芍药品种间杂交亲和性及种子破眠方法研究

孙晓梅，辛如洁，董召阳，麻永磊，费日雯，李雪婷

(沈阳农业大学 林学院，沈阳 110866)

芍药(Paeonialactiflora)是芍药科芍药属的草本宿根花卉，作为中国优良耐寒种质资源被广泛应用于园林绿化中[1]。近年来有学者发现，芍药属的多个品种经长期的近亲杂交和无性繁殖，出现了品种退化的现象[2]。在芍药种子繁殖方面，常由于种子仍保持休眠状态或休眠未被彻底解除而致使种子萌发率降低，对芍药的栽培生产和新品种选育产生一定的影响[3]。目前，培育芍药属新优种质，已成为中国传统花卉产业健康可持续发展的重要任务之一。

杂交是许多园林植物如丁香[4]、月季[5]、百合[6]、兰花[7]等获得新种质的主要方式。国内外芍药属的育种学家一直致力于用杂交技术繁育新品种，19世纪法国育种学家Victor Lemoine 杂交繁育出沿用至今的一批芍药栽培品种，如‘Sarah Bernhardt’、‘Solange’[8]。但国内在芍药属杂交育种方面仍处于探索初期，研究还未深入。肖佳佳[9]、韩丽晓[10]、刘建鑫等[11]初步研究芍药属部分品种的杂交亲和性，宋春花[12]在细胞学层面对芍药杂交组合的亲和性进行了探究。在长期的演化进程中，芍药进化出上、下胚轴双重休眠模式，即秋季温度下降时下胚轴伸长并长出胚根，在冬季低温时打破上胚轴休眠，直至春季回暖时破土长芽[13]。目前，对芍药种子破眠技术的探究，主要集中在机械破皮、低温处理、激素处理和温水处理等方面[3]。

本研究选取17个不同芍药品种，以‘粉玉奴’为母本，其余16个品种为父本，进行组内杂交。旨在探明其杂交亲和性和结实性状况，初步找出亲和性较好的组合，为芍药属杂交育种的亲本选配提供理论依据。通过不同处理打破下胚轴休眠的生根试验和不同处理打破上胚轴休眠的发芽试验，探究打破芍药种子休眠技术，为芍药实生苗和新品种的快速繁育及培育提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试芍药品种为 ‘粉玉奴’‘红玛瑙’‘大富贵’‘西施粉’‘紫莲望月’‘粉面桃花’‘银针绣红袍’‘艳紫向阳’‘乌龙探海’‘红绣球’‘粉玉楼’‘少女妆’‘红羽球’‘老来红’‘蓝田飘香’‘桃花石‘和‘杨妃出浴’共计17个品种，隔年种子(2015年采收)和当年种子(2016年采收)。试验材料取自沈阳农业大学芍药资源圃。

1.2 方 法

1.2.1 芍药品种间杂交亲和性试验 分别在2015年和2016年集中于5月-6月期间，调查杂交亲本的生长状态和开花时间，选定花期较长的‘粉玉奴’作为母本，其余16个品种作为父本进行定向杂交。选择蕾期的花朵进行去雄授粉，标明授粉日期和试验编号。种子成熟后，按不同杂交组合采收，统计各杂交组合的结子率作为杂交亲和性的评判指标。

1.2.2 芍药杂交种子萌发生根试验 用0.5%的高锰酸钾溶液对各杂交种子消毒40 min后，用蒸馏水进行冲洗。随后将清洗干净的种子浸泡于45 ℃温水中48 h，直到种子表皮出现软化。将沙子浸泡于0.5%的高锰酸钾溶液中杀菌处理1 h后冲净，按湿沙和种子3∶1的体积比将两者混匀后进行室温沙藏。观察频率在试验初期为每7 d统计1次，生根后每3 d统计1次，以60 d后统计的生根种子数量来计算种子的生根率。生根率=生根种子总数/供试种子总数×100%。以胚根长到种子长度的1/2作为生根种子的标准。

1.2.3 解除下胚轴休眠试验 将均匀饱满的隔年种子和当年种子进行清洗消毒后，分别用质量浓度100、300、500 mg/L 的GA3溶液和质量浓度100、300、500 mg/L的IAA溶液浸泡芍药种子24 h，以清水浸泡24 h作为对照。按湿沙和种子3∶1的体积比将两者混匀后进行室温沙藏，期间注意将沙子的湿度维持在沙子最大持水量的50%左右。每种处理设置3次重复，每次重复选取50粒种子，60 d后统计生根率和霉烂率。

生根率=生根种子总数/试验种子总数×100%

霉烂率=霉烂种子总数/试验种子总数×100%

1.2.4 解除上胚轴休眠试验 对当年新采收种子清洗消毒后进行沙藏处理，待胚根长达3～4 cm时取出，以4 ℃低温沙藏0 d、10 d、20 d、30 d、40 d，和先用质量浓度为300 mg/L 的GA3溶液浸泡芍药生根种子4 h后再置于4 ℃低温沙藏 0 d、10 d、20 d、30 d、40 d，以这2种方式进行发芽试验。每种处理设置3次重复，每次重复选取30粒种子。观察频率在试验初期为每7 d统计1次，发芽后每3 d统计1次，在40 d后统计种子发芽率和霉烂率。

发芽率=发芽种子总数/供试种子总数×100%

霉烂率计算公式同“1.2.3”。

2 结果与分析

2.1 芍药品种间杂交组合的结子率比较

芍药品种间的定向杂交组合共计16组，授粉1 569朵花，收获5 663粒种子。由表1中结子情况可以看出，父本为‘红羽球’的杂交组合结子率最高，为5.37粒/朵，两者间杂交亲和性最高；父本为‘粉面桃花’‘西施粉’和‘蓝田飘香’的杂交组合，其结子率均在4粒/朵以上，亲和性较高；父本为‘老来红’的杂交组合结子率最低，为1.91 粒/朵，两者间亲和性最低。

表1 不同杂交组合结子情况Table 1 Seed ratio of different cross combinations

2.2 芍药杂交种子生根状况比较

用相同的处理方法将不同杂交组合获得的 3 403粒种子进行生根试验，其中生根种子数为 1 434粒，平均生根率为42.14%。由表2可以看出，父本为‘西施粉’的杂交组合种子生根率最高，为54.00%，说明此杂交组合种子可育性最强；父本为‘蓝田飘香’‘粉面桃花’‘艳紫向阳’‘粉玉楼’‘大富贵’‘少女妆’和‘红羽球’的杂交种子生根率较高，均在40.00%以上；父本为‘红绣球’‘老来红’‘红玛瑙’和‘乌龙探海’的杂交种子生根率均在30.00%以下，尤以父本为‘乌龙探海‘的杂交种子生根率最低，仅为17.39%。

表2 杂交种子生根状况Table 2 Condition of hybrid seeds rooting

注：每杂交组合种子沙藏300粒，不足300粒的，则全部沙藏。

Note:300 seeds of each hybrid combination are stored in sand and all of them are stored in sand in case of less than 300 seeds.

2.3 GA3处理对芍药种子生根的影响

由表3可知，GA3处理的隔年种子和当年种子的首次最快生根时间相较于对照组分别提前14 d和13 d；不同质量浓度GA3处理的隔年种子和当年种子的生根率均明显优于对照，尤以质量浓度为100 mg/L GA3处理效果最佳，生根率分别为36.67%和65.33%；在种子霉烂率方面，只有质量浓度为100 mg/L GA3处理的隔年种子的霉烂率比对照组有所降低，为18.67%，用质量浓度为100 mg/L GA3处理的当年种子霉烂率为9.33%。

2.4 IAA处理对芍药种子生根的影响

从表4可知，IAA处理的隔年种子和当年种子的首次最快生根时间相较于对照组均提前4 d；质量浓度为100 mg/L IAA处理的隔年种子和当年种子的生根率略高于对照组，分别为28.67%和50.00%；在种子霉烂率方面，IAA质量浓度降低处理的隔年种子和当年种子的霉烂率均未有对照组明显，其中质量浓度为100 mg/L IAA处理的当年种子霉烂率较低，为8.00%。

2.5 不同低温时间对芍药种子发芽的影响

从表5可知，种子首次最快发芽时间与低温持续时间成反比，低温40 d处理的芍药种子首次发芽比对照组提前37 d，且种子发芽率也提升到45.56%；低温30 d处理芍药种子首次发芽时间相对于对照组提前34 d，且种子发芽率最高，为57.78%；种子的霉烂率与低温维持时间成正比，低温40 d处理的种子霉烂率为13.33%，比低温30 d略低一些，但总体仍表现为递增的趋势。通过以上分析可知，低温可以有效解除芍药种子上胚轴休眠，也可以缩短种子发芽时间，提高种子的发芽率，但霉烂率会有所升高。低温30 d处理的芍药种子霉烂率略高于对照，但发芽率最高，且发芽时间较短。因此，低温30 d处理的芍药种子发芽效果最佳。

表3 不同GA3质量浓度处理对芍药种子生根的影响Table 3 Influences on peony seed rooting by different GA3 mass concentrations

表4 不同IAA质量浓度处理对芍药种子生根的影响Table 4 Influences on peony seed rooting by different IAA mass concentrations

表5 低温对芍药种子发芽的影响Table 5 Influences on peony seed germination by low temperature

2.6 GA3与低温对芍药种子发芽的影响

由表6可知，300 mg/L GA3浸泡4 h与低温处理相结合的方法能有效缩短首粒种子的发芽时间，并提高种子的发芽率。对照处理的发芽时间为26 d，发芽率为40.00%，低温30 d+GA3处理的种子，首粒种子发芽时间为9 d，比对照提前 17 d，且发芽率最高，为76.67%；低温40 d+GA3处理首粒种子发芽时间最短为7 d，比低温0 d+GA3处理提前19 d，比低温30 d+GA3处理提前2 d，但发芽率低于30 d+GA3处理，为 65.56%，霉烂率最高，为24.44%；其余2种处理的种子发芽时间均高于10 d，且发芽率低于30 d+GA3处理的种子。对比表5和表6发现，低温+300 mg/L GA3浸泡4 h的各组处理中，首粒种子发芽均比单独低温处理所需时间短，且发芽率有所提高。综上，GA3与低温处理均能有效打破芍药种子上胚轴休眠，且以低温30 d+300 mg/L GA3处理效果最好。

表6 GA3与低温对芍药种子发芽的影响Table 6 Influences on peony seed germination by GA3 and low temperature treatments

3 讨 论

父本花粉的育性和杂交亲和性是影响种子结实率的重要因素[9]。本研究以‘粉玉奴’为母本与不同的芍药品种进行杂交，计算不同品种组合的结实率。结果发现，所有的组合均结实，这与侯祥云[14]试验中“母本为‘粉玉奴’的2个杂交组合出现了杂交不亲和现象”的结论不同，这与杂交时选择的品种有关。本试验还根据结实率和生根率双重指标来共同评定各杂交组合的亲和性，结果表明，父本为‘红羽球’的结子率最高，为5.37粒/朵，生根率为41.61%，而父本为‘老来红’的结子率最低，为1.91粒/朵，生根率为26.85%。所以，在近缘杂交中应选择与母本亲和性较好的品种作为父本材料，才能收获育性强的杂交种子。

芍药属植物种子休眠主要由种皮产生的机械阻碍[15-16]、内含抑制物的作用[16-17]和种胚未发育成熟[17]等因素制约。芍药属植物种子有上、下胚轴双重休眠的特性，本研究分别用不同质量浓度的GA3、IAA和清水(对照组)对隔年种子和当年种子进行生根试验。试验结果表明，GA3和IAA均可以有效解除芍药种子下胚轴休眠，但以质量浓度为100 mg/L GA3处理的生根效果最佳，这与袁燕波等[18]以不同质量浓度GA3处理芍药种子得出的结论一致。本研究还分别以4 ℃低温处理和GA3与4 ℃低温相结合处理的方式，对根长3～4 cm的芍药种子进行发芽试验，结果发现4 ℃低温可以有效解除芍药种子上胚轴休眠，并且上胚轴休眠解除效果与低温持续时间成正比，与林松明等[19]以牡丹种子为材料得出“低温(4 ℃)处理能够打破凤丹种子上胚轴的休眠，而且低温阶段越久，上胚轴休眠解除效果越好”的结果一致。此外，本研究还发现，低温30 d+300 mg/L GA3浸泡4 h处理对打破芍药种子上胚轴休眠最为有利，且发芽时间和发芽率都优于单独4 ℃低温处理。因此，以4 ℃低温和GA3处理相结合的方式更有利于破除种子的休眠。