牡丹種子休眠與萌發(fā)綜述

潘昊磊 趙毅 石文昊

摘要 ? ?牡丹為我國的傳統(tǒng)名花，除具有觀賞價值外，還是傳統(tǒng)中藥材中重要的天然藥物來源。本文對牡丹種子的休眠與萌發(fā)進(jìn)行了綜述，如大多數(shù)牡丹都有深度簡單上胚軸形態(tài)生理休眠的特性;牡丹的種胚分化但發(fā)育不完全;種胚必須達(dá)到一定的長度，胚根才能突破種皮;牡丹種子的萌發(fā)需要經(jīng)歷暖層積打破種胚的形態(tài)休眠和胚根的生理休眠;上胚軸的生長需要冷層積，且只有胚根生長到一定的閾值，上胚軸才對低溫敏感;赤霉素可以代替層積，促進(jìn)種胚的生長和休眠的打破。最后，針對國內(nèi)外的研究不足進(jìn)行了探討，并對未來需要進(jìn)一步開展的研究工作進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 ? ?牡丹;種子休眠;種子萌發(fā)

中圖分類號 ? ?S685.11 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）20-0128-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract ? ?Peony is a famous traditional flower in China.In addition to its ornamental value，it is also an important source of natural medicine in traditional Chinese medicine.In this paper，the dormancy and germination of peony seeds were reviewed.For example，most peony have the characteristics of deep simple epicotyl morphological physiological dormancy.The embryos of peony are differentiated but not fully developed.The embryo must reach a certain length and the radicle can break through the seed coat.The germination of peony seeds needs to undergo warm stratification to break the morph-ological dormancy of the embryo and the physiological dormancy of the radicle.The growth of the epicotyls requires cold lamination，and only the radicle grows to a certain threshold，and the hypocotyl is sensitive to low temperatures.Gibberellin can replace stratification and promote the growth of embryos and the break of dormancy.At last，the research shortages at home and abroad were discussed，and the research work that needs further research in the future was prospected.

Key words ? ?peony;seed dormancy;seed germination

牡丹是芍藥科芍藥屬牡丹組植物的統(tǒng)稱，其9個野生物種中原牡丹（Paeonia cathayana）、四川牡丹（P. decomposi-ta）、滇牡丹（P. delavayi）、矮牡丹（P. jishanensis）、大花黃牡丹（P. ludlowii）、鳳丹（P. ostii）、卵葉牡丹（P. qiui）、紫斑牡丹（P. rockii）和圓裂牡丹（P. rotundiloba）均原產(chǎn)于我國，具有觀賞、藥用和食用價值[1-2]。牡丹的花被冠以“花中之王”的美譽(yù);根皮是一味常用的中藥（丹皮），具有清熱涼血、活血化瘀等功效，被列入中國藥典，為復(fù)方中的常用藥材之一[3];種子內(nèi)含有大量不飽和脂肪酸，尤其是α-亞麻酸是很有發(fā)展前途的健康食用油之一[4]。近年來，由于野生牡丹資源缺乏保護(hù)和非原生地盲目移栽，導(dǎo)致野生牡丹品種銳減。洪德元等[1]野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)野生牡丹都瀕臨滅絕，中原牡丹和鳳丹僅存1株，四川牡丹、卵葉牡丹、紫斑牡丹和圓裂牡丹均處于瀕危狀態(tài)。

在生產(chǎn)中，種子繁殖是牡丹最常見的繁育方法[5]。但是由于牡丹種子具有休眠特性，導(dǎo)致種子萌發(fā)周期長、幼苗出土率低等，嚴(yán)重影響了牡丹的大量繁殖和應(yīng)用[6]。本文對牡丹種子的形態(tài)結(jié)構(gòu)、休眠原因和休眠破除機(jī)制等方面進(jìn)行闡述，以為其深入的研究利用提供參考。

1 ? ?種子形態(tài)結(jié)構(gòu)

芍藥科植物的果實是蓇葖果，外形呈紡錘形、橢圓形或瓶形等;內(nèi)含多粒種子[6]。因為牡丹結(jié)實率較高，種子在果實內(nèi)呈無規(guī)則排列，相鄰種之間相互擠壓，導(dǎo)致種子形狀不規(guī)則。牡丹的種胚一般為匙形，發(fā)育不完全，需要在種子成熟后進(jìn)一步發(fā)育[7]。種胚在新鮮成熟的種子中只占有很小的一部分，其余大部分都為胚乳[8]。

2 ? ?休眠原因

2.1 ? ?種皮的機(jī)械阻礙作用

牡丹種子種皮較硬，木質(zhì)化程度高，嚴(yán)重影響了種子的吸水速度和種子的透氣性，不利于種子萌發(fā)?？梢酝ㄟ^溫水浸種、手術(shù)刀劃傷種皮或使用化學(xué)試劑（如濃硫酸等）處理改變種皮通透性，從而促進(jìn)種子萌發(fā)[7]。而景新明等[5]認(rèn)為，通過改變牡丹種皮的通透性，對種子休眠的打破效果并不顯著，反而會導(dǎo)致霉菌侵染。郭麗萍等[9]使用98%濃硫酸對牡丹種子處理15 min，發(fā)現(xiàn)處理的種子吸水速度增加，但是最終的吸水量不存在差異。因此，種皮的通透性不是造成牡丹休眠的主要原因，但是木質(zhì)化的種皮可能會對種子萌發(fā)造成一定的機(jī)械阻力。

2.2 ? ?內(nèi)源抑制物質(zhì)

牡丹種子中存在可以抑制種子自身萌發(fā)的內(nèi)源抑制物質(zhì)。婁方芳等[10]通過浸種發(fā)現(xiàn)，鳳丹種子的萌發(fā)率提高了10%。在紫斑牡丹（P. rockii）、四川牡丹（P. decomposita）和鳳丹（P. ostii）等種子中提取出了抑制萌發(fā)的物質(zhì)，認(rèn)為這是紫斑牡丹、四川牡丹和鳳丹等種子休眠的一個重要原因[9，11-12]。目前，對牡丹種子內(nèi)源抑制物質(zhì)的研究大多是通過有機(jī)試劑提取，用提取液驗證對白菜種子萌發(fā)的影響。如丁 言等[13]用甲醇對鳳丹種子進(jìn)行提取，發(fā)現(xiàn)其浸提液顯著抑制了白菜種子的萌發(fā)，并且通過氣譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析（GC-MS），定性定量檢測到了43種有機(jī)化合物。目前的研究只能說明牡丹種子可以抑制白菜種子的萌發(fā)，不能說明可以抑制自身的萌發(fā)。

2.3 ? ?胚未發(fā)育成熟

新鮮成熟的牡丹種子具有分化但未發(fā)育完全的胚[7]。馬藍(lán)鵬等[14]發(fā)現(xiàn)，鳳丹的種胚/種子（E/S）長度比值大約為1/5。Porceddu等[15]發(fā)現(xiàn)，P. corsica的種胚在萌發(fā)時的長度大約是新鮮成熟種子的2倍。牡丹種子的種胚發(fā)育完全是萌發(fā)的前提。Baskin等[7]認(rèn)為，沒有經(jīng)過分化的種胚必須經(jīng)過分化且達(dá)到一定的E/S比值（種胚長度/種子長度），而分化的種胚必須發(fā)育完全且達(dá)到一定的長度種子才能萌發(fā)。

3 ? ?休眠的打破

Baskin等[7]根據(jù)種子休眠的原因以及休眠打破的方式，將種子休眠分為物理休眠、生理休眠、形態(tài)休眠、復(fù)合休眠和形態(tài)生理休眠等5種類型。每一種類型的休眠又進(jìn)一步設(shè)置了水平和類型2個層次的分類單元。牡丹種子的休眠屬于形態(tài)生理休眠中比較特殊的一類——深度簡單上胚軸形態(tài)生理休眠，簡稱上胚軸休眠。

Saunders最早在栽培牡丹的種子中觀察到胚芽在胚根出土后一段時間并沒有出現(xiàn)生長的跡象，而最早證實牡丹上胚軸休眠的是Barton[7]。具有上胚軸休眠的種子不僅是上胚軸具有休眠特性，而是3種休眠類型的結(jié)合體，即整個種胚發(fā)育不完全，具有形態(tài)休眠，胚根和上胚軸都具有生理休眠，且2種生理休眠的打破方式不同。

3.1 ? ?胚根生理休眠的打破

胚根的生理休眠屬于非深度生理休眠，需要暖層積打破，赤霉素（GA3）可以縮短暖層積需要的時間。隨著溫度從10 ℃到25 ℃逐漸升高，鳳丹、卵葉牡丹、紫斑牡丹和栽培牡丹胚根出土天數(shù)逐漸減少[16]。野生的黃牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹胚根出土的適宜溫度范圍比栽培牡丹窄[17]。野生的黃牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹在10～15 ℃溫度下的胚根出土率分別為19%、32%、53%和31%，溫度>20 ℃會導(dǎo)致胚根出土?xí)r間延長，并且異常苗出現(xiàn)頻率增加[17]。

3.2 ? ?種胚形態(tài)休眠的打破

在具有上胚軸休眠的種子中，種胚的形態(tài)休眠也需要暖層積打破，且一般與胚根的生理休眠同時打破或者在胚根休眠打破之后[7，18]。在其他一些具有上胚軸休眠的植物中，Gagea lutea的生理休眠和形態(tài)休眠的打破同時發(fā)生，而Er-ythronium japonicum形態(tài)休眠的打破發(fā)生在胚根生理休眠打破之后[18]。牡丹的種胚在暖層積過程中逐漸發(fā)育完全[7，15]，但是對于形態(tài)休眠打破的時間并不明確。

3.3 ? ?上胚軸生理休眠的打破

上胚軸的生理休眠只有在胚根經(jīng)過秋季的暖層積之后才能打破，打破方法為冬季的低溫。因此，上胚軸休眠的打破發(fā)生在胚根突破種皮之后[7，19]。在胚根的生理休眠打破后，若一直在暖溫條件下培養(yǎng)，則根系一直伸長生長，下胚軸雖有膨大，但不能解除上胚軸休眠，上胚軸不能伸長生長。只有經(jīng)過低溫處理才能打破種子的上胚軸休眠[4]。

不同牡丹品種上胚軸生理休眠打破所需要的溫度不同。野生的黃牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹上胚軸出土的適宜溫度范圍比栽培牡丹窄[17]。栽培牡丹種子的上胚軸休眠在4～10 ℃的溫度范圍內(nèi)都可以打破，而野生的黃牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹的上胚軸休眠只有在4 ℃下才能打破[17]。雖然冷層積可以打破鳳丹、卵葉牡丹和紫斑牡丹的上胚軸休眠，但是長期的低溫處理耗時太久，不利于生產(chǎn)實踐。因此，鳳丹、卵葉牡丹和紫斑牡丹的最佳冷層積時間分別為30、40、50 d[16]。

3.4 ? ?根長對上胚軸生理休眠打破的影響

只有胚根達(dá)到一定長度后，赤霉素或低溫層積才能對上胚軸生理休眠的打破產(chǎn)生作用。大花黃牡丹（P. ludlowii）胚根只有達(dá)到6 cm以上，才能對溫度敏感[19-20]。胚根長>4 cm的牡丹種子經(jīng)過低溫層積后，有85%的種子上胚軸休眠被打破;而胚根長<3 cm的種子，只有40%的種子上胚軸休眠被打破。栽培牡丹只有當(dāng)種子胚根長到3 cm時，赤霉素處理或低溫層積才能打破上胚軸休眠，如果種子未生根，不管用什么方法都不能讓種子萌發(fā)[5]。

3.5 ? ?赤霉素對上胚軸生理休眠打破的影響

上胚軸生理休眠通常為中度或深度生理休眠，需要冷層積打破休眠。在一些物種中，赤霉素處理能夠代替低溫層積打破上胚軸的生理休眠。而胚根的生理休眠屬于非深度生理休眠，赤霉素處理可以打破胚根的休眠。但是打破胚根和上胚軸休眠最適宜的赤霉素濃度可能存在差異。250 mg/L GA3可以縮短P. corsica種子胚根和上胚軸休眠的時間[15];500 mg/L GA3處理48 h可以提高紫牡丹的生根率，而根長 >3 cm的紫牡丹在200 mg/L GA3下萌發(fā)最好[21];大黃花牡丹打破胚根休眠最適宜的GA3濃度為500 mg/L，而打破上胚軸休眠的最佳濃度為100 mg/L[20]。

4 ? ?種子休眠的生理機(jī)制

目前對牡丹種子休眠的生理機(jī)制研究較少。仁秀霞[22]以鳳丹為研究對象，將25 ℃和4 ℃處理后的鳳丹種子分為8個時期提取蛋白質(zhì)，進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了100個差異蛋白，其中25 ℃下的特異蛋白39個，4 ℃下的特異蛋白27個，這些蛋白主要涉及了蛋白代謝、糖代謝、脂肪代謝相關(guān)的酶類以及脅迫相關(guān)的蛋白。同時發(fā)現(xiàn)，在暖層積過程中以糖代謝的蛋白為主，而冷層積過程中的差異蛋白以脅迫相關(guān)蛋白為主。在25 ℃和4 ℃處理的樣品中分別發(fā)現(xiàn)了1個赤霉素和1個脫落酸相關(guān)蛋白，推測鳳丹種子萌發(fā)受到了赤霉素和脫落酸的調(diào)控。

5 ? ? 研究展望

綜上所述，目前對牡丹種子休眠與萌發(fā)的研究大多是關(guān)于休眠的打破方法，研究缺乏系統(tǒng)性，沒有考慮到種子播種后所處的自然環(huán)境，萌發(fā)溫度大多為恒溫。種子上胚軸休眠的根本原因是由于牡丹種胚未發(fā)育好，需要在層積過程中使種胚進(jìn)一步發(fā)育。然而，目前對牡丹種子的發(fā)育過程并不明確，研究牡丹種子發(fā)育與所處環(huán)境的關(guān)系，對于解釋牡丹種子上胚軸休眠的進(jìn)化和演化機(jī)制具有重要意義。

6 ? ?參考文獻(xiàn)

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