宽叶缬草种苗分级及其对产量质量的影响

聂鲜钰，陆春云，文大成，黄明进，王 超

(1.贵州大学农学院，贵阳 550025； 2.贵州省药用植物繁育与种植重点实验室，贵阳 550025)

宽叶缬草(ValerianaofficinalisL.var.latifolia Miq.)为败酱科宽叶缬草属下的一个变种，以根茎入药，是贵州省民间常用药材，也是贵州苗药之一，为《贵州省中药材、民族药材质量标准》2003版收载品种，具有清热止泻、宁心安神、理气止痛、祛风除湿的作用[1-3]。挥发油是宽叶缬草的主要有效成分，挥发油中以乙酸龙脑酯为主的萜烯类化合物是宽叶缬草用于镇静安神、改善睡眠的物质基础。目前宽叶缬草已在贵州省江口县及剑河县形成大规模种植。

优良的种子种苗是培育道地中药材的基础，种子种苗质量一致是药材规范化种植的前提条件，但在目前对中药材的研究中主要集中在药材成分分析及药理作用上，对药材种植过程中标准化的研究较少。目前具有国家种苗标准的中药材只有人参，具有地方标准的有当归、党参、黄芩、秦艽、羌活等[4]。现在已有种苗分级研究报道的药材有掌叶大黄[5]、丹参[6]、甘草[7]、艾纳香[8]、知母[9]、白及[10]、金钗石斛[11]、铁皮石斛[12]等。

自宽叶缬草大规模栽培以来，并未见宽叶缬草种子种苗相关文献的报道，一直存在着种子种苗参差不齐的问题，严重影响宽叶缬草的规范化种植及药材质量。本文对640株宽叶缬草种苗进行了根重、根长、根粗、根数等农艺性状的测量，通过主成分分析，K-均值聚类分析等方法对宽叶缬草种苗进行分级，旨在提高宽叶缬草的产量和质量，为宽叶缬草规范化种植提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

本试验所用缬草材料由贵州苗药生物技术有限公司提供，于2018年11月从江口缬草种植基地收集。缬草种苗是缬草种子育苗后，生长一段时间的移栽苗。

千分之一天平、直尺、游标卡尺、挥发油提取器、电热套、安捷伦7890 A型气相色谱仪、氢火焰离子化检测器(FID)、安捷伦G 4513 A型16位自动进样器、乙酸龙脑酯对照品、萘、甲醇。

1.2 试验方法

将收集到的宽叶缬草苗剔除植株地上部分后随机取640株，对植株农艺性状：根重、根长、根粗、根数的指标进行了测量，数据统计分析后将所得结果作为宽叶缬草苗分级的初步标准，按照不同等级移栽至大田，按初步标准进行分级统计田间成活率和生长情况以及主要有效成分含量，以检验宽叶缬草种苗质量分级标准的合理性。数据采用Excel 2010软件和SPSS 17.0统计软件对试验数据计算处理及相关分析。

2 结果与分析

2.1 宽叶缬草种苗基本农艺性状

宽叶缬草苗农艺性状测量结果见表1。

表1 宽叶缬草苗农艺性状

2.2 宽叶缬草种苗分级指标的确定

由表2可知，通过巴特利特球形检验，KMO检验系数>0.5，p值<0.05，实验的样本数据是有结构效度，用测量的数据来进行实验分析是具有说服力的。

由表3可知，缬草苗农艺性状之间的相关性并不大，除了根重和根数呈显著正相关，其他农艺性状之间都没有太大的相关性，因此要通过主成分分析来确定缬草苗的特征农艺性状。

根据特征值可以确定主成分个数，由表4可知，前3个主成分的贡献率分别为66.255%、15.705%、15.705%，当主成分个数达到3时，累积贡献率达96.000%，即3个主分代表了缬草苗农艺性状成分96%信息含量。

表4 特征合计值、方差贡献及累计贡献率

通过表5可知，根重、根数在第一主成分上有较高载荷，但根据表3可知根数与根重呈显著正相关，且根据表4可知根数的方差贡献率仅为4.000%，较其他3个成分贡献较小，所以不把根数定义为宽叶缬草的特征农艺性状。根长和根粗在2个成分上均有较高载荷，在第一主成分上根粗高于根长，在第二主成分上根长高于根粗，但根据方差贡献率知第二主成分贡献率较小，因此结合生产实际定义根重和根粗为宽叶缬草的特征农艺性状。

表5 各指标主成分的特征向量

2.3 宽叶缬草种苗分级结果

利用SPSS分析软件对宽叶缬草种苗的根重和根粗进行K-均值聚类分析，最终获得3个聚类中心值(表6)，将聚类中心作为宽叶缬草苗分级标准的参考值，结合生产，拟定宽叶缬草种苗的分级标准如表7所示。

表6 宽叶缬草苗最终聚类中心

表7 宽叶缬草苗分级标准

2.4 宽叶缬草种苗分级对出苗率及产量的影响

为了检验种苗分级对宽叶缬草产量及质量的影响，将分级后的种苗种植于大田，研究采用随机区组设计，每个等级设置1个处理，每个处理设置3个重复小区，以30 cm×30 cm的行株距种植，小区面积9 m2。苗齐时记录其出苗情况，采收药材时记录产量。

由表8可知，不同等级种苗出苗率及株高存在差异，出苗率差异明显，Ⅰ级苗和Ⅱ级苗的出苗率明显高于Ⅲ级苗，差异达极显著水平，Ⅲ级苗出苗率低可能是因为Ⅲ级苗根重不超过1.5 g，种植过程易受到损伤不易萌发新苗。株高的平均值Ⅰ级苗>Ⅱ级苗>Ⅲ级苗，但Ⅰ级苗与Ⅱ级苗之间差异不显著，Ⅱ级苗与Ⅲ级苗之间差异不显著，Ⅰ级苗与Ⅲ级苗之间差异显著。不同等级种苗之间叶片数、叶长、叶宽、茎数等农艺性状都没有表现出明显差异，说明种苗分级对宽叶缬草地上部分生长无明显影响。

表8 种苗分级对宽叶缬草出苗及地上部分农艺性状的影响

表9 种苗分级对宽叶缬草地下部分生物量的影响

由表9可知，种苗分级对宽叶缬草地下部分生物量影响较大，除根粗外基本都达到显著水平。Ⅰ级苗和Ⅱ级苗的单株重和根重明显高于Ⅲ级苗，达极显著水平，与出苗率的情况相同。

除根长外，单株重、根重、根粗、根数、产量等均为Ⅰ级苗>Ⅱ级苗>Ⅲ级苗，且在产量上3个等级的缬草苗达极显著差异，说明种苗分级的合理性及必要性。

2.5 宽叶缬草种苗分级对挥发油提取率及主要成分含量的影响

由图1可以看出，不同等级种苗间挥发油提取率存在差异，Ⅰ级苗和Ⅱ级苗的挥发油提取率高于Ⅲ级苗，差异达极显著水平。由图2可知，各等级种苗之间乙酸龙脑酯含量为Ⅱ级苗>Ⅰ级苗>Ⅲ级苗，但差异不显著。种苗分级对缬草质量的影响与产量是相一致的，均为Ⅰ、Ⅱ级苗的高于Ⅲ级苗，虽然出现乙酸龙脑酯含量Ⅱ级苗大于Ⅰ级苗的情况，但其差异不显著，说明Ⅰ、Ⅱ级苗均可广泛用于种植，不影响分级的合理性。

图1 种苗分级对宽叶缬草挥发油提取率的影响

图2 种苗分级对宽叶缬草乙酸龙脑酯含量的影响

3 结论与讨论

本研究对640株宽叶缬草种苗进行了根重、根长、根粗、根数等农艺性状指标的测定，通过主成分分析，K-均值聚类分析等方法，筛选出根重和根粗2个特征指标对宽叶缬草种苗进行分级，将宽叶缬草种苗分为3个等级，即Ⅰ级苗根重≥13 g，根粗≥3 mm；Ⅱ级苗根重6～13 g，根粗2～3 mm；Ⅲ级苗根重≥1.5 g，根粗≥2 mm。

不同等级的宽叶缬草种苗移栽8个月后，发现各等级种苗之间在地上部生长和地下部生长都存在差异，以产量和出苗率尤为显著，各等级之间的差异都达极显著水平，Ⅰ级苗产量为1 344.194 kg·(667 m2)-1，Ⅱ级苗产量为1 227.137 kg·(667 m2)-1，Ⅲ级苗产量为689.061 kg·(667 m2)-1。而且Ⅰ级苗和Ⅱ级苗的出苗率也明显高于Ⅲ级苗，说明出苗率低，产量也随之降低。不同等级种苗间挥发油提取率及乙酸龙脑酯含量存在差异，Ⅰ级苗和Ⅱ级苗的挥发油提取率高于Ⅲ 级苗；乙酸龙脑酯含量无显著差异，但均高于李雄[13]的研究结果(33.73%)，说明3个等级的种苗都是合格的。

本研究表明种苗的外观性状尤其是根重和根粗与缬草产量及质量有密切关联，等级越高的种苗出苗率越高，产量也越高，挥发油提取率也越高。彭亮等[14]以27份远志种苗为研究材料，以单株鲜重、苗长、根长、根粗为远志种苗分级的主要指标，通过K均值聚类法将不同产地来源远志种苗划分为3个等级：Ⅰ级种苗单株鲜重≥0.18 g，根长≥12.00 cm，根粗≥0.10 cm，苗长≥14.00 cm；Ⅱ级种苗单株鲜重0.10～0.18 g，根长9.00～12.00 cm，根粗0.07～0.10 cm，苗长12.00～14.00 cm；Ⅲ级种苗单株鲜重0.08～0.10 g，根长8.00～9.00 cm，根粗0.06～0.07 cm，苗长10.00～12.00 cm。通过有效成分含量的检测确保分级的合理性，建议远志人工栽培中采用Ⅰ、Ⅱ级种苗，以保证获得高产量高品质的远志药材。罗登花等[15]通过田间试验，对28批广金钱草种苗进行质量研究，以苗长、根长、苗粗为分级的主要指标,将不同批次广金钱草种苗可分为3个等级：Ⅰ级种苗苗长≥10.15 cm，根长≥12.89 cm，苗粗≥1.61 cm；Ⅱ级种苗苗长在6.97～10.15 cm之间，根长在10.84～12.89 cm之间，苗粗在1.45～1.61 cm之间；Ⅲ级种苗苗长≥5.37 cm，根长≥8.27 cm，苗粗≥1.25 cm。本结果与以上结论相符。通过特征农艺性状对植株种苗进行分级，根据不同等级种苗种植后的产量和质量评价分级的合理性，以期选择出适宜种植的种苗等级。本文中Ⅰ级苗和Ⅱ级苗的出苗率、产量及有效成分含量等都高于Ⅲ级苗，因此在宽叶缬草的生产种植中，为保证产量及质量，建议选择Ⅰ级苗和Ⅱ级苗。

此次研究所采用的材料，均来源于贵州省铜仁市江口县，但宽叶缬草在湖北、四川等不同地方均有种植，生长环境不同会造成植物的形态特征差异。因此，本次研究所制定的种苗质量分级标准仅适用于贵州省铜仁市宽叶缬草产区，为今后地方标准和国家标准的制定奠定研究基础。