打破紫斑牡丹種子休眠因素的研究

劉 冰， 于 敏， 于 歡， 趙卓雅， 吳榮哲

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉133002)

紫斑牡丹(PaeoniarockiiT．Hong et J．J．Li)是芍藥科芍藥屬多年生落葉灌木,是我國特有的瀕危物種,也是所有野生牡丹中受威脅程度最高的種類[1]。1987年被列為國家三級保護植物[2],現(xiàn)已列人《國家重點保護野生植物名錄》中。紫斑牡丹是中國牡丹家族的重要成員，其野生原種是中國牡丹栽培品種的重要起源種，以其作為主要遺傳種質(zhì)演化形成的西北( 紫斑) 牡丹品種群，是目前中國牡丹中僅次于中原牡丹的第2大品種群[3]。該品種群主要特點：莖高可達(dá)2 m，小葉數(shù)量超過10個；花瓣內(nèi)基部有明顯的墨紫色或紫紅色大斑；長勢強盛，耐寒、耐旱、耐堿、耐土壤瘠薄，具有很高的觀賞及育種價值[4]。此外，由于牡丹籽油的產(chǎn)出高、含油率高、品質(zhì)高、成本低等特點推動了紫斑牡丹作為木本油料作物的發(fā)展，經(jīng)濟價值和市場發(fā)展前景也推動了紫斑牡丹種子繁殖和苗木生產(chǎn)的需求量增加[5]。牡丹籽油還含有特有的丹皮酚、牡丹皂甙、牡丹多糖、巖藻甾醇、角鯊烯等營養(yǎng)物質(zhì)，具有預(yù)防心血管疾病、降血脂、降血壓、消炎殺菌、活化細(xì)胞、抗衰老、防癌抗癌等功效[6]。到目前為止，延邊8個縣市均有油用牡丹的種植，并在2018年2月12日成立了《延邊朝鮮族自治州油用牡丹種植協(xié)會》。

因紫斑牡丹種子具有上胚軸和下胚軸雙重休眠的特性[7-8]，種子萌發(fā)困難，育苗周期較長，出苗率較低，幼苗質(zhì)量較差，嚴(yán)重影響了牡丹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。研究表明，赤霉素(GA3)可以解除大花黃牡丹(P．ludlowii) 和滇牡丹(P．delavayi) 等野生牡丹，以及矮牡丹(P．suffruticosa) 與“鳳丹”牡丹(P．ostii‘FengDan’)等栽培牡丹種子的下胚軸休眠并促進生根[9-12],低溫和 GA3處理能夠打破大花黃牡丹、滇牡丹和“鳳丹”[10-14]種子的上胚軸休眠，顯著地促進種子的發(fā)芽及幼苗的生長。高水平等研究發(fā)現(xiàn)，使用200 mg/L GA3浸泡“鳳丹”已生根種子2 h 可縮短其發(fā)芽時間，對紫斑牡丹種子上胚軸休眠的解除效果不明顯[15]。范丙友等研究發(fā)現(xiàn)，使用200 mg/L GA3處理已生根“鳳丹”種子，能有效打破牡丹種子的上胚軸休眠，從而使其發(fā)芽率達(dá) 90.1%，并且發(fā)芽時間縮短為 45 d[16]。然而，對紫斑牡丹種子上胚軸萌發(fā)特性的研究較少。所以，該試驗探討了層積處理、溫度、相對濕度和GA3處理對種子發(fā)芽的影響，為提高紫斑牡丹種子的萌發(fā)、促進幼苗的生長提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年在延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院溫室進行。采摘已成熟的紫斑牡丹黑色果實，堆放在半蔭的條件下晾干，篩選飽滿的果實，并從中獲得種子用于試驗。

1.2 方法

1.2.1 層積處理對打破紫斑牡丹種子下胚軸休眠的影響

挑選飽滿、圓實的紫斑牡丹種子用流水反復(fù)沖洗后，用蒸餾水浸泡3～4 h。再用 0.5%的高錳酸鉀溶液浸泡牡丹種子 30 min，進行消毒。將消毒后的紫斑牡丹種子與經(jīng)高溫滅菌的河沙按照1∶3的體積比例進行混勻，加水至手握沙子成團不滴水。之后，放置于4 ℃的低溫條件下進行層積處理，處理時間為10、20、30和40 d。未經(jīng)過層積處理(0 d)作為對照，每個處理100粒種子，3次重復(fù)。每天翻動1次，保持種子濕潤,150 d后調(diào)查種子的萌發(fā)及發(fā)芽率。

發(fā)芽率/%=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

1.2.2 溫度和濕度對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響

將紫斑牡丹種子播于墊有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中,放入恒溫培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱溫度調(diào)節(jié)為(10、15、20、25和30 ℃)、相對濕度調(diào)節(jié)為(10%、30%、50%、70%和90%，誤差控制在±5%)。從第20天開始每隔5 d調(diào)查種子發(fā)芽情況。

發(fā)芽率/%=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

1.2.3 GA3處理對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響

GA3濃度分別設(shè)置為100、200、300、400、500 mg/L,處理時間分別為0、12、24、36、48、72 h，以清水為對照，處理后種子放于裝有濕濾紙的培養(yǎng)皿中進行種子萌發(fā)和生根，每個處理選取 100粒種子，重復(fù)3次。從第30天開始每隔5 d調(diào)查種子發(fā)芽情況。

發(fā)芽率/%=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

1.2.4 GA3處理對打破種子上胚軸休眠的影響

種子放在4 ℃ 下層積處理30 d。將發(fā)芽種子浸泡在不同濃度(0、100、200、300、400、500 mg/L)的GA3溶液處理12、24、36 h之后，播于播種基質(zhì)中(草炭∶珍珠巖=2∶1)，調(diào)查第1片真葉出現(xiàn)的時間，以此作為出苗的標(biāo)準(zhǔn)，并計算出苗率。

出苗率/%=(出苗種子數(shù)/供試種子數(shù))× 100%

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2007對試驗所收集數(shù)據(jù)進行整理，用SPSS 20.0軟件對所獲數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫層積處理對打破紫斑牡丹種子下胚軸休眠的影響

層積處理天數(shù)的不同對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響不同，層積處理 30 d時，發(fā)芽率最好，達(dá)到83.4%，根突破種皮時間也最短，僅為30 d,層積處理20和40 d的種子，發(fā)芽率差別不是很大，而未經(jīng)層積處理的種子發(fā)芽率最低，僅為53.5%，且根突破種皮時間較長，需要107 d；說明層積處理有利于紫斑牡丹種子發(fā)芽提前(表1)。

表1 層積處理天數(shù)對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響Table 1 Effect of stratification treatment on seed germination of Paeoniarockii

注：英文小寫字母表示為0.05顯著水平的多重比較結(jié)果，下同。

2.2 不同溫度對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響

溫度對紫斑牡丹種子發(fā)芽具有重要作用，當(dāng)溫度為25 ℃，相對濕度為(50±5)%時，種子發(fā)芽率最高，達(dá)到84.6%，當(dāng)溫度為20 ℃時，發(fā)芽率為68.5%，比溫度為25 ℃時的發(fā)芽率低16.1百分點，溫度為30 ℃時，發(fā)芽率為58.4%，比溫度為25 ℃時低26.2百分點，溫度過高或過低都會對其發(fā)芽率產(chǎn)生影響。所以，紫斑牡丹種子發(fā)芽最適溫度為25 ℃(表2)。

表2 不同溫度對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響Table 2 Effect of temperature on seed germination of Paeoniarockii

2.3 相對濕度對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響

相對濕度的不同對紫斑牡丹種子發(fā)芽有不同的影響，紫斑牡丹種子在濕度為50%，溫度為25 ℃時的發(fā)芽率最高，為83.6%，濕度為10%時，紫斑牡丹種子發(fā)芽率僅為48.7%，當(dāng)濕度為90%時，發(fā)芽率為39.4%，有的還會發(fā)生爛根現(xiàn)象(表3)。

表3 相對濕度對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響Table 3 Effect of relative humidity on seed germination of Paeoniarockii

2.4 GA3處理對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響

不同GA3濃度及不同處理時間對紫斑牡丹種子發(fā)芽的影響不同(表4)。

表4 不同GA3濃度處理及處理時間對紫斑牡丹發(fā)芽的影響Table 4 Effect of GA3concentration and treatment time on seed germination of Paeoniarockii

由表4可知，300 mg/ L GA3處理時間為24 h時，紫斑牡丹種子發(fā)芽率最高，達(dá)到84.5%，從發(fā)芽時間可以發(fā)現(xiàn)，所有濃度的GA3處理均能縮短種子發(fā)芽時間。而沒有經(jīng)過GA3浸泡處理過的種子，發(fā)芽時間需要107 d，而且發(fā)芽率也只達(dá)到了40.8%，說明GA3處理對紫斑牡丹種子打破下胚軸休眠起到一定的促進作用。

2.5 GA3處理對打破種子上胚軸休眠發(fā)芽的影響

將層積處理30 d的種子用不同濃度GA3處理，處理時間分別為12、24、36 h。結(jié)果顯示，不同濃度GA3和不同時間處理對紫斑牡丹種子出苗率均有顯著影響，紫斑牡丹種子在GA3濃度為300 mg/L，處理24 h時,種子出苗率可達(dá)到90%以上，當(dāng)GA3濃度大于300 mg/L時，種子的出苗率隨浸種時間的延長而降低，當(dāng)GA3濃度小于300 mg/L時，種子的出苗率也會隨浸種時間的延長而降低，這表明GA3濃度過高或過低都會對種子出苗產(chǎn)生抑制作用，且處理時間越長抑制作用越明顯。

圖1 GA3濃度及時間對紫斑牡丹種子出苗的影響

3 討論

種子繁殖是野生紫斑牡丹繁殖的唯一途徑[17]，且是紫斑牡丹最常見的繁殖方法[18]。種子休眠通常是指具有生活力的種子在適宜萌發(fā)的條件下仍不萌發(fā)(發(fā)芽)的現(xiàn)象[19]。研究表明，紫斑牡丹種子種皮并不是休眠的主要原因，因為種皮具有一定的透水性，阻礙其萌發(fā)的最主要原因是種子存有萌發(fā)抑制物、種胚發(fā)育不完全以及生理后熟[20]。層積處理是解除植物種子休眠的一種方法，尤其對存在萌發(fā)抑制物質(zhì)和生理后熟因素引起生理休眠的種子效果更為顯著。本研究中發(fā)現(xiàn)，紫斑牡丹種子可以通過層積處理打破下胚軸休眠。谷勇[21]分析了不同低溫處理和赤霉素處理對解除稷山矮牡丹種子休眠的影響，指出了最適宜的低溫處理條件和最適宜的赤霉素濃度。周仁超等[22]認(rèn)為，500 mg/L GA3處理48 h可以加快生根速度。本試驗中，GA3濃度為300 mg/L時，發(fā)芽率最高。于玲等[23]則認(rèn)為，低溫14 d 結(jié)合500 mg/L GA3處理為促進紫斑牡丹種子發(fā)芽和幼苗生長的最佳組合。婁方芳等[24]發(fā)現(xiàn)，300 mg/L GA3溶液浸泡的種子能有效促進生根種子提前發(fā)芽。本研究中發(fā)現(xiàn)，300 mg/L GA3結(jié)合層積處理30 d的種子處理24 h出苗率最高。

4 結(jié)論

本試驗研究發(fā)現(xiàn)，紫斑牡丹種子層積處理30 d時發(fā)芽率最高，達(dá)到83.4%，且發(fā)芽時間也最短，300 mg/L GA3、浸泡24 h發(fā)芽率達(dá)到最高，為84.5%;當(dāng)溫度為25 ℃、相對濕度為(50±5)%時，最有利于種子發(fā)芽；當(dāng)GA3濃度為300 mg/L，且處理時間為24 h時,出苗率最高，達(dá)到90%以上。