不同著生部位黃精種子的生理及萌發(fā)特性

張紅瑞，孟盼盼，王 茜，劉國(guó)彬，高致明

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450046；2. 三門峽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，河南 三門峽 472000）

黃精（Polygonatum sibiricumRed.），別名雞頭黃精、雞頭根，為百合科黃精屬多年生草本植物[1]，中藥黃精的基源植物之一。黃精以根莖入藥，始載于《名醫(yī)別錄》，曰：“黃精，味甘，平，無(wú)毒。主補(bǔ)中益氣，除風(fēng)濕，安五臟。久服輕身、延年、不饑”，此后多部本草著作均有記載，是藥食同源的中藥之一，也是民族藥[2]。傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為黃精性甘、味平，歸脾、肺、腎經(jīng)，具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤(rùn)肺、益腎的功效[1]。現(xiàn)代研究表明，黃精含有多糖、低聚糖、黃酮、皂苷、生物堿、揮發(fā)油等，具有降血糖、抗腫瘤、抗脂肪肝、保護(hù)心臟、保護(hù)腎臟、抗氧化等藥理作用[3-8]。近年來(lái)，隨著人們保健意識(shí)的增強(qiáng)，黃精的市場(chǎng)需求大幅增長(zhǎng)，過(guò)度采挖導(dǎo)致野生黃精資源匱乏，不能滿足市場(chǎng)需求[9]，人工種植是解決該問(wèn)題的著力點(diǎn)。種子繁殖節(jié)約根莖資源，且繁殖系數(shù)高[10-11]，種子質(zhì)量決定黃精的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)。目前，整株混收黃精果實(shí)，種子質(zhì)量參差不齊，不利于用標(biāo)準(zhǔn)化保障中藥質(zhì)量[12]。前人對(duì)黃精種子的研究多集中在其休眠特性以及如何打破休眠，關(guān)于不同著生部位黃精種子質(zhì)量差異的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，研究不同著生部位黃精種子的生理及萌發(fā)特性，以期明確不同著生部位黃精種子質(zhì)量及果實(shí)適宜采收期，為黃精種子種苗標(biāo)準(zhǔn)化提供科學(xué)依據(jù)，為黃精良種繁育和高產(chǎn)高效栽培奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在河南省洛陽(yáng)市嵩縣黃精種植基地（海拔670 m，經(jīng)度112.11°、緯度33.80°）進(jìn)行。以栽培3 a的黃精作為材料進(jìn)行試驗(yàn)，該材料經(jīng)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)高致明教授鑒定，為百合科黃精屬植物黃精（Polygonatum sibiricumRed.）。嵩縣位于河南省西部，中國(guó)南北地理分界線，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨量適中。年降雨多集中在7—9 月。因受季風(fēng)環(huán)流、地形、森林植被等因素影響，全年降水春季占20.5%、夏季占50.8%、秋季占23.9%、冬季占4.8%。年平均氣溫14.1 ℃，年降水量623 mm，無(wú)霜期209 d。試驗(yàn)地速效氮含量66.34 mg/kg、速效磷含量18.39 mg/kg、速效鉀含量252.48 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選栽培3 a、長(zhǎng)勢(shì)均勻一致、無(wú)病蟲害的黃精，現(xiàn)蕾期標(biāo)記莖粗（8±1）mm的植株60株。栽培3 a的黃精有15～17 輪葉，從植株自下而上第3 輪葉開(kāi)始現(xiàn)蕾，12～13 輪葉現(xiàn)蕾終止。將有花蕾的莖段按長(zhǎng)度平均分為3部分，從上到下分別為上部、中部、下部。7 月31 日開(kāi)始第1 次采收果實(shí)，每次隨機(jī)選取5 株，上、中、下3 個(gè)部位分別采收，每15 d 采收1次，共采收5 次。測(cè)定黃精果實(shí)百果質(zhì)量和直徑后，搓去果肉，洗凈，吸干種子表面水分，用于其他指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 黃精果實(shí)及種子農(nóng)藝性狀的測(cè)定 每個(gè)處理隨機(jī)選取100 顆黃精果實(shí)稱質(zhì)量，重復(fù)3 次，測(cè)定百果質(zhì)量。垂直于果柄和柱頭的連線用游標(biāo)卡尺測(cè)量黃精果實(shí)直徑，3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10顆果實(shí)測(cè)量后取平均值。采用百粒法[13-14]計(jì)算黃精種子千粒質(zhì)量，千粒質(zhì)量=百粒質(zhì)量×10。

1.3.2 黃精種子能量物質(zhì)的測(cè)定 可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[15-16]，可溶性糖含量用蒽酮-硫酸法測(cè)定[17]，淀粉含量用蒽酮比色法測(cè)定[18]，粗脂肪含量用油重法測(cè)定（索氏提取法）[19]。

1.3.3 黃精種子生理指標(biāo)的測(cè)定 稱取新鮮黃精種子5 g，105 ℃下烘至恒質(zhì)量。然后稱質(zhì)量，重復(fù)3次，計(jì)算黃精種子含水率。含水率=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量×100%。超氧化物歧化酶（SOD）活性使用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法測(cè)定[19]，過(guò)氧化物酶（POD）活性用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[20]，過(guò)氧化氫酶（CAT）活性用紫外吸收法測(cè)定[21]。

1.3.4 黃精種子發(fā)芽參數(shù)的測(cè)定 搓去黃精果實(shí)的果肉，洗凈，隨機(jī)選取30粒種子，均勻擺放于鋪有濕潤(rùn)的雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子，用培養(yǎng)皿法進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。將培養(yǎng)皿置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱內(nèi)，溫度（26±0.5）℃，每4 d 統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)（胚根突破種皮2 mm 視為發(fā)芽）、初生根莖數(shù)（胚芽基部有明顯的膨大視為形成初生根莖）。發(fā)芽時(shí)間為60 d。其中，發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/30×100%，發(fā)芽勢(shì)=40 d 內(nèi)發(fā)芽的種子總數(shù)/30×100%，發(fā)芽指數(shù)=∑（當(dāng)天發(fā)芽種子數(shù)/發(fā)芽日數(shù)），初生根莖形成率=初生根莖數(shù)/30×100%。

1.3.5 黃精種子出苗率的測(cè)定 將樣品搓去果肉洗凈后，隨機(jī)選取50粒種子，播種在穴寬5 cm、每盤50 穴的穴盤中，選用品氏基質(zhì)，重復(fù)3 次。置于林下并覆蓋地膜，翌年3月下旬統(tǒng)計(jì)出苗率。出苗率=出苗數(shù)/50×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

主要采用Excel 2016 和SPSS 25.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同著生部位黃精果實(shí)和種子農(nóng)藝性狀的比較

2.1.1 不同著生部位黃精果實(shí)百果質(zhì)量 由圖1可知，在不同采收時(shí)間黃精果實(shí)百果質(zhì)量均表現(xiàn)為下部＞中部＞上部。7 月31 日，下部果實(shí)百果質(zhì)量（61.60 g）顯著大于中部（57.81 g），并極顯著大于上部（43.62 g），且中部極顯著大于上部。8 月15 日亦表 現(xiàn) 為 下 部（73.38 g）＞中 部（58.86 g）＞上 部（47.03 g），且兩兩間差異達(dá)到極顯著水平。8 月30日中部和上部之間差異達(dá)到顯著水平，且下部極顯著大于中部和上部。9 月14 日、9 月29 日中部和下部間未表現(xiàn)出顯著差異，但都極顯著大于上部。綜上，植株不同部位的黃精果實(shí)百果質(zhì)量有差異，前期表現(xiàn)為下部＞中部＞上部，且不同部位間差異達(dá)顯著或極顯著水平，后期中、下部之間無(wú)顯著差異但均顯著大于上部。

2.1.2 不同著生部位黃精果實(shí)直徑 由圖2 可知，因黃精植株上部現(xiàn)蕾、開(kāi)花、結(jié)果都晚于中、下部，在黃精不同采收時(shí)間，植株不同部位的黃精果實(shí)直徑均呈現(xiàn)中部和下部之間無(wú)顯著差異，且都顯著或極顯著大于上部的趨勢(shì)，除9 月29 日外，同一部位不同采收時(shí)間果實(shí)直徑差別不大。

2.1.3 不同著生部位黃精種子千粒質(zhì)量 由圖3可知，7 月31 日植株下部的黃精種子千粒質(zhì)量（44.93 g）與中部（42.73 g）無(wú)顯著差異但極顯著大于上部（39.60 g），同時(shí)中部顯著大于上部。8 月15日植株上部的黃精種子千粒質(zhì)量（44.97 g）與下部（47.00 g）存在顯著差異，而均與中部（45.70 g）無(wú)顯著差異。8月30日上、中、下3個(gè)部位的黃精種子千粒質(zhì)量之間均無(wú)顯著差異。9 月14 日植株上部種子千粒質(zhì)量（44.20 g）極顯著小于中部（47.97 g）和下部（51.03 g），且中部顯著小于下部。9 月29 日黃精植株上、中、下3 個(gè)部位的種子千粒質(zhì)量分別為43.73、46.13、49.37 g，兩兩之間均表現(xiàn)出極顯著差異。

2.2 不同著生部位黃精種子物質(zhì)積累的差異

2.2.1 不同著生部位黃精種子可溶性糖含量 由圖4 可知，7 月31 日植株不同部位黃精種子可溶性糖含量為中部（28.23 mg/g）＞上部（27.21 mg/g）＞下部（22.26 mg/g），上部、中部之間無(wú)顯著差異，但均極顯著高于下部。8 月15 日下部（21.48 mg/g）和中部（20.19 mg/g）種子可溶性糖含量無(wú)顯著差異，但中部顯著低于上部（25.48 mg/g）。8 月30 日—9 月29 日同一采收時(shí)間內(nèi)不同部位的種子之間可溶性糖含量無(wú)顯著差異。

2.2.2 不同著生部位黃精種子可溶性蛋白含量

由圖5 可知，7 月31 日和8 月15 日2 個(gè)采收時(shí)間不同部位之間可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異。8月30日可溶性蛋白含量為上部（132.58 mg/g）＜中部（149.61 mg/g）＜下部（163.67 mg/g）。上部種子可溶性蛋白含量與中部種子差異不顯著，但顯著低于下部種子，中部與下部之間無(wú)顯著差異。9 月14 日不同部位間種子可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異。9月29日中部（173.38 mg/g）、下部（177.22 mg/g）的種子間可溶性蛋白含量差異不顯著，但均顯著高于上部（147.36 mg/g）。

2.2.3 不同著生部位黃精種子淀粉含量 由圖6可知，7 月31 日黃精種子淀粉含量為上部（150.27 mg/g）＞中部（144.74 mg/g）＞下部（118.18 mg/g），上部與中部之間差異不顯著，但均顯著高于下部。8 月15 日、8 月30 日不同部位之間淀粉含量均無(wú)顯著差異。9 月14 日淀粉含量為上部（96.95 mg/g）顯著高于下部（75.16 mg/g），但中（82.22 mg/g）、下部之間無(wú)顯著差異。9 月29 日淀粉含量為上部（97.07 mg/g）顯著高于中部（87.25 mg/g）與下部（90.28 mg/g），但中、下部之間無(wú)顯著差異。

2.2.4 不同著生部位黃精種子粗脂肪含量 由圖7可知，7 月31 日種子粗脂肪含量為上部（9.60%）顯著低于中部（11.59%），且極顯著低于下部（13.23%），中部顯著低于下部。8 月15 日種子粗脂肪含量為上部（11.67%）顯著低于中部（12.60%）、下部（13.30%），但中、下部之間無(wú)顯著差異。8 月30日不同部位之間種子粗脂肪含量均無(wú)顯著差異。9月14 日種子粗脂肪含量亦表現(xiàn)為上部（13.50%）顯著低于中部（15.73%）、下部（16.50%），但中、下部間無(wú)顯著差異。9 月29 日不同部位之間種子粗脂肪含量均無(wú)顯著差異。

2.3 不同著生部位黃精種子生理指標(biāo)的差異

2.3.1 不同著生部位黃精種子含水率 由圖8 可知，7 月31 日植株不同部位種子含水率為上部（70.92%）＞中部（66.99%）＞下部（61.21%），相鄰部位之間存在顯著或極顯著差異，且上部、中部均極顯著高于下部。8 月15 日、8 月30 日種子含水率均為上部（47.14%、42.03%）＞中部（44.88%、40.09%）＞下部（43.15%、40.03%），中、下部之間無(wú)顯著差異，其均顯著或極顯著低于上部。9 月14 日種子含水率為上部（30.58%）、中部（28.36%）、下部（30.37%）之間均無(wú)顯著差異，但中、下部均低于上部。9 月29日黃精種子已經(jīng)成熟，植株不同部位間種子含水率無(wú)顯著差異。

2.3.2 不同著生部位黃精種子SOD活性 由圖9可知，7月31日黃精種子SOD活性為中部（83.16 U/g）、下部（88.22 U/g）極顯著高于上部（56.28 U/g），中、下部之間差異不顯著。8 月15 日種子SOD 活性為下部（310.61 U/g）顯著高于中部（246.99 U/g），中部又顯著高于上部（191.94 U/g），且下部極顯著高于上部。8 月30 日、9 月14 日、9 月29 日3 個(gè)采收時(shí)間不同部位間種子SOD活性無(wú)顯著差異。

2.3.3 不同著生部位黃精種子POD 活性 由圖10可知，7月31日植株不同部位的黃精種子POD 活性為下部（5.42 U/g）顯著高于中部（4.38 U/g）和上部（4.05 U/g），但中、上部之間無(wú)顯著差異。8 月15 日種子POD 活性下部（5.86 U/g）和中部（5.24 U/g）均顯著高于上部（4.41 U/g），但下部與中部之間差異不顯著。8 月30 日、9 月14 日、9 月29 日3 個(gè)采收時(shí)間植株不同部位種子的POD活性無(wú)顯著差異。

2.3.4 不同著生部位黃精種子CAT 活性 由圖11可知，7 月31 日植株不同部位黃精種子CAT 活性為下部（440.00 U/g）極顯著高于中部（320.00 U/g）和上部（322.22 U/g），但中部和上部之間無(wú)顯著差異。8月15 日種子CAT 活性為下部（442.22 U/g）顯著高于中部（377.78 U/g）和上部（366.67 U/g），但中部和上部之間無(wú)顯著差異。8 月30 日種子CAT 活性為下部（520.00 U/g）和中部（477.78 U/g）均極顯著高于上部（362.22 U/g），但中、下部之間差異不顯著。9月14 日和9 月29 日2 個(gè)采收時(shí)間內(nèi)不同部位間種子CAT活性均無(wú)顯著差異。

2.4 不同著生部位黃精種子萌發(fā)特性

2.4.1 不同著生部位黃精種子發(fā)芽率 由圖12 可知，7 月31 日植株中部（50.00%）和下部（52.22%）的種子發(fā)芽率顯著或極顯著高于上部（37.78%），分別比上部高出12.22、14.44個(gè)百分點(diǎn)，且下部極顯著高于上部，但其與中部之間差異不顯著。8 月15 日種子發(fā)芽率為中部（91.11%）、下部（90.00%）極顯著高于上部（60.00%），且中、下部之間無(wú)顯著差異，但分別比上部高出31.11、30.00個(gè)百分點(diǎn)，該時(shí)期種子平均發(fā)芽率為80.37%。8 月30 日種子發(fā)芽率中部最高，為63.33%，顯著高于下部（48.89%），但與上部（58.89%）無(wú)顯著差異。9 月14 日種子發(fā)芽率上部（62.22%）最高，比中部（47.78%）、下部（45.56%）分別高14.44、16.66 個(gè)百分點(diǎn)，均達(dá)到顯著水平。9 月29日植株不同部位之間種子發(fā)芽率均無(wú)顯著差異。

2.4.2 不同著生部位黃精種子發(fā)芽勢(shì) 由圖13 可知，8 月15 日 黃 精 植 株 中 部（77.78%）、下 部（80.00%）種子發(fā)芽勢(shì)極顯著高于上部（36.67%），中部、下部分別比上部高出41.11、43.33個(gè)百分點(diǎn)。其他采收時(shí)間不同部位間種子發(fā)芽勢(shì)均無(wú)顯著差異。發(fā)芽勢(shì)可以反映出種子發(fā)芽的齊性，說(shuō)明黃精種子在8月中旬發(fā)芽齊性最高。

2.4.3 不同著生部位黃精種子發(fā)芽指數(shù) 黃精植株不同部位的種子發(fā)芽指數(shù)趨勢(shì)與發(fā)芽勢(shì)相似。由圖14 可知，只有8 月15 日存在極顯著差異。其中，中部（4.90）和下部（4.47）種子發(fā)芽指數(shù)差異不顯著，但均極顯著高于上部（2.23），分別比上部高2.67、2.24。

2.4.4 不同著生部位黃精種子初生根莖形成率

黃精種子發(fā)芽后，在胚芽基部會(huì)形成1 個(gè)初生根莖，種子中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將通過(guò)吸器（初生根莖與胚乳連接部分）被運(yùn)輸?shù)匠跎o中為出苗做準(zhǔn)備。由圖15可知，7 月31日不同部位的種子發(fā)芽60 d后初生根莖形成率為下部（43.11%）＞中部（41.11%）＞上部（31.11%），但無(wú)顯著差異。8 月15 日初生根莖形成率為下部（87.78%）＞中部（82.22%）＞上部（45.56%），下部、中部分別比上部高42.22、36.66 個(gè)百分點(diǎn)，且差異均達(dá)到極顯著水平，但中、下部之間無(wú)顯著差異。8 月30日和9 月14日2 個(gè)采收時(shí)間種子初生根莖形成率不同部位之間均無(wú)顯著差異，9月29 日上部與中部、下部之間初生根莖形成率未表現(xiàn)出顯著差異，但中、下部之間表現(xiàn)出顯著差異。以上說(shuō)明，8 月15 日采收的種子初生根莖形成率較高，而初生根莖經(jīng)過(guò)春化作用即可出苗。因此，8月15日采收的種子立即播種翌年出苗的潛力最大。

2.5 不同著生部位黃精種子出苗率比較

由圖16 知，7 月31 日和8 月15 日各部位黃精種子出苗率大小順序?yàn)樯喜浚贾胁浚枷虏?。其中? 月15 日黃精種子出苗率最高，分別為57.00%、64.00%、67.67%，上部顯著低于中部，且極顯著低于下部。8月30 日、9 月14 日種子出苗率為上部＞中部和下部，中、下部差異不顯著，但均顯著低于上部。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果顯示，不同著生部位黃精種子的發(fā)育進(jìn)程存在差異，同一時(shí)間采收，植株中、下部百果質(zhì)量、果實(shí)直徑、種子千粒質(zhì)量較大。上部種子含水率高于中、下部種子，9 月14 日后差異不顯著。8月30 日之后，不同部位種子可溶性糖含量差異不顯著；中、下部種子可溶性蛋白含量高于上部；不同部位種子淀粉含量有所降低；不同部位種子SOD 活性、POD 活性差異不顯著；下部種子CAT 活性高于中、上部。除8 月30 日之外，其余時(shí)期粗脂肪含量均為下部＞中部＞上部。8 月15 日采收植株中、下部的種子，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、初生根莖形成率、出苗率均高于上部。因此，黃精果實(shí)宜在8月中旬進(jìn)行采收。其中，中、下部種子的成熟度高于上部，質(zhì)量?jī)?yōu)于上部。本研究從不同著生部位的黃精種子的生理及萌發(fā)特性入手，闡明其中差異，明確黃精果實(shí)的適宜采收期，優(yōu)先采收高質(zhì)量種子，與用標(biāo)準(zhǔn)化保證中藥質(zhì)量的理念相契合，為黃精高產(chǎn)高效栽培打下基礎(chǔ)。

由于黃精植株無(wú)分枝，萌芽后從基部開(kāi)始向上逐漸展葉、現(xiàn)蕾、開(kāi)花、結(jié)果，這與多花黃精相似[22]，不同部位的葉片光合速率也存在差異[23]，因此，在發(fā)育時(shí)間和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)上存在差異。8 月15 日采收的黃精種子平均發(fā)芽率為80.37%，而此時(shí)中、下部黃精種子的發(fā)芽率分別達(dá)到91.11%、90.00%。由于上部種子發(fā)芽率（60.00%）低，使種子平均發(fā)芽率較低，若此時(shí)只采收中、下部種子可顯著提高種子發(fā)芽率，翌年出苗率也將明顯增高。而且中、下部的百果質(zhì)量、果實(shí)直徑和千粒質(zhì)量均大于上部，種子質(zhì)量較好，為發(fā)芽和出苗打下良好的基礎(chǔ)。

在藥用植物中，植株不同部位的種子質(zhì)量存在差異的情況較為常見(jiàn)。如獨(dú)活和柴胡都是上部種子千粒質(zhì)量大、發(fā)芽率高，中部次之，最后是下部[12，24]；川白芷側(cè)頂部的種子千粒質(zhì)量大、活力指數(shù)高、早薹率低，川白芷留種以側(cè)頂種子為佳[25]。陳琪等[26]對(duì)川澤瀉不同部位的種子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)主花莖第3 輪及以上的種子質(zhì)量高于其他部位，建議及時(shí)摘除主花莖第1 輪短枝和第2 輪花序以保證種子質(zhì)量。陳琪等[26]的研究結(jié)果與黃精不同部位種子生理與萌發(fā)特性的差異形成原因相似，生產(chǎn)上亦可參考類似栽培措施來(lái)調(diào)節(jié)黃精植株生長(zhǎng)，消除不同部位間的差異。