黃精漿果分層成熟特性及其種子產(chǎn)量研究

常 暉， 靳鵬博， 王二歡， 楊祎辰， 王繼強(qiáng)， 馬存德， 劉 峰

(1.陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院， 陜西 咸陽(yáng) 712046； 2.陜西步長(zhǎng)制藥有限公司， 西安 710075)

黃精(PolygonatumsibiricumRed.)是百合科黃精屬多年生草本植物[1]，主要分布在陜西、河北、遼寧、吉林、湖北、山東等省，多生長(zhǎng)在山坡、路邊、溝邊[2]。黃精之名始載于東漢末《名醫(yī)別錄》[4]，是一種藥食同源的藥材品種[5]，已有1 800多年的應(yīng)用歷史。黃精味甘、平，歸脾、肺、腎經(jīng)，有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤(rùn)肺、益腎的功效[5]。劉爽等[6]、陳宇等[7]、任洪民等[8]的研究表明，黃精具有抗氧化、抗衰老、抗骨質(zhì)疏松、抗腫瘤、抗糖尿病、抗高血脂、抑菌抗炎、免疫調(diào)節(jié)、抗阿爾茨海默病、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗脂肪肝、抗心肌細(xì)胞損傷、改善睡眠、改善記憶、保護(hù)心臟、保護(hù)腎臟等作用，具有極高的藥用與保健價(jià)值。隨著人們對(duì)黃精藥材的開(kāi)發(fā)利用，野生黃精資源已然不能滿足市場(chǎng)需求，全國(guó)多個(gè)省份開(kāi)始種植黃精，現(xiàn)有的黃精無(wú)性繁殖技術(shù)(即根莖繁殖)不僅不利于黃精的大面積生產(chǎn)推廣，且長(zhǎng)期的無(wú)性繁殖會(huì)導(dǎo)致黃精品質(zhì)退化，影響黃精藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量。利用黃精種子進(jìn)行有性繁殖，是增加黃精藥材資源儲(chǔ)量和防止黃精種質(zhì)退化的有效途徑[9]。近年來(lái)，有關(guān)黃精種子萌發(fā)特性、破眠技術(shù)等的研究報(bào)道較多[10-12]，但對(duì)黃精種子質(zhì)量和產(chǎn)量的研究較少。黃精為無(wú)限花序，花朵自下而上依次開(kāi)放形成果實(shí)和種子，這種時(shí)空差異直接影響不同枝位上黃精漿果的成熟特性和種子產(chǎn)量。因此，有必要對(duì)黃精漿果分層成熟規(guī)律進(jìn)行研究，明確黃精漿果收獲時(shí)期和結(jié)果枝位對(duì)黃精種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響。本試驗(yàn)開(kāi)展了不同時(shí)期、不同枝位的黃精漿果發(fā)育變化、種子質(zhì)量和產(chǎn)量的研究，以期為黃精種子生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于漢中市略陽(yáng)縣五龍洞鎮(zhèn)步長(zhǎng)制藥集團(tuán)黃精GAP基地(106°12′43″E，33°30′22″N，海拔888 m)，該地屬北亞熱帶氣候區(qū)，年均氣溫13.2 ℃，年均降水量860 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 558.3 h。土壤質(zhì)地為壤土，有機(jī)質(zhì)14.87 g/kg，堿解氮30.66 mg/kg，有效磷33.90 mg/kg，速效鉀202.30 mg/kg，pH值6.9。試驗(yàn)材料取自生長(zhǎng)了3年的黃精植株。

1.2 研究方法

1.2.1樣品采集及編號(hào)

于盛花期(75%莖枝開(kāi)花)后的第7天(2020年5月21日)開(kāi)始采集樣品，兩次采樣間隔為10 d，累積采樣15次。每次采樣時(shí)間為08:00—10:00時(shí)，隨機(jī)選取3處1 m×1 m的樣方，割取黃精植株地上部分。室內(nèi)進(jìn)行漿果分選時(shí)，根據(jù)漿果著生枝位的高低，自下而上依次編號(hào)1 st、2 nd、3 rd、4 th、5 th，第6枝位及以上的漿果則編號(hào)為6+th。將采集的漿果均勻地分成2份，一份放于自制紙盒中自然陰干，用于測(cè)定漿果性狀和種子產(chǎn)量；另一份與黃精植株地上枝葉一同置于105 ℃殺青30 min后60 ℃烘干至恒重，用于測(cè)定漿果和地上莖葉生物量[13]。

1.2.2漿果性狀測(cè)定

統(tǒng)計(jì)同一樣方內(nèi)不同黃精植株同一枝位的黃精漿果總數(shù)，并采用四分法將樣本數(shù)量縮減至40個(gè)，逐個(gè)測(cè)定鮮漿果的縱向直徑和橫向直徑，精確至0.01 mm。隨機(jī)選取漿果15個(gè)，置于觀察臺(tái)上統(tǒng)計(jì)漿果內(nèi)籽粒數(shù)量。

1.2.3種子數(shù)量和千粒重測(cè)定

待黃精漿果自然晾干后，用清水洗去果肉，得到凈種子后陰干，統(tǒng)計(jì)同一枝位上種子總數(shù)。參照GB 3543.7-1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程-其他項(xiàng)目檢驗(yàn)》，采用百粒重法測(cè)定黃精種子千粒重。

1.2.4發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定

隨機(jī)挑選同一枝位黃精種子50粒，3次重復(fù)，播種于裝有營(yíng)養(yǎng)土的育苗盤中，每穴播種2粒種子，置于室內(nèi)培養(yǎng)，定期澆水保持土壤濕潤(rùn)。60 d后挖出，統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率。用萬(wàn)分之一天平測(cè)定黃精種子初生小球莖重量，精確至0.000 1 g；用游標(biāo)卡尺測(cè)定黃精種子初生小球莖直徑，精確至0.01 mm。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)期黃精地上部分生物量

盛花期后，黃精漿果生物量占植株地上部分總生物量的比重逐漸增加(見(jiàn)圖1-A)，第7天僅為10.12%，至127 d達(dá)到最大，為76.49%。說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，黃精植株中的物質(zhì)逐漸向漿果中轉(zhuǎn)移。盛花期后，黃精地上部分(莖葉+漿果)總生物量總體呈先升后降的趨勢(shì)，莖葉生物量總體呈下降趨勢(shì)，漿果生物量先急劇上升后平緩降低(見(jiàn)圖1-B)。黃精地上部分總生物量和莖葉生物量在盛花期后67 d達(dá)到最大，分別為940.69 g/m2和478.00 g/m2。黃精漿果生物量在盛花期后97 d達(dá)到最大，為552.91 g/m2，后期部分無(wú)籽粒漿果自然脫落可能是黃精漿果生物量下降的原因之一。

注：A為莖葉和漿果占比變化；B為黃精植株各部位生物量變化。圖1 不同時(shí)期黃精地上部分生物量Fig.1 Aboveground biomass of P. sibiricum in different periods

2.2 不同時(shí)期黃精漿果生物量的垂直分布

黃精各枝位漿果生物量隨時(shí)間呈先增后降的趨勢(shì)，下層漿果生物量高于上層，詳見(jiàn)表1。盛花期后第7天，漿果主要分布于第1～3枝位，其漿果生物量占比為58.24%，第5及以上枝位還存在部分黃精花朵。第6及以上枝位的漿果生物量在87 d時(shí)達(dá)到最大值，為91.76 g/m2。第97～107天，第1～5枝位的漿果生物量達(dá)到整個(gè)生長(zhǎng)周期中最大值，分別為109.92 g/m2、126.69 g/m2、100.82 g/m2、78.62 g/m2、57.04 g/m2。隨后，黃精各枝位漿果生物量均有所下降。以各枝位漿果最大生物量為參考值計(jì)算降低比例，盛花期后150 d時(shí)，第1～5枝位漿果生物量的下降比例均在50%以上，第6及以上枝位漿果生物量下降比例34.85%。綜合來(lái)看，第1～3枝位漿果生物量在各時(shí)期均顯著高于第4及以上枝位，表現(xiàn)出顯著的分層級(jí)積累特征。

表1 不同時(shí)期黃精各枝位漿果生物量Table 1 Biomass of berries in each branch of P. sibiricum in different periods

2.3 不同時(shí)期黃精漿果性狀特征

本次試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，盛花期后，黃精漿果顏色依次為淺綠色、綠色、深綠色、墨綠色，最終呈黑色。如圖2所，不同時(shí)期，各枝位黃精漿果的縱向直徑、橫向直徑、縱橫直徑比、籽粒數(shù)等指標(biāo)均存在顯著差異。根據(jù)黃精漿果發(fā)育過(guò)程中性狀的變化特征，將其分為Ⅰ～Ⅴ期共5個(gè)發(fā)育期，詳見(jiàn)圖3。

注：A為黃精漿果縱向直徑變化；B為黃精漿果橫向直徑變化；C為黃精漿果縱向直徑和橫向直徑的比值變化；D為黃精漿果內(nèi)籽粒數(shù)變化。圖2 不同時(shí)期黃精漿果形態(tài)變化Fig.2 Morphological changes of P. sibiricum berry in different periods

注：A為Ⅰ期：帶殘存花朵，具有漿果雛形，暫無(wú)籽粒成形；B為Ⅱ期：漿果膨大呈長(zhǎng)橢球形，逐步形成籽粒；C為Ⅲ期：漿果呈圓球形，籽粒數(shù)已基本穩(wěn)定；D為Ⅳ期：漿果呈扁球形，籽粒重量逐漸增加；E為Ⅴ期：漿果外表皮皺縮，果肉呈半流體狀態(tài)。圖3 黃精漿果發(fā)育意圖Fig.3 Schematic diagrams of the development of P.sibiricum berry

盛花期后第7天，黃精植株各枝位上漿果的縱向直徑和橫向直徑之間差異不顯著，至第67天時(shí)，下層漿果(第1～3枝位)與上層漿果(第4及以上枝位)的縱向直徑和橫向直徑均存在顯著差異(p<0.05)，至127 d時(shí)，各枝位漿果的縱向直徑和橫向直徑之間差異又逐漸減小。總體上，第1～3枝位漿果的縱向直徑和橫向直徑均高于同時(shí)期其他枝位的漿果。盛花期后第7～47天，各枝位漿果的縱向直徑和橫向直徑均顯著增加，隨后增加速率逐漸減緩，并保持在一定范圍內(nèi)。

盛花期后第7天，各枝位漿果的縱向直徑和橫向直徑的比值平均為1.42，至27 d時(shí)平均比值為1.04，最后在127 d，平均比值穩(wěn)定在0.91。黃精各枝位漿果的縱向直徑和橫向直徑的比值，在盛花期47 d后無(wú)顯著差異。由此可知，黃精漿果的形態(tài)由初期的長(zhǎng)橢球形，逐漸呈圓球形，后期呈扁球形。

與盛花期后第7天相比，盛花期后27 d時(shí)，黃精各枝位漿果中的籽粒數(shù)量均顯著增加，之后各枝位漿果內(nèi)籽粒數(shù)均相對(duì)穩(wěn)定。試驗(yàn)測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)第7～27天時(shí)，漿果內(nèi)的籽粒正處于發(fā)育階段，分化不明顯。盛花期37 d后，各枝位漿果中籽粒逐漸成形，籽粒內(nèi)有淀粉粒形成。同一時(shí)期，各枝位漿果內(nèi)籽粒數(shù)存在差異?？傮w上，下層(第1～3枝位)漿果內(nèi)的籽粒數(shù)明顯高于上層(第4及以上枝位)漿果。

表2 不同時(shí)期黃精各枝位種子產(chǎn)量Table 2 Seed yield of each branch of P. sibiricum in different periods

2.4 不同時(shí)期黃精各枝位種子產(chǎn)量

本試驗(yàn)以種子總數(shù)作為衡量黃精種子產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)。盛花期后第7～27天，黃精漿果內(nèi)籽粒還未發(fā)育完全，漿果陰干后無(wú)法洗出籽粒，故未能進(jìn)行種子數(shù)量統(tǒng)計(jì)。表2結(jié)果表明，盛花期后第37～67天，各枝位種子產(chǎn)量均依次增加，至67 d時(shí)各枝位種子產(chǎn)量均達(dá)最大值。隨后，各枝位種子產(chǎn)量總體均呈下降趨勢(shì)，與各枝位種子產(chǎn)量的最大值相比，150 d時(shí)，各枝位種子產(chǎn)量下降幅度分別為：52.21%、52.00%、53.16%、58.32%、51.00%、38.41%。如圖4所，不同枝位種子對(duì)種子總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度差異顯著。各時(shí)期，第1～4枝位種子產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%，表明黃精種子總產(chǎn)量主要來(lái)自中下部枝位。隨著生育期的延長(zhǎng)，第1～4枝位對(duì)種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度總體上呈下降趨勢(shì)，第5及以上枝位對(duì)種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度逐漸增加。

圖4 不同時(shí)期黃精各枝位種子產(chǎn)量對(duì)總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度Fig.4 Contribution of seed yield of each branch of P. sibiricum at different stages to total yield

2.5 不同時(shí)期黃精種子質(zhì)量特征

如圖5所，不同時(shí)期各枝位黃精種子的千粒重、發(fā)芽率、初生小球莖重量、初生小球莖直徑均存在一定差異。隨著生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間的延長(zhǎng)，各枝位種子的千粒重逐漸增加。其中，盛花期后第37～57天之間，各枝位種子的千粒重增長(zhǎng)最為迅速，平均增長(zhǎng)速率為133.74%。在盛花期后77 d之前，各枝位種子的千粒重存在顯著差異，隨后不同枝位種子的千粒重差異逐漸減小?？傮w上，下層(第1～3枝位)種子千粒重明顯高于上層(第4及以上枝位)種子。

注：A為黃精種子千粒重變化；B為黃精種子發(fā)芽率變化；C為黃精種子初生小球莖重量變化；D為黃精種子初生小球莖直徑變化。圖5 不同時(shí)期黃精種子質(zhì)量特征Fig.5 Quality characteristics of P. sibiricum seed in different periods

盛花期后第37天，第1～2枝位種子的發(fā)芽率顯著高于第4及以上枝位，隨后各枝位之間種子發(fā)芽率的差異逐漸縮小。隨著生育期的延長(zhǎng)，各枝位種子的發(fā)芽率先迅速增加，后期又出現(xiàn)小幅回落現(xiàn)象。盛花期后第77天，第1～3枝位種子發(fā)芽率達(dá)到最大值，分別為64.00%、63.56%、64.67%?？傮w上，下層(第1～3枝位)種子的發(fā)芽率高于上層(第4及以上枝位)種子。

隨著生育期的延長(zhǎng)，各枝位種子的初生小球莖重量和直徑先急劇增加，后呈波動(dòng)變化。在盛花期后77 d之前，各枝位種子初生小球莖的重量和直徑均存在顯著差異，之后各枝位之間無(wú)顯著差異。總體上，下層(第1～3枝位)種子初生小球莖的重量和直徑均高于上層(第4枝位及以上)種子。不同時(shí)期黃精種子初生小球莖的發(fā)育變化如圖6所，可以看出前期黃精種子的初生小球莖和須根的形態(tài)特征均發(fā)生了顯著變化，97 d之后差異逐漸減小。

圖6 不同時(shí)期黃精初生小球莖生長(zhǎng)發(fā)育變化(以第1枝位為例)Fig.6 The growth and development of the primary bulbs of P. sibiricum in different periods (take the first branch as an example)

3 結(jié)論與討論

黃精漿果發(fā)育成熟過(guò)程中，漿果形態(tài)發(fā)生了顯著的變化，植物地上部分營(yíng)養(yǎng)也逐漸轉(zhuǎn)移至漿果部分。黃精漿果和種子表現(xiàn)出明顯的垂直分布差異，下層枝位的漿果生物量和種子產(chǎn)量高于上層枝位。下層漿果成熟早、發(fā)育慢、種子產(chǎn)量較高，應(yīng)作為黃精種子采收重點(diǎn)部位；上層漿果成熟晚、發(fā)育快、種子產(chǎn)量相對(duì)較低，在種子生產(chǎn)中應(yīng)予以重點(diǎn)調(diào)控。盛花期后67 d，黃精各枝位漿果中種子的發(fā)芽率、初生小球莖重量和初生小球莖直徑等種子質(zhì)量指標(biāo)均已維持在較高水平。結(jié)合不同時(shí)期黃精各枝位種子產(chǎn)量變化(表2)，盛花期后67～107 d收獲黃精漿果，可獲得量大質(zhì)優(yōu)的黃精種子。

黃精植株自苗尖出土展葉始，便進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，其營(yíng)養(yǎng)供給主要來(lái)源于根莖，故下層漿果具有“近源優(yōu)勢(shì)”，得以優(yōu)先發(fā)育；上層漿果在發(fā)育初期營(yíng)養(yǎng)供給相對(duì)匱乏，后期生長(zhǎng)處于陰雨季節(jié)和葉片衰老期，最終導(dǎo)致黃精下層和上層種子的產(chǎn)量和質(zhì)量之間形成明顯差異。黃精漿果的生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，以盛花期為起始，至漿果變軟并呈黑色，共需要約140 d。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，黃精漿果成熟變軟之后方可采摘。但本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)盛花期后117 d之后，黃精各枝位漿果生物量均顯著降低，這可能與營(yíng)養(yǎng)供給、天氣因素、個(gè)體差異等多種因素相關(guān)。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，黃精漿果成熟后期(盛花期后150 d)時(shí)，各枝位黃精種子的發(fā)芽率、初生小球莖重量、初生小球莖直徑等指標(biāo)均出現(xiàn)一定幅度的下降，這可能與種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)變化有關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致黃精種子休眠。張躍進(jìn)等[14]研究表明，黃精種子胚乳機(jī)械障礙、果實(shí)和種子內(nèi)的內(nèi)源抑制物、種子成熟時(shí)ABA 含量升高等均可導(dǎo)致黃精種子休眠。

本研究對(duì)黃精漿果生長(zhǎng)發(fā)育全過(guò)程進(jìn)行全面的觀察記錄，掌握黃精漿果分級(jí)成熟規(guī)律，明確黃精種子的最佳采收時(shí)期，對(duì)黃精種子生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。