濒危药用植物秦艽种子的灌浆特性

蔡子平+王宏霞+王国祥+米永伟+晋玲

摘要：在4年生秦艽品系GQ05-2采种田中选取健壮植株作为研究对象，于开花盛期选取同一天开花的植株用吊牌标记，并从标记后4 d开始，每隔4 d采样1次，分别测定秦艽种子千粒鲜质量、千粒干质量、种子含水量等指标，对秦艽种子灌浆动态进行研究，旨在为秦艽种子采收提供理论和技术依据。结果表明，秦艽种子千粒鲜质量在开花后第40天达到最大值，随后迅速下降到接近干质量的水平；秦艽种子籽粒千粒质量变化呈“S”形曲线趋势，符合Logistic方程，花后第4～8天种子千粒鲜质量缓慢增加，灌浆处于渐增期，花后第8～28天种子鲜质量快速增加，灌浆进入快增期，花后第29～40天为稳增期，鲜质量增加速度趋于平稳，并在花后第40天左右千粒鲜质量达到最大值（0.221 7 g），开花后第60天灌浆基本结束。灌浆速率呈“快—慢—快—慢”规律，籽粒脱水速率大致随灌浆的进行而加快，含水量持续下降，含水量下降最快的时期为灌浆高峰结束期。由结果可以看出，秦艽种子籽粒脱水加快、干质量和含水量趋于稳定是种子成熟的标志，采收期应在开花后第56天左右（9月中下旬），蒴果种荚尚未开裂时为最佳，秦艽种子应根据成熟情况采取及时分批采收为宜。

关键词：濒危；药用植物；秦艽；種子灌浆特性；最佳采收期

中图分类号： S567.23+9.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）23-0143-04

《中华人民共和国药典》（2010年版一部）收录的秦艽药材原植物为龙胆科植物秦艽（Gentiana macrophylla Pall.）、粗茎秦艽（G. crassicaulis Duthie ex Burk.）、麻花秦艽（G.straminea Maxim.）与小秦艽（G. dahurica Fisch.）[1]。秦艽药用历史已有2 000多年，始载于《神农本草经》，具有祛风除湿、退虚弱、止痹痛之功效。随着现代药理药效及新用途的开发，秦艽药材的市场需求量增加，价格上涨，人们在利益驱使下疯狂采挖野生秦艽资源，导致野生秦艽资源匮乏，秦艽已被列入国家三级保护野生药用植物名录[2]。实行人工驯化栽培是解决秦艽市场供需矛盾、保护生态环境的重要手段。目前，秦艽人工驯化栽培主要以种子繁殖为主，但秦艽种子细小，寿命短，育苗成苗率极低。秦艽种子的成熟程度直接影响着发芽率及育苗效果，如果种子采收过早，则成熟度差，如果采收过晚，则蒴果开裂，落粒现象严重，种子采收量少。秦艽种子采收时间长期以来一直依赖农户对种子颜色的经验判断，尚无统一标准，收获到的种子成熟度差异大，严重影响育苗效果及种苗质量。种子发芽率与种子灌浆特性、种子成熟度关系密切，有学者对甘肃道地中药材当归[3]、掌叶大黄[4-5]、甘肃贝母[6]、蒙古黄芪[7]等药用植物种子灌浆期种子干物质积累与种子成熟度、发芽率的关系进行了系统而深入的研究，结果表明：药用植物种子成熟度与干物质积累持续时间存在极显著正相关关系。近年来，许多学者围绕秦艽药理药效[8]、临床应用[9-10]及其基源植物的驯化栽培[11-14]等方面开展了大量研究，而在其基础繁殖生物学特性方面，仅有米永伟等对麻花秦艽（G.straminea Maxim.）作了研究[15]，关于秦艽、小秦艽、粗茎秦艽等3种基源植物种子灌浆特性的研究尚未见报道。王怀林等研究表明，同属不同种植物开花与结实时期均有差异[16]。因此，非常有必要开展中药材秦艽基源植物秦艽（Gentiana macrophylla Pall.）种子灌浆动态研究，以期为确定人工栽培秦艽种子的最佳采收期提供理论基础和数据支撑。1材料与方法

1.1试验材料与试验地概况

供试材料为甘肃省农业科学院经济作物与啤酒原料研究所选育的4年生秦艽品系GQ05-2种株。试验在甘肃省农业科学院榆中园艺试验场进行，试验区年平均气温6.7 ℃，年平均降水量458 mm，降水集中分布在6—9月，年日照时间 2 600 h，无霜期155 d，土壤为沙壤土，土层深厚，土壤中性偏碱性[17]。

1.2灌浆动态测定

本试验于2014年8月开始进行，试验区秦艽GQ05-2盛花期为7月下旬至8月上旬。本试验于8月1日选取生长健壮、无病虫害及株型一致的种株进行挂牌标记，挂牌时仅留取同一天开花的花序，剔除未开花花朵。挂牌后第4天开始，每隔4 d在14：00左右进行取样，每次选取60个蒴果装入自封袋，带回实验室后随机分成3组，每组10个蒴果，分别剥出籽粒混合均匀，然后随机取500粒称取种子鲜质量，重复3次，鲜质量测定结束后装入牛皮纸种子袋内，置于阴凉处干燥，待种子采样结束后，将灌浆期间种子统一置于70 ℃烘箱烘至恒质量，称其干质量。根据每次取样结果折合成秦艽种子灌浆期千粒鲜质量、千粒干质量，并按照下列公式计算种子灌浆相关参数。

种子灌浆速率（FR，g/d，以千粒种子计）=（后一次采样种子千粒干质量-前一次采样种子千粒干质量）÷2次取样间隔时间。

种子平均灌浆速率（MFR，g/d，以千粒种子计）=开花后某天种子千粒干质量÷开花后时间。

种子含水量（WC，%）=（千粒鲜质量-千粒干质量）÷千粒鲜质量×100%。

种子脱水速率（DR，%/d）=（前一次测定含水量-后一次测定含水量）÷2次取样相隔时间。

1.3数据分析

试验数据用Excel 2007进行制图，可用Logistic曲线方程进行直线化拟合，用SPSS 19.0统计软件进行相关性分析及方差分析[18]。首先根据郭凤霞等Excel作图法[6]对秦艽籽粒百粒质量（y）、开花后时间（x）拟合Logistic曲线方程：y=k/（1+eA+BX）。式中：k为千粒质量极限值，即理论上可能达到的最大值；A、B为方程参数，A反映初始千粒干质量，B反映干物质增长速率；本试验中取样时间x最长为开花后第60天，即x∈[4，60]，用曲线方程可直线化方法[令y′=ln[（k-y）/y]；k=[y22（y1+y3）-2y1y2y3]/（y22-y1y3），y1、y2、y3分别为等间隔开花后时间（x=第4、32、60天）对应的千粒干质量，A′=A，B′=B]求出Logistic方程参数，然后根据方程参数，按照石有太等方法估算灌浆起始、高峰、结束时间和最大灌浆速率等次级参数，拟合出千粒质量与开花时间的Logistic方程[4，6]。endprint

2结果与分析

2.1秦艽籽粒灌浆过程中干物质积累的动态变化

4年生秦艽植株在甘肃省兰州市榆中县6月中旬开始抽薹，7月上中旬开始现蕾，7月下旬进入盛花期。试验在秦艽盛花期选取生长整齐一致的秦艽GQ05-2种株，于8月1日选取同一天开花花序挂牌标记，从开花后第4天开始测定蒴果中籽粒生长的变化动态。由图1可以看出，秦艽种子在成熟过程中千粒质量在不断变化，根据种子灌浆期间千粒鲜质量增加的特点，大致将秦艽种子灌浆期划分为渐增期、快速增长期、平稳增长期及下降期。开花后第4～8天蒴果形成，种子千粒鲜质量增加缓慢，可将该时间段划分为种子灌浆渐增期；开花后第9～28天种子千粒鲜质量迅速增加，将该时间段划分为灌浆快速增长期；开花后第29～40天种子千粒鲜质量增加速度趋于平稳，可将该时间段划分为灌浆平稳增长期。由图1可以看出，秦艽种子在花后第40天左右千粒鲜质量达到最大值（0.221 7 g），较开花后第4天千粒鲜质量增加5389%（P<0.01）。开花后第40天以后，种子脱水速率加快，鲜质量急剧下降，至灌浆末期种子鲜质量逐渐接近干质量的水平。开花第56天后千粒鲜质量下降不明显，在田间已有大量蒴果开始落粒，将该时间段划分为下降期。花后第60天千粒鲜质量（0.148 7 g）与千粒干质量（0.140 3 g）基本一致，说明种子灌浆已完全结束。

由图1可以看出，秦艽种子千粒干质量随开花后时间的延长表现出“慢—快—慢”的“S”形变化趋势，经利用曲线方程可直线化方法拟合（图2），千粒质量（y）与开花后时间（x）的“S”形曲线符合Logistic曲线方程y=0.141 5/（1+e3.471 2-0.128 4x，A=3.471 2；B=0.128 4），拟合系数（r2=0.973 5）达到极显著水平（P<0.01），表明该方程可以客观地反映秦艽种子灌浆充实规律。千粒干质量极限值K为 0.141 5 g，A为初始千粒干质量转换值[y′=ln[（k-y）/y，y为千粒干质量，k为千粒干质量极限值]，B可反映干物质积累速率。Logistic方程拟合表明，开花后16 d内，种子鲜质量增加，干物质逐渐积累，这一时期为种子灌浆渐增期（图2、表1）。开花第17天开始干物质积累速度加快，灌浆进入快速增长期，持续20 d左右，种子鲜质量迅速增加并在花后第40天达到最大值。开花后第28天左右（Logistic曲线拐点，即方程直线化后与x轴的交点处）种子干物质积累速率最大（图2）。开花第37天后种子干物质积累高峰结束，灌浆进入缓慢增长期，种子干物质继续积累，至开花后第60天灌浆过程基本结束，采用Logistic方程拟合得到秦艽种子灌浆结束期在开花后第63天，但此时绝大部分种荚已开裂，落粒现象十分严重（图1、图3、表1）。

2.2秦艽种子灌浆速率及平均灌浆速率的变化

在秦艽种子整个灌浆的过程中，种子灌浆速率呈“慢—快—慢”的变化规律。花后第24天前灌浆速率呈缓慢上升

趋势；随着灌浆持续期的延长， 灌浆速率迅速上升，并在花后第32天左右出现灌浆高峰（图3），这与Logistic方程估测的干质量最大积累速度时期有偏差（表1）。造成此结果的原因可能是由于在灌浆过程中连续降水，使种子含水量增加。此后灌浆速率波动下降，到開花后第36天左右出现灌浆低峰，接着又波动回升，但总体呈持续波动下降的趋势。在整个灌浆过程中，平均灌浆速率在开花后第28～36天维持在较高水平，花后第36天开始出现下降趋势，种子开始脱水，种皮颜色由黄白色变为褐黄色，种子逐渐成熟。

2.3秦艽种子灌浆过程中籽粒含水量及脱水速率的变化

降的变化趋势， 而脱水速率则大致随灌浆进程的继续呈先慢后快的动态趋势（图4）。开花后第8～16天，种子含水量迅速上升，在花后第16天达到76.63%，种子鲜质量明显增加，干质量积累较少（图1）。花后第16天种子开始脱水（图4），鲜质量迅速增加，与Logistic估计的干物质积累高峰起始时间（花后第17天）基本吻合（表1）；之后继续波动脱水，含水量持续降低。开花第28天后种子脱水加快，含水量直线下降，干物质继续积累，但积累速度减慢；开花后第32天左右，种子脱水速率较快（4.01%/d）。整个种子灌浆过程中，含水量变化范围为76.63%～8.39%，含水量每下降1%，千粒干质量增加0.001 7 g。

2.4秦艽种子灌浆特性的相关分析

对秦艽种子灌浆过程中千粒干质量、含水量、脱水速率及灌浆持续时间进行相关性分析，结果表明：秦艽种子灌浆过程中，千粒鲜质量与千粒干质量、脱水速率、灌浆持续期均呈极显著正相关（P<0.01），千粒鲜质量与种子含水量呈负相关，但不显著。种子含水量与脱水速率、灌浆持续期呈极显著负相关（P<0.01），而种子脱水速度与灌浆持续期呈极显著正相关（P<0.01）。千粒干质量与灌浆持续期、脱水速率均呈极显著正相关（P<0.01），而与种子含水量呈极显著负相关（P<0.01）（表2）。

3讨论

种子作为植物生活史中关键性的特征，可以保持物种的延续，也是农业生产的基本资料[19]。种子质量和大小与其植物性状和生态因子有一定关系，千粒质量可反映种子的大小[20-21]，其高低决定于灌浆速率、持续时间[22]。有研究表明，种子大小能够影响种子的萌发能力，直接影响幼苗的建成，最终影响整个群落的结构[23]。在干旱和阴暗的环境条件下，种子有变大的趋势，且种子相对较大的幼苗生长快，幼苗较高，种子大小与苗高及鲜质量呈显著正相关[24]。在种子灌浆过程中，渐增期形成大库容、快增期向库容中调运库容物质是保证种子质量和产量的基础，对种子成熟度起着重要作用。种子灌浆速率降低，鲜质量接近干质量，种子颜色发生变化，说明种子已成熟。然而种子成熟度直接影响其田间出苗率，进而影响药材的产量、质量。若采收过早，种子营养物质积累少，后熟效果差；若采收过迟，种果开裂，种子撒漏严重，导致种子产量降低。endprint