牡丹 (Paeonia suffruticosa) 和芍藥 (P. lactiflora) 花形相似, 同屬芍藥科芍藥屬, 前者為木本、后者為草本, 二者并稱為“花中二絕”^[1]。種子繁殖是牡丹、芍藥最常見的繁殖方式之一。播種獲得的牡丹、芍藥實生苗具有變異性, 所以牡丹、芍藥新品種培育多采用播種法;實生苗根系比較發達, 抗逆性強, 因而牡丹、芍藥優良品種多以播種培育的實生苗為嫁接砧木;由于播種繁殖系數大, 藥用牡丹的生產也以播種繁殖為主^[2];對于專性種子繁殖的野生牡丹來說, 包括大花黃牡丹 (P. ludlowii) 、紫斑牡丹 (P. rochii) 、四川牡丹 (P. decompostita) 、楊山牡丹 (P. ostii) , 在完全自然的條件下, 種子繁殖也是其唯一的繁殖途徑^[3]。但牡丹種子發芽存在諸多困難, 在自然條件下其發芽時間長達半年, 而且出苗率較低, 原因是牡丹種子具有休眠特性, 具體表現在胚根 (下胚軸) 和胚芽 (上胚軸) 的休眠, 尤以上胚軸休眠較為深沉;盡管芍藥種皮較薄, 種子較易萌發, 但芍藥種子也具有與牡丹種子相似的休眠特性^[1]。牡丹、芍藥種子存在的上胚軸休眠現象是造成花粉管通道介導的牡丹、芍藥轉基因植株篩選周期過長的直接原因, 影響了花粉管通道轉基因技術在牡丹、芍藥分子育種上的應用前景^[4]。

前人以牡丹種子為試驗材料對其上胚軸休眠特性進行了研究^{[5,6,7,8,9,10,11]}, 但不同研究結果未盡一致, 而對芍藥種子上胚軸休眠解除技術的研究未見報道。該文研究了低溫和GA₃對牡丹、芍藥種子上胚軸休眠的解除效應, 以便更好地為建立牡丹、芍藥快速齊苗技術奠定基礎, 從而也可加快花粉管通道介導的牡丹、芍藥轉基因植株的分子檢測進程^[4]。

試驗材料為‘鳳丹白’牡丹種子、混收的紫斑牡丹種子和混收的芍藥種子, 均由中國洛陽國家牡丹基因庫提供。8月初從母株采收蓇葖果, 置于室內讓種子在果殼內完成生理后熟, 去除秕種的牡丹、芍藥種子用于該試驗。

牡丹、芍藥種子休眠解除試驗均設7個處理, 每個處理設3次重復, 每個重復100粒種子。2006年9月初將處理I的牡丹、芍藥種子播種到大田;其他處理立即于室溫下沙藏, 沙子的含水量標準為手握成團不滴水, 松手一觸即散的程度。2個月后統計處理II～VII的生根率和根長;處理II于室溫繼續沙藏;將處理III、IV、V已生根的種子轉移至4℃冰箱進行低溫沙藏處理, 低溫處理的時間分別為10、25、40 d, 低溫處理結束后轉移至室溫繼續沙藏;將處理VI和處理VII已生根的種子從沙中取出, 浸泡于100 mg/L和200 mg/L GA₃溶液中2 h, 然后繼續室溫沙藏;于2006年12月底統計根長、發芽率、芽長和重量。

由表1可知, ‘鳳丹白’、‘皇嘉門’牡丹及芍藥種子沙藏2個月后, 不同塑料袋中的同一種試驗材料之間的生根率和根長差異不顯著, 說明在GA₃和低溫解除牡丹、芍藥種子上胚軸休眠之前, 同一試驗材料的生根情況是一致的。

低溫沙藏和GA₃處理對牡丹、芍藥種子發芽率和發芽時間的影響見表2, 在7個處理中, 處理II的發芽率最低, ‘鳳丹白’、‘皇嘉門’牡丹及芍藥種子的發芽率分別僅為3.3%、1.9%和5.3%, 表明未經休眠打破處理的牡丹和芍藥種子基本不發芽, 處理I的發芽率最高, 其發芽率分別為74.2%、73.8%和73.0%;同種材料不同處理之間差異極顯著, 經4℃低溫處理40 d后, 3種材料的發芽率均顯著高于處理II;100 mg/L或200 mg/L GA₃處理2 h的種子的發芽率均極顯著高于處理II;表明低溫和GA₃均能有效解除牡丹、芍藥上胚軸休眠;在低溫和GA₃共5個處理中, 處理VII的發芽率均最高, 其中‘鳳丹白’和紫斑牡丹的發芽率均顯著高于處理V的發芽率, 而芍藥種子處理VII和處理V基本一致, 二者差異不顯著;盡管'鳳丹白'和芍藥種子處理I的發芽率均高于處理VII的發芽率, 但二者之間差異不顯著。

由表2可以看出未經任何處理的‘鳳丹白’、‘皇嘉門’牡丹及芍藥種子, 由播種到發芽約需180 d的時間;經GA₃處理過后的種子發芽最快, 約需69～90 d即可發芽;而進行低溫沙藏處理的種子發芽時間85～129 d;由此表明通過低溫沙藏或GA₃處理牡丹、芍藥生根種子可顯著縮短其成苗時間。

由表3可以看出, 經過低溫沙藏或GA₃處理25 d或40 d的‘鳳丹白’、紫斑牡丹和芍藥種子的芽長均極顯著高于處理II, 表明低溫沙藏或GA₃處理促進了牡丹、芍藥種子芽的生長;但同一材料各處理之間的根長無顯著差異, 表明GA₃或低溫處理對牡丹、芍藥種子根的伸長沒有大的影響;低溫或GA₃處理均能一定程度上增加‘鳳丹白’和紫斑牡丹的苗重, 而芍藥種子各處理之間的苗重無顯著差異, 其原因之一可能是由于沙藏處理營養較為匱乏, 其二可能是由于芍藥種子千粒重較小, 種子中含有的儲藏營養較少所致。

以‘鳳丹白’牡丹種子、混收的紫斑牡丹種子和混收的芍藥種子為試驗材料, 研究了低溫沙藏和GA₃浸泡對牡丹、芍藥種子上胚軸休眠的解除效應, 結果表明低溫沙藏和GA₃均能促進牡丹、芍藥種子上胚軸的休眠解除。與在室溫一直沙藏的處理II相比二者均能提高發芽率, 200 mg/L GA₃處理的‘鳳丹白’牡丹及芍藥種子的發芽率分別達56.7%和66.0%;與大田種植的處理I相比均能顯著縮短發芽時間, 200 mg/L GA₃處理的‘鳳丹白’牡丹及芍藥種子的發芽時間分別縮短107 d和111 d, 且其芽長、根長和重量均優于對照或與對照相當。因此, 在生產上用200 mg/L GA₃浸泡已生根牡丹、芍藥種子, 然后播種于溫室, 即可有效縮短牡丹、芍藥實生苗的成苗時間。試驗的研究結果也進一步低溫沙藏或GA₃處理對于紫斑牡丹的休眠解除效應不理想, 該結果與周仁超的研究結果基本一致^[5], 可能是由于紫斑牡丹為西北起源, 因而其種子休眠程度更高所致, 欲解除其種子上胚軸休眠可能需要更高濃度的GA₃處理。

花粉管通道法轉基因方法是現階段一種潛在的適宜于牡丹、芍藥的轉基因方法, 應用花粉管通道法將外源基因導入牡丹基因組, 在實生苗中將有可能篩選出牡丹、芍藥轉基因植株^[4]。該文的研究結果表明GA₃處理能夠極大地縮短牡丹、芍藥實生苗成苗時間, 因此可縮短花粉管通道法轉基因牡丹植株的分子檢測進程, 從而為花粉管通道介導的牡丹、芍藥轉基因技術體系的建立奠定了較為堅實的基礎。