黄精浆果分层成熟特性及其种子产量研究

常 晖， 靳鹏博， 王二欢， 杨祎辰， 王继强， 马存德， 刘 峰

(1.陕西国际商贸学院， 陕西 咸阳 712046； 2.陕西步长制药有限公司， 西安 710075)

黄精(PolygonatumsibiricumRed.)是百合科黄精属多年生草本植物[1]，主要分布在陕西、河北、辽宁、吉林、湖北、山东等省，多生长在山坡、路边、沟边[2]。黄精之名始载于东汉末《名医别录》[4]，是一种药食同源的药材品种[5]，已有1 800多年的应用历史。黄精味甘、平，归脾、肺、肾经，有补气养阴、健脾、润肺、益肾的功效[5]。刘爽等[6]、陈宇等[7]、任洪民等[8]的研究表明，黄精具有抗氧化、抗衰老、抗骨质疏松、抗肿瘤、抗糖尿病、抗高血脂、抑菌抗炎、免疫调节、抗阿尔茨海默病、抗动脉粥样硬化、抗脂肪肝、抗心肌细胞损伤、改善睡眠、改善记忆、保护心脏、保护肾脏等作用，具有极高的药用与保健价值。随着人们对黄精药材的开发利用，野生黄精资源已然不能满足市场需求，全国多个省份开始种植黄精，现有的黄精无性繁殖技术(即根茎繁殖)不仅不利于黄精的大面积生产推广，且长期的无性繁殖会导致黄精品质退化，影响黄精药材的产量和质量。利用黄精种子进行有性繁殖，是增加黄精药材资源储量和防止黄精种质退化的有效途径[9]。近年来，有关黄精种子萌发特性、破眠技术等的研究报道较多[10-12]，但对黄精种子质量和产量的研究较少。黄精为无限花序，花朵自下而上依次开放形成果实和种子，这种时空差异直接影响不同枝位上黄精浆果的成熟特性和种子产量。因此，有必要对黄精浆果分层成熟规律进行研究，明确黄精浆果收获时期和结果枝位对黄精种子产量和质量的影响。本试验开展了不同时期、不同枝位的黄精浆果发育变化、种子质量和产量的研究，以期为黄精种子生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况与供试材料

试验地点位于汉中市略阳县五龙洞镇步长制药集团黄精GAP基地(106°12′43″E，33°30′22″N，海拔888 m)，该地属北亚热带气候区，年均气温13.2 ℃，年均降水量860 mm，年均日照时数1 558.3 h。土壤质地为壤土，有机质14.87 g/kg，碱解氮30.66 mg/kg，有效磷33.90 mg/kg，速效钾202.30 mg/kg，pH值6.9。试验材料取自生长了3年的黄精植株。

1.2 研究方法

1.2.1样品采集及编号

于盛花期(75%茎枝开花)后的第7天(2020年5月21日)开始采集样品，两次采样间隔为10 d，累积采样15次。每次采样时间为08:00—10:00时，随机选取3处1 m×1 m的样方，割取黄精植株地上部分。室内进行浆果分选时，根据浆果着生枝位的高低，自下而上依次编号1 st、2 nd、3 rd、4 th、5 th，第6枝位及以上的浆果则编号为6+th。将采集的浆果均匀地分成2份，一份放于自制纸盒中自然阴干，用于测定浆果性状和种子产量；另一份与黄精植株地上枝叶一同置于105 ℃杀青30 min后60 ℃烘干至恒重，用于测定浆果和地上茎叶生物量[13]。

1.2.2浆果性状测定

统计同一样方内不同黄精植株同一枝位的黄精浆果总数，并采用四分法将样本数量缩减至40个，逐个测定鲜浆果的纵向直径和横向直径，精确至0.01 mm。随机选取浆果15个，置于观察台上统计浆果内籽粒数量。

1.2.3种子数量和千粒重测定

待黄精浆果自然晾干后，用清水洗去果肉，得到净种子后阴干，统计同一枝位上种子总数。参照GB 3543.7-1995《农作物种子检验规程-其他项目检验》，采用百粒重法测定黄精种子千粒重。

1.2.4发芽指标测定

随机挑选同一枝位黄精种子50粒，3次重复，播种于装有营养土的育苗盘中，每穴播种2粒种子，置于室内培养，定期浇水保持土壤湿润。60 d后挖出，统计种子发芽率。用万分之一天平测定黄精种子初生小球茎重量，精确至0.000 1 g；用游标卡尺测定黄精种子初生小球茎直径，精确至0.01 mm。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 19.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同时期黄精地上部分生物量

盛花期后，黄精浆果生物量占植株地上部分总生物量的比重逐渐增加(见图1-A)，第7天仅为10.12%，至127 d达到最大，为76.49%。说明随着时间的推移，黄精植株中的物质逐渐向浆果中转移。盛花期后，黄精地上部分(茎叶+浆果)总生物量总体呈先升后降的趋势，茎叶生物量总体呈下降趋势，浆果生物量先急剧上升后平缓降低(见图1-B)。黄精地上部分总生物量和茎叶生物量在盛花期后67 d达到最大，分别为940.69 g/m2和478.00 g/m2。黄精浆果生物量在盛花期后97 d达到最大，为552.91 g/m2，后期部分无籽粒浆果自然脱落可能是黄精浆果生物量下降的原因之一。

注：A为茎叶和浆果占比变化；B为黄精植株各部位生物量变化。图1 不同时期黄精地上部分生物量Fig.1 Aboveground biomass of P. sibiricum in different periods

2.2 不同时期黄精浆果生物量的垂直分布

黄精各枝位浆果生物量随时间呈先增后降的趋势，下层浆果生物量高于上层，详见表1。盛花期后第7天，浆果主要分布于第1～3枝位，其浆果生物量占比为58.24%，第5及以上枝位还存在部分黄精花朵。第6及以上枝位的浆果生物量在87 d时达到最大值，为91.76 g/m2。第97～107天，第1～5枝位的浆果生物量达到整个生长周期中最大值，分别为109.92 g/m2、126.69 g/m2、100.82 g/m2、78.62 g/m2、57.04 g/m2。随后，黄精各枝位浆果生物量均有所下降。以各枝位浆果最大生物量为参考值计算降低比例，盛花期后150 d时，第1～5枝位浆果生物量的下降比例均在50%以上，第6及以上枝位浆果生物量下降比例34.85%。综合来看，第1～3枝位浆果生物量在各时期均显著高于第4及以上枝位，表现出显著的分层级积累特征。

表1 不同时期黄精各枝位浆果生物量Table 1 Biomass of berries in each branch of P. sibiricum in different periods

2.3 不同时期黄精浆果性状特征

本次试验观察发现，盛花期后，黄精浆果颜色依次为浅绿色、绿色、深绿色、墨绿色，最终呈黑色。如图2所，不同时期，各枝位黄精浆果的纵向直径、横向直径、纵横直径比、籽粒数等指标均存在显著差异。根据黄精浆果发育过程中性状的变化特征，将其分为Ⅰ～Ⅴ期共5个发育期，详见图3。

注：A为黄精浆果纵向直径变化；B为黄精浆果横向直径变化；C为黄精浆果纵向直径和横向直径的比值变化；D为黄精浆果内籽粒数变化。图2 不同时期黄精浆果形态变化Fig.2 Morphological changes of P. sibiricum berry in different periods

注：A为Ⅰ期：带残存花朵，具有浆果雏形，暂无籽粒成形；B为Ⅱ期：浆果膨大呈长椭球形，逐步形成籽粒；C为Ⅲ期：浆果呈圆球形，籽粒数已基本稳定；D为Ⅳ期：浆果呈扁球形，籽粒重量逐渐增加；E为Ⅴ期：浆果外表皮皱缩，果肉呈半流体状态。图3 黄精浆果发育意图Fig.3 Schematic diagrams of the development of P.sibiricum berry

盛花期后第7天，黄精植株各枝位上浆果的纵向直径和横向直径之间差异不显著，至第67天时，下层浆果(第1～3枝位)与上层浆果(第4及以上枝位)的纵向直径和横向直径均存在显著差异(p<0.05)，至127 d时，各枝位浆果的纵向直径和横向直径之间差异又逐渐减小。总体上，第1～3枝位浆果的纵向直径和横向直径均高于同时期其他枝位的浆果。盛花期后第7～47天，各枝位浆果的纵向直径和横向直径均显著增加，随后增加速率逐渐减缓，并保持在一定范围内。

盛花期后第7天，各枝位浆果的纵向直径和横向直径的比值平均为1.42，至27 d时平均比值为1.04，最后在127 d，平均比值稳定在0.91。黄精各枝位浆果的纵向直径和横向直径的比值，在盛花期47 d后无显著差异。由此可知，黄精浆果的形态由初期的长椭球形，逐渐呈圆球形，后期呈扁球形。

与盛花期后第7天相比，盛花期后27 d时，黄精各枝位浆果中的籽粒数量均显著增加，之后各枝位浆果内籽粒数均相对稳定。试验测定时，发现第7～27天时，浆果内的籽粒正处于发育阶段，分化不明显。盛花期37 d后，各枝位浆果中籽粒逐渐成形，籽粒内有淀粉粒形成。同一时期，各枝位浆果内籽粒数存在差异。总体上，下层(第1～3枝位)浆果内的籽粒数明显高于上层(第4及以上枝位)浆果。

表2 不同时期黄精各枝位种子产量Table 2 Seed yield of each branch of P. sibiricum in different periods

2.4 不同时期黄精各枝位种子产量

本试验以种子总数作为衡量黄精种子产量的标准。盛花期后第7～27天，黄精浆果内籽粒还未发育完全，浆果阴干后无法洗出籽粒，故未能进行种子数量统计。表2结果表明，盛花期后第37～67天，各枝位种子产量均依次增加，至67 d时各枝位种子产量均达最大值。随后，各枝位种子产量总体均呈下降趋势，与各枝位种子产量的最大值相比，150 d时，各枝位种子产量下降幅度分别为：52.21%、52.00%、53.16%、58.32%、51.00%、38.41%。如图4所，不同枝位种子对种子总产量的贡献度差异显著。各时期，第1～4枝位种子产量约占总产量的70%，表明黄精种子总产量主要来自中下部枝位。随着生育期的延长，第1～4枝位对种子产量的贡献度总体上呈下降趋势，第5及以上枝位对种子产量的贡献度逐渐增加。

图4 不同时期黄精各枝位种子产量对总产量的贡献度Fig.4 Contribution of seed yield of each branch of P. sibiricum at different stages to total yield

2.5 不同时期黄精种子质量特征

如图5所，不同时期各枝位黄精种子的千粒重、发芽率、初生小球茎重量、初生小球茎直径均存在一定差异。随着生长发育时间的延长，各枝位种子的千粒重逐渐增加。其中，盛花期后第37～57天之间，各枝位种子的千粒重增长最为迅速，平均增长速率为133.74%。在盛花期后77 d之前，各枝位种子的千粒重存在显著差异，随后不同枝位种子的千粒重差异逐渐减小。总体上，下层(第1～3枝位)种子千粒重明显高于上层(第4及以上枝位)种子。

注：A为黄精种子千粒重变化；B为黄精种子发芽率变化；C为黄精种子初生小球茎重量变化；D为黄精种子初生小球茎直径变化。图5 不同时期黄精种子质量特征Fig.5 Quality characteristics of P. sibiricum seed in different periods

盛花期后第37天，第1～2枝位种子的发芽率显著高于第4及以上枝位，随后各枝位之间种子发芽率的差异逐渐缩小。随着生育期的延长，各枝位种子的发芽率先迅速增加，后期又出现小幅回落现象。盛花期后第77天，第1～3枝位种子发芽率达到最大值，分别为64.00%、63.56%、64.67%。总体上，下层(第1～3枝位)种子的发芽率高于上层(第4及以上枝位)种子。

随着生育期的延长，各枝位种子的初生小球茎重量和直径先急剧增加，后呈波动变化。在盛花期后77 d之前，各枝位种子初生小球茎的重量和直径均存在显著差异，之后各枝位之间无显著差异。总体上，下层(第1～3枝位)种子初生小球茎的重量和直径均高于上层(第4枝位及以上)种子。不同时期黄精种子初生小球茎的发育变化如图6所，可以看出前期黄精种子的初生小球茎和须根的形态特征均发生了显著变化，97 d之后差异逐渐减小。

图6 不同时期黄精初生小球茎生长发育变化(以第1枝位为例)Fig.6 The growth and development of the primary bulbs of P. sibiricum in different periods (take the first branch as an example)

3 结论与讨论

黄精浆果发育成熟过程中，浆果形态发生了显著的变化，植物地上部分营养也逐渐转移至浆果部分。黄精浆果和种子表现出明显的垂直分布差异，下层枝位的浆果生物量和种子产量高于上层枝位。下层浆果成熟早、发育慢、种子产量较高，应作为黄精种子采收重点部位；上层浆果成熟晚、发育快、种子产量相对较低，在种子生产中应予以重点调控。盛花期后67 d，黄精各枝位浆果中种子的发芽率、初生小球茎重量和初生小球茎直径等种子质量指标均已维持在较高水平。结合不同时期黄精各枝位种子产量变化(表2)，盛花期后67～107 d收获黄精浆果，可获得量大质优的黄精种子。

黄精植株自苗尖出土展叶始，便进行生殖生长，其营养供给主要来源于根茎，故下层浆果具有“近源优势”，得以优先发育；上层浆果在发育初期营养供给相对匮乏，后期生长处于阴雨季节和叶片衰老期，最终导致黄精下层和上层种子的产量和质量之间形成明显差异。黄精浆果的生长周期较长，以盛花期为起始，至浆果变软并呈黑色，共需要约140 d。传统经验认为，黄精浆果成熟变软之后方可采摘。但本试验发现盛花期后117 d之后，黄精各枝位浆果生物量均显著降低，这可能与营养供给、天气因素、个体差异等多种因素相关。本试验还发现，黄精浆果成熟后期(盛花期后150 d)时，各枝位黄精种子的发芽率、初生小球茎重量、初生小球茎直径等指标均出现一定幅度的下降，这可能与种子内部结构和物质变化有关，进而导致黄精种子休眠。张跃进等[14]研究表明，黄精种子胚乳机械障碍、果实和种子内的内源抑制物、种子成熟时ABA 含量升高等均可导致黄精种子休眠。

本研究对黄精浆果生长发育全过程进行全面的观察记录，掌握黄精浆果分级成熟规律，明确黄精种子的最佳采收时期，对黄精种子生产具有重要的指导意义。