穿龍薯蕷的生長規律分析

摘要：通過試驗觀測，分析了穿龍薯蕷（Dioscorea nipponica Makino）植株的形態生長和生物量生長規律，結合Logistic模型和Growth模型分別對穿龍薯蕷植株的形態生長和生物量生長進行了曲線方程擬合。結果表明，對穿龍薯蕷植株的株高、葉片數、葉面積生長量的Logistic模型擬合的擬合優度（R2）分別為0.980、0.985、0.985；對地上部和地下部生物量干重增長的Growth模型擬合的擬合優度分別為0.810、0.905。

關鍵詞：穿龍薯蕷（Dioscorea nipponica Makino）；形態生長；生物量；生長曲線

中圖分類號：Q949.71+8.27 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）18-4439-03

薯蕷科（Dioscoreaceae）植物穿龍薯蕷（Dioscorea nipponica Makino）的干燥根莖在中藥里稱作穿山龍，其味甘苦溫，具有祛風濕、止痛、舒筋活血、止咳平喘、祛痰等功效[1]，是東北地區常用的中草藥。穿山龍中含有薯蕷皂苷元，是合成甾體激素藥的優質原料之一，其經濟價值和藥用價值已經引起廣泛的關注，通過常規選育良種手段并配套高產栽培技術來提高穿龍薯蕷的生物量與薯蕷皂苷元含量是近年來研究的熱點；藥用植物形態指標的測量簡單、直觀，且與藥用植物的遺傳育種目標性狀相關聯[2]；穿龍薯蕷的形態變化與生物量是與薯蕷皂苷元含量密切相關的形態指標，通過對穿龍薯蕷生長規律的研究，可以為運用農業技術手段創造適宜的外在條件來調節穿龍薯蕷的營養生長和生殖生長打下基礎，并可為穿龍薯蕷的栽培技術制訂提供可靠的理論依據。

1 材料與方法

試驗分別于2007年秋季（前期預備試驗）、2008年春季在吉林市昌邑區左家鎮、2010年春季在吉林市昌邑區九站鄉的吉林農業科技學院試驗基地實施穿龍薯蕷種子播種、苗期管理，試驗地肥力中上等、地力均勻。2008年4月27日栽種，5月20日出苗；2010年4月23日栽種，5月21日出苗；利用當地的材料選取大小、形狀相近的栽子于出苗月下旬移栽。穿龍薯蕷移栽成活后對植株的當年生長情況進行連續觀測，田間選定10株生長發育正常的一年生（或二年生）穿龍薯蕷植株，每周測量其株高、葉片數和最大葉片的長與寬；每隔2周從田間隨機抽樣挖取5～10株，分別稱量全株的地上部、地下部鮮重，烘箱烘干后測量干重。數據處理上，單株葉面積的計算[3]采用公式：單株葉面積總和=0.502×葉片數×最大葉片長×最大葉片寬；曲線擬合參照戴國俊等[4]的方法，利用SPSS統計分析軟件的Nonlinear Regression程序和Logistic模型、Growth模型進行相關指標的擬合計算。

2 結果與分析

2.1 穿龍薯蕷形態生長曲線擬合

利用2008年春播的試驗數據，按照Logistic生長曲線方程y=K/（1+ae-bx）分別對株高、葉片數、葉面積生長量進行擬合，式中x為穿龍薯蕷出苗后的生長時間，K為生長發育時間無限延長時的終極生長量，a、b為參數，e為自然對數的底數。

2.1.1 穿龍薯蕷株高生長曲線擬合 利用Logistic生長曲線方程對一年生穿龍薯蕷株高生長進行數學模型擬合，得到株高的Logistc生長曲線方程，具體見表1，株高的生長曲線見圖1。從圖1可見，穿龍薯蕷出苗后1個月內株高的增長較慢，在1個月后逐漸加快。根據株高生長Logistic方程y=72.0/（1+114.10e-0.088 x）的拐點x在ln a/b、K/2處，計算得x=53.8，即在出苗后的第54天是株高生長的高峰期，此時株高達到極限高度的50%；而后生長速度將逐漸減慢，直到出苗后第79天左右植株開花，而后株高增加不明顯，并且形態上出現生長點枯萎、株高逐漸下降的趨勢。由于試驗中穿龍薯蕷出苗比較晚，所以植株高度比較矮。根據試驗得到的株高生長規律，應在出苗后1個月內完成架條的搭建，在出苗后的50 d左右應該特別注意田間管理。

2.1.2 穿龍薯蕷葉片生長曲線擬合 利用Logistic生長曲線方程分別對一年生穿龍薯蕷葉片數和單株葉面積的生長規律進行數學模型擬合，得到葉片數、單株葉面積各自的Logistc生長曲線方程，具體見表1；葉片數的生長曲線見圖2。從圖2可見，據葉片數生長Logistic方程y=55.6/（1+65.28e-0.063 x），計算得出的拐點x=66.3（對應的試驗時間是7月24日），此時的葉片數為27片，葉片數的增加最快。根據單株葉面積生長Logistic方程y=519.9/（1+175.49e-0.079 x），計算得出的拐點x=65.4（對應的試驗時間是7月23日），此時的單株葉面積為230 cm2，葉面積的增加最快。由于葉面積的生長曲線圖與葉片數的生長曲線圖2基本相同，故此處省略。

2.2 穿龍薯蕷生物量生長曲線擬合

根據2008年春播的試驗數據，按照Growth生長曲線方程y=e（a+bx）分別對一年生穿龍薯蕷植株地上部生物量、地下部生物量進行擬合，式中e為自然對數的底數，x為穿龍薯蕷出苗后的生長時間， a、b為參數。

2.2.1 穿龍薯蕷地下部生物量生長曲線擬合 利用Growth生長曲線方程對穿龍薯蕷植株地下部生物量進行數學模型擬合，得到出苗后x天的地下部生物量（根干重）Growth生長曲線方程y=e-1.140+0..020 x，其擬合優度（R2）=0.905；地下部生物量的生長曲線見圖3。

2.2.2 穿龍薯蕷地上部生物量生長曲線擬合 利用Growth生長曲線方程對穿龍薯蕷植株地上部生物量進行數學模型擬合，得到出苗后x天的地上部生物量Growth生長曲線方程y=e-1.979+0.019 x，其擬合優度（R2）=0.810，由于地上部不是穿龍薯蕷植株的藥用部位，而且地上部生物量的生長曲線圖與地下部生物量生長曲線圖相近，故此處省略。

2.3 穿龍薯蕷形態生長與生物量生長曲線的比較分析

從圖1、圖2可以看出，穿龍薯蕷株高的增長速度在出苗后54 d左右達到最大，葉片數和葉面積的增長速度在出苗后65 d左右達到最大，之后的生長速度逐漸減慢，在出苗后95 d左右株高停止增長，葉片數和葉面積增長也趨于緩慢，直至停止增長。此時Logistic生長曲線方程的確定是將觀測數據截止到最大生長量所在日期擬合的；而在實際觀測中，穿龍薯蕷植株在后期葉片開始逐漸枯萎、脫落，這種現象不符合Logistic模型的規律，因此不做分析。但前期的數據與Logistic生長曲線方程的吻合性非常好。

穿龍薯蕷生長初期以地上部形態構建為主，從生物量的增長情況來看，在出苗后的55～65 d，當上述形態部分生長速度最快時，地下部干重的增長速度正處在緩慢增加階段；在出苗后95 d左右，當株高與葉面積停止或減緩生長時，生物量的增加達到其最大的速度，幾乎呈直線增長。很顯然，由于葉面積的增加而使生物量積累加快，當葉面積停止增長時，干物質的積累速度趨于穩定，直到最后遇到霜凍而停止生長。在葉面積達到最大時，干物質的積累速度也達到最大，此時應該是穿龍薯蕷對養分需求最大的時期，應特別注意加強田間管理，根據穿龍薯蕷植株長勢和氣候、土壤條件，適當進行肥水補給。

分析認為，穿龍薯蕷苗期地上部的生長主要是依靠地下部根莖儲存的營養物質來完成，較大的根莖會使地上部生長健壯、旺盛。因此為了使幼苗健壯發育，實現高產，在栽培時應該對栽子的大小進行適當的篩選。

試驗在2008年還同時觀測了部分二年生穿龍薯蕷植株（2007年秋季播種后少數成活的植株）葉面積的生長情況，結果其出芽時間較一年生提早了12 d，通過對10株穿龍薯蕷植株的葉片生長情況進行定株連續觀測，利用其平均值擬合了二年生穿龍薯蕷的Logistic生長曲線方程，其中葉片數生長Logistic方程y=115.07/（1+31.64e-0.046 x），擬合優度（R2）=0.989；單株葉面積生長Logistic方程y=1 795.49/（1+52.65e-0.052 x），擬合優度（R2）=0.985。通過計算，其曲線拐點在出苗后75～76 d左右，與前面分析的一年生曲線拐點值不同，但實際日期與一年生的相差2 d。不同年齡穿龍薯蕷植株出苗后的葉面積生長曲線見圖4所示。由圖4可見，穿龍薯蕷植株葉片生長速度由快到慢的轉折點不僅取決于植物自身，還與季節有密切的關系。在每年的7月下旬氣溫達到最高時葉片生長開始逐漸下降；當然如果環境適宜，葉片還有可能繼續生長。

對于2010年的觀測結果做了同樣的分析，雖然葉片數和生長量與2008年的數值不同，但曲線形狀是完全相同的，并且葉片生長在相同時間內達到了最大值，其試驗結果與2008年的試驗結果基本是一致的。

3 小結與討論

根據當地的氣候條件，一年生穿龍薯蕷植株地上部分的生長量在每年的8月末達到最大值，而地下部分在此時期正處在加速生長階段。因此這一時期應是植株需要養分最多的時期。根據劉麗娟等[5]的試驗結果，穿龍薯蕷全株在生長季內氮、磷、鉀的吸收量以7月10日達第一個吸收高峰期，在9月1日達到第二個吸收高峰期。這與本試驗分析的情況基本一致，分別對應著葉面積生長最旺盛時期和葉面積由減慢增長到停止增長時期，因此栽培上應在稍早于此時期進行施肥管理。

進一步分析穿龍薯蕷植株生長過程，還可以為其植物生物學特性研究、品種選育及栽培管理方案的制訂等方面提供參考依據。對于春季栽種的穿龍薯蕷，其發芽出苗較晚，這與穿龍薯蕷多年生宿根的特性差別很大；非當年栽種的穿龍薯蕷要比當年栽種的發芽出苗提前很多，但根據觀察，其地上部生長達頂峰的時期與一年生的基本接近。下一步對于多年生穿龍薯蕷植株干物質積累規律要進一步研究完善。

參考文獻：

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典 2005年版（一部）[M].北京：化學工業出版社，2005.188.

[2] 蔣向輝，佘朝文，劉 偉，等.青蒿株高生長與分枝特性的曲線方程及其擬合性研究[J].作物雜志，2008（3）：46-49.

[3] 姚運生，孫光偉，黃曉丹.穿山龍葉面積與生物量的相關性研究[J].作物雜志，2008（6）：38-40.

[4] 戴國俊，王金玉，楊建生，等.應用統計軟件SPSS擬合生長曲線方程[J].畜牧與獸醫，2006，38（9）：28-30.

[5] 劉麗娟，馮玉才，楊靖民，等.穿龍薯蕷吸肥規律研究[J].土壤通報，2006，37（3）：536-538.