芍药属植物种子和花器官研究进展

    于娇 陈娜 龚欢 孟肖 姚洁 葛德助

    摘要? ? 被子植物的生殖器官包括花、种子和果实，其中花和种子在植物的有性繁殖过程中发挥着重要作用。芍药属植物不仅具有突出的观赏价值和药用价值，还具有较高的油用价值。本文对芍药属植物种子休眠与萌发、种子化学成分以及花器官发育、花粉形状、花粉活力与柱头可授性、花化学成分等方面的研究进展进行了综述，以期为亳芍花及种子的生理解剖学研究和育种工作的开展提供参考。

    关键词? ? 芍药属植物;种子;花器官

    中图分类号? ? S682.12;S685.11? ? ? ? 文獻标识码? ? A

    文章编号? ?1007-5739（2020）21-0073-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 开放科学（资源服务）标识码（OSID）

    我国分布的芍药属植物有11种，主要分布在西南、西北地区，少数种类在东北、华北及长江两岸各省也有分布，其中牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）、芍药（Paeonia lactiflora Pall.）为我国主要药材。牡丹为芍药科芍药属牡丹组的多年生落叶灌木，其栽培起源于河南洛阳，距今已经有将近1 700年的历史。牡丹以根皮入药，为“牡丹皮”，具有清热凉血、活血化瘀的功效[1]。芍药为芍药科芍药属芍药组的多年生草本植物，在我国四川、贵州、安徽、山东、浙江等省均有栽培，芍药以根入药，为“白芍”和“赤芍”，白芍具有养血调经、敛阴止汗、柔肝止痛、平抑肝阳的功效，赤芍具有清热凉血、散瘀止痛的功效[1]。因亳州种植的白芍量大质优，形成了特色栽培品种亳芍，位居“十大皖药”前列。牡丹和芍药亦为我国著名的花卉植物，分别被人们尊称为“花王”和“花相”[2]。两者除了具有极高的观赏价值和药用价值外，还具有较高的油用价值[3-4]。

    通过走访调查亳芍的栽培现状发现，亳芍的繁殖主要采取芽头繁殖。长期的无性繁殖，导致亳芍出现种质质量逐年下降和病虫害严重的现象。由于亳芍结实率极低或不结实，制约了亳芍有性繁殖，阻碍了其育种工作的开展。本文对牡丹和芍药的种子休眠与萌发、种子化学成分、花器官发育及化学成分、花粉形状、花粉活力与柱头可授性等方面的研究进展进行了综述，以期为进一步对亳芍生殖器官的生物学研究和育种工作的开展提供参考依据。

    1? ? 种子的研究

    牡丹和芍药以分株法、种子繁殖法和嫁接等方式进行繁殖[5-6]。由于长期采用无性繁殖，其种质质量出现下降趋势，病虫害现象愈发严重。为此，国内外学者对其繁殖器官中的种子进行研究。

    1.1? ? 种子休眠与萌发的研究

    休眠是大多数植物的种子都具有的特性，是种子的一种自我保护机能[7]。牡丹和芍药的种子亦存在休眠现象，包括上胚轴（胚芽）和下胚轴（胚根）的双重休眠，特别是上胚轴休眠程度更深[8]。种子休眠的主要原因可能是种皮透性差、上下胚轴的制约作用以及胚未完全发育[9]。

    仇云云等[10]对紫斑牡丹种子的种皮透性以及种子萌发抑制物质活性进行了测定，发现牡丹种子下胚轴休眠与种皮透性、种皮和胚乳中抑制萌发的物质有关;上胚轴休眠与上述因素无关，与温度有关，低温可以打破其休眠。杨尊尊[11]从紫斑牡丹种子的浸提液中分离出抑制物质，该抑制物质可以制约其他种子的生长。孙晓梅等[12]用赤霉素和硫酸处理芍药种子发现，其可以有效地解除胚根休眠。景新明等[13]研究发现，牡丹种子上胚轴需要在胚根长足3 cm时或者经特殊处理才能打破其休眠，这表明种胚的不完全发育可能会影响植物种子的萌发。

    牡丹和芍药显著的上、下胚轴双重休眠特性，成为其种子萌发过程中的障碍。若种子不经处理，自然萌发过程要历经6～7个月[14]，萌发期间共经历2个阶段：一是在温度较高的夏季实现胚根的发芽，二是在温度较低的冬季实现胚芽的发育[15-16]。杨向娜等[17]对野生白花牡丹的种子进行不同条件的处理，并观察其2种颜色种子的萌发情况，结果表明，温度是首要影响因素，其他化学试剂处理也可以制约种子萌发。司玉乾等[18]研究发现，在处理种子的过程中，适宜的温度与赤霉酸处理组合，对于消除油用牡丹紫斑种子休眠起到很好的效果。宋春花等[19]研究发现，用适量的赤霉素处理芍药种子，可以提高其生命活动。

    1.2? ? 种子化学成分的研究

    芍药属植物种子含有丰富的化学物质，主要有糖类、脂类、含氮物质、水和矿物质[20-21]。

    董秀婷等[22]对牡丹籽油的化学成分进行分析发现，其籽油含有较为丰富的化学成分，其中亚麻酸成分最多。侯? 娜等[23]对不同地域、不同发育阶段的牡丹种子进行微量元素和营养物质分析，结果表明，在种子中微量元素含量最高的是镁，而且不同阶段其营养成分含量会发生一些变化，如蛋白质含量在种子发育后期会增加。陈景震等[24]对湖南油用牡丹籽的化学成分进行了测定与分析，结果表明，是否带壳不仅影响牡丹籽油的粗脂肪含量，还影响蛋白质和淀粉的含量。何春年等[25]对牡丹种子的化学成分进行分析，结果表明，其种子的主要化学成分为糖苷类。

    2? ? 花器官的研究

    对于种子植物来说，花是其独有的繁殖器官[26]。牡丹花一般是单花长于枝的顶部[27]。芍药花一般是单花长于叶腋或茎的顶部，也存在茎顶部长有2朵或者3朵花的情况[28]。

    2.1? ? 花器官发育的研究

    牡丹的芽为混合芽，花芽于6月初开始分化，于9月中旬停止分化[29]。芍药的芽同样为混合芽，花芽于9月中旬开始分化，于第二年2月上旬停止分化[30]。花芽分化可分为6个时期：花芽分化初期、苞片原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期[31]。牡丹和芍药花芽分化既存在相同点也有不同点，两者均连续分化，但牡丹还存在集中分化的特点。这使得两者在亲和性方面产生了很大差异[32-33]。

    赵敏桂[34]对芍药属牡丹组和芍药组植物的多个类群进行研究，结果表明，芍药属植物的房衣可能不是凸现出的花托，极大可能是局部的心皮;心皮遗传因子由于自身的不断进化，逐渐发育成花的各个器官。任磊[35]从牡丹的花瓣中提取出影响发育的基因，结果表明，遗传因子多样性影响器官的表达。葛金涛[36]从芍药花瓣中提取出多个影响繁殖器官发育的基因，结果表明，芍药花瓣中提取出的多个基因与其他花种的基因十分相似，但在反应基因的数量上存在差异。

    2.2? ? 花粉形状的研究

    对于种子植物而言，花粉具有其独有的结构，包含了其遗传信息，影响种子的形成和后代的性状表达[37]。袁? 涛等[38]在扫描电镜下观察牡丹花粉，结果表明，牡丹花粉形状和外壁纹饰都具有多样性，这与其他学者观察结果相似。袁? 涛等[39]对不同区域的牡丹进行显微观察发现，其花粉形状存在明显差别。席以珍[40]对多种牡丹和芍药花进行显微镜和扫描电镜观察，结果表明，在不同仪器设备下的观察结果有所不同，显微镜中观察到的花粉形态和外壁结构随花的种类不同而不同。郭先锋等[41]将芍药、川赤芍、草芍药以及块根芍药的花粉置于电镜下观察发现，四者有较高的遗传因子的相似性和花粉形状的相似性。

    2.3? ? 花粉活力和柱头可授性的研究

    花粉包含了高等植物的遗传信息，对其进行有性生殖起着非常重要的作用。花粉活力的强弱直接决定受精的可行性，而柱头的可授性决定着受精作用能否完成，两者均能影响传粉[42]。

    贺? 丹等[43]测定芍药和牡丹的花粉活力，同时测定两者柱头的可授性，结果表明，芍药花的花粉容易产生畸形，而牡丹花的花粉更容易进入纹孔;2个品种均具有柱头可授性，但两者的柱头可授性随开花时间的延长而慢慢消失。红? 雨等[44]研究发现，野生芍药的花粉活力比栽培品种强，而柱头可授性结果与之相反。罗长维等[45]对凤丹进行分析发现，凤丹花粉的活力只维持了短短几天，柱头的可授性也是如此，但是维持时间略微长一点。

    2.4? ? 花化学成分的研究

    芍药属植物的花都含有丰富的维生素、蛋白质、糖类、花青素和矿物质元素[46]，同时还具有较强的抗氧化活性[47]和抗炎活性[48]。在传统的栽培产业中，人们将大量的牡丹花和芍药花丢弃在田间地头，导致了资源的巨大浪费。

    闫慧娇等[49]对牡丹花瓣的化学成分进行研究，结果表明，花瓣中含有的化学成分与种子中相似。舒希凯等[50]对牡丹和芍药花瓣中所含化学成分进行分析发现，两者花瓣中所含的化学成分相似，同时也初次在芍药花中提取出黄酮苷类化合物。闫慧娇等[51]首次从牡丹花瓣中分离出7种新的苷类化合物。

    3? ? 结语

    目前，国内对芍药属植物的生殖器官研究仅限于生物学特性、种子休眠与萌发、花器官分化以及化学成分等方面，对芍药属植物种子的形成、发育和成熟以及种子休眠和破眠机理等关注较少，有待深入研究。

    牡丹与芍药是集栽培与野生、观赏与药用于一体的复杂植物种类，具有较高的经济价值。其中，亳州所产的芍药（亳芍）为中药“白芍”的主要来源，由于长期的无性繁殖，出现药材品质逐年退化的迹象。若能明确种子相关生理基础，探究白芍种子败育和休眠的机理，并结合现代生物育种技术，实现白芍的有性繁殖，对推进芍药属植物种子的规模化生产、充分发挥芍药属植物的种质潜力具有重要意义。

    4? ? 参考文献

    [1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部[S].北京：化工工业出版社，2015.

    [2] 李嘉珏.中国牡丹与芍药[M].北京：中国林业出版社，1999.

    [3] NING C L，JIANG Y，MENG J S，et al.Herbaceous peony seed oil：a rich source of unsaturated fatty acids and γ-tocopherol[J].European Journal of Lipid Science and Technology，2005， 117：532-542.

    [4] LI S S，YUAN R Y，CHEN L G，et al.Systematic qualitative and quantitative assessment of fatty acids in the seeds of 60 tree peony（Paeonia section Moutan D C.）cultivars by GC-MS[J].Food Chemistry，2015，173：133-140.

    [5] 王峰.牡丹常見繁殖方法及栽培技术[J].现代农业科技，2019（19）：147-149.

    [6] 王丙科.芍药栽培技术[J].现代农业科技，2018（19）：187-190.

    [7] 于成波，高玉刚.不同处理对赤芍种子萌发的影响研究现状[J].生物科学，2019（11）：99-100.

    [8] 姜宗庆，李成忠，刘行，等.不同处理对凤丹种子上胚轴休眠解除及内源激素含量变化的影响[J].江苏农业科学，2015，43（10）：223-225.

    [9] 潘昊磊，赵毅，石文昊，等.牡丹种子休眠与萌发综述[J].现代农业科技，2019（20）：128-131.

    [10] 仇云云，崔健，刘雪，等.紫斑牡丹种子休眠原因初探[J].浙江农林大学学报，2018，35（3）：497-504.

    [11] 杨尊尊.紫斑牡丹种子内源抑制活性研究[J].农技服务，2016，33（18）：37.

    [12] 孙晓梅，李敏，周文强，等.不同处理对解除芍药种子下胚轴休眠的影响[J].种子，2015，34（11）：68-69.

    [13] 景新明，郑光华，洪德元，等.栽培牡丹种子萌发与储藏特性（简报）[J].植物生理学通讯，1995，31（4）：268-270.

    [14] 张少强.芍药种子萌发抑制物的生物测定及分析鉴定[J].安徽林业科技，2015，41（3）：17-20.

    [15] 孟家松，朱梦圆，孙静，等.芍药属植物种子研究进展[J].种子，2017，36（6）：50-54.

    [16] 曾珍，肖前刚，周艳冰，等.成都地区凤丹种子发芽试验[J].四川林业科技，2016，37（1）：68-69.

    [17] 杨向娜，曹翠玲，金红，等.白花野牡丹种子萌发因素初探[J].河南农业大学学报，2016，50（4）：473-478.

    [18] 司玉乾，陵军成.赤霉酸处理对油用牡丹‘紫斑种子萌发的影响[J].青海农林科技，2018（1）：24-26.

    [19] 宋春花，康晓飞，郭先锋，等.不同处理对芍药种子发芽的影响[J].林业实用技术，2020（2）：49-50.

    [20] 王新娣，石晓峰，王斌利，等.牡丹化学成分的研究进展[J].中成药，2018，40（1）：171-175.

    [21] 石钰，马养民，康永祥，等.美丽芍药化学成分[J].中国实验方剂学杂志，2014，20（23）：104-106.

    [22] 董秀婷，杨国恩，王秋敏，等.凤丹牡丹籽油的提取工艺优化及脂肪酸组成分析[J].中国油脂，2018，43（7）：6-9.

    [23] 侯娜，王纪辉，吴运辉，等.贵州不同引种地油用牡丹种子营养成分含量分析[J].西南林业大学学报，2016，36（6）：36-40.

    [24] 陈景震，李培旺，张良波，等.湖南油用牡丹籽油的理化性质及脂肪酸组分分析[J].经济林研究，2015，33（4）：119-122.

    [25] 何春年，肖伟，李敏，等.牡丹种子化学成分研究[J].中国中药杂志，2010，35（11）：1428-1431.

    [26] 陈娜，孟肖，姚洁，等.白芍生殖器官及种质资源的研究进展[J].郑州师范教育，2019，8（2）：23-26.

    [27] 尹静，易雪平，陈越，等.油用牡丹‘凤丹种子的生根技术研究[J].中国野生植物资源，2018，37（5）：73-76.

    [28] 张松荣，唐红军，何小弟，等.芍药繁殖器官形态特征观察研究[J].中国花卉园艺，2009，15（8）：82-84.

    [29] 刘雪莲，张力凡，秦佳梅，等.牡丹草地下芽的形态分化与生长特征研究[J].浙江大学学报（理学版），2019，46（2）：193-199.

    [30] 艾云苾，刘爱青，吴婷，等.芍药台阁品种和托桂品种花芽分化过程[J].东北林业大学学报，2016，44（7）：51-53.

    [31] 贺丹，高小峰，吕博雅，等.牡丹、芍药花芽分化的形态学研究[J].河南农业科学，2014，43（12）：117-120.

    [32] 黄凤兰，牛红云，孟凡娟，等.芍药花芽分化过程的显微研究[J].东北农业大学学报，2009，40（3）：57-61.

    [33] 吕长平，成明亮，莫宁捷，等.外源GA3对芍药花芽发育的影响[J].作物研究，2009，23（2）：133-137.

    [34] 赵敏桂.芍药属植物花部器官发育和转化的研究[D].兰州：西北师范大学，2002.

    [35] 任磊.牡丹花器官发育相关基因的克隆与表达[D].北京：中国林业科学研究院，2011.

    [36] 葛金涛.芍药花器官发育相关基因的克隆与表达分析[D].扬州：扬州大学，2013.

    [37] 王旭，陈君，高婷，等.芍药属花粉研究进展[J].吉林农业科技学院学报，2017，26（1）：19-21.

    [38] 袁涛，王莲英.几个牡丹野生种的花粉形态及其演化、分类的探讨[J].北京林业大学学报，1999，21（7）：17-21.

    [39] 袁涛，王莲英.根据花粉形态探讨中国栽培牡丹的起源[J].北京林业大学学报，2002，24（1）：5-11.

    [40] 席以珍.中国芍药属花粉形态及其外壁超微结构的观察[J].植物学报，1984，26（3）：241-246.

    [41] 郭先锋，王莲英，袁涛.4种野生芍药花粉形态研究[J].林业科技，2005，41（5）：184-186.

    [42] 陈清健，朱校奇，龙世平，等.葛花粉活力及柱头可授性检测[J/OL].分子植物育种：1-9[2020-09-21].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20200221.1154.006.html.

    [43] 贺丹，解梦珺，吕博雅，等.牡丹、芍药花粉活力与柱头可授性研究[C]//中国园艺学会观赏园艺专业委员会，国家花卉工程技术研究中心.中国观赏园艺研究进展2016.长沙：中国园艺学会，2016.

    [44] 红雨，刘强，韩岚.芍药花粉活力和柱头可授性的研究[J].廣西植物，2003，23（1）：90-92.

    [45] 罗长维，陈友，刘云.凤丹花粉活力与柱头可授性及其繁殖特征研究[J].河南农业科学，2019，48（7）：48-53.

    [46] 孙静，姜宇，陶俊，等.牡丹与芍药的食用研究进展[J].江苏农业科学，2018，46（11）：10-14.

    [47] 夏颖，殷志爽，石晨，等.白芍提取物及其有效成分抗氧化活性的研究[J].首都医科大学学报，2013，34（1）：120-125.

    [48] JIN Y S，XUAN Y H，JIN Y Z，et al.Biological activities of herbaceous peony flower extracts[J].Asian Journal of Che-mistry，2013，25（7）：3835-3838.

    [49] 闫慧娇，王志伟，陈燕平，等.凤丹牡丹花瓣化学成分研究[J].山东科学，2017，30（3）：12-16.

    [50] 舒希凯，段文娟，刘伟，等.芍药花化学成分研究[J].中药材，2014，37（1）：66-69.

    [51] 闫慧娇，赵伟，耿岩玲，等.牡丹花化学成分研究[J].天然产物研究与开发，2015，27（12）：2056-2059.

    基金项目? ?安徽省高校自然科学研究重点项目“白芍白绢病和蛴螬虫害药剂筛选及药剂对药材品质影响的研究”（KJ2018A0886）;院级自然科学项目“亳芍花器官生长发育的研究”;安徽省高品质道地中药材规模化种植及精准扶贫示范研究（2017YFC1701604）。

    作者简介? ?于娇（1990—），女，安徽涡阳人，硕士，助教，从事药用植物栽培与发育的教学研究工作。

    收稿日期? ?2020-06-26