膜莢黃芪不同類型種子生物學特性比較研究

劉 霞，王雅瑩，劉中林，張連學

(吉林農業大學中藥材學院，吉林 長春 130118)

膜莢黃芪不同類型種子生物學特性比較研究

劉 霞，王雅瑩，劉中林，張連學

(吉林農業大學中藥材學院，吉林 長春 130118)

以不同類型膜莢黃芪的種子為材料，研究了5種類型膜莢黃芪種子的形態特征、千粒重、硬實率、生活力、吸水率以及發芽率，比較分析了各類型黃芪種子之間的差異;并對其生活力、發芽率和吸水率進行了相關性分析.結果表明：5種類型膜莢黃芪種子形態差異不顯著，千粒重、發芽率、生活力、吸水率差異顯著(P<0.05)，2號“紫色莖皮有刺毛”類型黃芪的種子硬實率和發芽率均高于其他4個類型；種子硬實率與發芽率呈正相關(r=0.891)，而種子吸水率與發芽率呈負相關(r=-0.886)，生活力也與發芽率呈正相關(r=0.918).2號“紫色莖皮有刺毛”類型為一優良類型，以后在進行膜莢黃芪品種選育時可加以選擇和培育.本研究為膜莢黃芪優良品種的選育提供了理論參考.

膜莢黃芪；種子；生物學特性

膜莢黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.)為豆科Leguminosae多年生草本植物，以干燥的根入藥，是中藥黃芪的藥源之一.黃芪為常用大宗藥材，始載于《神農本草經》，具有補氣固表、利尿消腫、托毒生肌之效[1].現代藥理研究表明：黃芪能增強機體免疫功能，對血液系統、泌尿系統和內分泌系統均有影響，在治療腫瘤、動脈粥樣硬化[2]、代謝性紊亂、降血糖[3]等方面均有一定療效，還具有抗衰老、抗病毒[4-5]和保護肝臟器官等作用[6-7].近年來，膜莢黃芪除作傳統中藥外，還廣泛應用于保健品、化妝品和飼料添加劑中，已成為年需求量超萬噸的大宗商品.正是因為需求量的不斷增加，導致人類對野生膜莢黃芪無節制的采挖，使其生態環境和野生資源受到了嚴重的破壞.因此，用栽培品替代野生品成為黃芪產業發展的趨勢，以緩解膜莢黃芪藥材的供需矛盾.在長期的栽培過程中，受生態環境、種子混雜、質量參差不齊以及栽培技術不完善等因素影響，使人工栽培的膜莢黃芪群體中出現了豐富的形態多樣性，存在不同的種內類型[8-9]，這也為黃芪優良品種的選育提供了可能性.為了貫徹中藥材生產質量管理規范(GAP)，實現中藥材產業可持續發展的戰略目標，新品種的選育、繁育成為中藥材產業發展的重中之重[10].膜莢黃芪的繁殖以種子為主，種子質量的優劣直接影響中藥材的產量和藥用效果，這也是中藥材GAP研究中的“源頭工程”，因此，篩選出具有優良品質的種子成為培育良種的基礎環節.近年來對膜莢黃芪種子的研究主要集中在形態、發芽條件以及不同處理方法對黃芪種子發芽率的影響等方面[11-16]，而對不同類型膜莢黃芪的種子生物學性狀差異的比較研究卻鮮有報道，因此，本文以5種不同類型膜莢黃芪的種子為材料，對其進行了生物學特性比較研究，以為膜莢黃芪優良品種的選育提供理論參考.

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料于2015年9月取自吉林農業大學膜莢黃芪試驗田內，經吉林農業大學中藥材學院張連學教授鑒定為膜莢黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.)的種子.分別采集5種類型膜莢黃芪的種子，黃芪種子特征情況見表1.果實經過晾曬干燥后，將種子剝出，放4℃冰箱中保存.

表1 5種不同類型膜莢黃芪種子特征

1.2 試劑

2，3，5—三苯基氯化四唑(TTC，上?？笊锛夹g有限公司).

1.3 實驗方法

1.3.1 形態特征的觀察

用視體顯微鏡分別觀察5種類型膜莢黃芪種子的外部形態，每種類型隨機取20粒種子，用游標卡尺測種長、種寬并計算平均值.

1.3.2 千粒重

采用500粒法[17]，從去掉雜質和廢種子的凈種子中，隨機選取5種類型膜莢黃芪種子各500粒，用千分之一電子天平稱重，每組重復5次，計算平均值.

1.3.3 硬實率

隨機選取5種類型膜莢黃芪種子各100粒，放于消毒培養皿中，加適量蒸餾水，置25℃人工氣候培養箱中浸泡24 h后進行觀察，沒有明顯膨脹的為硬實種子，統計硬實種子數，計算其硬實率，每組3次重復，取其平均值.硬實率(%)=未吸脹種子數目/供試種子數目×100%.

1.3.4 發芽率

從5種類型膜莢黃芪種子中，選取均勻一致且成熟飽滿的種子，先用0.3%的KMnO4溶液消毒15 min，然后用蒸餾水沖洗數次.將種子置于放有雙層濾紙的消毒培養皿中，用滴管加水至床面濕潤并且一直保持濕潤的狀態，蓋上培養皿蓋，放在25℃人工氣候培養箱中進行發芽.種子萌動后記錄每天種子發芽粒數[18](種子發芽以胚根超過種長的一半作為標準，以連續3天沒有新發芽作為種子發芽結束標準)，每個類型3次重復，每次重復隨機取50粒種子.發芽率(GR)=∑Gt/T×100%.式中：Gt為相應各日的正常發芽數，T為供試種子數.

1.3.5 生活力測量

隨機選取每種類型種子各100粒，用蒸餾水在室溫下預先浸泡24 h，用濾紙吸去種子表面水分，再用解剖刀將種子縱切，用0.5%的TTC浸泡種子，在25℃黑暗環境下浸泡12 h，蒸餾水沖洗掉溶液，在解剖鏡下逐一觀察，種胚和胚乳完全著色的是有生活力的種子，種胚和胚乳完全不著色或著色面積不超過總面積1/3的是無活力的種子[19]，每組重復3次，取其平均值.

1.3.6 吸水率

隨機選取每種類型膜莢黃芪種子各100粒，稱其干重并記錄數據后，放入孔徑為1 mm的網袋中，于25℃的水中浸泡24 h，取出迅速吸干種子表面水分，對其進行稱重并記錄數據.每組3次重復，取其平均值.吸水率(%)=(吸水后質量-干重)/干重×100%

1.4 統計方法

采用Microsoft Excel 2003進行數據處理，DPS 7.05數據處理系統進行顯著性分析[20]，用IBM SPSS Statistics 17 統計軟件進行相關性分析.

2 結果

2.1 形態特征觀察

5種類型膜莢黃芪的種子形態差異見表2.由表2可以看出，膜莢黃芪的種子種寬為2.417～2.743 mm，種長為3.094～4.449 mm，種長和種寬的平均值分別為3.416和2.548 mm.其中 1號“中間型莖皮有刺毛”黃芪種子的種長、種寬均大于2，3，4，5號黃芪種子，2號“紫莖莖皮有刺毛”黃芪種子最小.各類型黃芪種子種皮顏色相似，均為黑褐色或棕褐色；種子的形狀相同，均為扁平腎形.

表2 各種類型種子大小比較

2.2 單因素方差分析及多重比較

千粒重、硬實率、發芽率、生活力和吸水率的方差分析結果見表3.

表3 種子千粒重、硬實率、發芽率、生活力和吸水率(x±s)

注：同一列中不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著.

由表3可以看出，5種不同類型膜莢黃芪種子的千粒重在5.402～4.931 g范圍內.其中，1號“中間型莖皮有刺毛”黃芪種子千粒重最大，達到(5.402±0.017)g；其次是3號“綠色莖皮有刺毛”黃芪種子，千粒重達到(5.370±0.026)g；再次是2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子，千粒重達到(5.320±0.023)g；4號“中間型莖皮光滑”黃芪種子千粒重最小，為(4.931±0.048)g.1號、2號和3號黃芪種子間千粒重差異不顯著，千粒重相對較大且顯著高于4號和5號的(P<0.05)，5號黃芪種子的千粒重顯著高于4號種子的千粒重(P<0.05).

2.2.2 膜莢黃芪種子硬實率方差分析及多重比較

由表3可知，2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子硬實率最高，達到81.8%；其次是3號“綠色莖皮有刺毛”黃芪，硬實率為78.2%；1號“中間型莖皮有刺毛”和5號“中間型莖皮光滑”黃芪種子硬實率分別為66.6%和67.8%；硬實率最小的是4號“中間型莖皮光滑”黃芪，為63.2%.其中，1號“中間型莖皮有刺毛”和5號“綠色莖皮光滑”黃芪種子差異不顯著，2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子的硬實率顯著高于4號“中間型莖皮光滑”黃芪種子的硬實率(P<0.05).

2.2.3 膜莢黃芪種子發芽率方差分析及多重比較

由表3可知，2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子發芽率最高，達到了30.71%；發芽率最小的是4號“中間型莖皮光滑”黃芪種子，僅為16.29%.發芽率均值大小順序為：4<1<5<3<2，其中，2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子發芽率顯著高于1號“中間型莖皮有刺毛”和4號“中間型莖皮光滑”的黃芪種子(P<0.05).

2.2.4 膜莢黃芪種子生活力方差分析及多重比較

由表3可知，2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子生活力最強，為56.17%，生活力最低的種子是4號“綠色莖皮光滑”黃芪種子，僅為37.83%.生活力均值大小順序為：4<1<5<3<2，2號“紫色莖皮有刺毛”黃芪種子生活力顯著高于4號“綠色莖皮光滑”的黃芪種子(P<0.05).

2.2.5 膜莢黃芪種子吸水率方差分析及多重比較

STAAD Pro命令流模塊包含多個模型命令按鈕，可點擊按鈕生成命令流文件。通過在STAAD Pro中導入命令流文件，可完成單獨外筒模型、整體模型、單獨內筒模型的建立和分析。在STAAD Pro中完成模型分析計算后，可以在程序生成的分析報告中分別查看外筒和內筒各個節點處的計算結果。

由表3可知，4號“中間型莖皮光滑”黃芪種子吸水率最大，達到56.94%；其次是1號“中間型莖皮有刺毛”的黃芪種子，吸水率達到46.85%；3號“綠莖莖皮有刺毛”和5號“綠莖莖皮光滑”黃芪種子吸水率均在35%以上.吸水率均值大小順序為：2<3<5<1<4，4號“中間型莖皮光滑”黃芪種子吸水率顯著高于1號“中間型莖皮有刺毛”、2號“紫色莖皮有刺毛”、3號“綠色莖皮有刺毛”和5號“綠色莖皮光滑”的黃芪種子(P<0.05).

2.3 膜莢黃芪種子品質性狀間相關性分析

2.3.1 吸水率與發芽率之間的相關性分析

種子吸水率與發芽率相關性分析結果見圖1.由圖1可見，種子吸水率與發芽率呈負相關，回歸方程為y=-0.581x+49.221，r=-0.886.隨著吸水率的增大，種子發芽率反而呈現下降的趨勢.一般認為，種子在發芽過程中，水分是必不可少的，從吸脹開始一系列有序的生理過程，而種子充分吸水是種子發芽的前提條件.但是有些種子的成熟度較低，外部環境可能導致種皮結構的改變，或者將種子的種皮結構破壞，從而減少了種皮對水分吸收的阻礙作用，使得吸水作用加強，種子的腐爛率增加，進而導致種子的發芽率降低.

圖1 種子吸水率與發芽率的相關性

圖2 種子硬實率與發芽率的相關性

2.3.2 硬實率與發芽率之間的相關性分析

種子硬實率與發芽率相關性分析結果見圖2.由圖2可知，種子硬實率與發芽率呈正相關，回歸方程為y=0.749x-28.568，r=0.891，隨著硬實率的增大發芽率呈現上升的趨勢.膜莢黃芪的種皮具有很厚的柵欄組織，細胞內含有蠟質、油脂和果膠質，在成熟過程中十分容易脫水，使種皮硬化，造成硬實現象，而硬實現象又是評價種子是否發育健康成熟的標志，未成熟的種子不會發生硬實，種子越老熟，硬實發生的百分率越高，只有種子本身發育完全、健康成熟才有可能發芽.所以，健康完整和硬實率高的種子發芽率也高.

圖3 種子生活力與發芽率的相關性

2.3.3 生活力與發芽率之間的相關性分析

種子生活力與發芽率的相關性分析結果見圖3.由圖3可知，種子生活力與發芽率呈正相關，回歸方程為y=0.851x-15.819，r=0.918，隨著生活力增大，發芽率呈現上升的趨勢.種子生活力代表種子發芽的潛在能力和種胚所具有的生活力，一般情況下，有活力的種子并不一定發芽，但發芽的種子一定具有活力，高活力的種子在適宜條件下一定能發芽，而且發芽快、出苗整齊.由此可見，生活力高的種子發芽率也相對較高.

3 討論

本文的研究結果表明，5種類型膜莢黃芪的種子在種子大小、千粒重、硬實率、生活力和吸水率5方面均表現出不同程度的差異：種子大小方面，1號“中間型莖皮有刺毛”黃芪種子較其他4種類型種長、種寬均大.1號、2號和3號黃芪種子千粒重值差別較小且均大于4號和5號的，說明1號、2號和3號膜莢黃芪種子大小均勻并且飽滿，質量比4號和5號膜莢黃芪種子要好.硬實率方面，硬實性與環境因素、植物遺傳性和種子成熟程度有著密切關系，硬實率的不同說明5種類型膜莢黃芪種子的遺傳性和成熟度存在差異，2號“紫色莖皮有刺毛”的膜莢黃芪種子硬實率最高，說明其種子成熟度好、健康完整.發芽率方面，5種類型的膜莢黃芪種子發芽率不同，說明種子的飽滿度、整齊度和種胚的發育程度不同，品種內存在遺傳差異，2號和5號的膜莢黃芪種子發芽率較高，說明其種子質量較好，種胚發育成熟，種子結構完整和成熟度高[21].吸水率方面，5種不同類型膜莢黃芪種子間的吸水率存在差異，而種子吸水程度是種子萌發的前提條件，5種類型膜莢黃芪種子對水分的吸收能力不同，從而導致萌發力出現差異，1號和4號黃芪種子的吸水力均顯著大于2號、3號和5號的，但其發芽率反而較低，說明1號和4號黃芪種子質量較低，種皮結構易受到外部環境的破壞，使種皮失去阻礙吸收水分的能力，水分吸收過多，造成種子發霉腐爛，從而降低了發芽率.種子活力是衡量種子品質的重要指標，2號、3號和5號類型的膜莢黃芪種子生活力較高，說明其種子具有較高的發芽潛力，并且種子的品質好.

5種類型膜莢黃芪的種子表觀特征與發芽率之間不存在明顯的相關性，所以單獨從種子外部形態難以推斷種子的發芽狀況.種子硬實率與發芽率相關性分析結果表明，硬實率高的種子發芽率也高，這與田娟等[22]的不同硬實程度烏拉爾甘草種子的活力差異研究結果一致.種子生活力與發芽率相關性分析結果表明，種子生活力越大，發芽率越高，這與黃正清等[23]的蒙古黃芪種子發芽特性的研究結果一致.

綜上所述，2號“紫色莖皮有刺毛”的黃芪種子不論是種子的飽滿度、整齊度、成熟度，還是種子的發芽率、生活力等方面都表現優秀，說明2號黃芪是一種品質優良的類型，在今后的黃芪品種選育中，可作為優良類型加以選擇和培育.本文的研究為膜莢黃芪的品種選育提供了理論參考.

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(責任編輯：方 林)

Research on seed biological characteristics of different types ofAstragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.

LIU Xia，WANG Ya-ying，LIU Zhong-lin，ZHANG Lian-xue

(College of Chinese Medicinal Materials，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China)

Based on the seeds of five different types ofAstragalusmembranaceus(Fisch).Bge.，studied their morphological characteristics，thousand seed weight，hard seed rate，viability，water absorption and the seed of germination rate.Compare the differences among them as well as the correlation analysis of viability，water absorption and the seed of germination rate.The results showed that the seed morphological characteristics of five types had no obvious differences and the germination rate，viability and absorption rate had great difference and reached significant level(P<0.05).The hard rate and germination rate of No.2 “purple bark with sting” was higher than the other four types.Hard seed rate and germination rate were positively correlated(r=0.891)，seed water absorption and germination rate were negatively correlated(r=-0.886)，Seed viability and the germination were positively correlated(r=0.918).The results showed that No.2“purple bark with sting ” is a excellent type ;the type with high seed hard rate，high germination rate and high viability should be selected and cultivated in its variety breeding.This study provided the theoretical references to its variety breeding ofAstragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.

Astragalusmembranaceus(Fisch).Bge.；seed；biological characteristics

1000-1832(2017)01-0110-06

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.01.021

2016-01-22

吉林省科技發展計劃項目(20150203014YY)；吉林省財政廳資助項目(201301).

劉霞(1965—)，女，博士，副教授，主要從事中藥資源的分類、調查與栽培技術研究；通訊作者：張連學(1962—)，男，教授，博士研究生導師，主要從事藥用植物栽培、育種與資源保護和利用研究.

S 567.9 [學科代碼] 210·3030

A