富的小分子溶质来提高其抗逆能力，提高其生长能力及顺利越冬。

标签：百蕊草；物候期；休眠；碳水化合物
百蕊草Thesium chinense Turcz.为檀香科半寄生草本植物，分布于中国大陆、朝鲜半岛、日本列岛及西伯利亚等，文献记载为多年生植物[12]。

其干燥全草为民间常用中草药，具清热解毒、补肾涩精等作用，安徽、浙江、河南、湖北、江西、湖南为道地产区。

现代研究发现，百蕊草具有抗菌消炎作用，常用于治疗炎症，被誉为“植物抗生素”[34]。

近年来关于百蕊草的研究报道主要集中在药材鉴定、化学、药理[57]和寄主植物种类、寄生关系、寄生生理[811]。

但尚未报道有关于百蕊草生长发育特征，尤其是越冬休眠生理及根颈芽发育过程的研究。

休眠是植物在进化中形成的一种对环境条件和季节性气候变化的生物学适应[12]。

休眠过程中植物通过调整自身生理活动抵御外界不良环境，其营养物质转换和能量代谢关系到植物个体在休眠中发育或发育的起始[13]，而碳水化合物是植物休眠中物质转换和能量代谢的基础[14]；植物休眠过程中储存性糖类化合物的积累和具代谢反应及渗透调节等功能的可溶性糖含量的变化，可以反映植物休眠过程的物质转换、代谢程度、生态适应及发育特征[15]。

因此，碳水化合物研究对植物休眠生理的揭示具有重要意义。

休眠是百蕊草生活史的重要阶段，对百蕊草生长发育具有重要意义。

百蕊草一年生个体为实生苗，单茎直立生长，生长周期长[16]。

一年生个体冬季倒苗后根颈部位分化为多个芽原基，宿根苗由该原基发育。

二年生植株为簇生生长，生长周期较短。

百蕊草休眠前后株型、生物量差异较大，宿根苗产量远大于实生苗。

百蕊草休眠生理特征是探索其合理人工栽培模式，提高产量和质量的基础。

但目前却无任何关于百蕊草休眠特征的报道，故本实验对百蕊草生长周期进行观察，并在此基础上对其休眠过程中碳水化合物的变化规律进行研究，为探索百蕊草人工栽培模式提供科学的参考依据。

1材料
研究材料为采自江苏茅山等地（E 119°16′，N 31°54′）的野生百蕊草，原植物经南京农业大学郭巧生教授鉴定为檀香科植物百蕊草T. chinense。

茅山地区为低山丘陵区。

该地土壤以黄棕土质为主，属北亚热带季风气候区，年平均降雨量约999.4 mm，地理条件较适宜百蕊草生长。

2方法
物候期观察采用定点标记法，2011—2013年标记50株百蕊草，每隔15 d观察1次。

根据百蕊草物候期观察结果，将其生长阶段划分为5个时期，分别为：生长期Ⅰ（实生苗旺盛生长期，植株直立生长，基本不分枝或少分枝，4—5月采样）、浅休眠期（实生苗地上部分逐渐枯萎，根颈处分化出芽，11月中—12月末采样）、休眠期（根颈芽发育，12月末—次年1月采样）、解除休眠期（根颈芽生长，根颈芽生长到1.5 cm以上，1月末—2月中采样）、生长期Ⅱ（宿根苗旺盛生长，但未进入开花阶段，3月采样）[1718]。

将各时期生长状态良好的野生百蕊草全株带回，小心冲洗，分各营养器官供试。

用硫酸蒽酮法测定可溶性糖和淀粉含量[19]；用DNS法测定淀粉酶活力，5 min内水解淀粉释放1 mg麦芽糖所需酶量为单位酶活力（U）[20]；用石蜡包埋制作切片，PAS鉄钒苏木精双重染色法显示糖类化合物[21]；生理实验均重复3次。

3结果与分析
3.1百蕊草休眠物候期特征
野生百蕊草种子出苗不齐，3—6月均可出苗，其中3—4月为发芽出苗的高峰期；一般出苗50 d左右可开花，早期出苗的百蕊草实生苗花果期为4—6月，在7月份倒苗。

夏季倒苗的一年生个体死亡率较高，基本不能存活；4月份之后出苗的百蕊草物候期推迟，其花果期为6—9月，可顺利越夏。

10—11月植株地上部分逐渐枯萎，其根颈处逐渐分化出芽，冬季进入休眠状态；越冬后百蕊草根颈芽发育为宿根苗，二年生植株群体的生长节律较一致，2—3月旺盛生长，4—5月入生殖生长。

宿根苗5—6月枯萎凋亡（图1）。

茅山地区标记观察和样方调查过程中均未发现多年生个体，百蕊草在长江流域为二年生植物。

百蕊草物候期动态（图1）与茅山地区气候特点（图2）对照分析结果表明，百蕊草出苗与营养生长期为该地区生态干旱时期，气温逐渐上升但降水量较少。

生殖生长主要在夏初气温上升降水量变多的季节，早期出苗的部分百蕊草植株在盛夏倒苗死亡。

而出苗较晚的百蕊草物候期推迟，株体顺利越夏后在秋季地上部分逐渐枯萎，同时在根颈处发育出芽，逐渐进入休眠状态，PT图显示该时期茅山地区进入干旱期。

3.2百蕊草越冬休眠过程淀粉含量特征
3.2.1百蕊草各器官越冬休眠过程淀粉含量变化百蕊草各器官在不同生长阶段淀粉含量差异明显。

百蕊草生长期Ⅰ、浅休眠期、休眠期、解除休眠期和生长期Ⅱ进程中主根、侧根和叶内淀粉含量呈先升高后降低的单峰型曲线变化；主
根、侧根、叶和根颈芽淀粉含量均在浅休眠期最高，与其他时期达到显著差异；浅休眠期主根含淀粉（805.917 mg·g-1）为最高，而生长期Ⅱ茎含淀粉（48.297 mg·g-1）为最低（表1）。

同一生长阶段百蕊草各器官中主根内淀粉含量为最高，与其他器官均有显著差异（除生长期Ⅱ外）；而叶和茎中淀粉含量较低。

对主根、侧根和根颈芽淀粉含量相关性分析结果表明在整个生活史中主根和侧根内淀粉含量达到极显著相关（r=0.965，P=0.008）；根颈芽发育阶段主根和根颈芽内淀粉含量达到显著相关（r=0.999，P=0.03）。

3.2.2百蕊草淀粉粒组织定位百蕊草主根包括皮层、中柱、韧皮部和木质部等部分。

次生结构中韧皮部和木薄壁细胞较发达，淀粉粒主要分布于皮层和中柱薄壁细胞。

不同时期百蕊草主根淀粉粒数量及组织细胞分布差异明显。

生长期Ⅰ主根内淀粉粒数量较少，主要分布在皮层薄壁组织细胞（图3中A）；浅休眠期主根淀粉粒较多，分布于皮层和呈辐射状排列的射线细胞（图3中B）；休眠期木质部进一步发育，中柱和皮层薄壁细胞内淀粉粒数量比浅休眠期少（图3中C）；休眠解除期根皮层薄壁细胞中也可见淀粉粒，但数量比前几个时期少（图 3 中D）；生长期Ⅱ根内未见明显淀粉粒，淀粉类营养物质在该时期消耗殆尽（图3中E）；百蕊草生长期Ⅰ与生长期Ⅱ时生长旺盛，叶内无明显淀粉粒。

浅休眠期时，百蕊草进入休眠，叶中淀粉粒数量增加，表皮细胞、叶肉细胞和维管束鞘内均可见明显淀粉粒（图3中F～H）。

3.3百蕊草越冬休眠过程可溶性糖含量变化
百蕊草各器官在越冬休眠过程中可溶性糖含量呈先增后降规律，休眠期主根、侧根和根颈芽中可溶性糖含量最高，与其他时期差异显著。

叶可溶性糖含量在浅休眠期最高，与其他时期差异显著，而茎可溶性糖含量在各时期无明显差异（表2）。

生长期Ⅰ时主根、侧根和叶可溶性糖含量无显著差异。

浅休眠期叶可溶性糖含量显著高于其他器官可溶性糖含量，其次为主根。

休眠期百蕊草主根可溶性糖质量分数最高（473.748 mg·g-1），与同期其他器官差异显著。

解除休眠期，各器官中可溶性糖含量无显著差异。

生长期Ⅱ主根和侧根可溶性糖含量均显著高于叶和茎可溶性糖含量。

对主根、侧根和根颈芽可溶性糖含量相关性分析结果表明在整个生活史中主A.生长期Ⅰ主根；B.浅休眠期主根；C.休眠期主根；D.休眠解除期主根；E.生长期Ⅱ主根；F.生长期Ⅰ叶；G.浅休眠期叶；H.生长期Ⅱ叶；图中箭头处表示淀粉粒。

3.4百蕊草越冬休眠过程淀粉酶活力变化
百蕊草越冬休眠过程中，主根和侧根淀粉酶活力均呈先降后增再降变化规律，并在休眠期显著最低，而叶、茎和根颈芽内淀粉酶活力在各时期无明显差异（表3），其中茎淀粉酶活力最低。

生长期Ⅰ主根淀粉酶活力最高，与其他器官有差异显著；浅休眠期时主根、叶和根颈芽内淀粉酶活力显著高于侧根与茎淀粉酶活力；休眠期根颈芽内淀粉酶活力显著高于同期主根、侧根淀粉酶活力；休眠解除期时，侧根内淀粉酶活力最高，显著高于其他器官；生长期Ⅱ时除茎内淀粉酶活力较低外，其他器官中淀粉酶活力无显著差异。

根颈芽发育阶段侧根和根颈芽内淀粉酶活力达到显著负相关（r=-0.999，P=0.022）。

4讨论
物候期是植物生活史中各种标志性特征出现的时间，是植物生长发育规律与变化对节候的反应。

物候期可反映生物生命活动规律及该地区气候条件之间的关系和适应对策，属于长期进化中形成的生物学特征[22]。

野生百蕊草种子存在休眠现象[23]，自然状态下发芽不整齐，萌发过程持续时间较长。

早期萌发的实生苗在盛夏前完成开花结果，并在7月份倒苗后死亡。

而较晚萌发的实生苗物候期推迟，可顺利越夏，在秋冬季节分化出根颈芽，并在冬季进入休眠状态。

来年春天，百蕊草根颈芽萌发成新枝，快速生长发育成为宿根苗，并在高温多雨的6月枯萎死亡，无二年生以上个体存在。

表明百蕊草在长江流域生长周期为2年，为二年生植物，并存在夏季倒苗死亡和越冬休眠现象。

淀粉是指物光合产物的最终储藏形式之一，是主要的储藏性营养物质。

植物叶片光合作用形成的碳水化合物通过输导组织运输到所需组织提供能量和储藏。

储藏组织有适应期功能的结构特征，如发达的薄壁细胞等。

一年生百蕊草生长期较长，进入休眠时，根内淀粉酶活力降低，淀粉消耗减少，淀粉含量增加呈积累状态。

百蕊草为半寄生植物，可自身合成生长所需碳水化合物[24]，其合成的剩余碳水化合物储藏于相对发达的主根薄壁细胞内。

百蕊草解除休眠后，根内淀粉酶活力增强，淀粉含量下降。

根内贮藏的淀粉被分解，为新枝生长提供营养支持[25]。

百蕊草各组织淀粉含量动态和组织结构特征可推断其根属于储藏性根。

储藏根的营养物质是一些植物结实繁殖、萌生新植株的营养源[26]。

百蕊草生长期Ⅰ和生长期Ⅱ淀粉含量和变化过程可推测主根储藏的淀粉可能是支持根颈芽在翌年较快生长和繁殖过程的能量基础。

可溶性糖是植物生长发育所需能量和营养来源之一，同时是逆境胁迫诱导的小分子溶质，含量多与环境信号相关[2728]，多年生植物冬季自然休眠过程中，休眠器官内可溶性糖含量往往会随着休眠的加深而升高，如苣荬菜芽根、油桃花芽等[2930]，百蕊草越冬休眠过程中，各器官内可溶性糖含量随温度降低而逐渐升高，并在休眠期达最高；植物组织内淀粉酶活力水平是反应植株生长发育强弱指标之一[31]；休眠期时，百蕊草根内淀粉含量降低，淀粉酶活力最弱，而可溶性糖含量却最高。

说明百蕊草在休眠期时，生长发育受抑制，前期贮藏的淀粉可能通过其他酶代谢途径分解为可溶性糖[32]。

淀粉的降解主要包括水解和磷酸化解2个途径，淀粉酶和淀粉磷酸化酶是这2个途径的关键酶[33]，而2种酶的最适温度不同，低温环境下淀粉磷酸化酶的活性更高[30]。

故百蕊草在越冬休眠过程中，淀粉类物质可能主要通过淀粉磷酸化途径降解为可溶性糖，以保证百蕊草在休眠期有充足的碳水化合物来维持其生长和提高其在低温环境下的抗逆能力，使其顺利越冬[34]。

百蕊草在长江流域为二年生植物，萌发较晚的实生苗在冬季休眠并发育出根颈芽；一年生植株生长期在主根储藏丰富的淀粉，即百蕊草根为储藏性根；可溶性糖不仅参与其糖代谢，在休眠期还可能有渗透调节作用；淀粉酶活性差异可反应，休眠期为根颈芽发育的重要阶段；根内淀粉和可溶性糖相互转化，为百蕊草在生长发育过程提供充足的碳水化合物，并在越冬休眠过程产生丰富的小分子溶
质提高适应低温能力。

因此在百蕊草人工栽培中，可考虑延后播种期来使实生苗顺利越夏。

并可通过提高一年生植株的营养积累来促进增加翌年根颈芽数量和抗逆能力，达到丰产目的。

[参考文献]
[1] 吴征镒.新华本草纲要.第1册[J].上海：上海科学技术出版社，1988：37.
[2] 王峥，刘近明，李绍顺.百蕊草的研究进展[J].中国药师，2006，9（11）：1059.
[3] 罗夫来，郭巧生.百蕊草药材内在品质研究[J].中国中药杂志，2011，36（15）：2042.
[4] 刘永松.百蕊草抗菌有效成分的提取及其作用机制研究[D]. 合肥：安徽农业大学，2006.
[5] 韩玲玲，徐国兵.百蕊草质量标准的研究[J].中医药学报，2010，38（5）：90.
[6] 杨军，王静，高美华，等.百蕊片药理作用的实验研究[J].中国中药杂志，1999，24（6）：47.
[7] 罗夫来，郭巧生.百蕊草矿质元素含量测定和主成分分析[J].中国中药杂志，2010，35（10）：1226.
[8] 罗夫来，郭巧生，王长林，等.寄主对半寄生植物百蕊草影响的综合评价研究[J].中国中药杂志，2012，37（9）：1174.
[9] Kenji Sue Tsugu，Atsushi Kawakita，Makoto Kato. Host range and selectivity of the hemiparasitic plant Thesium chinense （Santalaceae）[J].Ann Bot，2008，102：49.
[10] Luo F L，Guo Q S. Influences of host species on transpiration，photosynthesis，chlorophyll and mineral contents of medicinal hemiparasite Thesium chinense Turcz[J].Acta Physiol Plant，2010，32：1093.
[11] Guo Q S，Luo F parative studies on the growth，amino acids and minerals of Thesium chinense （Santalaceae）in association with different hosts[J]. Nord J Bot，2010，28：632.
[12] 王新超，马春雷，杨亚军.多年生植物的芽休眠及调控机理研究进展[J].应用与环境生物学报，2011，17（4）：589.
[13] 毕磊.七月酥梨休眠期内含物变化及生理代谢研究[D].保定：河北农业大学，2009.
[14] 张永平，乔永旭，喻景权，等.园艺植物果实糖积累的研究进展[J].中国农业科学，2008，41（4）：1151.
[15] 李秀珍，陈苏丹，李天忠.休眠期欧李碳水化合物代谢与休眠关系的分析[J].中国农业大学学报，2012，17（4）：75.
[16] 罗夫来，郭巧生，王长林，等.百蕊草生物学特性研究[J].中国中药杂志，2012，37（2）：176.
[17] 任宪威. 树木学（北方版）[M].北京：中国林业出版社，1997：24.
[18] 竺可桢，宛敏渭.物候学[M].长沙：湖南教育出版社，1979：28.
[19] 米海莉，许兴，李树华，等.水分胁迫对牛心朴子、甘草叶片色素、可溶性糖、淀粉含量及碳氮比的影响[J].西北植物学报，2004，24（10）：1816.
[20] 胡琼英，狄洌，聂理，等.生物化学实验[M].北京：化学工业出版社，2007：24.
[21] 付银锋.PAS染色方法及应用[J].河南科技大学学报：医学版，2008，26（2）：100.
[22] 刘建文.葱属4种植物物候期观测及不同生育期营养成分的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2009.
[23] 罗夫来，郭巧生.百蕊草种子休眠的破除与生理变化研究[J].中国中药杂志，2012，37（6）：760.
[24] 罗夫来，郭巧生，王长林，等.百蕊草半寄生机制研究[J]. 中国中药杂志，2012，37（1）：17.
[25] 陈鹏飞，张锡亭.南荻根状茎中可溶性糖、淀粉含量的季节变化[J].湘潭师范学院学报：自然科学版，1994，15（3）：48.
[26] 强胜.植物学[M].北京：高等教育出版社，2006：157.
[27] 覃光球，严重玲，韦莉莉.秋茄幼苗叶片单宁、可溶性糖和脯氨酸含量对Cd胁迫的响应[J].生态学报，2006，26（10）：3366.
[28] Blasing O E，Gibon Y，Günther M，et al. Sugars and circadian regulation make major contributions to the global regulation of diurnal gene expression in Arabidopsis[J].The Plant Cell，2005，17：3257.
[29] 赵长山，史娜，何付丽，等.苣荬菜芽根休眠过程中碳水化合物变化的研究[J].杂草科学，2008（3）：10.
[30] 王慧.自然休眠期油桃花芽碳水化合物变化规律及相关基因的表达分析
[D].泰安：山东农业大学，2011.
[31] 马永强，韩春然，方蕾.玉米萌发过程中淀粉酶性质的研究[J].食品科学，2007，28（11）：294.
[32] 袁亮，潘光堂，张志明，等.植物中淀粉的代谢及其调控研究进展[J].分子植物育种，2006，4（6）：65.
[33] 段丽斌，崔国民，赵昶灵，等.烤烟烘烤中烟叶淀粉降解的研究进展[J].中国农学通报，2013，29（18）：180.
[34] 李迈和，Norbert Krauchi.全球高山林线研究现状与发展方向[J].四川林业科技，2005，26（4）：36.。