杭芍果实和种子发育过程表型性状研究

孟家松，姜 宇，张克亮，陶 俊*

(1.扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009； 2.扬州大学 园艺与植物保护学院，江苏 扬州 225009)

芍药(PaeonialactifloraPall.)是芍药科芍药属的多年生草本植物，栽培历史悠久，分布范围广泛，东北、华北等区以及甘肃、陕西、江苏、四川、浙江等省均有栽培。目前的研究主要集中在观赏[1-4]和药用[5-6]2个方面。单瓣品种芍药每年产生的大量种子，少量用于育苗、制皂以及提取其中的白藜芦醇等[7]，其余大部分被废弃，造成了资源的巨大浪费。

笔者所在课题组前期研究发现，精细栽培的5年生单瓣型品种杭芍的产量能达到4 500 kg/hm2，含油量达到种子净质量的(33.28±0.08)%，其中不饱和脂肪酸含量约占(91.55±3.16)%，特别是α-亚麻酸(ALA)含量可达(20.20±0.69)%[8]。ALA具有调节血脂、降压、消炎、抗衰老、防癌、提高智力和视力的功能[9-10]。而常用植物油(如玉米油、大豆油、花生油)中的不饱和脂肪酸通常以亚油酸(LA)含量居多，ALA的含量相对较低，因此在正常饮食情况下，人体往往不能足量摄入所需的ALA，杭芍籽油可以作为新型富含ALA的植物食用油。

目前，针对芍药种子的研究基本基于种子的休眠与萌发[11-13]以及芍药种子成分分析[14-16]，芍药果实及种子发育过程中表型性状研究未见报道。因此，本研究针对7年生杭芍果实与种子发育过程中各时期的生长形态以及质量大小等进行测定分析，旨在了解杭芍果实及种子的生长发育规律，为今后利用分子生物学手段及从栽培措施方面提高杭芍种子的产量及质量提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

以扬州大学芍药资源圃7年生杭芍为试验材料。统计杭芍主枝聚合蓇葖果类型，每种小果类型的果荚采30个作为重复进行统计。

1.2 试验设计

2016年4月中下旬杭芍花瓣展开后标记时间，于花后每隔10 d至成熟期随机采摘杭芍主枝果实，共分9个不同发育时期，记为S1时期(花后10 d)、S2时期(花后20 d)……S9时期(花后90 d)。采摘后及时测量杭芍果实、种子等表型性状。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 测定指标 共测定杭芍果实和种子性状指标4类，15个。其中，果实大小指标6个：总荚平均长度、单荚长度、单荚宽度、种子长度、种子宽度、种子厚度；果实质量指标5个：总荚质量、单荚质量、单粒种子质量、单荚种子质量、总荚种子质量；种子数量指标2个：总荚种子数量、单荚种子数量；出籽率指标2个：总荚鲜果出籽率、单荚鲜果出籽率。

1.3.2 测定方法 果实大小指标以游标卡尺测定：总荚平均长度为小果果荚顶端之间距离的平均值；单荚长度为小果果柄至小果果顶的距离；单荚宽度为小果1/2处直径；种子长度、种子宽度及种子厚度均测定小果果荚中间种子(杭芍种子长圆形，长轴为种子长度，短轴为种子宽度，扁平厚度为种子厚度)。

果实质量以电子天平测定：1个果荚内所有小果果荚总质量为总荚质量；任取总荚中1个小果果荚，测定其质量，为单荚质量；取小果果荚内中间部位种子，称其质量，为单粒种子质量；将小果果荚内所有种子取出后，称其质量，为单荚种子质量；将其余小果果荚内种子取出，与刚测定的单荚种子质量的种子一起称量，为总荚种子质量。

种子数量均目测计数：1个果荚内所有种子数量，为总荚种子数量；任意1个小果果荚的种子数量，为单荚种子数量。

出籽率由下式得出：

总荚鲜果出籽率=总荚种子质量/总荚质量×100%；

单荚鲜果出籽率=单荚种子质量/单荚质量×100%。

1.4 数据处理

采用Excel 2007软件计算果实大小指标、果实质量指标、种子数量指标、出籽率指标的平均值、标准差等；以果荚类型和发育天数作为控制变量，运用SPSS 23.0软件对所测性状进行偏相关分析，确定各性状之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 不同发育时期杭芍果实形态变化

杭芍主枝上聚合蓇葖果有3种类型(图1)，分别为3个小果果荚(3果荚)、4个小果果荚(4果荚)、5个小果果荚(5果荚)。3种类型果荚的聚合蓇葖果的果实大小随发育均呈现先增加后降低的趋势。蓇葖果果皮在S1时期均密被白色柔毛，至S3时期后白色柔毛不明显。果皮颜色也从S1时期的白绿色转至浅绿，至S6时期时果皮颜色逐渐转为黄绿色，至后期S9时期呈现褐色斑块等。蓇葖果果皮至S8时期开始开裂。

图1 不同发育时期杭芍主枝蓇葖果3种类型果荚形态

2.2 不同发育时期杭芍果实大小变化

从图2可以看出，3种类型果荚的总荚平均长度随着发育时期先增大后降低，最大值均出现在S6时期。S1—S2时期变化幅度较大，后期变化幅度较小。3果荚的总荚平均长度S1—S2增加了59.65%，4果荚的总荚平均长度S1—S2增加了71.28%，5果荚的总荚平均长度S1—S2增加了67.15%。结合图3和图4，3种类型果荚的单荚长度和单荚宽度也呈现先增大后降低的趋势，其最大值也均出现在S6时期。4果荚的单荚长度在早中期均要比3果荚和5果荚的单荚长度要长，而成熟期4果荚的单荚长度最小。单荚长度S1—S3时期3果荚>5果荚，S7—S9时期3果荚<5果荚；S1至S2时期单荚宽度5果荚>4果荚>3果荚；从S3时期开始，单荚宽度5果荚<3果荚及4果荚；S7—S9时期，单荚宽度3果荚>4果荚>5果荚。

图2 不同发育时期杭芍总荚平均长度

2.3 不同发育时期杭芍果实质量变化

3种类型果荚的总荚质量和单荚质量均呈现出先上升后降低的趋势(图5—6)，最大值均出现在S6时期。从总荚质量来看，各时期表现为3果荚<4果荚<5果荚；而从单荚质量来看，S1和S2时期的3种类型果荚的单荚质量相当，S3时期的单荚质量表现为3果荚>4果荚>5果荚，S4、S5、S6时期的4果荚的单荚质量最大，S7、S8、S9时期5果荚单荚质量最大。

3果荚的总荚质量从S1时期的(5.732±0.583)g增长到S2时期的(13.216±1.931)g，增长了130.57%；从S2时期到S3时期的(25.408±2.691)g，增长了92.26%；从S3时期到S6时期的(31.353±8.179)g只增长了23.40%；从S6时期往后，总荚质量开始减少，至成熟期S9时期的总荚质量为(19.717±3.972)g，较S6时期减少了37.11%。4果荚和5果荚的总荚质量的变化趋势与3果荚相似：前30 d总荚质量快速增长，中间30 d缓慢增长，后30 d缓慢下降。

图3 不同发育时期杭芍单荚长度

图4 不同发育时期杭芍单荚宽度

3果荚的单荚质量从S1时期的(1.984±0.145)g增长到S2时期的(4.416±0.698)g，增长了122.58%；从S2时期到S3时期的(8.607±0.929)g，增长了94.90%；从S3时期到S6时期的(10.557±2.723)g，只增长了22.66%；从S6时期往后，单荚质量减少，至成熟期S9时期的单荚质量为(6.933±1.310)g，较S6时期减少了34.33%。4果荚和5果荚的单荚质量的变化趋势与3果荚相似。

图5 不同发育时期杭芍总荚质量

图6 不同发育时期杭芍单荚质量

2.4 不同发育时期杭芍种子颜色变化

3种类型果荚种子颜色随发育时期逐渐变化，过程基本一致。以3果荚种子为例(图7)，种子颜色随着发育时期逐渐由浅变深：S1时期颜色为浅黄色，S2—S6时期颜色变为米黄色，S7时期颜色变为橘黄色，S8时期颜色变为黄褐色，S9时期颜色变为黑褐色。

图7 不同发育时期杭芍种子形态(每小格为5 mm)

2.5 不同发育时期杭芍种子大小变化

种子大小(图7)随发育时期先增大后降低：前期增大幅度较大，中期变化不明显，后期降低幅度变化较小。3种类型果荚的种子长度、种子宽度和种子厚度均呈现出先上升后降低的趋势(图8—10)，除4果荚的种子厚度最大值(7.26±0.81)mm出现在S7时期外，其余类型果荚的种子长度、种子宽度及种子厚度最大值均出现在S6时期，分别为(11.51±0.86)mm(3果荚种子长度)、(11.44±0.63)mm(4果荚种子长度)、(11.22±0.86)mm(5果荚种子长度)、(8.53±0.82)mm(3果荚种子宽度)、(8.45±0.69)mm(4果荚种子宽度)、(8.80±1.24)mm(5果荚种子宽度)、(6.94±0.93)mm(3果荚种子厚度)和(7.68±1.08)mm(5果荚种子厚度)。

图8 不同发育时期杭芍种子长度

图9 不同发育时期杭芍种子宽度

图10 不同发育时期杭芍种子厚度

从种子长度来看，S1和S2时期的种子长度表现为3果荚<4果荚<5果荚，S8和S9时期种子长度表现为3果荚>4果荚>5果荚；S1和S2时期的种子宽度和种子厚度表现为3果荚>4果荚>5果荚；S9时期5果荚的种子宽度和种子厚度均为最大。

3果荚的种子长度从S1时期的(5.40±0.61)mm增长到S6时期的(11.51±0.86)mm，增加了6.11 mm，增长了113.15%，随后降低到S9时期的(10.85±1.14)mm，降低了0.66 mm，降低了5.73%；同时种子宽度从S1时期的(3.07±0.33)mm增长到S6时期的(8.53±0.82)mm，增加了5.46 mm，增长了177.85%，随后降低到S9时期的(7.88±0.78)mm，降低了0.65 mm，降低了7.62%；种子厚度从S1时期的(2.74±0.30)mm增长到S6时期的(6.94±0.93)mm，增加了4.20 mm，增长了153.28%；随后降低到S9时期的(6.79±0.55)mm，降低了0.15 mm，降低了2.16%。S9时期为种子的成熟期，3种类型果荚的平均种子长度、平均种子宽度、平均种子厚度分别为(10.66±0.85)mm、(7.91±0.66)mm、(6.83±0.74)mm。

2.6 不同发育时期杭芍种子数量变化

总荚种子数量与单荚种子数量随着发育时期而降低(图11、12)。总荚种子数量表现为3果荚<4果荚<5果荚；而单荚种子数量除S5和S6时期外，其他时期均表现为3果荚>4果荚>5果荚。

图11 不同发育时期杭芍总荚种子数量

图12 不同发育时期杭芍单荚种子数量

3果荚的总荚种子数量S1时期为(34.33±1.95)粒，S9时期为(24.50±5.23)粒，降低了28.63%；4果荚的总荚种子数量S1时期为(43.80±6.61)粒，S9时期为(32.67±7.86)粒，降低了25.41%；5果荚的总荚种子数量S1时期为(55.77±6.01)粒，S9时期为(41.17±9.99)粒，降低了26.18%；总体降低幅度表现为3果荚>5果荚>4果荚。而3果荚的单荚种子数量S1时期为(11.43±0.97)粒，S9时期为(8.40±2.14)粒，降低了26.51%；4果荚的单荚种子数量S1时期为(11.30±1.86)粒，S9时期为(8.27±2.36)粒，降低了26.81%；5果荚的单荚种子数量S1时期为(11.03±1.43)粒，S9时期为(8.17±2.17)粒，降低了25.93%；降低幅度表现为4果荚>3果荚>5果荚。3种类型果荚的平均单荚种子数量从S1时期的(11.26±1.46)粒，至成熟期S9时期降低为(8.28±2.20)粒。

2.7 不同发育时期杭芍种子质量变化

总荚种子质量及单荚种子质量的变化趋势均为先增加后降低(图13—14)。3果荚和4果荚的总荚种子质量最大值出现在S7时期，分别为(11.132±2.447)g、(15.443±2.393)g，5果荚的总荚种子质量最大值出现在S6时期，为(18.280±2.300)g。3种类型果荚的总荚种子质量前30 d快速增长，后期变化缓慢。3种类型果荚从S1时期到S2时期分别增长了676.03%、657.63%、631.30%，从S2时期到S3时期分别增长了111.53%、90.11%、91.19%。同样，3果荚和4果荚的单荚种子质量最大值出现在S7时期，分别为(3.871±0.809)g，(3.922±0.750)g，5果荚的总荚种子质量最大值出现在S6时期，为(3.816±0.602)g，3种类型果荚的单荚种子质量前30 d属于快速增长期：从S1到S2时期，分别增长了653.30%、653.59%、658.33%；从S2—S3时期，分别增长了106.27%、109.82%、93.26%。

图13 不同发育时期杭芍总荚种子质量

图14 不同发育时期杭芍单荚种子质量

3种类型果荚的单粒种子质量在各时期的差异变化不大(图15)，但总体的发育变化趋势一致：先增加后降低。最大值均出现在S7时期，分别为(0.431±0.047)g (3果荚)、(0.426±0.052)g(4果荚)和(0.422±0.054)g(5果荚)。从3种果荚的平均单粒种子质量来看(图16)前40 d属于快速增长阶段，中间30 d属于缓慢增长期，后20 d属于下降期。从S1时期的(0.016±0.002)g增长到S2时期的(0.128±0.003)g，增长了700.00%；从S2时期增长到S3时期的(0.268±0.039)g，增长了109.38%；从S3时期增长到S4时期的(0.364±0.025)g，增长了35.82%；而从S4时期到S7时期的(0.426±0.051)g，30 d共增长了17.03%；从S7—S9时期的(0.389±0.039)g，降低了8.69%。

图15 不同发育时期杭芍单粒种子质量

图16 不同发育时期杭芍平均单粒种子质量

2.8 不同发育时期杭芍鲜果出籽率变化

3种类型果荚的总荚鲜果出籽率和单荚鲜果出籽率总体上呈现先升高后降低再升高的趋势，最大值均出现在S9时期(图17—18)。3种类型果荚的总荚鲜果出籽率在S1时期相当，且均不足10%，S2时期的总荚鲜果出籽率均增加至30%以上，但不同类型果荚之间差异不大。往后各时期有差异，但差异不明显，仅S9时期差异较大：3果荚(50.43%)>4果荚(44.09%)>5果荚(40.99%)。3种类型果荚的单荚鲜果出籽率与总荚鲜果出籽率呈现相似趋势，在S9时期均出现最大值，且3果荚(50.32%)>4相关性分析结果见表1。单荚种子数量与单荚种子质量呈正相关，但不显著，而与总荚种子数量之间呈极显著正相关；单荚种子数量与总荚平均长度之间呈显著负相关，而与总荚质量、单荚质量、单荚宽度、种子长度、种子宽度、种子厚度、单粒种子质量、总荚鲜果出籽率之间呈极显著负相关；单荚种子数量与单荚长度、总荚种子质量、单荚鲜果出籽率之间呈负相关，但不显著。

图17 不同发育时期杭芍总荚鲜果出籽率

果荚(46.41%)>5果荚(41.37%)。另外，3种类型果荚在各时期的总荚鲜果出籽率与单荚鲜果出籽率相比较，无明显差异。3种类型果荚的平均总荚鲜果出籽率、平均单荚鲜果出籽率分别为(45.17±9.34)%、(46.03±10.87)%。

图18 不同发育时期杭芍单荚鲜果出籽率

2.9 杭芍各性状指标相关性分析

表1 杭芍各性状指标的相关性分析

注：a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o分别表示总荚平均长度、总荚质量、单荚质量、单荚长度、单荚宽度、种子长度、种子宽度、种子厚度、单粒种子质量、单荚种子数量、单荚种子质量、总荚种子数量、总荚种子质量、总荚鲜果出籽率、单荚鲜果出籽率；*、**分别表示在0.05、0.01水平上显著、极显著相关(双侧)。

总荚种子数量与总荚质量、单荚种子数量、总荚种子质量之间呈极显著正相关；总荚种子数量与单荚种子质量呈负相关，但不显著；总荚种子数量与单荚长度和单荚鲜果出籽率呈显著负相关；总荚种子数量与总荚平均长度、单荚质量、单荚宽度、种子长度、种子宽度、种子厚度、单粒种子质量、总荚鲜果出籽率之间呈极显著负相关。

总荚种子质量与单荚种子数量呈负相关，但不显著；总荚种子质量与总荚平均长度等其他13个指标呈极显著正相关。其中，与总荚质量相关性达到0.922，而与总荚种子数量相关性仅为0.199。

3 结论与讨论

2011年牡丹籽油被卫生部批准为新资源食品，开启了油用牡丹产业的新纪元[17]。凤丹和紫斑牡丹类群作为油用牡丹，其遗传多样性丰富，不同区域不同品种不同植株之间的果实产量、含油率以及品质都有区别[18-21]。作为同科同属的芍药，其结籽率、含油量及脂肪酸成分不逊于牡丹[8,14]。另外，凤丹需经过120 d的发育时期[22]，成熟期在8月上中旬，而杭芍花后需经过90 d左右的发育期，成熟期在7月中下旬。因此，杭芍可作为油用植物资源考虑，以弥补高品质食用油的短缺。

3种类型果荚的总荚大小和总荚质量的变化趋势一致，先升高后降低，最大值出现在S6时期，其中，总荚质量表现为3果荚<4果荚<5果荚。因此，果荚数越多，其总荚质量越大。3种类型果荚的单荚大小和单荚质量也均呈现先上升后下降的趋势，最大值出现在S6时期。这与凤丹白单荚大小和单荚质量的发育趋势一致[22]。但杭芍单荚大小和单荚质量的最大值出现在发育中期偏后，而凤丹白单荚大小和单荚质量的最大值出现在发育后期偏后。3种类型果荚发育后期S8、S9时期果荚发生开裂，有落粒现象。

杭芍3种类型果荚的种子形态基本一致，其颜色随发育时期逐渐由浅变深，成熟期为黑褐色。3种类型果荚的种子大小均呈现先上升后降低的趋势。成熟期S9时期，3种类型果荚的平均种子长度为(10.66±0.85)mm，平均种子宽度为(7.91±0.66)mm，平均种子厚度为(6.83±0.74)mm。大花黄牡丹(P.ludlowii)的平均种子长度为1.52 cm，宽度为1.18 cm，厚度为1.13 cm[23]。滇牡丹(P.delavayi)的种子纵径为(11.79±0.72)mm，横径为(9.04±1.02)mm[24]。3种类型果荚的种子质量在各时期的差异不大，但均呈现先上升后降低的趋势，其平均单粒种子质量最大值出现在S7时期，后期S9时期的单粒种子质量为(0.389±0.039)g。而张晓骁等[21]测得秦岭与子午岭地区紫斑牡丹的平均种子单粒质量为(0.19±0.01)～(0.29±0.03)g，任利益等[25]对7～8年生的98株凤丹种子进行测量，其种子千粒质量为(205.94±53.53)g，崔虎亮等[26]对6年生以上的25份牡丹种子进行测量，其平均千粒质量为(378.66±58.61)g。可见，从种子质量来看，杭芍可作为油用芍药的优势较大。杭芍单荚和总荚的种子数量在发育过程均呈现下降趋势。3种类型果荚的平均单荚种子数量从S1时期的(11.26±1.46)粒降低到S9时期的(8.28±2.20)粒，这可能与种子发育过程中胚中途败育有关[27]。崔虎亮等[26]也发现油用牡丹中果实发育正常而内部种子败育。

本研究所测15个指标的相关性分析表明，单荚种子数量与种子长度、种子宽度、种子厚度以及单粒种子质量呈极显著负相关，这与Cilas等[28]研究可可树中的单荚种子数量和单粒种子质量呈极显著负相关一致。出籽率是较为重要的农艺经济性状，反映的是种子质量与果实质量的比例，说明植物光合作用产物的分配。杭芍成熟期3种类型果荚的平均总荚出籽率为(45.17±9.34)%，平均单荚出籽率为(46.03±10.87)%，均高于已有研究油用牡丹的出籽率30.74%[26]及34.5%[29]。综上，杭芍可作为油用植物资源考虑。