瀕危藥用植物秦艽種子的灌漿特性

蔡子平+王宏霞+王國祥+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象，于開花盛期選取同一天開花的植株用吊牌標記，并從標記后4 d開始，每隔4 d采樣1次，分別測定秦艽種子千粒鮮質量、千粒干質量、種子含水量等指標，對秦艽種子灌漿動態(tài)進行研究，旨在為秦艽種子采收提供理論和技術依據。結果表明，秦艽種子千粒鮮質量在開花后第40天達到最大值，隨后迅速下降到接近干質量的水平；秦艽種子籽粒千粒質量變化呈“S”形曲線趨勢，符合Logistic方程，花后第4～8天種子千粒鮮質量緩慢增加，灌漿處于漸增期，花后第8～28天種子鮮質量快速增加，灌漿進入快增期，花后第29～40天為穩(wěn)增期，鮮質量增加速度趨于平穩(wěn)，并在花后第40天左右千粒鮮質量達到最大值（0.221 7 g），開花后第60天灌漿基本結束。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行而加快，含水量持續(xù)下降，含水量下降最快的時期為灌漿高峰結束期。由結果可以看出，秦艽種子籽粒脫水加快、干質量和含水量趨于穩(wěn)定是種子成熟的標志，采收期應在開花后第56天左右（9月中下旬），蒴果種莢尚未開裂時為最佳，秦艽種子應根據成熟情況采取及時分批采收為宜。

關鍵詞：瀕危；藥用植物；秦艽；種子灌漿特性；最佳采收期

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

《中華人民共和國藥典》（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《神農本草經》，具有祛風除濕、退虛弱、止痹痛之功效。隨著現代藥理藥效及新用途的開發(fā)，秦艽藥材的市場需求量增加，價格上漲，人們在利益驅使下瘋狂采挖野生秦艽資源，導致野生秦艽資源匱乏，秦艽已被列入國家三級保護野生藥用植物名錄[2]。實行人工馴化栽培是解決秦艽市場供需矛盾、保護生態(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，如果種子采收過早，則成熟度差，如果采收過晚，則蒴果開裂，落粒現象嚴重，種子采收量少。秦艽種子采收時間長期以來一直依賴農戶對種子顏色的經驗判斷，尚無統(tǒng)一標準，收獲到的種子成熟度差異大，嚴重影響育苗效果及種苗質量。種子發(fā)芽率與種子灌漿特性、種子成熟度關系密切，有學者對甘肅道地中藥材當歸[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積累與種子成熟度、發(fā)芽率的關系進行了系統(tǒng)而深入的研究，結果表明：藥用植物種子成熟度與干物質積累持續(xù)時間存在極顯著正相關關系。近年來，許多學者圍繞秦艽藥理藥效[8]、臨床應用[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，而在其基礎繁殖生物學特性方面，僅有米永偉等對麻花秦艽（G.straminea Maxim.）作了研究[15]，關于秦艽、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報道。王懷林等研究表明，同屬不同種植物開花與結實時期均有差異[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和數據支撐。1材料與方法

1.1試驗材料與試驗地概況

供試材料為甘肅省農業(yè)科學院經濟作物與啤酒原料研究所選育的4年生秦艽品系GQ05-2種株。試驗在甘肅省農業(yè)科學院榆中園藝試驗場進行，試驗區(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，年日照時間 2 600 h，無霜期155 d，土壤為沙壤土，土層深厚，土壤中性偏堿性[17]。

1.2灌漿動態(tài)測定

本試驗于2014年8月開始進行，試驗區(qū)秦艽GQ05-2盛花期為7月下旬至8月上旬。本試驗于8月1日選取生長健壯、無病蟲害及株型一致的種株進行掛牌標記，掛牌時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左右進行取樣，每次選取60個蒴果裝入自封袋，帶回實驗室后隨機分成3組，每組10個蒴果，分別剝出籽粒混合均勻，然后隨機取500粒稱取種子鮮質量，重復3次，鮮質量測定結束后裝入牛皮紙種子袋內，置于陰涼處干燥，待種子采樣結束后，將灌漿期間種子統(tǒng)一置于70 ℃烘箱烘至恒質量，稱其干質量。根據每次取樣結果折合成秦艽種子灌漿期千粒鮮質量、千粒干質量，并按照下列公式計算種子灌漿相關參數。

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

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

種子含水量（WC，%）=（千粒鮮質量-千粒干質量）÷千粒鮮質量×100%。

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

1.3數據分析

試驗數據用Excel 2007進行制圖，可用Logistic曲線方程進行直線化擬合，用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行相關性分析及方差分析[18]。首先根據郭鳳霞等Excel作圖法[6]對秦艽籽粒百粒質量（y）、開花后時間（x）擬合Logistic曲線方程：y=k/（1+eA+BX）。式中：k為千粒質量極限值，即理論上可能達到的最大值；A、B為方程參數，A反映初始千粒干質量，B反映干物質增長速率；本試驗中取樣時間x最長為開花后第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間（x=第4、32、60天）對應的千粒干質量，A′=A，B′=B]求出Logistic方程參數，然后根據方程參數，按照石有太等方法估算灌漿起始、高峰、結束時間和最大灌漿速率等次級參數，擬合出千粒質量與開花時間的Logistic方程[4，6]。endprint

2結果與分析

2.1秦艽籽粒灌漿過程中干物質積累的動態(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月上中旬開始現蕾，7月下旬進入盛花期。試驗在秦艽盛花期選取生長整齊一致的秦艽GQ05-2種株，于8月1日選取同一天開花花序掛牌標記，從開花后第4天開始測定蒴果中籽粒生長的變化動態(tài)。由圖1可以看出，秦艽種子在成熟過程中千粒質量在不斷變化，根據種子灌漿期間千粒鮮質量增加的特點，大致將秦艽種子灌漿期劃分為漸增期、快速增長期、平穩(wěn)增長期及下降期。開花后第4～8天蒴果形成，種子千粒鮮質量增加緩慢，可將該時間段劃分為種子灌漿漸增期；開花后第9～28天種子千粒鮮質量迅速增加，將該時間段劃分為灌漿快速增長期；開花后第29～40天種子千粒鮮質量增加速度趨于平穩(wěn)，可將該時間段劃分為灌漿平穩(wěn)增長期。由圖1可以看出，秦艽種子在花后第40天左右千粒鮮質量達到最大值（0.221 7 g），較開花后第4天千粒鮮質量增加5389%（P<0.01）。開花后第40天以后，種子脫水速率加快，鮮質量急劇下降，至灌漿末期種子鮮質量逐漸接近干質量的水平。開花第56天后千粒鮮質量下降不明顯，在田間已有大量蒴果開始落粒，將該時間段劃分為下降期。花后第60天千粒鮮質量（0.148 7 g）與千粒干質量（0.140 3 g）基本一致，說明種子灌漿已完全結束。

由圖1可以看出，秦艽種子千粒干質量隨開花后時間的延長表現出“慢—快—慢”的“S”形變化趨勢，經利用曲線方程可直線化方法擬合（圖2），千粒質量（y）與開花后時間（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（r2=0.973 5）達到極顯著水平（P<0.01），表明該方程可以客觀地反映秦艽種子灌漿充實規(guī)律。千粒干質量極限值K為 0.141 5 g，A為初始千粒干質量轉換值[y′=ln[（k-y）/y，y為千粒干質量，k為千粒干質量極限值]，B可反映干物質積累速率。Logistic方程擬合表明，開花后16 d內，種子鮮質量增加，干物質逐漸積累，這一時期為種子灌漿漸增期（圖2、表1）。開花第17天開始干物質積累速度加快，灌漿進入快速增長期，持續(xù)20 d左右，種子鮮質量迅速增加并在花后第40天達到最大值。開花后第28天左右（Logistic曲線拐點，即方程直線化后與x軸的交點處）種子干物質積累速率最大（圖2）。開花第37天后種子干物質積累高峰結束，灌漿進入緩慢增長期，種子干物質繼續(xù)積累，至開花后第60天灌漿過程基本結束，采用Logistic方程擬合得到秦艽種子灌漿結束期在開花后第63天，但此時絕大部分種莢已開裂，落粒現象十分嚴重（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

在秦艽種子整個灌漿的過程中，種子灌漿速率呈“慢—快—慢”的變化規(guī)律。花后第24天前灌漿速率呈緩慢上升

趨勢；隨著灌漿持續(xù)期的延長， 灌漿速率迅速上升，并在花后第32天左右出現灌漿高峰（圖3），這與Logistic方程估測的干質量最大積累速度時期有偏差（表1）。造成此結果的原因可能是由于在灌漿過程中連續(xù)降水，使種子含水量增加。此后灌漿速率波動下降，到開花后第36天左右出現灌漿低峰，接著又波動回升，但總體呈持續(xù)波動下降的趨勢。在整個灌漿過程中，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天開始出現下降趨勢，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秦艽種子灌漿過程中籽粒含水量及脫水速率的變化

降的變化趨勢， 而脫水速率則大致隨灌漿進程的繼續(xù)呈先慢后快的動態(tài)趨勢（圖4）。開花后第8～16天，種子含水量迅速上升，在花后第16天達到76.63%，種子鮮質量明顯增加，干質量積累較少（圖1）。花后第16天種子開始脫水（圖4），鮮質量迅速增加，與Logistic估計的干物質積累高峰起始時間（花后第17天）基本吻合（表1）；之后繼續(xù)波動脫水，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）。整個種子灌漿過程中，含水量變化范圍為76.63%～8.39%，含水量每下降1%，千粒干質量增加0.001 7 g。

2.4秦艽種子灌漿特性的相關分析

對秦艽種子灌漿過程中千粒干質量、含水量、脫水速率及灌漿持續(xù)時間進行相關性分析，結果表明：秦艽種子灌漿過程中，千粒鮮質量與千粒干質量、脫水速率、灌漿持續(xù)期均呈極顯著正相關（P<0.01），千粒鮮質量與種子含水量呈負相關，但不顯著。種子含水量與脫水速率、灌漿持續(xù)期呈極顯著負相關（P<0.01），而種子脫水速度與灌漿持續(xù)期呈極顯著正相關（P<0.01）。千粒干質量與灌漿持續(xù)期、脫水速率均呈極顯著正相關（P<0.01），而與種子含水量呈極顯著負相關（P<0.01）（表2）。

3討論

種子作為植物生活史中關鍵性的特征，可以保持物種的延續(xù)，也是農業(yè)生產的基本資料[19]。種子質量和大小與其植物性狀和生態(tài)因子有一定關系，千粒質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，最終影響整個群落的結構[23]。在干旱和陰暗的環(huán)境條件下，種子有變大的趨勢，且種子相對較大的幼苗生長快，幼苗較高，種子大小與苗高及鮮質量呈顯著正相關[24]。在種子灌漿過程中，漸增期形成大庫容、快增期向庫容中調運庫容物質是保證種子質量和產量的基礎，對種子成熟度起著重要作用。種子灌漿速率降低，鮮質量接近干質量，種子顏色發(fā)生變化，說明種子已成熟。然而種子成熟度直接影響其田間出苗率，進而影響藥材的產量、質量。若采收過早，種子營養(yǎng)物質積累少，后熟效果差；若采收過遲，種果開裂，種子撒漏嚴重，導致種子產量降低。endprint