芍药种子双重休眠的最新破眠技术

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点击次数:941 更新时间:2016年11月18日18:53:40 打印此页 关闭

芍药属植物具有典型的上下胚轴双重休眠的特性,在种子繁殖过程中常因休眠未解除或解除得不彻底,而使萌芽率降低,影响栽培生产,尤其是新品种选育以及杂交育种工作的进程。因而,掌握芍药属植物种子休眠与萌发特性,实施科学的破眠技术,对于提高栽培生产效率、加快新品种培育进程、野生资源保护与利用等方面具有重要意义。

      1 芍药属植物的休眠特性芍药属具有典型的胚休眠特性。即胚分成上胚轴(胚芽)和下胚轴(胚根)两段不同时期休眠的特性,尤其是上胚轴的休眠较为深沉,在萌发过程中常表现出萌发缓慢、发芽率低、发芽不整齐等现象。研究表明,打破两段休眠所需要的程序和温度条件截然不同,基本上表现为暖温下生根,低温后长芽。即秋季降温时下胚轴伸长,长出胚根,经过冬季低温后,上胚轴休眠被破除,春季升温后胚芽出土萌发。

   再者,种子八成熟时采取发芽率高,并需要贮藏于潮湿的环境中。这种独特的种胚休眠特性及要求湿润的生境条件表明,芍药属植物的祖先很可能是曾经历过热带或亚热带潮湿的环境,后来又处于温带气候条件下的变异、选择的结果。

   2 芍药属植物种子休眠的原因种子休眠的原因大致可归为两个方面:

       第一是由于外源因素即胚以外的各种组织,即种壳(种皮、果皮或胚乳等)的限制,包括种壳的机械阻碍、不透水性、以及种壳中存在的抑制萌发的物质等。第二是由于内源因素即胚本身的因素,包括胚的形态发育未完成;生理上未成熟;缺少必须的激素或存在抑制萌发的物质。

   2.1 种皮的机械阻碍作用种皮的透水和透气性是影响芍药属植物种子萌发的重要因素。发现,50℃温水浸种24h,或浓硫酸浸泡23min,95%酒精浸泡30min,均可软化牡丹种皮促进萌发。对芍药种子萌发特性进行了初步研究,研究发现芍药种子的休眠特性是由于种皮机械障碍及外胚乳的约束力所造成的,通过对种子进行机械破皮处理,发芽率可由35%提高到66.7%。但紫斑牡丹比较特殊,在研究中发现,紫斑牡丹种子的所有裂口都是由胚根萌动后形成的突起使种脐处破裂所致,种皮的透水性和坚硬度不是紫斑牡丹种子萌发的限制因素。由此可见,对于芍药属植物不同种而言,种皮的抑制作用是不同的。至于具体差异,还需要进一步研究。

   2.2 内源抑制物质种子中的内源抑制物质多种多样,普遍存在的为ABA。此外,还有香豆素、氢氰酸、富含氨的含氮化合物;有机酸类如咖啡酸、阿魏酸、柠檬酸、酒石酸、醋酸、丁烯酸、水杨酸、苹果酸、脂肪酸等;醛类化合物如柠檬·67·醛、肉桂醛;酚类化合物如水杨酸等内源抑制物对种子休眠的影响,不是某种抑制物质作用的结果,而是多种抑制物质协同作用的结果。目前,芍药属植物种子中内源抑制物质的研究仍处于初级阶段。对芍药种子露地播种和低温贮藏过程中内源激素含量的变化进行了研究,发现ABA在芍药种子休眠初期起着明显的抑制生根的生理作用。在对4种野生牡丹种子休眠和萌发特性及与其致濒关系的研究中发现,在低温打破牡丹种子上胚轴休眠的过程中,抑制剂ABA含量显著下降。对紫斑牡丹种子的休眠和萌发特性进行了初步研究,其用种皮、胚乳的水提液浸泡大白菜种子,发现提取物使胚根和子叶的生长受到了抑制,具体是何种提取物,笔者还不清楚。有关内源物质的存在部位,子叶是控制紫斑牡丹种子上胚轴休眠的关键部位,推断,抑制上胚轴萌发的物质很可能不在子叶,而有可能在上胚轴或胚芽中。在对芍药内源抑制物质或性的研究中发现,去胚乳的胚在10d左右就能长出胚根,而适当浓度的GA3在一定程度上能够代替低温打破上胚轴的休眠,其推断在子叶或胚中存在抑制上胚轴生长的内源抑制物质,而且,芍药种子胚乳中存在抑制胚根生长的物质,当胚根休眠打破后,子叶或胚中抑制胚芽萌动的激素占主导,各部位抑制作用大小为:胚乳>(子叶)>种皮。

   2.3 胚未完全成熟胚未成熟包括:形态上,胚尚未发育完全,需胚乳提供营养物质,完成其生长发育;生理上,尚未发育完全,必须在低温下通过后熟变化才能萌发。推测牡丹种子萌发困难和时间较长的原因,不是种皮不透水、不透气或有其他约束作用造成,很可能是因为胚未完全成熟。

   3 芍药属植物种子萌发特性芍药属植物具典型的上下胚轴双休眠的特性,即夏季高温后胚根萌发,冬季低温后胚芽萌发。5℃低温下,芍药种子无论湿藏多久,都不会看到胚根伸长萌发,将不同时段低温处理过的种子置于室温(20),同样也无种子萌发,而露地变化的低温却可解除芍药种子的休眠。在不同处理对芍药种子生根和胚根发育质量影响的研究中发现,芍药种子在沙质壤土中,25℃处理再15℃处理,生根启动日虽为35d,但生根率达66.00%,几乎无霉烂现象,且胚根发育质量好。对栽培牡丹研究发现,当种子生根后,若不变换条件处理,继续放在20℃下萌发,则一直保持生根生长,并长出许多侧根。虽然中胚轴和上胚轴有所膨大,但上胚轴却不会生长出芽。对4种濒危的野生牡丹(野生矮牡丹、四川牡丹、紫斑牡丹、野生黄牡丹)进行了研究,其发现这4种濒危的野生牡丹种子的休眠、萌发特性与栽培牡丹有显著差异,萌发生根需半年以上,通过胚培养可使其减至2,萌发温度以1015℃为宜,超过20℃则明显不利于生根及上胚轴的生长。对昆明西山野生黄牡丹进行研究,发现15℃是野生黄牡丹种子生根和发芽都比较适合的温度条件。另外,上胚轴休眠的破除情况与胚轴的长度有一定关系。研究发现,栽培牡丹上胚轴休眠只有在胚根长足3cm,才可催芽成功。深入地了解芍药属植物种子的萌发特性,有利于合理选择最佳采收与播种时间,合理控制萌发条件,从而提高萌发率。

   4 芍药属植物破眠技术研究目前研究发现,破除种子休眠技术的方法主要有物理方法、化学方法、生物方法。物理方法包括温度处理、机械处理、射线、超声波处理和电场处理、干燥后热和层积处理;化学处理包括激素处理、无机化学药剂处理和有机化学药物处理。许多植物种子休眠是综合休眠类型,此类植物种子的休眠需综合方法来破除休眠总结芍药属植物研究发现,目前,其破眠技术还较有限,常用以下几种方法:

       4.1 机械破皮研究表明,种皮机械障碍及外胚乳约束力是造成芍药种子休眠的原因之一机械破皮,有利于提高种壳的通透性,消除种皮的阻碍作用,加速种子萌发。在研究中发现,单用GA36-BA处理牡丹的种子,发芽效果不明显,从而推断牡丹种皮太硬,激素不容易到达胚乳的部位,因而不能发挥作用。对芍药种子进行机械破皮处理,发现其发芽率由35%提高到66.7%。证明挫伤种脐处种皮,能促进黄牡丹种子胚根的生长。

   4.2 变温处理由于芍药属植物具有典型的上下胚轴双重休眠的特性,且上下胚轴打破休眠所需的温度不同,所以,需进行变温处理,分别打破各部位的休眠。一般而言,芍药、牡丹的胚根需要通过12个月或更长时间的2530℃的高温阶段才能打破休眠,而胚轴需在35℃条件下13个月才能解除休眠,很快发芽。由于上胚轴休眠比较深沉,所以,其为今后研究的重点。一系列研究表明,低温对打破牡丹种子上胚轴休眠有效与栽培牡丹相比,打破野生牡丹上胚轴休眠需严格的低温凤丹种子的萌发具明显阶段性,即后熟阶段、暖温(25℃左右)长根阶段和低温(15℃左右)春化长芽阶段,每阶段所需的临界时间为403060d左右,否则不能萌发成苗。发现,15℃是黄牡丹种子生根和发芽都比较适合的温度条件。低温(4)处理,可以解除根长大于4cm的凤丹种子上胚轴休眠,并且低温处理时间越长,解除休眠越彻底,发芽率和出苗整齐度也随之增加。低温打破上胚轴休眠的原理,可能是因为低温春化期间,种子的内含物发生了变化紫斑牡丹种子萌发需要一定的营养支持,但其胚乳主要为脂类物质,不易水溶,难被胚吸收,低温后某些脂类物质发生了变化,成为易被胚吸收的物质,从而促进了种子的萌芽。

   4.3 化学试剂处理化学试剂包括植物激素、无机化学药剂、有机化学药剂等。目前研究中,最常用的化学试剂是GA3,一般公认GA3能取代低温使种子通过生理后熟期。栽培牡丹种子胚根长足3cm,100mg/LGA3处理,可打破上胚轴休眠。对牡丹芍药种子上胚轴休眠解除效应进行了初步研究,结果表明,200mg/LGA3浸泡“凤丹白”牡丹和芍药已生根种子2h,可缩短其发芽时间达107111d,且其发芽率、芽长、根长及苗重均优于对照或与对照处理相当。200mg/LGA3溶液浸泡24h,对黄牡丹种子胚根的生长有促进作用,且其促根的效果优于种皮挫伤与温水浸泡,GA3溶液浸泡能打破黄牡丹种子上胚轴休眠,促进生根种子提前发芽,尤其对根长超过3cm的种子发芽更为有效。在打破凤丹种子上胚轴休眠的研究中证明,100500mg/LGA3处理对打破根长大于4cm的凤丹种子的上胚轴休眠有一定的作用,其中以300mg/L处理效果最好。也报道凤丹种子的休眠可被100mg/L GA3处理24h打破,而有人认为,100200mg/LGA3并不能打破紫斑牡丹种子上胚轴休眠。这可能与所用材料对GA3的敏感性不同有关。至于其他化学试剂的研究,目前相关报道较少。发现6-BA也能提高不同贮藏方法后,牡丹陈种子的发芽率,用激素和稀土处理种子及幼苗后,牡丹幼苗生长势表现为稀土和GA3最好,6-BA和α-NAA稍次。在打破凤丹种子上胚轴休眠的研究试验中证明,6-BA在打破凤丹种子休眠方面有显著作用,IBA效果甚弱。

   4.4 其他方法以上3种技术为目前研究较多的芍药属植物种子破眠方法,当然,也有部分人员对其他方法进行了初步研究,:温水浸泡、层积处理,近年来,综合方法的使用也为破眠技术的研究提供了新的思路。牡丹种子的种皮坚硬致密,温水浸泡有利于增强其通透性。在对牡丹种子胚培养中发现,50℃温水处理下,牡丹种子发芽率为75.3%,4℃砂藏差异不明显,效果比仅用GA3浸泡处理要好。也发现,一定时间较低温度和水浸种条件,对打破牡丹种子的休眠具一定的效果。另外,层积处理是农业生产上最常用的解除胚生理后熟性休眠的方法,一般而言下限温度在冰点以上,上限在10℃以下,适温多为35,层积所用垫物常以能保持其吸湿时通气良好的沙或蛭石。研究和生产实践表明,层积处理可以促使胚形态发育成熟、激素发生变化、抑制物质降解、大分子物质转化为小分子物质、提高一些酶的活力、促进有关基因的表达、低温下种皮透性增强、提高呼吸速率,以及使胚对脱落酸的敏感性降低等关于打破芍药属植物种子休眠的方法中,层积法是最常用的物理方法。变温层积能有效解除牡丹种子的上胚轴休眠。在牡丹容器育苗的研究中发现,牡丹的层积处理,也有利于胚根的萌发。再者,种子的休眠,往往是由多种因素造成的,采用综合方法可以从多方面打破种子的休眠,效果将更佳。综合方法主要是将多种方法相结合。在对新疆块根芍药的研究中发现,通过赤霉素(GA3)溶液浸种后层积处理,可有效解除块根芍药种子的休眠,促进其萌发。

   5 总结与讨论关于芍药属植物种子双重休眠特性与破眠技术研究的相关文献较少,国外研究尤为罕见。可见,人们对芍药属植物种子双重休眠特性与破眠技术的研究,还没有引起足够的重视,从而制约了繁殖技术和育种工作的突破。在该属植物休眠原因研究方面,本文就种皮机械阻碍、内源抑制物质影响、胚未完全成熟等方面进行了阐述,至于是否还有其他因素,是今后继续深入研究的方向。打破种子休眠的方法有很多,许多方法已在其他植物的休眠解除中取得成功,如激光作用,烟和热处理,CO2作用等。而芍药属植物破眠技术的使用相当有限,仅局限在几种常规的物理及化学方法中。建议在以后的研究中,参考其他种子的破眠方法,尝试多种途径,进而找出更加科学有效的方法,提高种子繁殖的成活率。

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