不同種源血人參種子特性和萌發(fā)差異研究

張 娜， 吳 媛， 吳之坤

(貴州中醫(yī)藥大學， 貴陽 550025)

血人參是豆科(Leguminosae)木藍屬(Indigofera)植物茸毛木藍(IndigoferastachyodesLindl.)的干燥根，又名雪人參、鐵刷子、山紅花和紅苦刺[1]。性溫，味甘、苦，是貴州布依族、苗族常用藥，具有利濕、滋陰補虛、化痰、活血的功效，主要用于治療感冒發(fā)熱、咳嗽、崩漏、體虛久痢、風濕痹痛、婦女腹痛、潰瘍不斂、跌打損傷、肝硬化和疳積等[2]。研究表明，血人參富含揮發(fā)油，還含有黃酮及黃酮苷類、硝基丙?；咸烟穷悺㈢薮俭w類等化合物，具有抗氧化、降血糖、降血脂、保肝、抗癌、抑菌、抗炎等藥理作用[3]。

血人參是貴州具有重要開發(fā)價值的苗藥之一。德昌祥藥業(yè)以其為主要原料開發(fā)的芪膠升白膠囊，在臨床上用于治療白血病、癌癥、腫瘤、婦科病及糖尿病等，對腫瘤放化療后引起的白細胞減少癥、人體氣血虧虛引起的免疫力低下具有療效[4-6]。

優(yōu)良種質資源是決定藥材質量的首要關鍵因素，劉莉等[7]研究了血人參種子的采收加工、生物學特性及育苗技術，結果表明，12月份為最佳采收時期，以溝播方式、偏酸性的腐殖土處理，覆土深度1～2 cm更利于血人參種子的萌發(fā)。索貝貝等[8]研究表明，燙種處理、25 ℃黑暗條件下培養(yǎng)更利于血人參種子的萌發(fā)。但目前關于血人參不同種源的篩選和不同產(chǎn)地的種子質量研究未見報道。為尋找適宜貴州地區(qū)血人參藥材種植的優(yōu)良種源，對黔產(chǎn)不同種源血人參種子特征和萌發(fā)特性進行研究，以期為血人參的野生種質資源開發(fā)利用和新品種培育提供科學依據(jù)。

1 實驗材料及方法

1.1 材料來源

2020年12月對血人參種子野生種質資源進行調(diào)查并采集標本及種子。植物標本經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學鑒定教研室吳之坤老師鑒定為豆科植物茸毛木藍(IndigoferastachyodesLindl.)，共采集了15個產(chǎn)地血人參種子，見表1。

表1 不同種源血人參種子采集信息表

1.2 實驗方法

1.2.1血人參果實、種子的形態(tài)及成熟度判斷方法

觀察血人參果實果皮的顏色變化，解剖觀察種子顏色、形態(tài)。

1.2.2血人參成熟果實果莢大小測定

選取不同產(chǎn)地血人參果莢，用游標卡尺測定其長度，計算不同產(chǎn)地果莢大小、比較其差異。

1.2.3血人參種子大小的測定

選取不同產(chǎn)地血人參種子，用游標卡尺測定其長徑和直徑，計算不同產(chǎn)地種子形態(tài)大小的平均值、比較其差異。

1.2.4成熟果實中種子飽滿度測定

選取不同產(chǎn)地血人參果莢，分別記錄果莢中成熟種子、未成熟種子、劣質種子以及果莢中種子總數(shù)，統(tǒng)計每個果實中平均種子數(shù)、平均成熟種子數(shù)，計算不同產(chǎn)地的平均值、比較其差異。

1.2.5種子千粒重、硬實率測量

硬實率[8]采用浸種法測定種子硬實率，從樣品中隨機選取飽滿的種子100粒，室溫下蒸餾水中浸泡24 h，記錄硬實種子數(shù)，重復3次。取平均數(shù)，比較不同產(chǎn)地種子的硬實率，計算公式如下：

硬實率(%)=(硬實種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

千粒重：參照《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》[9]，采用“千粒重”測定方法。將全部純凈種子充分混合后，從中隨機數(shù)取1 000粒種子，用電子分析天平精確稱重，測定其千粒重，3次重復，求平均值。

1.2.6發(fā)芽試驗

種子預處理：將不同產(chǎn)地采集的種子在60 ℃下熱水浸泡2 h[8]，晾干備用。

培養(yǎng)：采用培養(yǎng)皿培養(yǎng)法，在培養(yǎng)皿中鋪薄層脫脂棉，上覆1層濾紙，再用無菌水浸潤脫脂棉，每皿放種子50粒，置于黑暗25 ℃條件下恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)[8]。

觀察種子的萌發(fā)情況。記錄數(shù)據(jù)并且計算發(fā)芽勢和萌發(fā)率及萌發(fā)指標，計算公式如下：

發(fā)芽勢[10](%)=(7 d內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

萌發(fā)率[10](%)=F/S×100%，F(xiàn)為發(fā)芽總粒數(shù)，S為試驗種子總數(shù)；

發(fā)芽指數(shù)[10]=∑Gt/Dt，Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為對應的種子發(fā)芽天數(shù)。

測定指標：每組50粒，重復3次。以胚芽伸出1 mm時作為初次計數(shù)時間，種子萌發(fā)數(shù)達到最高，以再無萌發(fā)種子出現(xiàn)時的天數(shù)作為末次計數(shù)時間，統(tǒng)計不同種源種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽時間。

2 結果與分析

2.1 不同種源果實及種子成熟度判斷

2.1.1未成熟果實及種子

果皮略皺縮，外果皮褐綠色或深紅棕色，略粗糙，或具有縱皺紋，較細長；內(nèi)果皮淺棕色或黑色，種子凹陷或皺縮、綠色、棕色或深褐色。

2.1.2成熟果實及種子

果實飽滿，外果皮淺棕褐色，內(nèi)果皮近棕色。種子褐色、黃綠色，光滑飽滿，有光澤，近圓柱形或球形。

2.2 不同種源果莢長度統(tǒng)計分析

采集不同產(chǎn)地的果實，分別統(tǒng)計各產(chǎn)地的平均果莢長度，不同種源血人參果莢長度的均值為34.59 mm，變化范圍為24.55～41.33 mm。不同產(chǎn)地血人參果實大小呈顯著性差異(p=0.00<0.05)，果莢順序為D 1>D 9>D 14>D 6>D 5>D 2>D 13>D 10>D 11>D 12>D 3>D 15>D 4>D 7>D 8，D 1果實明顯大于其余產(chǎn)地，D 8果實明顯小于其余產(chǎn)地，各產(chǎn)地果實的大小差異見圖1。

注：不同大寫字母表示在0.05水平差異顯著，不同小寫字母表示在0.01水平差異極顯著。

2.3 血人參種子形態(tài)大小統(tǒng)計分析

不同產(chǎn)地血人參種子的大小有差異，種子的長徑均值為2.054 6 mm，變化范圍為1.05～2.99 mm，組間差異顯著；種子平均直徑1.636 3 mm，變化范圍為0.63～2.32 mm，組間差異顯著。種子長徑的順序為：D 13>D 6>D 3>D 14>D 10>D 15>D 9>D 7>D 2>D 5>D 4>D 12>D 11>D 8>D 1；種子直徑的順序為：D 13>D 6>D 14>D 12>D 5>D 15>D 10>D 4>D 7>D 9>D 3>D 11>D 8>D 2>D 1，D 8和D 1種子的長徑與其余種源的種子長徑存在極顯著差異；D 1種子直徑與其余種源的種子直徑存在極顯著差異，見表2。

2.4 血人參成熟果實中種子數(shù)量統(tǒng)計

不同產(chǎn)地血人參單果平均種子數(shù)、成熟種子數(shù)均有明顯差異(p<0.05)，單果平均種子數(shù)為8.8粒，變化范圍為4～12粒；單果平均成熟種子數(shù)為2.8粒，變化范圍為0～11粒。不同種源間，單果種子數(shù)差異顯著，單果種子成熟數(shù)差異極顯著，單果種子數(shù)順序為：D 10>D 14>D 9>D 12>D 11>D 13>D 6>D 5>D 4>D 8>D 2>D 7>D 15>D 1>D 3；成熟種子數(shù)順序為：D 12>D 10>D 4>D 9>D 14>D 13>D 15>D 3>D 7>D 11>D 2>D 6>D 5>D 8>D 1；D 10單果平均種子數(shù)明顯高于其余產(chǎn)地，D 3單果平均種子數(shù)明顯低于其余產(chǎn)地。D 12單果成熟種子數(shù)明顯高于其余產(chǎn)地，D 1單果成熟種子數(shù)明顯低于其余產(chǎn)地，見表2。

2.5 不同種源種子千粒重、硬實率

各產(chǎn)地種子的千粒重平均值為4.700 087 g，變化范圍為3.352 5～6.163 6 g。各產(chǎn)地的血人參種子的千粒重存在極顯著差異，千粒重：D 6>D 14>D 15>D 5>D 10>D 1>D 7>D 2>D 3>D 11>D 13>D 12>D 9>D 4>D 8。D 6的千粒重為最大，為(6.163 467±0.000 231 g)，D 8的千粒重最小，為(3.355 833±0.002 887 g)，見表2。

表2 不同種源血人參種子特性

種子硬實率的平均值為87.294 7%，變化范圍為25%～100%。硬實率：D 12>D 13>D 4>D 9>D 2>D 15>D 3>D 8>D 6>D 1>D 7>D 14>D 5>D 10>D 11。各產(chǎn)地種子的硬實率也存在極顯著差異，D 11硬實率(32.333 3%)最低，D 12硬實率(99.666 7%)最高，見表3。

表3 不同種源血人參種子的萌發(fā)特性

2.6 不同種源血人參種子萌發(fā)特性

發(fā)芽率是鑒別種子質量的重要指標，不同種源血人參種子萌發(fā)具有極顯著差異，平均萌發(fā)率為65.0%，萌發(fā)率范圍在17%～100%，不同種源血人參種子發(fā)芽率差異顯著(p<0.05)，萌發(fā)率的順序為：D 9>D 13>D 2>D 14>D 5>D 1>D 10>D 3>D 7>D 6>D 15>D 4>D 12>D 8>D 11。D 9的發(fā)芽率最高(82%)，D 11的發(fā)芽率不到50%。

為進一步研究不同種源血人參種子發(fā)芽的趨勢和整齊程度，對發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢進行測定，結果表明，發(fā)芽勢：D 14>D 1>D 9>D 6>D 5>D 3>D 2>D 14>D 15>D 13>D 7>D 10>D 8>D 11>D 12；發(fā)芽指數(shù)：D 3>D 9>D 5>D 14>D 1>D 2>D 6>D 4>D 13>D 15>D 7>D 10>D 8>D 12>D 11。D 14發(fā)芽勢最高(58%)，與D 13、D 12、D 11、D 10、D 8、D 7差異極顯著；D 3發(fā)芽指數(shù)最高(4.8)，與D 8、D 10、D 11、D 12差異極顯著。D 11的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢最低，分別為25%、1.2、15%。

不同種源血人參種子在萌發(fā)過程中，萌發(fā)時間及發(fā)芽累計有差異，見圖2。除D 6、D 7、D 8、D 11、D 12、D 13、D 15在第3天開始萌發(fā)，其余均在第2天萌發(fā)，D 1的萌發(fā)速度最快，在第6天萌發(fā)率達到51%，D 14在第7天萌發(fā)率達到58%，D 5、D 6在第8天萌發(fā)率超過50%，D 2、D 3分別在第9天超過50%。其余萌發(fā)速度稍慢，D 11和D 8萌發(fā)率低且速度慢，僅萌發(fā)了23%和40%。D 9萌發(fā)時間最短，僅18 d，D 15、D 10、D 8、D 7萌發(fā)時間最長，為27 d。

圖2 不同種源血人參種子發(fā)芽率差異

2.7 種子特征與發(fā)芽相關性

果莢的長度與種子的長徑、單果種子數(shù)和千粒重呈正相關，果莢長度與種子的千粒重、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢的相關系數(shù)分別為0.59、0.62、0.55，達顯著水平(p<0.05)，種子的大小(長徑和直徑)與單果種子數(shù)、千粒重、硬實率和發(fā)芽率呈正相關關系，單果種子數(shù)與千粒重呈正相關關系，單果種子數(shù)與硬實率、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢呈負相關關系，和單果成熟種子數(shù)相關性達顯著水平(p<0.05)；單果成熟種子數(shù)與硬實率呈正相關關系，千粒重與硬實率呈負相關關系，與發(fā)芽率、發(fā)芽勢呈正相關關系，與發(fā)芽指數(shù)的相關系數(shù)為0.521，達顯著水平(p<0.05)；發(fā)芽勢與發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的相關系數(shù)分別為0.727、0.942，達極顯著水平(p<0.01)；發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽率的相關系數(shù)為0.59，達顯著水平(p<0.05)，結果見表4。

表4 血人參種子特征與發(fā)芽特性的相關性

3 討論與結論

3.1 血人參果莢大小與種子飽滿度

15份不同種源的血人參果莢大小、單果種子飽滿度、種子成熟率差異顯著。血人參果莢長度均值為34.59 mm，單果平均種子數(shù)為8.8粒，變化范圍為4～12粒；單果平均成熟種子數(shù)為2.8粒，變化范圍為0～11粒。已有研究表明，不同產(chǎn)地七葉蓮的果實性狀、每果種子粒數(shù)差異顯著[11]；蓖麻種子的成熟度和飽滿度對種子的活力和萌發(fā)率有重要影響[12]；水稻種子成熟度越高、種子萌發(fā)率則越高[13]；山竹子種子飽滿度是影響種子萌發(fā)的重要內(nèi)在因素[14]。本研究中，果莢越大，單果種子數(shù)越多，成熟種子數(shù)也越多，不同產(chǎn)地血人參果莢大小與種子的飽滿度、成熟度差異顯著，但它們之間的關系還有待進一步研究。

3.2 血人參種子形態(tài)變異

15份不同種源的血人參種子大小不同居群間差異顯著，種子的長徑為2.05 mm，變化范圍為1.05～2.99 mm，種子直徑為1.63 mm，變化范圍為0.63～2.32 mm。前人研究表明，種子形態(tài)變異既受遺傳的控制，也受環(huán)境中生物因素(如捕食、寄生、競爭等)和非生物因素(光、溫、水、海拔、緯度等)的影響[15-16]。胡平等[17]研究表明，海拔較高的地區(qū)，川射干種子大而飽滿，種子發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和發(fā)芽率均表現(xiàn)好；低海拔地區(qū)川射干種子較瘦小，種子發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和發(fā)芽率均表現(xiàn)較差。本研究中，血人參種子也表現(xiàn)出相同的趨勢。海拔較高居群種子飽滿度最好、種子籽粒最大(普安森林公園、晴隆安谷鄉(xiāng))，而海拔較低居群種子飽滿度最低、種子籽粒最小(興仁陳家溝)。榧樹和長葉榧種子的形態(tài)大小隨著緯度南移而變大[18-19]，表明影響種子形態(tài)大小變異的因素較多，不能簡單地歸于海拔這一因素。目前，關于種子大小的變異機制尚不明確，有待進一步研究。

3.3 種子大小對血人參種子萌發(fā)的影響

優(yōu)良的種源是決定藥材質量的關鍵因素。種子大小可影響種子萌發(fā)，進而影響幼苗生長、植被建成和整個群落結構。研究表明，木棉不同居群種子變異系數(shù)為10.45%～28.85%，種子形態(tài)存在豐富差異，木棉局域性居群環(huán)境因子形成種子特有形態(tài)，影響種子的萌發(fā)及幼苗生長[20]。趙曉慧等[21]研究發(fā)現(xiàn)，側柏種子的千粒重、種子最大長和最大寬在母樹不同徑級之間差異不顯著，在種子萌發(fā)上，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)隨徑級逐漸增加，陳雅靜等[22]研究表明，福建櫻花種子的平均長度為7.84 mm，平均寬度為5.66 mm，千粒重108.20 g；段春香[23]研究表明，料慈竹種子帶稃長度變化范圍為8.2～10.5 mm，直徑變化范圍3.1～3.7 mm；木夾紅豆種子不同硬實程度種子活力差異顯著[24]；不同顏色牛大力種子含水量差異不大，牛大力種子隨顏色變深，種子活力逐級降低[25]；不同種源截葉鐵掃帚種子無論是長、寬還是千粒重，均與發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)正相關性不顯著[26]。本研究中，不同產(chǎn)地血人參種子千粒重、種子大小和萌發(fā)率存在顯著差異，且種子大小與種子千粒重有一定的關系，萌發(fā)率最高的是D 9，萌發(fā)率最小的是D 11；種子的大小與種子萌發(fā)率呈一定的正向關系，千粒重與種子萌發(fā)率的相關性不明顯，影響種子萌發(fā)的因素有很多，關于千粒重與種子萌發(fā)的關系有待進一步研究。

3.4 硬實率對種子萌發(fā)率的影響

種子的硬實特性是豆科植物普遍存在的現(xiàn)象。近年來，關于豆科種子硬實特性及破除方法等相關研究報道較多，潘睿[27]以黃花苜蓿、興安胡枝子為研究對象，分析了種子發(fā)育過程中硬實的形成過程；羅曉燕等[28]研究硬實特性及劃破種皮、濃硫酸處理、熱水浸泡3種處理方法對種子硬實率、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響；唐曉敏等[29]研究廣金錢草種子活力，發(fā)現(xiàn)種皮硬實是限制種子萌發(fā)的主要因素；研究表明，青島老鸛草、花木藍、灰葉豆種子、決明種子、酸棗、陰山胡枝子等硬實種子可用濃硫酸破除種子的硬實[30-35]，提高種子萌發(fā)率；披針葉黃華、豬屎豆等利用機械摩擦的方法破除種子硬實[36-37]，此外，熱水溫燙種子也是破除種子硬實的方法之一[38]。本研究利用熱水燙種的方法處理種子，測量種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，結果表明，不同產(chǎn)地種子硬實率與種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)相關性不顯著，發(fā)芽勢、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)是反應種子質量優(yōu)劣的主要指標，發(fā)芽勢高，種子的生命力強，出苗整齊，發(fā)芽指數(shù)是種子的活力指標，發(fā)芽指數(shù)越大，種子的活力越強。而種子的硬實率也受光照、降雨量、氣溫等因素的影響，在本研究中通過溫燙破除硬實后，高硬實率(D 12)種子發(fā)芽率遠遠高于低硬實率(D 11)種子，可能源于浸泡溫度和時間對非硬實種子損傷所致，相關關系有待進一步探究。

3.5 研究展望

野外研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，血人參在不同的生態(tài)環(huán)境下均有生長，不同居群間果莢、種子生長存在一定的差異，不同生境下種子果莢的大小、種子的成熟度、飽滿度均有一定的差異；血人參是多年生灌木，植物群落豐富度較低，部分地區(qū)種子霉壞、蟲蛀情況較嚴重，種子飽滿度和成熟度低。研究表明，不同產(chǎn)地血人參種子特性差異顯著，可能與不同的生態(tài)環(huán)境因子(海拔、溫度、降雨量)、氣候、生態(tài)破壞程度等有關，綜合所有指標，黔產(chǎn)血人參種子，月亮河地區(qū)的野生血人參種子質量最佳。但關于不同生態(tài)環(huán)境對血人參種子的影響，還有待進一步研究。