牡丹种子休眠与萌发综述

潘昊磊 赵毅 石文昊

摘要    牡丹为我国的传统名花，除具有观赏价值外，还是传统中药材中重要的天然药物来源。本文对牡丹种子的休眠与萌发进行了综述，如大多数牡丹都有深度简单上胚轴形态生理休眠的特性;牡丹的种胚分化但发育不完全;种胚必须达到一定的长度，胚根才能突破种皮;牡丹种子的萌发需要经历暖层积打破种胚的形态休眠和胚根的生理休眠;上胚轴的生长需要冷层积，且只有胚根生长到一定的阈值，上胚轴才对低温敏感;赤霉素可以代替层积，促进种胚的生长和休眠的打破。最后，针对国内外的研究不足进行了探讨，并对未来需要进一步开展的研究工作进行了展望。

关键词    牡丹;种子休眠;种子萌发

中图分类号    S685.11        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）20-0128-02                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（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

牡丹是芍药科芍药属牡丹组植物的统称，其9个野生物种中原牡丹（Paeonia cathayana）、四川牡丹（P. decomposi-ta）、滇牡丹（P. delavayi）、矮牡丹（P. jishanensis）、大花黄牡丹（P. ludlowii）、凤丹（P. ostii）、卵叶牡丹（P. qiui）、紫斑牡丹（P. rockii）和圆裂牡丹（P. rotundiloba）均原产于我国，具有观赏、药用和食用价值[1-2]。牡丹的花被冠以“花中之王”的美誉;根皮是一味常用的中药（丹皮），具有清热凉血、活血化瘀等功效，被列入中国药典，为复方中的常用药材之一[3];种子内含有大量不饱和脂肪酸，尤其是α-亚麻酸是很有发展前途的健康食用油之一[4]。近年来，由于野生牡丹资源缺乏保护和非原生地盲目移栽，导致野生牡丹品种锐减。洪德元等[1]野外调查发现，大多数野生牡丹都濒临灭绝，中原牡丹和凤丹仅存1株，四川牡丹、卵叶牡丹、紫斑牡丹和圆裂牡丹均处于濒危状态。

在生产中，种子繁殖是牡丹最常见的繁育方法[5]。但是由于牡丹种子具有休眠特性，导致种子萌发周期长、幼苗出土率低等，严重影响了牡丹的大量繁殖和应用[6]。本文对牡丹种子的形态结构、休眠原因和休眠破除机制等方面进行阐述，以为其深入的研究利用提供参考。

1    种子形态结构

芍药科植物的果实是蓇葖果，外形呈纺锤形、椭圆形或瓶形等;内含多粒种子[6]。因为牡丹结实率较高，种子在果实内呈无规则排列，相邻种之间相互挤压，导致种子形状不规则。牡丹的种胚一般为匙形，发育不完全，需要在种子成熟后进一步发育[7]。种胚在新鲜成熟的种子中只占有很小的一部分，其余大部分都为胚乳[8]。

2    休眠原因

2.1    种皮的机械阻碍作用

牡丹种子种皮较硬，木质化程度高，严重影响了种子的吸水速度和种子的透气性，不利于种子萌发。可以通过温水浸种、手术刀划伤种皮或使用化学试剂（如浓硫酸等）处理改变种皮通透性，从而促进种子萌发[7]。而景新明等[5]认为，通过改变牡丹种皮的通透性，对种子休眠的打破效果并不显著，反而会导致霉菌侵染。郭丽萍等[9]使用98%浓硫酸对牡丹种子处理15 min，发现处理的种子吸水速度增加，但是最终的吸水量不存在差异。因此，种皮的通透性不是造成牡丹休眠的主要原因，但是木质化的种皮可能会对种子萌发造成一定的机械阻力。

2.2    内源抑制物质

牡丹种子中存在可以抑制种子自身萌发的内源抑制物质。娄方芳等[10]通过浸种发现，凤丹种子的萌发率提高了10%。在紫斑牡丹（P. rockii）、四川牡丹（P. decomposita）和鳳丹（P. ostii）等种子中提取出了抑制萌发的物质，认为这是紫斑牡丹、四川牡丹和凤丹等种子休眠的一个重要原因[9，11-12]。目前，对牡丹种子内源抑制物质的研究大多是通过有机试剂提取，用提取液验证对白菜种子萌发的影响。如丁 言等[13]用甲醇对凤丹种子进行提取，发现其浸提液显著抑制了白菜种子的萌发，并且通过气谱-质谱联用仪分析（GC-MS），定性定量检测到了43种有机化合物。目前的研究只能说明牡丹种子可以抑制白菜种子的萌发，不能说明可以抑制自身的萌发。

2.3    胚未发育成熟

新鲜成熟的牡丹种子具有分化但未发育完全的胚[7]。马蓝鹏等[14]发现，凤丹的种胚/种子（E/S）长度比值大约为1/5。Porceddu等[15]发现，P. corsica的种胚在萌发时的长度大约是新鲜成熟种子的2倍。牡丹种子的种胚发育完全是萌发的前提。Baskin等[7]认为，没有经过分化的种胚必须经过分化且达到一定的E/S比值（种胚长度/种子长度），而分化的种胚必须发育完全且达到一定的长度种子才能萌发。

3    休眠的打破

Baskin等[7]根据种子休眠的原因以及休眠打破的方式，将种子休眠分为物理休眠、生理休眠、形态休眠、复合休眠和形态生理休眠等5种类型。每一种类型的休眠又进一步设置了水平和类型2个层次的分类单元。牡丹种子的休眠属于形态生理休眠中比较特殊的一类——深度简单上胚轴形态生理休眠，简称上胚轴休眠。

Saunders最早在栽培牡丹的种子中观察到胚芽在胚根出土后一段时间并没有出现生长的迹象，而最早证实牡丹上胚轴休眠的是Barton[7]。具有上胚轴休眠的种子不仅是上胚轴具有休眠特性，而是3种休眠类型的结合体，即整个种胚发育不完全，具有形态休眠，胚根和上胚轴都具有生理休眠，且2种生理休眠的打破方式不同。

3.1    胚根生理休眠的打破

胚根的生理休眠属于非深度生理休眠，需要暖层积打破，赤霉素（GA3）可以缩短暖层积需要的时间。随着温度从10 ℃到25 ℃逐渐升高，凤丹、卵叶牡丹、紫斑牡丹和栽培牡丹胚根出土天数逐渐减少[16]。野生的黄牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹胚根出土的适宜温度范围比栽培牡丹窄[17]。野生的黄牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹在10～15 ℃温度下的胚根出土率分别为19%、32%、53%和31%，温度>20 ℃会导致胚根出土时间延长，并且异常苗出现频率增加[17]。

3.2    种胚形态休眠的打破

在具有上胚轴休眠的种子中，种胚的形态休眠也需要暖层积打破，且一般与胚根的生理休眠同时打破或者在胚根休眠打破之后[7，18]。在其他一些具有上胚轴休眠的植物中，Gagea lutea的生理休眠和形态休眠的打破同时发生，而Er-ythronium japonicum形态休眠的打破发生在胚根生理休眠打破之后[18]。牡丹的种胚在暖层积过程中逐渐发育完全[7，15]，但是对于形态休眠打破的时间并不明确。

3.3    上胚轴生理休眠的打破

上胚轴的生理休眠只有在胚根经过秋季的暖层积之后才能打破，打破方法为冬季的低温。因此，上胚轴休眠的打破发生在胚根突破种皮之后[7，19]。在胚根的生理休眠打破后，若一直在暖温条件下培养，则根系一直伸长生长，下胚轴虽有膨大，但不能解除上胚轴休眠，上胚轴不能伸长生长。只有经过低温处理才能打破种子的上胚轴休眠[4]。

不同牡丹品种上胚轴生理休眠打破所需要的温度不同。野生的黄牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹上胚轴出土的适宜温度范围比栽培牡丹窄[17]。栽培牡丹种子的上胚轴休眠在4～10 ℃的温度范围内都可以打破，而野生的黄牡丹、紫斑牡丹、矮牡丹和四川牡丹的上胚轴休眠只有在4 ℃下才能打破[17]。虽然冷层积可以打破凤丹、卵叶牡丹和紫斑牡丹的上胚轴休眠，但是长期的低温处理耗时太久，不利于生产实践。因此，凤丹、卵叶牡丹和紫斑牡丹的最佳冷层积时间分别为30、40、50 d[16]。

3.4    根长对上胚轴生理休眠打破的影响

只有胚根达到一定长度后，赤霉素或低温层积才能对上胚轴生理休眠的打破产生作用。大花黄牡丹（P. ludlowii）胚根只有达到6 cm以上，才能对温度敏感[19-20]。胚根长>4 cm的牡丹种子经过低温层积后，有85%的种子上胚轴休眠被打破;而胚根长<3 cm的种子，只有40%的种子上胚轴休眠被打破。栽培牡丹只有当种子胚根长到3 cm时，赤霉素处理或低温层积才能打破上胚轴休眠，如果种子未生根，不管用什么方法都不能让种子萌发[5]。

3.5    赤霉素对上胚轴生理休眠打破的影响

上胚轴生理休眠通常为中度或深度生理休眠，需要冷层积打破休眠。在一些物种中，赤霉素处理能够代替低温层积打破上胚轴的生理休眠。而胚根的生理休眠属于非深度生理休眠，赤霉素处理可以打破胚根的休眠。但是打破胚根和上胚轴休眠最适宜的赤霉素浓度可能存在差异。250 mg/L GA3可以缩短P. corsica种子胚根和上胚轴休眠的时间[15];500 mg/L GA3处理48 h可以提高紫牡丹的生根率，而根长 >3 cm的紫牡丹在200 mg/L GA3下萌发最好[21];大黄花牡丹打破胚根休眠最适宜的GA3浓度为500 mg/L，而打破上胚轴休眠的最佳浓度为100 mg/L[20]。

4    种子休眠的生理机制

目前对牡丹种子休眠的生理机制研究较少。仁秀霞[22]以凤丹为研究对象，将25 ℃和4 ℃处理后的凤丹种子分为8个时期提取蛋白质，进行了蛋白质组学分析，发现了100个差异蛋白，其中25 ℃下的特异蛋白39个，4 ℃下的特异蛋白27个，这些蛋白主要涉及了蛋白代谢、糖代谢、脂肪代谢相关的酶类以及胁迫相关的蛋白。同时发现，在暖层积过程中以糖代谢的蛋白为主，而冷层积过程中的差异蛋白以胁迫相关蛋白为主。在25 ℃和4 ℃处理的样品中分别发现了1个赤霉素和1个脱落酸相关蛋白，推测凤丹种子萌发受到了赤霉素和脱落酸的调控。

5     研究展望

综上所述，目前对牡丹种子休眠与萌发的研究大多是关于休眠的打破方法，研究缺乏系统性，没有考虑到种子播种后所处的自然环境，萌发温度大多为恒温。种子上胚轴休眠的根本原因是由于牡丹种胚未发育好，需要在层积过程中使种胚进一步发育。然而，目前对牡丹种子的发育过程并不明确，研究牡丹种子发育与所处环境的关系，对于解释牡丹种子上胚轴休眠的进化和演化机制具有重要意义。

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