杭芍果實和種子發(fā)育過程表型性狀研究

孟家松，姜 宇，張克亮，陶 俊*

(1.揚州大學 動物科學與技術學院，江蘇 揚州 225009； 2.揚州大學 園藝與植物保護學院，江蘇 揚州 225009)

芍藥(PaeonialactifloraPall.)是芍藥科芍藥屬的多年生草本植物，栽培歷史悠久，分布范圍廣泛，東北、華北等區(qū)以及甘肅、陜西、江蘇、四川、浙江等省均有栽培。目前的研究主要集中在觀賞[1-4]和藥用[5-6]2個方面。單瓣品種芍藥每年產(chǎn)生的大量種子，少量用于育苗、制皂以及提取其中的白藜蘆醇等[7]，其余大部分被廢棄，造成了資源的巨大浪費。

筆者所在課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，精細栽培的5年生單瓣型品種杭芍的產(chǎn)量能達到4 500 kg/hm2，含油量達到種子凈質量的(33.28±0.08)%，其中不飽和脂肪酸含量約占(91.55±3.16)%，特別是α-亞麻酸(ALA)含量可達(20.20±0.69)%[8]。ALA具有調(diào)節(jié)血脂、降壓、消炎、抗衰老、防癌、提高智力和視力的功能[9-10]。而常用植物油(如玉米油、大豆油、花生油)中的不飽和脂肪酸通常以亞油酸(LA)含量居多，ALA的含量相對較低，因此在正常飲食情況下，人體往往不能足量攝入所需的ALA，杭芍籽油可以作為新型富含ALA的植物食用油。

目前，針對芍藥種子的研究基本基于種子的休眠與萌發(fā)[11-13]以及芍藥種子成分分析[14-16]，芍藥果實及種子發(fā)育過程中表型性狀研究未見報道。因此，本研究針對7年生杭芍果實與種子發(fā)育過程中各時期的生長形態(tài)以及質量大小等進行測定分析，旨在了解杭芍果實及種子的生長發(fā)育規(guī)律，為今后利用分子生物學手段及從栽培措施方面提高杭芍種子的產(chǎn)量及質量提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

以揚州大學芍藥資源圃7年生杭芍為試驗材料。統(tǒng)計杭芍主枝聚合蓇葖果類型，每種小果類型的果莢采30個作為重復進行統(tǒng)計。

1.2 試驗設計

2016年4月中下旬杭芍花瓣展開后標記時間，于花后每隔10 d至成熟期隨機采摘杭芍主枝果實，共分9個不同發(fā)育時期，記為S1時期(花后10 d)、S2時期(花后20 d)……S9時期(花后90 d)。采摘后及時測量杭芍果實、種子等表型性狀。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 測定指標 共測定杭芍果實和種子性狀指標4類，15個。其中，果實大小指標6個：總莢平均長度、單莢長度、單莢寬度、種子長度、種子寬度、種子厚度；果實質量指標5個：總莢質量、單莢質量、單粒種子質量、單莢種子質量、總莢種子質量；種子數(shù)量指標2個：總莢種子數(shù)量、單莢種子數(shù)量；出籽率指標2個：總莢鮮果出籽率、單莢鮮果出籽率。

1.3.2 測定方法 果實大小指標以游標卡尺測定：總莢平均長度為小果果莢頂端之間距離的平均值；單莢長度為小果果柄至小果果頂?shù)木嚯x；單莢寬度為小果1/2處直徑；種子長度、種子寬度及種子厚度均測定小果果莢中間種子(杭芍種子長圓形，長軸為種子長度，短軸為種子寬度，扁平厚度為種子厚度)。

果實質量以電子天平測定：1個果莢內(nèi)所有小果果莢總質量為總莢質量；任取總莢中1個小果果莢，測定其質量，為單莢質量；取小果果莢內(nèi)中間部位種子，稱其質量，為單粒種子質量；將小果果莢內(nèi)所有種子取出后，稱其質量，為單莢種子質量；將其余小果果莢內(nèi)種子取出，與剛測定的單莢種子質量的種子一起稱量，為總莢種子質量。

種子數(shù)量均目測計數(shù)：1個果莢內(nèi)所有種子數(shù)量，為總莢種子數(shù)量；任意1個小果果莢的種子數(shù)量，為單莢種子數(shù)量。

出籽率由下式得出：

總莢鮮果出籽率=總莢種子質量/總莢質量×100%；

單莢鮮果出籽率=單莢種子質量/單莢質量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件計算果實大小指標、果實質量指標、種子數(shù)量指標、出籽率指標的平均值、標準差等；以果莢類型和發(fā)育天數(shù)作為控制變量，運用SPSS 23.0軟件對所測性狀進行偏相關分析，確定各性狀之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同發(fā)育時期杭芍果實形態(tài)變化

杭芍主枝上聚合蓇葖果有3種類型(圖1)，分別為3個小果果莢(3果莢)、4個小果果莢(4果莢)、5個小果果莢(5果莢)。3種類型果莢的聚合蓇葖果的果實大小隨發(fā)育均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。蓇葖果果皮在S1時期均密被白色柔毛，至S3時期后白色柔毛不明顯。果皮顏色也從S1時期的白綠色轉至淺綠，至S6時期時果皮顏色逐漸轉為黃綠色，至后期S9時期呈現(xiàn)褐色斑塊等。蓇葖果果皮至S8時期開始開裂。

圖1 不同發(fā)育時期杭芍主枝蓇葖果3種類型果莢形態(tài)

2.2 不同發(fā)育時期杭芍果實大小變化

從圖2可以看出，3種類型果莢的總莢平均長度隨著發(fā)育時期先增大后降低，最大值均出現(xiàn)在S6時期。S1—S2時期變化幅度較大，后期變化幅度較小。3果莢的總莢平均長度S1—S2增加了59.65%，4果莢的總莢平均長度S1—S2增加了71.28%，5果莢的總莢平均長度S1—S2增加了67.15%。結合圖3和圖4，3種類型果莢的單莢長度和單莢寬度也呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，其最大值也均出現(xiàn)在S6時期。4果莢的單莢長度在早中期均要比3果莢和5果莢的單莢長度要長，而成熟期4果莢的單莢長度最小。單莢長度S1—S3時期3果莢>5果莢，S7—S9時期3果莢<5果莢；S1至S2時期單莢寬度5果莢>4果莢>3果莢；從S3時期開始，單莢寬度5果莢<3果莢及4果莢；S7—S9時期，單莢寬度3果莢>4果莢>5果莢。

圖2 不同發(fā)育時期杭芍總莢平均長度

2.3 不同發(fā)育時期杭芍果實質量變化

3種類型果莢的總莢質量和單莢質量均呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(圖5—6)，最大值均出現(xiàn)在S6時期。從總莢質量來看，各時期表現(xiàn)為3果莢<4果莢<5果莢；而從單莢質量來看，S1和S2時期的3種類型果莢的單莢質量相當，S3時期的單莢質量表現(xiàn)為3果莢>4果莢>5果莢，S4、S5、S6時期的4果莢的單莢質量最大，S7、S8、S9時期5果莢單莢質量最大。

3果莢的總莢質量從S1時期的(5.732±0.583)g增長到S2時期的(13.216±1.931)g，增長了130.57%；從S2時期到S3時期的(25.408±2.691)g，增長了92.26%；從S3時期到S6時期的(31.353±8.179)g只增長了23.40%；從S6時期往后，總莢質量開始減少，至成熟期S9時期的總莢質量為(19.717±3.972)g，較S6時期減少了37.11%。4果莢和5果莢的總莢質量的變化趨勢與3果莢相似：前30 d總莢質量快速增長，中間30 d緩慢增長，后30 d緩慢下降。

圖3 不同發(fā)育時期杭芍單莢長度

圖4 不同發(fā)育時期杭芍單莢寬度

3果莢的單莢質量從S1時期的(1.984±0.145)g增長到S2時期的(4.416±0.698)g，增長了122.58%；從S2時期到S3時期的(8.607±0.929)g，增長了94.90%；從S3時期到S6時期的(10.557±2.723)g，只增長了22.66%；從S6時期往后，單莢質量減少，至成熟期S9時期的單莢質量為(6.933±1.310)g，較S6時期減少了34.33%。4果莢和5果莢的單莢質量的變化趨勢與3果莢相似。

圖5 不同發(fā)育時期杭芍總莢質量

圖6 不同發(fā)育時期杭芍單莢質量

2.4 不同發(fā)育時期杭芍種子顏色變化

3種類型果莢種子顏色隨發(fā)育時期逐漸變化，過程基本一致。以3果莢種子為例(圖7)，種子顏色隨著發(fā)育時期逐漸由淺變深：S1時期顏色為淺黃色，S2—S6時期顏色變?yōu)槊S色，S7時期顏色變?yōu)殚冱S色，S8時期顏色變?yōu)辄S褐色，S9時期顏色變?yōu)楹诤稚?/p>

圖7 不同發(fā)育時期杭芍種子形態(tài)(每小格為5 mm)

2.5 不同發(fā)育時期杭芍種子大小變化

種子大小(圖7)隨發(fā)育時期先增大后降低：前期增大幅度較大，中期變化不明顯，后期降低幅度變化較小。3種類型果莢的種子長度、種子寬度和種子厚度均呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(圖8—10)，除4果莢的種子厚度最大值(7.26±0.81)mm出現(xiàn)在S7時期外，其余類型果莢的種子長度、種子寬度及種子厚度最大值均出現(xiàn)在S6時期，分別為(11.51±0.86)mm(3果莢種子長度)、(11.44±0.63)mm(4果莢種子長度)、(11.22±0.86)mm(5果莢種子長度)、(8.53±0.82)mm(3果莢種子寬度)、(8.45±0.69)mm(4果莢種子寬度)、(8.80±1.24)mm(5果莢種子寬度)、(6.94±0.93)mm(3果莢種子厚度)和(7.68±1.08)mm(5果莢種子厚度)。

圖8 不同發(fā)育時期杭芍種子長度

圖9 不同發(fā)育時期杭芍種子寬度

圖10 不同發(fā)育時期杭芍種子厚度

從種子長度來看，S1和S2時期的種子長度表現(xiàn)為3果莢<4果莢<5果莢，S8和S9時期種子長度表現(xiàn)為3果莢>4果莢>5果莢；S1和S2時期的種子寬度和種子厚度表現(xiàn)為3果莢>4果莢>5果莢；S9時期5果莢的種子寬度和種子厚度均為最大。

3果莢的種子長度從S1時期的(5.40±0.61)mm增長到S6時期的(11.51±0.86)mm，增加了6.11 mm，增長了113.15%，隨后降低到S9時期的(10.85±1.14)mm，降低了0.66 mm，降低了5.73%；同時種子寬度從S1時期的(3.07±0.33)mm增長到S6時期的(8.53±0.82)mm，增加了5.46 mm，增長了177.85%，隨后降低到S9時期的(7.88±0.78)mm，降低了0.65 mm，降低了7.62%；種子厚度從S1時期的(2.74±0.30)mm增長到S6時期的(6.94±0.93)mm，增加了4.20 mm，增長了153.28%；隨后降低到S9時期的(6.79±0.55)mm，降低了0.15 mm，降低了2.16%。S9時期為種子的成熟期，3種類型果莢的平均種子長度、平均種子寬度、平均種子厚度分別為(10.66±0.85)mm、(7.91±0.66)mm、(6.83±0.74)mm。

2.6 不同發(fā)育時期杭芍種子數(shù)量變化

總莢種子數(shù)量與單莢種子數(shù)量隨著發(fā)育時期而降低(圖11、12)?？偳v種子數(shù)量表現(xiàn)為3果莢<4果莢<5果莢；而單莢種子數(shù)量除S5和S6時期外，其他時期均表現(xiàn)為3果莢>4果莢>5果莢。

圖11 不同發(fā)育時期杭芍總莢種子數(shù)量

圖12 不同發(fā)育時期杭芍單莢種子數(shù)量

3果莢的總莢種子數(shù)量S1時期為(34.33±1.95)粒，S9時期為(24.50±5.23)粒，降低了28.63%；4果莢的總莢種子數(shù)量S1時期為(43.80±6.61)粒，S9時期為(32.67±7.86)粒，降低了25.41%；5果莢的總莢種子數(shù)量S1時期為(55.77±6.01)粒，S9時期為(41.17±9.99)粒，降低了26.18%；總體降低幅度表現(xiàn)為3果莢>5果莢>4果莢。而3果莢的單莢種子數(shù)量S1時期為(11.43±0.97)粒，S9時期為(8.40±2.14)粒，降低了26.51%；4果莢的單莢種子數(shù)量S1時期為(11.30±1.86)粒，S9時期為(8.27±2.36)粒，降低了26.81%；5果莢的單莢種子數(shù)量S1時期為(11.03±1.43)粒，S9時期為(8.17±2.17)粒，降低了25.93%；降低幅度表現(xiàn)為4果莢>3果莢>5果莢。3種類型果莢的平均單莢種子數(shù)量從S1時期的(11.26±1.46)粒，至成熟期S9時期降低為(8.28±2.20)粒。

2.7 不同發(fā)育時期杭芍種子質量變化

總莢種子質量及單莢種子質量的變化趨勢均為先增加后降低(圖13—14)。3果莢和4果莢的總莢種子質量最大值出現(xiàn)在S7時期，分別為(11.132±2.447)g、(15.443±2.393)g，5果莢的總莢種子質量最大值出現(xiàn)在S6時期，為(18.280±2.300)g。3種類型果莢的總莢種子質量前30 d快速增長，后期變化緩慢。3種類型果莢從S1時期到S2時期分別增長了676.03%、657.63%、631.30%，從S2時期到S3時期分別增長了111.53%、90.11%、91.19%。同樣，3果莢和4果莢的單莢種子質量最大值出現(xiàn)在S7時期，分別為(3.871±0.809)g，(3.922±0.750)g，5果莢的總莢種子質量最大值出現(xiàn)在S6時期，為(3.816±0.602)g，3種類型果莢的單莢種子質量前30 d屬于快速增長期：從S1到S2時期，分別增長了653.30%、653.59%、658.33%；從S2—S3時期，分別增長了106.27%、109.82%、93.26%。

圖13 不同發(fā)育時期杭芍總莢種子質量

圖14 不同發(fā)育時期杭芍單莢種子質量

3種類型果莢的單粒種子質量在各時期的差異變化不大(圖15)，但總體的發(fā)育變化趨勢一致：先增加后降低。最大值均出現(xiàn)在S7時期，分別為(0.431±0.047)g (3果莢)、(0.426±0.052)g(4果莢)和(0.422±0.054)g(5果莢)。從3種果莢的平均單粒種子質量來看(圖16)前40 d屬于快速增長階段，中間30 d屬于緩慢增長期，后20 d屬于下降期。從S1時期的(0.016±0.002)g增長到S2時期的(0.128±0.003)g，增長了700.00%；從S2時期增長到S3時期的(0.268±0.039)g，增長了109.38%；從S3時期增長到S4時期的(0.364±0.025)g，增長了35.82%；而從S4時期到S7時期的(0.426±0.051)g，30 d共增長了17.03%；從S7—S9時期的(0.389±0.039)g，降低了8.69%。

圖15 不同發(fā)育時期杭芍單粒種子質量

圖16 不同發(fā)育時期杭芍平均單粒種子質量

2.8 不同發(fā)育時期杭芍鮮果出籽率變化

3種類型果莢的總莢鮮果出籽率和單莢鮮果出籽率總體上呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢，最大值均出現(xiàn)在S9時期(圖17—18)。3種類型果莢的總莢鮮果出籽率在S1時期相當，且均不足10%，S2時期的總莢鮮果出籽率均增加至30%以上，但不同類型果莢之間差異不大。往后各時期有差異，但差異不明顯，僅S9時期差異較大：3果莢(50.43%)>4果莢(44.09%)>5果莢(40.99%)。3種類型果莢的單莢鮮果出籽率與總莢鮮果出籽率呈現(xiàn)相似趨勢，在S9時期均出現(xiàn)最大值，且3果莢(50.32%)>4相關性分析結果見表1。單莢種子數(shù)量與單莢種子質量呈正相關，但不顯著，而與總莢種子數(shù)量之間呈極顯著正相關；單莢種子數(shù)量與總莢平均長度之間呈顯著負相關，而與總莢質量、單莢質量、單莢寬度、種子長度、種子寬度、種子厚度、單粒種子質量、總莢鮮果出籽率之間呈極顯著負相關；單莢種子數(shù)量與單莢長度、總莢種子質量、單莢鮮果出籽率之間呈負相關，但不顯著。

圖17 不同發(fā)育時期杭芍總莢鮮果出籽率

果莢(46.41%)>5果莢(41.37%)。另外，3種類型果莢在各時期的總莢鮮果出籽率與單莢鮮果出籽率相比較，無明顯差異。3種類型果莢的平均總莢鮮果出籽率、平均單莢鮮果出籽率分別為(45.17±9.34)%、(46.03±10.87)%。

圖18 不同發(fā)育時期杭芍單莢鮮果出籽率

2.9 杭芍各性狀指標相關性分析

表1 杭芍各性狀指標的相關性分析

注：a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o分別表示總莢平均長度、總莢質量、單莢質量、單莢長度、單莢寬度、種子長度、種子寬度、種子厚度、單粒種子質量、單莢種子數(shù)量、單莢種子質量、總莢種子數(shù)量、總莢種子質量、總莢鮮果出籽率、單莢鮮果出籽率；*、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著、極顯著相關(雙側)。

總莢種子數(shù)量與總莢質量、單莢種子數(shù)量、總莢種子質量之間呈極顯著正相關；總莢種子數(shù)量與單莢種子質量呈負相關，但不顯著；總莢種子數(shù)量與單莢長度和單莢鮮果出籽率呈顯著負相關；總莢種子數(shù)量與總莢平均長度、單莢質量、單莢寬度、種子長度、種子寬度、種子厚度、單粒種子質量、總莢鮮果出籽率之間呈極顯著負相關。

總莢種子質量與單莢種子數(shù)量呈負相關，但不顯著；總莢種子質量與總莢平均長度等其他13個指標呈極顯著正相關。其中，與總莢質量相關性達到0.922，而與總莢種子數(shù)量相關性僅為0.199。

3 結論與討論

2011年牡丹籽油被衛(wèi)生部批準為新資源食品，開啟了油用牡丹產(chǎn)業(yè)的新紀元[17]。鳳丹和紫斑牡丹類群作為油用牡丹，其遺傳多樣性豐富，不同區(qū)域不同品種不同植株之間的果實產(chǎn)量、含油率以及品質都有區(qū)別[18-21]。作為同科同屬的芍藥，其結籽率、含油量及脂肪酸成分不遜于牡丹[8,14]。另外，鳳丹需經(jīng)過120 d的發(fā)育時期[22]，成熟期在8月上中旬，而杭芍花后需經(jīng)過90 d左右的發(fā)育期，成熟期在7月中下旬。因此，杭芍可作為油用植物資源考慮，以彌補高品質食用油的短缺。

3種類型果莢的總莢大小和總莢質量的變化趨勢一致，先升高后降低，最大值出現(xiàn)在S6時期，其中，總莢質量表現(xiàn)為3果莢<4果莢<5果莢。因此，果莢數(shù)越多，其總莢質量越大。3種類型果莢的單莢大小和單莢質量也均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最大值出現(xiàn)在S6時期。這與鳳丹白單莢大小和單莢質量的發(fā)育趨勢一致[22]。但杭芍單莢大小和單莢質量的最大值出現(xiàn)在發(fā)育中期偏后，而鳳丹白單莢大小和單莢質量的最大值出現(xiàn)在發(fā)育后期偏后。3種類型果莢發(fā)育后期S8、S9時期果莢發(fā)生開裂，有落?，F(xiàn)象。

杭芍3種類型果莢的種子形態(tài)基本一致，其顏色隨發(fā)育時期逐漸由淺變深，成熟期為黑褐色。3種類型果莢的種子大小均呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。成熟期S9時期，3種類型果莢的平均種子長度為(10.66±0.85)mm，平均種子寬度為(7.91±0.66)mm，平均種子厚度為(6.83±0.74)mm。大花黃牡丹(P.ludlowii)的平均種子長度為1.52 cm，寬度為1.18 cm，厚度為1.13 cm[23]。滇牡丹(P.delavayi)的種子縱徑為(11.79±0.72)mm，橫徑為(9.04±1.02)mm[24]。3種類型果莢的種子質量在各時期的差異不大，但均呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，其平均單粒種子質量最大值出現(xiàn)在S7時期，后期S9時期的單粒種子質量為(0.389±0.039)g。而張曉驍?shù)萚21]測得秦嶺與子午嶺地區(qū)紫斑牡丹的平均種子單粒質量為(0.19±0.01)～(0.29±0.03)g，任利益等[25]對7～8年生的98株鳳丹種子進行測量，其種子千粒質量為(205.94±53.53)g，崔虎亮等[26]對6年生以上的25份牡丹種子進行測量，其平均千粒質量為(378.66±58.61)g。可見，從種子質量來看，杭芍可作為油用芍藥的優(yōu)勢較大。杭芍單莢和總莢的種子數(shù)量在發(fā)育過程均呈現(xiàn)下降趨勢。3種類型果莢的平均單莢種子數(shù)量從S1時期的(11.26±1.46)粒降低到S9時期的(8.28±2.20)粒，這可能與種子發(fā)育過程中胚中途敗育有關[27]。崔虎亮等[26]也發(fā)現(xiàn)油用牡丹中果實發(fā)育正常而內(nèi)部種子敗育。

本研究所測15個指標的相關性分析表明，單莢種子數(shù)量與種子長度、種子寬度、種子厚度以及單粒種子質量呈極顯著負相關，這與Cilas等[28]研究可可樹中的單莢種子數(shù)量和單粒種子質量呈極顯著負相關一致。出籽率是較為重要的農(nóng)藝經(jīng)濟性狀，反映的是種子質量與果實質量的比例，說明植物光合作用產(chǎn)物的分配。杭芍成熟期3種類型果莢的平均總莢出籽率為(45.17±9.34)%，平均單莢出籽率為(46.03±10.87)%，均高于已有研究油用牡丹的出籽率30.74%[26]及34.5%[29]。綜上，杭芍可作為油用植物資源考慮。