膜荚黄芪不同类型种子生物学特性比较研究

刘 霞，王雅莹，刘中林，张连学

(吉林农业大学中药材学院，吉林 长春 130118)

膜荚黄芪不同类型种子生物学特性比较研究

刘 霞，王雅莹，刘中林，张连学

(吉林农业大学中药材学院，吉林 长春 130118)

以不同类型膜荚黄芪的种子为材料，研究了5种类型膜荚黄芪种子的形态特征、千粒重、硬实率、生活力、吸水率以及发芽率，比较分析了各类型黄芪种子之间的差异;并对其生活力、发芽率和吸水率进行了相关性分析.结果表明：5种类型膜荚黄芪种子形态差异不显著，千粒重、发芽率、生活力、吸水率差异显著(P<0.05)，2号“紫色茎皮有刺毛”类型黄芪的种子硬实率和发芽率均高于其他4个类型；种子硬实率与发芽率呈正相关(r=0.891)，而种子吸水率与发芽率呈负相关(r=-0.886)，生活力也与发芽率呈正相关(r=0.918).2号“紫色茎皮有刺毛”类型为一优良类型，以后在进行膜荚黄芪品种选育时可加以选择和培育.本研究为膜荚黄芪优良品种的选育提供了理论参考.

膜荚黄芪；种子；生物学特性

膜荚黄芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.)为豆科Leguminosae多年生草本植物，以干燥的根入药，是中药黄芪的药源之一.黄芪为常用大宗药材，始载于《神农本草经》，具有补气固表、利尿消肿、托毒生肌之效[1].现代药理研究表明：黄芪能增强机体免疫功能，对血液系统、泌尿系统和内分泌系统均有影响，在治疗肿瘤、动脉粥样硬化[2]、代谢性紊乱、降血糖[3]等方面均有一定疗效，还具有抗衰老、抗病毒[4-5]和保护肝脏器官等作用[6-7].近年来，膜荚黄芪除作传统中药外，还广泛应用于保健品、化妆品和饲料添加剂中，已成为年需求量超万吨的大宗商品.正是因为需求量的不断增加，导致人类对野生膜荚黄芪无节制的采挖，使其生态环境和野生资源受到了严重的破坏.因此，用栽培品替代野生品成为黄芪产业发展的趋势，以缓解膜荚黄芪药材的供需矛盾.在长期的栽培过程中，受生态环境、种子混杂、质量参差不齐以及栽培技术不完善等因素影响，使人工栽培的膜荚黄芪群体中出现了丰富的形态多样性，存在不同的种内类型[8-9]，这也为黄芪优良品种的选育提供了可能性.为了贯彻中药材生产质量管理规范(GAP)，实现中药材产业可持续发展的战略目标，新品种的选育、繁育成为中药材产业发展的重中之重[10].膜荚黄芪的繁殖以种子为主，种子质量的优劣直接影响中药材的产量和药用效果，这也是中药材GAP研究中的“源头工程”，因此，筛选出具有优良品质的种子成为培育良种的基础环节.近年来对膜荚黄芪种子的研究主要集中在形态、发芽条件以及不同处理方法对黄芪种子发芽率的影响等方面[11-16]，而对不同类型膜荚黄芪的种子生物学性状差异的比较研究却鲜有报道，因此，本文以5种不同类型膜荚黄芪的种子为材料，对其进行了生物学特性比较研究，以为膜荚黄芪优良品种的选育提供理论参考.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料于2015年9月取自吉林农业大学膜荚黄芪试验田内，经吉林农业大学中药材学院张连学教授鉴定为膜荚黄芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.)的种子.分别采集5种类型膜荚黄芪的种子，黄芪种子特征情况见表1.果实经过晾晒干燥后，将种子剥出，放4℃冰箱中保存.

表1 5种不同类型膜荚黄芪种子特征

1.2 试剂

2，3，5—三苯基氯化四唑(TTC，上海楷洋生物技术有限公司).

1.3 实验方法

1.3.1 形态特征的观察

用视体显微镜分别观察5种类型膜荚黄芪种子的外部形态，每种类型随机取20粒种子，用游标卡尺测种长、种宽并计算平均值.

1.3.2 千粒重

采用500粒法[17]，从去掉杂质和废种子的净种子中，随机选取5种类型膜荚黄芪种子各500粒，用千分之一电子天平称重，每组重复5次，计算平均值.

1.3.3 硬实率

随机选取5种类型膜荚黄芪种子各100粒，放于消毒培养皿中，加适量蒸馏水，置25℃人工气候培养箱中浸泡24 h后进行观察，没有明显膨胀的为硬实种子，统计硬实种子数，计算其硬实率，每组3次重复，取其平均值.硬实率(%)=未吸胀种子数目/供试种子数目×100%.

1.3.4 发芽率

从5种类型膜荚黄芪种子中，选取均匀一致且成熟饱满的种子，先用0.3%的KMnO4溶液消毒15 min，然后用蒸馏水冲洗数次.将种子置于放有双层滤纸的消毒培养皿中，用滴管加水至床面湿润并且一直保持湿润的状态，盖上培养皿盖，放在25℃人工气候培养箱中进行发芽.种子萌动后记录每天种子发芽粒数[18](种子发芽以胚根超过种长的一半作为标准，以连续3天没有新发芽作为种子发芽结束标准)，每个类型3次重复，每次重复随机取50粒种子.发芽率(GR)=∑Gt/T×100%.式中：Gt为相应各日的正常发芽数，T为供试种子数.

1.3.5 生活力测量

随机选取每种类型种子各100粒，用蒸馏水在室温下预先浸泡24 h，用滤纸吸去种子表面水分，再用解剖刀将种子纵切，用0.5%的TTC浸泡种子，在25℃黑暗环境下浸泡12 h，蒸馏水冲洗掉溶液，在解剖镜下逐一观察，种胚和胚乳完全着色的是有生活力的种子，种胚和胚乳完全不着色或着色面积不超过总面积1/3的是无活力的种子[19]，每组重复3次，取其平均值.

1.3.6 吸水率

随机选取每种类型膜荚黄芪种子各100粒，称其干重并记录数据后，放入孔径为1 mm的网袋中，于25℃的水中浸泡24 h，取出迅速吸干种子表面水分，对其进行称重并记录数据.每组3次重复，取其平均值.吸水率(%)=(吸水后质量-干重)/干重×100%

1.4 统计方法

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理，DPS 7.05数据处理系统进行显著性分析[20]，用IBM SPSS Statistics 17 统计软件进行相关性分析.

2 结果

2.1 形态特征观察

5种类型膜荚黄芪的种子形态差异见表2.由表2可以看出，膜荚黄芪的种子种宽为2.417～2.743 mm，种长为3.094～4.449 mm，种长和种宽的平均值分别为3.416和2.548 mm.其中 1号“中间型茎皮有刺毛”黄芪种子的种长、种宽均大于2，3，4，5号黄芪种子，2号“紫茎茎皮有刺毛”黄芪种子最小.各类型黄芪种子种皮颜色相似，均为黑褐色或棕褐色；种子的形状相同，均为扁平肾形.

表2 各种类型种子大小比较

2.2 单因素方差分析及多重比较

千粒重、硬实率、发芽率、生活力和吸水率的方差分析结果见表3.

表3 种子千粒重、硬实率、发芽率、生活力和吸水率(x±s)

注：同一列中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著.

由表3可以看出，5种不同类型膜荚黄芪种子的千粒重在5.402～4.931 g范围内.其中，1号“中间型茎皮有刺毛”黄芪种子千粒重最大，达到(5.402±0.017)g；其次是3号“绿色茎皮有刺毛”黄芪种子，千粒重达到(5.370±0.026)g；再次是2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子，千粒重达到(5.320±0.023)g；4号“中间型茎皮光滑”黄芪种子千粒重最小，为(4.931±0.048)g.1号、2号和3号黄芪种子间千粒重差异不显著，千粒重相对较大且显著高于4号和5号的(P<0.05)，5号黄芪种子的千粒重显著高于4号种子的千粒重(P<0.05).

2.2.2 膜荚黄芪种子硬实率方差分析及多重比较

由表3可知，2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子硬实率最高，达到81.8%；其次是3号“绿色茎皮有刺毛”黄芪，硬实率为78.2%；1号“中间型茎皮有刺毛”和5号“中间型茎皮光滑”黄芪种子硬实率分别为66.6%和67.8%；硬实率最小的是4号“中间型茎皮光滑”黄芪，为63.2%.其中，1号“中间型茎皮有刺毛”和5号“绿色茎皮光滑”黄芪种子差异不显著，2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子的硬实率显著高于4号“中间型茎皮光滑”黄芪种子的硬实率(P<0.05).

2.2.3 膜荚黄芪种子发芽率方差分析及多重比较

由表3可知，2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子发芽率最高，达到了30.71%；发芽率最小的是4号“中间型茎皮光滑”黄芪种子，仅为16.29%.发芽率均值大小顺序为：4<1<5<3<2，其中，2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子发芽率显著高于1号“中间型茎皮有刺毛”和4号“中间型茎皮光滑”的黄芪种子(P<0.05).

2.2.4 膜荚黄芪种子生活力方差分析及多重比较

由表3可知，2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子生活力最强，为56.17%，生活力最低的种子是4号“绿色茎皮光滑”黄芪种子，仅为37.83%.生活力均值大小顺序为：4<1<5<3<2，2号“紫色茎皮有刺毛”黄芪种子生活力显著高于4号“绿色茎皮光滑”的黄芪种子(P<0.05).

2.2.5 膜荚黄芪种子吸水率方差分析及多重比较

STAAD Pro命令流模块包含多个模型命令按钮，可点击按钮生成命令流文件。通过在STAAD Pro中导入命令流文件，可完成单独外筒模型、整体模型、单独内筒模型的建立和分析。在STAAD Pro中完成模型分析计算后，可以在程序生成的分析报告中分别查看外筒和内筒各个节点处的计算结果。

由表3可知，4号“中间型茎皮光滑”黄芪种子吸水率最大，达到56.94%；其次是1号“中间型茎皮有刺毛”的黄芪种子，吸水率达到46.85%；3号“绿茎茎皮有刺毛”和5号“绿茎茎皮光滑”黄芪种子吸水率均在35%以上.吸水率均值大小顺序为：2<3<5<1<4，4号“中间型茎皮光滑”黄芪种子吸水率显著高于1号“中间型茎皮有刺毛”、2号“紫色茎皮有刺毛”、3号“绿色茎皮有刺毛”和5号“绿色茎皮光滑”的黄芪种子(P<0.05).

2.3 膜荚黄芪种子品质性状间相关性分析

2.3.1 吸水率与发芽率之间的相关性分析

种子吸水率与发芽率相关性分析结果见图1.由图1可见，种子吸水率与发芽率呈负相关，回归方程为y=-0.581x+49.221，r=-0.886.随着吸水率的增大，种子发芽率反而呈现下降的趋势.一般认为，种子在发芽过程中，水分是必不可少的，从吸胀开始一系列有序的生理过程，而种子充分吸水是种子发芽的前提条件.但是有些种子的成熟度较低，外部环境可能导致种皮结构的改变，或者将种子的种皮结构破坏，从而减少了种皮对水分吸收的阻碍作用，使得吸水作用加强，种子的腐烂率增加，进而导致种子的发芽率降低.

图1 种子吸水率与发芽率的相关性

图2 种子硬实率与发芽率的相关性

2.3.2 硬实率与发芽率之间的相关性分析

种子硬实率与发芽率相关性分析结果见图2.由图2可知，种子硬实率与发芽率呈正相关，回归方程为y=0.749x-28.568，r=0.891，随着硬实率的增大发芽率呈现上升的趋势.膜荚黄芪的种皮具有很厚的栅栏组织，细胞内含有蜡质、油脂和果胶质，在成熟过程中十分容易脱水，使种皮硬化，造成硬实现象，而硬实现象又是评价种子是否发育健康成熟的标志，未成熟的种子不会发生硬实，种子越老熟，硬实发生的百分率越高，只有种子本身发育完全、健康成熟才有可能发芽.所以，健康完整和硬实率高的种子发芽率也高.

图3 种子生活力与发芽率的相关性

2.3.3 生活力与发芽率之间的相关性分析

种子生活力与发芽率的相关性分析结果见图3.由图3可知，种子生活力与发芽率呈正相关，回归方程为y=0.851x-15.819，r=0.918，随着生活力增大，发芽率呈现上升的趋势.种子生活力代表种子发芽的潜在能力和种胚所具有的生活力，一般情况下，有活力的种子并不一定发芽，但发芽的种子一定具有活力，高活力的种子在适宜条件下一定能发芽，而且发芽快、出苗整齐.由此可见，生活力高的种子发芽率也相对较高.

3 讨论

本文的研究结果表明，5种类型膜荚黄芪的种子在种子大小、千粒重、硬实率、生活力和吸水率5方面均表现出不同程度的差异：种子大小方面，1号“中间型茎皮有刺毛”黄芪种子较其他4种类型种长、种宽均大.1号、2号和3号黄芪种子千粒重值差别较小且均大于4号和5号的，说明1号、2号和3号膜荚黄芪种子大小均匀并且饱满，质量比4号和5号膜荚黄芪种子要好.硬实率方面，硬实性与环境因素、植物遗传性和种子成熟程度有着密切关系，硬实率的不同说明5种类型膜荚黄芪种子的遗传性和成熟度存在差异，2号“紫色茎皮有刺毛”的膜荚黄芪种子硬实率最高，说明其种子成熟度好、健康完整.发芽率方面，5种类型的膜荚黄芪种子发芽率不同，说明种子的饱满度、整齐度和种胚的发育程度不同，品种内存在遗传差异，2号和5号的膜荚黄芪种子发芽率较高，说明其种子质量较好，种胚发育成熟，种子结构完整和成熟度高[21].吸水率方面，5种不同类型膜荚黄芪种子间的吸水率存在差异，而种子吸水程度是种子萌发的前提条件，5种类型膜荚黄芪种子对水分的吸收能力不同，从而导致萌发力出现差异，1号和4号黄芪种子的吸水力均显著大于2号、3号和5号的，但其发芽率反而较低，说明1号和4号黄芪种子质量较低，种皮结构易受到外部环境的破坏，使种皮失去阻碍吸收水分的能力，水分吸收过多，造成种子发霉腐烂，从而降低了发芽率.种子活力是衡量种子品质的重要指标，2号、3号和5号类型的膜荚黄芪种子生活力较高，说明其种子具有较高的发芽潜力，并且种子的品质好.

5种类型膜荚黄芪的种子表观特征与发芽率之间不存在明显的相关性，所以单独从种子外部形态难以推断种子的发芽状况.种子硬实率与发芽率相关性分析结果表明，硬实率高的种子发芽率也高，这与田娟等[22]的不同硬实程度乌拉尔甘草种子的活力差异研究结果一致.种子生活力与发芽率相关性分析结果表明，种子生活力越大，发芽率越高，这与黄正清等[23]的蒙古黄芪种子发芽特性的研究结果一致.

综上所述，2号“紫色茎皮有刺毛”的黄芪种子不论是种子的饱满度、整齐度、成熟度，还是种子的发芽率、生活力等方面都表现优秀，说明2号黄芪是一种品质优良的类型，在今后的黄芪品种选育中，可作为优良类型加以选择和培育.本文的研究为膜荚黄芪的品种选育提供了理论参考.

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(责任编辑：方 林)

Research on seed biological characteristics of different types ofAstragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.

LIU Xia，WANG Ya-ying，LIU Zhong-lin，ZHANG Lian-xue

(College of Chinese Medicinal Materials，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China)

Based on the seeds of five different types ofAstragalusmembranaceus(Fisch).Bge.，studied their morphological characteristics，thousand seed weight，hard seed rate，viability，water absorption and the seed of germination rate.Compare the differences among them as well as the correlation analysis of viability，water absorption and the seed of germination rate.The results showed that the seed morphological characteristics of five types had no obvious differences and the germination rate，viability and absorption rate had great difference and reached significant level(P<0.05).The hard rate and germination rate of No.2 “purple bark with sting” was higher than the other four types.Hard seed rate and germination rate were positively correlated(r=0.891)，seed water absorption and germination rate were negatively correlated(r=-0.886)，Seed viability and the germination were positively correlated(r=0.918).The results showed that No.2“purple bark with sting ” is a excellent type ;the type with high seed hard rate，high germination rate and high viability should be selected and cultivated in its variety breeding.This study provided the theoretical references to its variety breeding ofAstragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.

Astragalusmembranaceus(Fisch).Bge.；seed；biological characteristics

1000-1832(2017)01-0110-06

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.01.021

2016-01-22

吉林省科技发展计划项目(20150203014YY)；吉林省财政厅资助项目(201301).

刘霞(1965—)，女，博士，副教授，主要从事中药资源的分类、调查与栽培技术研究；通讯作者：张连学(1962—)，男，教授，博士研究生导师，主要从事药用植物栽培、育种与资源保护和利用研究.

S 567.9 [学科代码] 210·3030

A