牡丹 (Paeonia suffruticosa) 和芍药 (P. lactiflora) 花形相似, 同属芍药科芍药属, 前者为木本、后者为草本, 二者并称为“花中二绝”^[1]。种子繁殖是牡丹、芍药最常见的繁殖方式之一。播种获得的牡丹、芍药实生苗具有变异性, 所以牡丹、芍药新品种培育多采用播种法;实生苗根系比较发达, 抗逆性强, 因而牡丹、芍药优良品种多以播种培育的实生苗为嫁接砧木;由于播种繁殖系数大, 药用牡丹的生产也以播种繁殖为主^[2];对于专性种子繁殖的野生牡丹来说, 包括大花黄牡丹 (P. ludlowii) 、紫斑牡丹 (P. rochii) 、四川牡丹 (P. decompostita) 、杨山牡丹 (P. ostii) , 在完全自然的条件下, 种子繁殖也是其唯一的繁殖途径^[3]。但牡丹种子发芽存在诸多困难, 在自然条件下其发芽时间长达半年, 而且出苗率较低, 原因是牡丹种子具有休眠特性, 具体表现在胚根 (下胚轴) 和胚芽 (上胚轴) 的休眠, 尤以上胚轴休眠较为深沉;尽管芍药种皮较薄, 种子较易萌发, 但芍药种子也具有与牡丹种子相似的休眠特性^[1]。牡丹、芍药种子存在的上胚轴休眠现象是造成花粉管通道介导的牡丹、芍药转基因植株筛选周期过长的直接原因, 影响了花粉管通道转基因技术在牡丹、芍药分子育种上的应用前景^[4]。

前人以牡丹种子为试验材料对其上胚轴休眠特性进行了研究^{[5,6,7,8,9,10,11]}, 但不同研究结果未尽一致, 而对芍药种子上胚轴休眠解除技术的研究未见报道。该文研究了低温和GA₃对牡丹、芍药种子上胚轴休眠的解除效应, 以便更好地为建立牡丹、芍药快速齐苗技术奠定基础, 从而也可加快花粉管通道介导的牡丹、芍药转基因植株的分子检测进程^[4]。

试验材料为‘凤丹白’牡丹种子、混收的紫斑牡丹种子和混收的芍药种子, 均由中国洛阳国家牡丹基因库提供。8月初从母株采收蓇葖果, 置于室内让种子在果壳内完成生理后熟, 去除秕种的牡丹、芍药种子用于该试验。

牡丹、芍药种子休眠解除试验均设7个处理, 每个处理设3次重复, 每个重复100粒种子。2006年9月初将处理I的牡丹、芍药种子播种到大田;其他处理立即于室温下沙藏, 沙子的含水量标准为手握成团不滴水, 松手一触即散的程度。2个月后统计处理II～VII的生根率和根长;处理II于室温继续沙藏;将处理III、IV、V已生根的种子转移至4℃冰箱进行低温沙藏处理, 低温处理的时间分别为10、25、40 d, 低温处理结束后转移至室温继续沙藏;将处理VI和处理VII已生根的种子从沙中取出, 浸泡于100 mg/L和200 mg/L GA₃溶液中2 h, 然后继续室温沙藏;于2006年12月底统计根长、发芽率、芽长和重量。

由表1可知, ‘凤丹白’、‘皇嘉门’牡丹及芍药种子沙藏2个月后, 不同塑料袋中的同一种试验材料之间的生根率和根长差异不显著, 说明在GA₃和低温解除牡丹、芍药种子上胚轴休眠之前, 同一试验材料的生根情况是一致的。

低温沙藏和GA₃处理对牡丹、芍药种子发芽率和发芽时间的影响见表2, 在7个处理中, 处理II的发芽率最低, ‘凤丹白’、‘皇嘉门’牡丹及芍药种子的发芽率分别仅为3.3%、1.9%和5.3%, 表明未经休眠打破处理的牡丹和芍药种子基本不发芽, 处理I的发芽率最高, 其发芽率分别为74.2%、73.8%和73.0%;同种材料不同处理之间差异极显著, 经4℃低温处理40 d后, 3种材料的发芽率均显著高于处理II;100 mg/L或200 mg/L GA₃处理2 h的种子的发芽率均极显著高于处理II;表明低温和GA₃均能有效解除牡丹、芍药上胚轴休眠;在低温和GA₃共5个处理中, 处理VII的发芽率均最高, 其中‘凤丹白’和紫斑牡丹的发芽率均显著高于处理V的发芽率, 而芍药种子处理VII和处理V基本一致, 二者差异不显著;尽管'凤丹白'和芍药种子处理I的发芽率均高于处理VII的发芽率, 但二者之间差异不显著。

由表2可以看出未经任何处理的‘凤丹白’、‘皇嘉门’牡丹及芍药种子, 由播种到发芽约需180 d的时间;经GA₃处理过后的种子发芽最快, 约需69～90 d即可发芽;而进行低温沙藏处理的种子发芽时间85～129 d;由此表明通过低温沙藏或GA₃处理牡丹、芍药生根种子可显著缩短其成苗时间。

由表3可以看出, 经过低温沙藏或GA₃处理25 d或40 d的‘凤丹白’、紫斑牡丹和芍药种子的芽长均极显著高于处理II, 表明低温沙藏或GA₃处理促进了牡丹、芍药种子芽的生长;但同一材料各处理之间的根长无显著差异, 表明GA₃或低温处理对牡丹、芍药种子根的伸长没有大的影响;低温或GA₃处理均能一定程度上增加‘凤丹白’和紫斑牡丹的苗重, 而芍药种子各处理之间的苗重无显著差异, 其原因之一可能是由于沙藏处理营养较为匮乏, 其二可能是由于芍药种子千粒重较小, 种子中含有的储藏营养较少所致。

以‘凤丹白’牡丹种子、混收的紫斑牡丹种子和混收的芍药种子为试验材料, 研究了低温沙藏和GA₃浸泡对牡丹、芍药种子上胚轴休眠的解除效应, 结果表明低温沙藏和GA₃均能促进牡丹、芍药种子上胚轴的休眠解除。与在室温一直沙藏的处理II相比二者均能提高发芽率, 200 mg/L GA₃处理的‘凤丹白’牡丹及芍药种子的发芽率分别达56.7%和66.0%;与大田种植的处理I相比均能显著缩短发芽时间, 200 mg/L GA₃处理的‘凤丹白’牡丹及芍药种子的发芽时间分别缩短107 d和111 d, 且其芽长、根长和重量均优于对照或与对照相当。因此, 在生产上用200 mg/L GA₃浸泡已生根牡丹、芍药种子, 然后播种于温室, 即可有效缩短牡丹、芍药实生苗的成苗时间。试验的研究结果也进一步低温沙藏或GA₃处理对于紫斑牡丹的休眠解除效应不理想, 该结果与周仁超的研究结果基本一致^[5], 可能是由于紫斑牡丹为西北起源, 因而其种子休眠程度更高所致, 欲解除其种子上胚轴休眠可能需要更高浓度的GA₃处理。

花粉管通道法转基因方法是现阶段一种潜在的适宜于牡丹、芍药的转基因方法, 应用花粉管通道法将外源基因导入牡丹基因组, 在实生苗中将有可能筛选出牡丹、芍药转基因植株^[4]。该文的研究结果表明GA₃处理能够极大地缩短牡丹、芍药实生苗成苗时间, 因此可缩短花粉管通道法转基因牡丹植株的分子检测进程, 从而为花粉管通道介导的牡丹、芍药转基因技术体系的建立奠定了较为坚实的基础。