凤丹种子上胚轴休眠的生态学特性及其对环境的适应对策

Paeonia ostii is the main cultivated species of peony used in the essential oil industry. The epicotyl dormancy characteristics of the seeds lead to a long period of germination and an irregular emergence of seedlings, which seriously affects the breeding and production of the plant. Understanding the ecological and adaptive significance of epicotyl dormancy in P. ostii is vital for future large-scale cultivation production of seedlings. Based on our preliminary results on germination and morphological characteristics of P. ostii, we will use experimental ecological methods to determine the adaptive strategies of epicotyl dormancy of P. ostii to the environment. On one hand, the response of seed morphology, dormancy and germination to temperature, light and rainfall will be studied using hydrothermal models, scanning electron microscopy, high performance liquid chromatography, and quantitative PCR to understand the relationship between seed responses and environmental signals. On the other hand, the development of seeds will be studied in the greenhouse to determine the effect of the environment (versus the mother plant) on seed characteristics. The project will allow us to identify adaptive mechanisms of epicotyl dormancy and provide support for large-scale cultivation of peony.

凤丹(Paeonia ostii)是油用牡丹的主要栽培种类，种子的上胚轴休眠特性导致凤丹种子萌发周期长，出苗不整齐，严重影响了种苗的繁育与生产管理。了解凤丹种子上胚轴休眠对环境的适应机制对于生产上采取相应对策促进种子萌发，具有重要的应用价值。本项目在申请人前期对凤丹种子萌发特性和种胚形态学特性初步研究的基础上，利用实验生态学方法研究凤丹种子上胚轴休眠对环境的适应对策。一方面，通过水热模型、石蜡切片、扫描电镜、高效液相色谱、定量PCR等技术研究凤丹种子形态结构、休眠与萌发对环境温度、光照和水分的响应，建立种子萌发的水热模型，理解凤丹种子休眠与萌发与环境信号的关系；另一方面，通过温室实验，研究凤丹种子的发育过程，探讨外界和母体环境对凤丹种子发育和休眠的影响。该项目通过研究凤丹种子上胚轴休眠应对环境的生存策略，将丰富和发展变化环境下植物的生活史对策理论，为凤丹大田生产提供科学支撑。

凤丹（Paeonia ostii）是油用牡丹的主要栽培种类，种子的上胚轴休眠特性导致凤丹种子萌发周期长，出苗不整齐，严重影响了种苗的繁育与生产管理。本项目在申请人前期对凤丹种子萌发特性和种胚形态学特性初步研究的基础上，利用实验生态学方法研究凤丹种子上胚轴休眠对环境的适应对策。通过研究：（1）凤丹种子的形态结构，休眠与萌发对环境温度、光照和水分的响应，探究了凤丹种子休眠与萌发与环境的关系；（2）土壤种子库年际动态变化，探究了土壤温度和水分的季节性变化与种子休眠状态的变化的关系；（3）通过研究凤丹种子的发育过程，探讨环境(外界环境和母体环境)对凤丹种子发育和休眠特性形成的影响。研究结果表明：1、新成熟的凤丹种子具有深度简单上胚轴形态生理休眠，其种胚发育不完全且没有上胚轴。上胚轴在胚根开始突破种皮时才开始分化。此外，胚根和胚芽具有生理休眠。种胚的生长和胚根休眠的打破需要暖层积，而胚芽休眠的打破需要冷层积。2. 野外生境下，胚根在10月份出土，胚芽在来年的3月出土。部分种子的种胚在第一年不发育，需要等到第二年的十月胚根再次出土。3、凤丹从开花到种子生理成熟需要100天左右的时间。种子在发育60–70天之间获得萌发能力。在发育过程中，合子最初的分裂没有细胞壁的形成，而是出现了一个类似于裸子植物种胚发育初期的一个游离核阶段。发育25天后的游离核开始细胞化。之后，种胚的发育与其他被子植物类似。凤丹的胚乳属于核型胚乳，其发育早于种胚。种皮由外珠被细胞发育而成，由外而内可以分为角质层、栅栏细胞层、大骨细胞层和薄壁细胞层。4、对干旱胁迫处理后的凤丹种子萌发和幼苗生长特性进行了研究，发现干旱胁迫导致种子变小，幼苗生物量增加，这种变化的机制有待阐明。凤丹种子的上胚轴休眠机制降低了在异质性生境中适合度的变异，确保了后代在变化环境中的存活，该项目丰富和发展了变化环境下植物的生活史对策理论，并为凤丹大田生产提供了科学支撑。