种子丸粒化对党参农艺性状及药材产量的影响

张碧全，陈垣,2，郭凤霞，蔡子平，焦旭升，王红燕

(1.甘肃农业大学农学院，甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室，甘肃省药用植物栽培育种工程研究中心，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省特色药用植物资源保护与利用工程实验室，甘肃省特色药材规范化可追溯栽培工程技术研究中心，甘肃中天药业有限责任公司，甘肃 定西 748100；3.甘肃省农业科学院经济作物与啤酒原料研究所，甘肃 兰州 730070)

党参为桔梗科植物党参Codonopsispilosula(Franch.)Nannf.、素花党参C.pilosulaNannf.var.modesta(Nannf.)L.T.Shen或川党参C.tangshenOliv.的干燥根[1]，具有补脾益气、养血生津等多种功效[2-3]，为多年生草本，主产于甘肃、山西等省[4]，甘肃党参种植面积居全国之首。

党参种子小，千粒质量仅0.2 g左右，难以机械化精量播种，播种均匀性差，造成种苗大小参差不齐，严重影响标准化栽培成效。目前党参育苗为传统的大田模式，育苗时间长，育苗期受干旱影响较大，劳动力成本高，育苗成效低[5]。工厂化育苗是提高党参育苗效益的重要途径。但工厂化育苗的播种机对种子有严格要求，只有将种子丸粒化处理才能实现工厂化育苗的播种作业。种子丸粒化是利用丸粒材料包裹种子，增大种子体积和质量的技术，包衣材料中还可添加养分或杀虫、杀菌剂等提高种子出苗率和种苗质量[6]。种子丸粒化技术已在蔬菜、经济作物和园林植物上广泛使用，产生了较好的效果[7-9]。林艳等[8]研究提出，桃胶粉pH呈微酸性，有利于种子萌发和生长，是比较理想的种子丸粒化粘合剂。目前对中药材种子丸粒化相关的研究才刚刚起步，对党参种子丸粒化研究甚少，而且仅停留在发芽试验阶段，陈红刚等[10]对党参种子丸粒化初探表明，丸粒化处理能使党参种子体积增加8倍，显著增大了党参种子质量，但丸粒化种子对党参成苗和药材产出性能的影响尚不清楚，也未见相关报道。利用现代化设施农业管理模式的工厂化育苗已在蔬菜和花卉产业中应用，育苗受外界自然因素影响小，种苗抗逆性强，生长均匀度高，更适宜轻小种子精量播种育苗[11]。因此，在党参种子丸粒化基础上，探寻现代化工厂设施精细化播种育成种苗的成药效应具有重要意义，可为党参实现工厂化育苗提供科学依据，促进党参产业化的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及材料来源

试验点位于甘肃省天水市武山县城关镇下街村，属温带大陆性季风气候，年平均气温10.3 ℃，无霜期195 d，年均日照2 331 h，海拔1 439 m，降水量500 mm左右；试验地土壤pH为7.35，有机质含量11.25 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量1.46 g/kg，全钾含量20.07 g/kg，碱解氮含量73.18 mg/kg，速效磷含量42.89 mg/kg，速效钾含量107.51 mg/kg。

试验用党参种子为甘肃农业大学经多年系统选育的甘党2号党参品种种子，于2019年10月在陇西县3 a生繁种田采收，采收后晾干脱粒，干燥通风保藏。生荒土采于兰州市榆中县北山，土壤晾干后粉碎过筛，经灭菌处理后用于种子丸粒化；桃胶粉购于甘肃源昕生物科技有限公司，主要为蔷薇科植物桃或山桃等树皮中分泌出来的树脂。有足够的水溶性和适当的粘度，可用于配置水溶性胶黏剂，也可用作增稠剂、乳化剂等。

1.2 种子丸粒化处理及育苗

党参种子丸粒化处理在甘肃省农业科学院中药材研究所实验室进行。称取党参种子250 g，随机分为5组，每组50 g，实施5个处理。以生荒土(wild immature soil)为丸化填充材料，选用桃胶粉(gum powder of peach)为粘合剂，桃胶浓度设置梯度为0%、0.2%、0.4%和0.6%，共5个处理：生荒土+水(WG1)、生荒土+0.2%桃胶粉(WG2)、生荒土+0.4%桃胶粉(WG3)和生荒土+0.6%桃胶粉(WG4)，以普通种子为对照(CK)。种子丸粒化采用小型种子丸粒机(HynE-wlhj-zj300，青岛蕙益农机械有限责任公司)按处理单独自动制粒，制粒种子直径约2 mm，平均有籽率达95.0%以上，单籽率随添加粘合剂的浓度增加而降低，当桃胶浓度为0.2%时种子丸粒最易成型且单子率最高为92.7%，当桃胶浓度为0.4%时种子丸粒不易成型单籽率最低为68.7%。制粒结束，将种子置小型种子烘干机(HynE-hgj-200，青岛蕙益农机械有限责任公司)快速脱水30 min后自然晾晒干，过2 mm筛去除碎粒和杂质，精选丸粒化种子随机分为3组(3个重复)，用于党参种子育苗试验。

为便于工厂化育苗，不同丸粒化党参种子于2020年1月22日至4月22日在甘肃省武山县蔬菜产业科技示范园区现代化日光玻璃温室进行，种子育苗试验采用单因素试验方案，共5个丸粒化种子处理(WG1、WG2、WG3、WG4和CK)，随机区组设计，3次重复。使用21孔穴盘在流水线精量播种机(2YB-500-GT)上播种育苗，穴盘规格(54 cm×28 cm)，上口径6.5 cm，下口径3.0 cm，高6 cm)，每个处理播种3盘，共计15盘，每穴播种20粒，播种后根据天气情况适时适量浇水。2020年4月12日将育苗盘从玻璃温室移出，在移栽田炼苗10 d。

1.3 不同丸粒化党参种子育成种苗移栽试验

移栽试验地位于武山县，前茬菜豆，结合整地底施2 000 kg/hm2有机肥(有机质≥45.0%,N+P2O+K2O≥5.0%,甘肃大行农业科技开发有限公司。丸粒化处理党参种苗于2020年4月22日移栽，试验采用单因素随机区组设计，共5个丸粒化处理，3次重复。采用覆白膜露头栽培，移栽密度约40万苗/hm2，小区行长1.5 m，行距0.35 m，株距8 cm，每小区3行，小区面积1.575 m2(1.5 m×1.05 m)，每小区移栽3行，每行20株，每处理共移栽180苗。党参成药栽培期不追肥,采用生态黄板防虫，人工除草3次。2020年4月至11月从移栽至药材采挖期。

1.4 试验取样与指标测定

1.4.1 种子成苗率和返青率统计 在育苗结束，种苗移栽前，统计各处理成苗数，计算成苗率(成苗率%=最终成活种苗数×100/种苗总数)。成药栽培期移栽后返青结束，统计各处理返青株数，计算返青率(返青率%=返青株数×100/移栽总种苗数)。

1.4.2 成药株生长动态指标测定 每个处理选生长整齐一致的单株30株，挂牌标记，分别于6月20日和8月15日对各处理地上部分生长动态进行测定，每次定株测定生长指标。株高，植株茎根部到植株顶端的高度(精度1/10)；株幅，植株地上部分所形成的最大宽度(精度1/10)；茎粗，采用电子游标卡尺测量植株从芦头向上第三节茎的直径(精度1/100)。叶长、叶宽，采用电子游标卡尺测定植株从下至上三分之二处正常的功能叶片(精度1/100)。

1.4.3 药材产量测定 2020年11月25日药材采挖后，各处理随机抽取30株对农艺性状指标进行测定，测定指标包括：根长，党参苗头部到根尖的长度(精度1/100)；根粗，党参苗头部最粗处的直径(精度1/100)；药材单根质量(精度1/100)；4)侧根数，主要统计一级侧根数。药材采挖后计取根数，测定小区鲜药材产量(精度1/100)，最后换算为每公顷鲜药材产量。

1.5 数据分析

采用Excel 2003制图，采用SPSS 19.0对各处理组科学方差分析，多重比较采用Duncan法，字母标记法标记显著性，最后基于不同丸粒化种子成苗及种苗成药产量性状指标因子分析基础上对各处理组指标求算隶属度，对各丸粒化种子处理综合评判[12]。

2 结果与分析

2.1 不同丸粒化党参种子成苗率的比较

不同丸粒化处理党参种子经工厂化穴盘育苗，成苗率表现出一定差异，生荒土添加浓度为0.4%桃胶即WG3成苗率最高，较CK增加24.3 %(P<0.05)。总体趋势显示，随桃胶浓度增大，成苗率越高，各处理重复间成苗率变幅为50.0%～80.0%，成苗率最高的穴盘出现在WG2和WG3处理，成苗率最低的穴盘出现在CK和WG4处理(桃胶浓度为0.6%)，但桃胶浓度低于0.4%的处理成苗率均在50.0%以上(图1)。

图1 不同丸粒化处理党参成苗率比较

2.2 不同丸粒化党参种子育成种苗成药期返青率的比较

不同丸粒化党参种子育成种苗在移栽后返青率表现出差异。WG2显著高于WG1和CK(P<0.05)，总体趋势显示，随桃胶浓度增大，丸粒化种子工厂化穴盘育成种苗移栽返青率越高，各处理返青率呈现：WG2>WG3>WG4>CK>WG1。WG2返青率较CK显著提高8.3%，各处理重复间返青率变幅为33.3%～50.0%，返青率最高的处理出现在WG2，返青率率最低的处理出现在CK(图2)。

图2 不同丸粒化处理党参返青率比较

2.3 不同丸粒化党参种子育成种苗成药株地上部分生长指标的比较

党参种苗移栽后，在成药株生长过程中，6～8月份各生长动态指标普遍呈增长趋势。6月份随处理不同株高有所差异，但差异不显著(P>0.05)，8月份各处理株高差异未达到极显著水平(P>0.01)，WG3株高最大为21.96 cm，较CK增高3.89 cm(P>0.05)。6～8月份株幅呈现快速增长期，6月份各处理间株幅差异不显著(P>0.05)，WG3处理6～8月株幅增长最快，增幅高达46.65 cm，8月份WG3株幅极显著高于与WG1、CK(P<0.05)，较两个处理分别高出19.1 cm、20.55 cm。6～8月份各处理茎粗增长较快，6月份WG3处理茎粗极显著高于WG1、CK(P<0.05)，各处理重复间茎粗变幅为0.76～1.77 mm，茎粗最大的处理出现在WG4，茎粗最小的处理出现在WG1和CK。8月份各处理间茎粗的差异未达到极显著水平(P>0.01)，WG3茎粗显著高出CK处理0.94 mm(P<0.05)。6～8月份党参叶长叶宽呈快速增长期，丸粒化处理间叶长叶宽均表现出增长优势，叶长叶宽比均未达到极显著水平(P>0.01，图3)。

图3 不同丸粒化处理对党参成药株生长动态的影响

2.4 不同丸粒化党参种子育成种苗成药根农艺性状及产量的比较

不同丸粒化处理党参种苗移栽成药后，丸粒化处理对药材根部农艺性状及产量具有不同程度的影响，丸粒化WG3处理根长最长，较CK平均高出2.27 cm。WG2药材侧根数最少，根粗最大，表明侧根数的减少可促进主根的生长，WG2根粗较WG1和CK 显著增高3.95 mm和2.46 mm(P<0.05)。药材单根鲜质量和单根干质量均未到达显著水平(P>0.05)，但随丸粒化处理不同各处理间表现出差异性，单根鲜质量：WG2>WG4>CK>WG3>WG1，WG2、WG4较CK平均分别高出3.50 g和1.39 g，各处理重复间单根鲜质量变幅为87.99～101.13 g，单根鲜质量最大的处理出现在WG2，单根鲜质量最小的处理出现在WG1，单根干质量WG3最大，较CK平均高出2.92 g，各处理重复间单根干质量变幅为24.51～32.72 g，单根干质量最大的处理出现在WG3，单根鲜质量最小的处理出现在WG1。药材折干率WG3显著高出WG1和CK分别为3.40%和3.90%(P<0.05)。药材鲜产量WG2最高为9133 kg/hm2，WG2、WG3、WG4较CK分别高出946、733、600 kg/hm2，WG1较CK有所降低(表1)。

表1 不同丸粒化处理对党参药材根农艺性状及产量的影响

2.5 不同丸粒化党参种子成苗和成药性能的综合评判

基于10个党参种子成苗和成药产量性状指标的主成分分析显示(表2)，前3个主成分特征根均大于1，累计贡献率为83.3%，故提取前3主成分的贡献率计算各性状指标的权重值(表3)。综合因子分析显示(表3)，不同丸粒化处理党参种子成苗和成药的综合指数大小依次为WG2(0.956 7)>WG3(0.624 7)>WG4(0.573 2)>CK(0.286 3)>WG1(0.004 3),说明党参种子采用生荒土+0.2%粘合剂丸粒化处理，成苗率和成药特性综合评比最佳，其次为生荒土+0.4%粘合剂丸粒化处理，纯生荒土综合评比较CK差。

表2 不同丸粒化党参种子成苗和成药产量10个指标的主成分和权重

表3 不同丸粒化党参种子成苗和成药产量10个性状指标的隶属度与综合指数排序

Wj=∑(Cl,j×VPl)/∑∑(Cl,j×VPl)

R(Xij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

RR(Xij)=1-(Xij(Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

CIj=∑[R(Xij)×Wj]

式中，Cl,j为第j指标的第l主成分值，VPl为第l主成分方差的百分比，Wj为第j指标的权重值(weight)，R(Xij)为i处理组j指标的隶属度，RR(Xij)为反向指标的隶属度,Xij为i丸粒化组j指标的平均值，Xjmax和Xjmin分别为j指标的最大和最小值，CIj为第i种子丸化处理组j指标的综合评价指数。

3 讨论

3.1 党参种子丸粒化处理有利于工厂化育苗

种子萌发是个体发育的起点，播种后萌发条件适宜才能达到早苗、全苗和壮苗，奠定良好的丰产栽培基础[13]。种子丸粒化后，丸粒材料的包裹使得种子通透性降低，吸水能力下降。因此选择适宜的包衣材料是种子丸粒化技术的关键。生荒土有害微生物丰度低、微生物多样性指数高[14-15]，生荒土配合低浓度桃胶丸粒质量较佳，纯生荒土丸粒难度较大，丸化成型后种子干燥过程中容易破裂。不利于机械化播种，当使用生荒土添加浓度为0.2%～0.4%的桃胶作为粘合剂丸化制粒时，种子制粒成型率高，硬度适宜，丸化后种子单籽率有籽率高，有利于开展党参机械化精量化播种[16]，但当粘合剂浓度大于0.6%时因粘度太大，种子丸粒化难度大，丸粒后种子多籽率显著增高，硬度大，不利于党参机械化、精量化育苗播种。党参种子丸粒化处理后经工厂化育苗成苗率提高，种苗表现出一定的生长优势。这与文飞[17]等人研究结果一致，丸粒化处理对芝麻成苗率及苗期的株高、茎粗、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量均有不同程度的提高。因此党参种子丸粒化时使用适宜浓度的桃胶粉作为粘合剂可以提高种苗成苗率[18]，种苗在大田生长中也表现出显著的生长优势，产量随之提高。

3.2 党参种子丸粒化处理有利于成药期药材产量提高

种子和种苗是生产的物质基础，李瑞杰[19]等人研究表明种苗分级移栽后,种苗等级越高,返青率也越高,植株生长发育越好,而且地下根生物产量也越高，因此种苗的好坏是决定药材产量质量的重要因素。高志刚[20]研究表明种子大小影响幼苗存活作用显著，相对较小的种子，大种子产生的幼苗存活能力和竞争能力要更强。种子丸粒化后体积质量均增大，表面厚度增加，形成保护层，提高了种苗抗逆性[21]，本研究发现，丸粒化党参种子成苗率较CK均有所提高，育成种苗移栽后返青率除WG1低于CK，其余处理种苗的返青率均较CK有所提高。党参种子丸粒化过程中添加适宜浓度的粘合剂后育成种苗在成药期生长势也表现出优势，移栽后种苗抗逆性增强，返青率提高，成药产量高，个体质量优异，根长和根粗更为明显，表明丸粒化党参种子育成种苗在成药期异速生长趋势明显，添加适宜浓度桃胶丸粒化种子成药产量更高[22]。也表明适宜浓度桃胶促进了党参种苗生长活力，并具有显著的成药效应。当种子丸粒化处理时不添加粘合剂只用填充剂生荒土作为丸化剂时，种苗及成药期的生长特性普遍劣于其他丸粒化处理。

4 结论

党参种子不同丸粒化处理可有效增强种苗和返青成药株的抗逆性，提高成苗率和返青率，改善药材性状，降低含水量，显著提高药材产量和质量，以生荒土和添加0.2%～0.4%的桃胶丸粒化综合效果较好，丸粒化后期效应明显，综合评价显示，不同丸粒化党参种子对成苗和成药的综和评比指数大小依次为WG2(0.956 7)>WG3(0.624 7)>WG4(0.573 2)>CK(0.286 3)>WG1(0.004 3)。本研究首次利用生荒土作为种子丸粒化填充剂，生态环保，成本低，便于生产推广应用，为党参工厂化育苗提供了科学和技术依据，可借鉴现代化蔬菜、花卉工厂化育苗模式进一步探索研究实现党参工厂化育苗。