打破紫斑牡丹种子休眠因素的研究

刘 冰， 于 敏， 于 欢， 赵卓雅， 吴荣哲

(延边大学农学院，吉林 延吉133002)

紫斑牡丹(PaeoniarockiiT．Hong et J．J．Li)是芍药科芍药属多年生落叶灌木,是我国特有的濒危物种,也是所有野生牡丹中受威胁程度最高的种类[1]。1987年被列为国家三级保护植物[2],现已列人《国家重点保护野生植物名录》中。紫斑牡丹是中国牡丹家族的重要成员，其野生原种是中国牡丹栽培品种的重要起源种，以其作为主要遗传种质演化形成的西北( 紫斑) 牡丹品种群，是目前中国牡丹中仅次于中原牡丹的第2大品种群[3]。该品种群主要特点：茎高可达2 m，小叶数量超过10个；花瓣内基部有明显的墨紫色或紫红色大斑；长势强盛，耐寒、耐旱、耐碱、耐土壤瘠薄，具有很高的观赏及育种价值[4]。此外，由于牡丹籽油的产出高、含油率高、品质高、成本低等特点推动了紫斑牡丹作为木本油料作物的发展，经济价值和市场发展前景也推动了紫斑牡丹种子繁殖和苗木生产的需求量增加[5]。牡丹籽油还含有特有的丹皮酚、牡丹皂甙、牡丹多糖、岩藻甾醇、角鲨烯等营养物质，具有预防心血管疾病、降血脂、降血压、消炎杀菌、活化细胞、抗衰老、防癌抗癌等功效[6]。到目前为止，延边8个县市均有油用牡丹的种植，并在2018年2月12日成立了《延边朝鲜族自治州油用牡丹种植协会》。

因紫斑牡丹种子具有上胚轴和下胚轴双重休眠的特性[7-8]，种子萌发困难，育苗周期较长，出苗率较低，幼苗质量较差，严重影响了牡丹产业的发展。研究表明，赤霉素(GA3)可以解除大花黄牡丹(P．ludlowii) 和滇牡丹(P．delavayi) 等野生牡丹，以及矮牡丹(P．suffruticosa) 与“凤丹”牡丹(P．ostii‘FengDan’)等栽培牡丹种子的下胚轴休眠并促进生根[9-12],低温和 GA3处理能够打破大花黄牡丹、滇牡丹和“凤丹”[10-14]种子的上胚轴休眠，显著地促进种子的发芽及幼苗的生长。高水平等研究发现，使用200 mg/L GA3浸泡“凤丹”已生根种子2 h 可缩短其发芽时间，对紫斑牡丹种子上胚轴休眠的解除效果不明显[15]。范丙友等研究发现，使用200 mg/L GA3处理已生根“凤丹”种子，能有效打破牡丹种子的上胚轴休眠，从而使其发芽率达 90.1%，并且发芽时间缩短为 45 d[16]。然而，对紫斑牡丹种子上胚轴萌发特性的研究较少。所以，该试验探讨了层积处理、温度、相对湿度和GA3处理对种子发芽的影响，为提高紫斑牡丹种子的萌发、促进幼苗的生长提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2016年在延边大学农学院温室进行。采摘已成熟的紫斑牡丹黑色果实，堆放在半荫的条件下晾干，筛选饱满的果实，并从中获得种子用于试验。

1.2 方法

1.2.1 层积处理对打破紫斑牡丹种子下胚轴休眠的影响

挑选饱满、圆实的紫斑牡丹种子用流水反复冲洗后，用蒸馏水浸泡3～4 h。再用 0.5%的高锰酸钾溶液浸泡牡丹种子 30 min，进行消毒。将消毒后的紫斑牡丹种子与经高温灭菌的河沙按照1∶3的体积比例进行混匀，加水至手握沙子成团不滴水。之后，放置于4 ℃的低温条件下进行层积处理，处理时间为10、20、30和40 d。未经过层积处理(0 d)作为对照，每个处理100粒种子，3次重复。每天翻动1次，保持种子湿润,150 d后调查种子的萌发及发芽率。

发芽率/%=(发芽种子数/供试种子数)×100%

1.2.2 温度和湿度对紫斑牡丹种子发芽的影响

将紫斑牡丹种子播于垫有湿润滤纸的培养皿中,放入恒温培养箱中，培养箱温度调节为(10、15、20、25和30 ℃)、相对湿度调节为(10%、30%、50%、70%和90%，误差控制在±5%)。从第20天开始每隔5 d调查种子发芽情况。

发芽率/%=(发芽种子数/供试种子数)×100%

1.2.3 GA3处理对紫斑牡丹种子发芽的影响

GA3浓度分别设置为100、200、300、400、500 mg/L,处理时间分别为0、12、24、36、48、72 h，以清水为对照，处理后种子放于装有湿滤纸的培养皿中进行种子萌发和生根，每个处理选取 100粒种子，重复3次。从第30天开始每隔5 d调查种子发芽情况。

发芽率/%=(发芽种子数/供试种子数)×100%

1.2.4 GA3处理对打破种子上胚轴休眠的影响

种子放在4 ℃ 下层积处理30 d。将发芽种子浸泡在不同浓度(0、100、200、300、400、500 mg/L)的GA3溶液处理12、24、36 h之后，播于播种基质中(草炭∶珍珠岩=2∶1)，调查第1片真叶出现的时间，以此作为出苗的标准，并计算出苗率。

出苗率/%=(出苗种子数/供试种子数)× 100%

1.3 数据处理

采用 Excel 2007对试验所收集数据进行整理，用SPSS 20.0软件对所获数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 低温层积处理对打破紫斑牡丹种子下胚轴休眠的影响

层积处理天数的不同对紫斑牡丹种子发芽的影响不同，层积处理 30 d时，发芽率最好，达到83.4%，根突破种皮时间也最短，仅为30 d,层积处理20和40 d的种子，发芽率差别不是很大，而未经层积处理的种子发芽率最低，仅为53.5%，且根突破种皮时间较长，需要107 d；说明层积处理有利于紫斑牡丹种子发芽提前(表1)。

表1 层积处理天数对紫斑牡丹种子发芽的影响Table 1 Effect of stratification treatment on seed germination of Paeoniarockii

注：英文小写字母表示为0.05显著水平的多重比较结果，下同。

2.2 不同温度对紫斑牡丹种子发芽的影响

温度对紫斑牡丹种子发芽具有重要作用，当温度为25 ℃，相对湿度为(50±5)%时，种子发芽率最高，达到84.6%，当温度为20 ℃时，发芽率为68.5%，比温度为25 ℃时的发芽率低16.1百分点，温度为30 ℃时，发芽率为58.4%，比温度为25 ℃时低26.2百分点，温度过高或过低都会对其发芽率产生影响。所以，紫斑牡丹种子发芽最适温度为25 ℃(表2)。

表2 不同温度对紫斑牡丹种子发芽的影响Table 2 Effect of temperature on seed germination of Paeoniarockii

2.3 相对湿度对紫斑牡丹种子发芽的影响

相对湿度的不同对紫斑牡丹种子发芽有不同的影响，紫斑牡丹种子在湿度为50%，温度为25 ℃时的发芽率最高，为83.6%，湿度为10%时，紫斑牡丹种子发芽率仅为48.7%，当湿度为90%时，发芽率为39.4%，有的还会发生烂根现象(表3)。

表3 相对湿度对紫斑牡丹种子发芽的影响Table 3 Effect of relative humidity on seed germination of Paeoniarockii

2.4 GA3处理对紫斑牡丹种子发芽的影响

不同GA3浓度及不同处理时间对紫斑牡丹种子发芽的影响不同(表4)。

表4 不同GA3浓度处理及处理时间对紫斑牡丹发芽的影响Table 4 Effect of GA3concentration and treatment time on seed germination of Paeoniarockii

由表4可知，300 mg/ L GA3处理时间为24 h时，紫斑牡丹种子发芽率最高，达到84.5%，从发芽时间可以发现，所有浓度的GA3处理均能缩短种子发芽时间。而没有经过GA3浸泡处理过的种子，发芽时间需要107 d，而且发芽率也只达到了40.8%，说明GA3处理对紫斑牡丹种子打破下胚轴休眠起到一定的促进作用。

2.5 GA3处理对打破种子上胚轴休眠发芽的影响

将层积处理30 d的种子用不同浓度GA3处理，处理时间分别为12、24、36 h。结果显示，不同浓度GA3和不同时间处理对紫斑牡丹种子出苗率均有显著影响，紫斑牡丹种子在GA3浓度为300 mg/L，处理24 h时,种子出苗率可达到90%以上，当GA3浓度大于300 mg/L时，种子的出苗率随浸种时间的延长而降低，当GA3浓度小于300 mg/L时，种子的出苗率也会随浸种时间的延长而降低，这表明GA3浓度过高或过低都会对种子出苗产生抑制作用，且处理时间越长抑制作用越明显。

图1 GA3浓度及时间对紫斑牡丹种子出苗的影响

3 讨论

种子繁殖是野生紫斑牡丹繁殖的唯一途径[17]，且是紫斑牡丹最常见的繁殖方法[18]。种子休眠通常是指具有生活力的种子在适宜萌发的条件下仍不萌发(发芽)的现象[19]。研究表明，紫斑牡丹种子种皮并不是休眠的主要原因，因为种皮具有一定的透水性，阻碍其萌发的最主要原因是种子存有萌发抑制物、种胚发育不完全以及生理后熟[20]。层积处理是解除植物种子休眠的一种方法，尤其对存在萌发抑制物质和生理后熟因素引起生理休眠的种子效果更为显著。本研究中发现，紫斑牡丹种子可以通过层积处理打破下胚轴休眠。谷勇[21]分析了不同低温处理和赤霉素处理对解除稷山矮牡丹种子休眠的影响，指出了最适宜的低温处理条件和最适宜的赤霉素浓度。周仁超等[22]认为，500 mg/L GA3处理48 h可以加快生根速度。本试验中，GA3浓度为300 mg/L时，发芽率最高。于玲等[23]则认为，低温14 d 结合500 mg/L GA3处理为促进紫斑牡丹种子发芽和幼苗生长的最佳组合。娄方芳等[24]发现，300 mg/L GA3溶液浸泡的种子能有效促进生根种子提前发芽。本研究中发现，300 mg/L GA3结合层积处理30 d的种子处理24 h出苗率最高。

4 结论

本试验研究发现，紫斑牡丹种子层积处理30 d时发芽率最高，达到83.4%，且发芽时间也最短，300 mg/L GA3、浸泡24 h发芽率达到最高，为84.5%;当温度为25 ℃、相对湿度为(50±5)%时，最有利于种子发芽；当GA3浓度为300 mg/L，且处理时间为24 h时,出苗率最高，达到90%以上。