瀕危藥用植物秦艽種子的灌漿特性

蔡子平+王宏霞+王國(guó)祥+米永偉+晉玲

摘要：在4年生秦艽品系GQ05-2采種田中選取健壯植株作為研究對(duì)象，于開花盛期選取同一天開花的植株用吊牌標(biāo)記，并從標(biāo)記后4 d開始，每隔4 d采樣1次，分別測(cè)定秦艽種子千粒鮮質(zhì)量、千粒干質(zhì)量、種子含水量等指標(biāo)，對(duì)秦艽種子灌漿動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，旨在為秦艽種子采收提供理論和技術(shù)依據(jù)。結(jié)果表明，秦艽種子千粒鮮質(zhì)量在開花后第40天達(dá)到最大值，隨后迅速下降到接近干質(zhì)量的水平；秦艽種子籽粒千粒質(zhì)量變化呈“S”形曲線趨勢(shì)，符合Logistic方程，花后第4～8天種子千粒鮮質(zhì)量緩慢增加，灌漿處于漸增期，花后第8～28天種子鮮質(zhì)量快速增加，灌漿進(jìn)入快增期，花后第29～40天為穩(wěn)增期，鮮質(zhì)量增加速度趨于平穩(wěn)，并在花后第40天左右千粒鮮質(zhì)量達(dá)到最大值（0.221 7 g），開花后第60天灌漿基本結(jié)束。灌漿速率呈“快—慢—快—慢”規(guī)律，籽粒脫水速率大致隨灌漿的進(jìn)行而加快，含水量持續(xù)下降，含水量下降最快的時(shí)期為灌漿高峰結(jié)束期。由結(jié)果可以看出，秦艽種子籽粒脫水加快、干質(zhì)量和含水量趨于穩(wěn)定是種子成熟的標(biāo)志，采收期應(yīng)在開花后第56天左右（9月中下旬），蒴果種莢尚未開裂時(shí)為最佳，秦艽種子應(yīng)根據(jù)成熟情況采取及時(shí)分批采收為宜。

關(guān)鍵詞：瀕危；藥用植物；秦艽；種子灌漿特性；最佳采收期

中圖分類號(hào)： S567.23+9.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）23-0143-04

《中華人民共和國(guó)藥典》（2010年版一部）收錄的秦艽藥材原植物為龍膽科植物秦艽（Gentiana macrophylla Pall.）、粗莖秦艽（G. crassicaulis Duthie ex Burk.）、麻花秦艽（G.straminea Maxim.）與小秦艽（G. dahurica Fisch.）[1]。秦艽藥用歷史已有2 000多年，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有祛風(fēng)除濕、退虛弱、止痹痛之功效。隨著現(xiàn)代藥理藥效及新用途的開發(fā)，秦艽藥材的市場(chǎng)需求量增加，價(jià)格上漲，人們?cè)诶骝?qū)使下瘋狂采挖野生秦艽資源，導(dǎo)致野生秦艽資源匱乏，秦艽已被列入國(guó)家三級(jí)保護(hù)野生藥用植物名錄[2]。實(shí)行人工馴化栽培是解決秦艽市場(chǎng)供需矛盾、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要手段。目前，秦艽人工馴化栽培主要以種子繁殖為主，但秦艽種子細(xì)小，壽命短，育苗成苗率極低。秦艽種子的成熟程度直接影響著發(fā)芽率及育苗效果，如果種子采收過(guò)早，則成熟度差，如果采收過(guò)晚，則蒴果開裂，落?，F(xiàn)象嚴(yán)重，種子采收量少。秦艽種子采收時(shí)間長(zhǎng)期以來(lái)一直依賴農(nóng)戶對(duì)種子顏色的經(jīng)驗(yàn)判斷，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，收獲到的種子成熟度差異大，嚴(yán)重影響育苗效果及種苗質(zhì)量。種子發(fā)芽率與種子灌漿特性、種子成熟度關(guān)系密切，有學(xué)者對(duì)甘肅道地中藥材當(dāng)歸[3]、掌葉大黃[4-5]、甘肅貝母[6]、蒙古黃芪[7]等藥用植物種子灌漿期種子干物質(zhì)積累與種子成熟度、發(fā)芽率的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究，結(jié)果表明：藥用植物種子成熟度與干物質(zhì)積累持續(xù)時(shí)間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。近年來(lái)，許多學(xué)者圍繞秦艽藥理藥效[8]、臨床應(yīng)用[9-10]及其基源植物的馴化栽培[11-14]等方面開展了大量研究，而在其基礎(chǔ)繁殖生物學(xué)特性方面，僅有米永偉等對(duì)麻花秦艽（G.straminea Maxim.）作了研究[15]，關(guān)于秦艽、小秦艽、粗莖秦艽等3種基源植物種子灌漿特性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。王懷林等研究表明，同屬不同種植物開花與結(jié)實(shí)時(shí)期均有差異[16]。因此，非常有必要開展中藥材秦艽基源植物秦艽（Gentiana macrophylla Pall.）種子灌漿動(dòng)態(tài)研究，以期為確定人工栽培秦艽種子的最佳采收期提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

供試材料為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所選育的4年生秦艽品系GQ05-2種株。試驗(yàn)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院榆中園藝試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)年平均氣溫6.7 ℃，年平均降水量458 mm，降水集中分布在6—9月，年日照時(shí)間 2 600 h，無(wú)霜期155 d，土壤為沙壤土，土層深厚，土壤中性偏堿性[17]。

1.2灌漿動(dòng)態(tài)測(cè)定

本試驗(yàn)于2014年8月開始進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)秦艽GQ05-2盛花期為7月下旬至8月上旬。本試驗(yàn)于8月1日選取生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害及株型一致的種株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，掛牌時(shí)僅留取同一天開花的花序，剔除未開花花朵。掛牌后第4天開始，每隔4 d在14：00左右進(jìn)行取樣，每次選取60個(gè)蒴果裝入自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室后隨機(jī)分成3組，每組10個(gè)蒴果，分別剝出籽粒混合均勻，然后隨機(jī)取500粒稱取種子鮮質(zhì)量，重復(fù)3次，鮮質(zhì)量測(cè)定結(jié)束后裝入牛皮紙種子袋內(nèi)，置于陰涼處干燥，待種子采樣結(jié)束后，將灌漿期間種子統(tǒng)一置于70 ℃烘箱烘至恒質(zhì)量，稱其干質(zhì)量。根據(jù)每次取樣結(jié)果折合成秦艽種子灌漿期千粒鮮質(zhì)量、千粒干質(zhì)量，并按照下列公式計(jì)算種子灌漿相關(guān)參數(shù)。

種子灌漿速率（FR，g/d，以千粒種子計(jì)）=（后一次采樣種子千粒干質(zhì)量-前一次采樣種子千粒干質(zhì)量）÷2次取樣間隔時(shí)間。

種子平均灌漿速率（MFR，g/d，以千粒種子計(jì)）=開花后某天種子千粒干質(zhì)量÷開花后時(shí)間。

種子含水量（WC，%）=（千粒鮮質(zhì)量-千粒干質(zhì)量）÷千粒鮮質(zhì)量×100%。

種子脫水速率（DR，%/d）=（前一次測(cè)定含水量-后一次測(cè)定含水量）÷2次取樣相隔時(shí)間。

1.3數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行制圖，可用Logistic曲線方程進(jìn)行直線化擬合，用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析及方差分析[18]。首先根據(jù)郭鳳霞等Excel作圖法[6]對(duì)秦艽籽粒百粒質(zhì)量（y）、開花后時(shí)間（x）擬合Logistic曲線方程：y=k/（1+eA+BX）。式中：k為千粒質(zhì)量極限值，即理論上可能達(dá)到的最大值；A、B為方程參數(shù)，A反映初始千粒干質(zhì)量，B反映干物質(zhì)增長(zhǎng)速率；本試驗(yàn)中取樣時(shí)間x最長(zhǎng)為開花后第60天，即x∈[4，60]，用曲線方程可直線化方法[令y′=ln[（k-y）/y]；k=[y22（y1+y3）-2y1y2y3]/（y22-y1y3），y1、y2、y3分別為等間隔開花后時(shí)間（x=第4、32、60天）對(duì)應(yīng)的千粒干質(zhì)量，A′=A，B′=B]求出Logistic方程參數(shù)，然后根據(jù)方程參數(shù)，按照石有太等方法估算灌漿起始、高峰、結(jié)束時(shí)間和最大灌漿速率等次級(jí)參數(shù)，擬合出千粒質(zhì)量與開花時(shí)間的Logistic方程[4，6]。endprint

2結(jié)果與分析

2.1秦艽籽粒灌漿過(guò)程中干物質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)變化

4年生秦艽植株在甘肅省蘭州市榆中縣6月中旬開始抽薹，7月上中旬開始現(xiàn)蕾，7月下旬進(jìn)入盛花期。試驗(yàn)在秦艽盛花期選取生長(zhǎng)整齊一致的秦艽GQ05-2種株，于8月1日選取同一天開花花序掛牌標(biāo)記，從開花后第4天開始測(cè)定蒴果中籽粒生長(zhǎng)的變化動(dòng)態(tài)。由圖1可以看出，秦艽種子在成熟過(guò)程中千粒質(zhì)量在不斷變化，根據(jù)種子灌漿期間千粒鮮質(zhì)量增加的特點(diǎn)，大致將秦艽種子灌漿期劃分為漸增期、快速增長(zhǎng)期、平穩(wěn)增長(zhǎng)期及下降期。開花后第4～8天蒴果形成，種子千粒鮮質(zhì)量增加緩慢，可將該時(shí)間段劃分為種子灌漿漸增期；開花后第9～28天種子千粒鮮質(zhì)量迅速增加，將該時(shí)間段劃分為灌漿快速增長(zhǎng)期；開花后第29～40天種子千粒鮮質(zhì)量增加速度趨于平穩(wěn)，可將該時(shí)間段劃分為灌漿平穩(wěn)增長(zhǎng)期。由圖1可以看出，秦艽種子在花后第40天左右千粒鮮質(zhì)量達(dá)到最大值（0.221 7 g），較開花后第4天千粒鮮質(zhì)量增加5389%（P<0.01）。開花后第40天以后，種子脫水速率加快，鮮質(zhì)量急劇下降，至灌漿末期種子鮮質(zhì)量逐漸接近干質(zhì)量的水平。開花第56天后千粒鮮質(zhì)量下降不明顯，在田間已有大量蒴果開始落粒，將該時(shí)間段劃分為下降期?；ê蟮?0天千粒鮮質(zhì)量（0.148 7 g）與千粒干質(zhì)量（0.140 3 g）基本一致，說(shuō)明種子灌漿已完全結(jié)束。

由圖1可以看出，秦艽種子千粒干質(zhì)量隨開花后時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)出“慢—快—慢”的“S”形變化趨勢(shì)，經(jīng)利用曲線方程可直線化方法擬合（圖2），千粒質(zhì)量（y）與開花后時(shí)間（x）的“S”形曲線符合Logistic曲線方程y=0.141 5/（1+e3.471 2-0.128 4x，A=3.471 2；B=0.128 4），擬合系數(shù)（r2=0.973 5）達(dá)到極顯著水平（P<0.01），表明該方程可以客觀地反映秦艽種子灌漿充實(shí)規(guī)律。千粒干質(zhì)量極限值K為 0.141 5 g，A為初始千粒干質(zhì)量轉(zhuǎn)換值[y′=ln[（k-y）/y，y為千粒干質(zhì)量，k為千粒干質(zhì)量極限值]，B可反映干物質(zhì)積累速率。Logistic方程擬合表明，開花后16 d內(nèi)，種子鮮質(zhì)量增加，干物質(zhì)逐漸積累，這一時(shí)期為種子灌漿漸增期（圖2、表1）。開花第17天開始干物質(zhì)積累速度加快，灌漿進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，持續(xù)20 d左右，種子鮮質(zhì)量迅速增加并在花后第40天達(dá)到最大值。開花后第28天左右（Logistic曲線拐點(diǎn)，即方程直線化后與x軸的交點(diǎn)處）種子干物質(zhì)積累速率最大（圖2）。開花第37天后種子干物質(zhì)積累高峰結(jié)束，灌漿進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期，種子干物質(zhì)繼續(xù)積累，至開花后第60天灌漿過(guò)程基本結(jié)束，采用Logistic方程擬合得到秦艽種子灌漿結(jié)束期在開花后第63天，但此時(shí)絕大部分種莢已開裂，落?，F(xiàn)象十分嚴(yán)重（圖1、圖3、表1）。

2.2秦艽種子灌漿速率及平均灌漿速率的變化

在秦艽種子整個(gè)灌漿的過(guò)程中，種子灌漿速率呈“慢—快—慢”的變化規(guī)律?；ê蟮?4天前灌漿速率呈緩慢上升

趨勢(shì)；隨著灌漿持續(xù)期的延長(zhǎng)， 灌漿速率迅速上升，并在花后第32天左右出現(xiàn)灌漿高峰（圖3），這與Logistic方程估測(cè)的干質(zhì)量最大積累速度時(shí)期有偏差（表1）。造成此結(jié)果的原因可能是由于在灌漿過(guò)程中連續(xù)降水，使種子含水量增加。此后灌漿速率波動(dòng)下降，到開花后第36天左右出現(xiàn)灌漿低峰，接著又波動(dòng)回升，但總體呈持續(xù)波動(dòng)下降的趨勢(shì)。在整個(gè)灌漿過(guò)程中，平均灌漿速率在開花后第28～36天維持在較高水平，花后第36天開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，種子開始脫水，種皮顏色由黃白色變?yōu)楹贮S色，種子逐漸成熟。

2.3秦艽種子灌漿過(guò)程中籽粒含水量及脫水速率的變化

降的變化趨勢(shì)， 而脫水速率則大致隨灌漿進(jìn)程的繼續(xù)呈先慢后快的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)（圖4）。開花后第8～16天，種子含水量迅速上升，在花后第16天達(dá)到76.63%，種子鮮質(zhì)量明顯增加，干質(zhì)量積累較少（圖1）?；ê蟮?6天種子開始脫水（圖4），鮮質(zhì)量迅速增加，與Logistic估計(jì)的干物質(zhì)積累高峰起始時(shí)間（花后第17天）基本吻合（表1）；之后繼續(xù)波動(dòng)脫水，含水量持續(xù)降低。開花第28天后種子脫水加快，含水量直線下降，干物質(zhì)繼續(xù)積累，但積累速度減慢；開花后第32天左右，種子脫水速率較快（4.01%/d）。整個(gè)種子灌漿過(guò)程中，含水量變化范圍為76.63%～8.39%，含水量每下降1%，千粒干質(zhì)量增加0.001 7 g。

2.4秦艽種子灌漿特性的相關(guān)分析

對(duì)秦艽種子灌漿過(guò)程中千粒干質(zhì)量、含水量、脫水速率及灌漿持續(xù)時(shí)間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明：秦艽種子灌漿過(guò)程中，千粒鮮質(zhì)量與千粒干質(zhì)量、脫水速率、灌漿持續(xù)期均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），千粒鮮質(zhì)量與種子含水量呈負(fù)相關(guān)，但不顯著。種子含水量與脫水速率、灌漿持續(xù)期呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），而種子脫水速度與灌漿持續(xù)期呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。千粒干質(zhì)量與灌漿持續(xù)期、脫水速率均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），而與種子含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）（表2）。

3討論

種子作為植物生活史中關(guān)鍵性的特征，可以保持物種的延續(xù)，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料[19]。種子質(zhì)量和大小與其植物性狀和生態(tài)因子有一定關(guān)系，千粒質(zhì)量可反映種子的大小[20-21]，其高低決定于灌漿速率、持續(xù)時(shí)間[22]。有研究表明，種子大小能夠影響種子的萌發(fā)能力，直接影響幼苗的建成，最終影響整個(gè)群落的結(jié)構(gòu)[23]。在干旱和陰暗的環(huán)境條件下，種子有變大的趨勢(shì)，且種子相對(duì)較大的幼苗生長(zhǎng)快，幼苗較高，種子大小與苗高及鮮質(zhì)量呈顯著正相關(guān)[24]。在種子灌漿過(guò)程中，漸增期形成大庫(kù)容、快增期向庫(kù)容中調(diào)運(yùn)庫(kù)容物質(zhì)是保證種子質(zhì)量和產(chǎn)量的基礎(chǔ)，對(duì)種子成熟度起著重要作用。種子灌漿速率降低，鮮質(zhì)量接近干質(zhì)量，種子顏色發(fā)生變化，說(shuō)明種子已成熟。然而種子成熟度直接影響其田間出苗率，進(jìn)而影響藥材的產(chǎn)量、質(zhì)量。若采收過(guò)早，種子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累少，后熟效果差；若采收過(guò)遲，種果開裂，種子撒漏嚴(yán)重，導(dǎo)致種子產(chǎn)量降低。endprint