高良姜种苗分级标准的研究

(广东药科大学中药学院/国家中医药管理局岭南药材生产与开发重点研究室/国家中药材产业技术体系

广州综合试验站/广东省南药规范化种植与综合开发工程技术研究中心， 广东 广州 510006)

高良姜为姜科多年生植物高良姜(AlpiniaofficinarumHance)的干燥根茎，具有温胃止呕，散寒止痛之功效，用于治疗脘腹冷痛、胃寒呕吐、嗳气吞酸[1]。高良姜药食同源，在医药、食品、化工等领域应用广泛[2]，国内外需求日益增加，致使野生资源迅速减少，人工栽培资源成为市场主要来源[3]。在高良姜道地产区和主产区广东省徐闻县，高良姜主要通过根茎营养繁殖：将地上部分在离地约8 cm处割断，挖出地下根茎，将幼嫩部分切成带有若干芽的小段作为种苗[4-5]。尽管道地产区形成了传统的高良姜栽培和生产技术[4-5]，但尚未建立完善的种苗分级和质量标准，种苗质量参差不齐，严重影响了高良姜药材的产量和质量。因此，本文按照中药材种子种苗标准化建设的基本思路[6-7]，对影响高良姜种苗质量的性状指标进行研究，建立高良姜种苗分级标准，为南药高良姜的标准化生产提供依据。

1 材料与方法

在高良姜道地产区广东省徐闻县，随机选择8个高良姜种植样地，每样地随机抽取10株种苗。种苗经广东药科大学中药学院刘基柱副教授鉴定为姜科植物高良姜(AlpiniaofficinarumHance)带有部分地上茎段的新鲜根茎。

观察种苗外观性状，测量种苗的长度、直径和重量，统计芽的个数和残留的茎秆个数等指标。将种苗在徐闻县高良姜种植样地定植3个月后，测量种苗出芽数、幼苗杆茎直径、叶长、叶宽等指标。应用SPSS 25.0软件对各项指标进行相关性分析和聚类分析，制定高良姜种苗分级标准。

2 结果与分析

2.1 高良姜种苗基本性状

品种一致，无其他植物混入；质地充实，无萎蔫，表皮有光泽，无损伤、霉烂和病斑点；芽饱满、无破损；无检疫性病虫害。

2.2 高良姜种苗性状指标

以芽的个数为基本观测点，测定高良姜种苗的重量、长度、直径和茎秆数，结果见表1。当芽数在4～7个范围内时，随着芽的增多，种苗重量和长度逐渐增大，但当芽数多于7个时，由于节间的缩短，种苗重量和长度失去相关性。根茎直径和残留茎秆数目与根茎芽数无相关性。

2.3 高良姜幼苗性状指标

高良姜种苗定植3个月后，测定出芽率、幼苗的茎秆直径、叶长及叶宽，结果见表2。4～6个芽的高良姜种苗出芽率较高，而7～13个芽的种苗出芽率逐渐降低。幼苗茎秆直径表现为13个芽的种苗发育成的幼苗茎秆直径最大，其次是7个芽的种苗，而4～6个芽、8～12个芽的种苗发育成的幼苗茎秆直径未表现出差异。7、11个芽的种苗发育成的幼苗叶长显著高于4、6个芽的种苗，而与其他芽数的种苗发育成的幼苗没有显著差异。另外，各芽数的种苗发育成的幼苗叶宽均未表现出显著性差异。

表1 不同芽数高良姜种苗的性状指标

芽数/个重量/g 根茎长度/cm 根茎直径/mm茎秆数目/个496±12.12d13.00±2.60e26.71±0.77a3.50±0.50b5121.27±4.88cd13.87±0.86de23.91±0.68a3.43±0.61b6126.36±22.54cd15.34±0.84cde23.60±1.04a3.9±0.38ab7135.88±14.23cd16.41±0.78bcd26.10±0.81a3.00±0.27b8175.98±10.20bc17.36±0.84abc24.29±0.58a3.83±0.27ab9163.71±8.96bc17.28±0.84abc23.40±0.69a3.50±0.31b10149.55±15.36cd18.23±0.89abc24.00±1.09a4.25±0.31ab11250.3±12.21a19.67±2.00ab23.59±1.89a5.33±1.06a12219.06±17.97ab20.2±0.95a24.45±0.74a4.67±0.33ab13241.3±16.02a20.21±0.70a25.71±1.34a3.00±0.55b

表2 种苗芽数与幼苗出芽率和性状的关系

种苗芽数/个出芽率/%茎秆直径/mm叶长/cm叶宽/cm4125.00±25.00a4.71±0.04c13.30±0.50c2.70±0.08a573.33±6.67b5.50±0.26bc15.29±0.71abc2.88±0.13a680.00±6.24b4.60±0.26c14.44±0.70bc2.70±0.12a742.86±4.52c6.01±0.28b17.70±0.62a3.16±0.16a853.13±3.13c5.29±0.26bc15.37±0.60abc2.90±0.13a940.00±2.72c5.42±0.23bc15.89±0.43abc2.78±0.11a1046.67±4.22c5.82±0.49bc16.23±0.51ab3.01±0.26a1121.21±2.59d5.74±0.78bc17.37±0.93a2.98±0.26a1250.00±4.81c5.43±035bc14.48±1.28bc2.91±0.24a1346.15±4.44c7.34±0.17a15.31±1.23abc2.76±0.20a

表3 主成分方差分析

主成分 初始特征值 被提取的载荷平方和 总计方差贡献率/%累积方差贡献率/%总计方差贡献率/%累积方差贡献率/%11.64441.09141.0911.64441.09141.09121.127.49768.5881.127.49768.58830.7218.00986.5970.7218.00986.59740.53613.403100

2.4 高良姜种苗质量指标的确定

2.4.1种苗性状指标主成分分析

对高良姜种苗芽个数、根茎长度、根茎直径、茎秆个数4个性状指标进行主成分分析(见表3)，提取到3个主成分，编号分别为F 1、F 2、F 3，累积贡献率达到86%。根据主成分矩阵计算，得到主成分表达式：

F 1=0.819X1+0.792X2+0.254X3+0.53X4

(1)

F 2=-0.03X1+0.166X2+0.841X3-0.604X4

(2)

F 3=-0.214X1-0.324X2+0.477X3+0.585X4

(3)

式中，X1为芽个数；X2为根茎长度；X3为根茎直径；X4为茎秆个数。

在主成分表达式中，除根茎直径外，芽个数、根茎长度、茎秆个数等指标系数均较大，且由于F 1方差贡献率最高，可筛选芽个数、根茎长度和茎秆个数3个指标作为高良姜种苗质量标准的指标。

2.4.2种苗发芽率与性状指标的相关性

对种苗出芽率和种苗性状指标进行相关性分析可以看出(表4)，出芽率与芽个数、根茎长度的相关系数分别为-0.744和-0.798，分别呈现出显著(p<0.05)

表4 种苗生长指标和出芽率相关性分析

出芽率芽数根茎长度根茎直径茎秆个数出芽率1-0.744∗-0.798∗∗0.465-0.341芽个数1-0.1960.367根茎长度10.438根茎直径1-0.535茎秆个数1

和极显著(p<0.01)的负相关关系，较好地反映了高良姜种苗的质量，而出芽率与根茎直径和茎秆个数无显著相关性。因此可以选择芽个数和根茎长度作为高良姜种苗的分级指标。

2.5 高良姜种苗质量分级标准的制定

为了将各指标数据置于同一水平，对高良姜种苗芽个数(N)及根茎长度(L)的原始数据进行标准化(公式(4))，得到芽个数和根茎长度的标准化值，分别为N标、L标，二者之和∑标=N标+L标。

(4)

式中：Zij为标准化值，i为芽个数或根茎长，j为所观察的种苗样品，Xi(max)、Xi(min)分别为所观察的总体样本中芽个数或根茎长的最大值、最小值。

采用K均值聚类分析方法对∑标进行聚类，得到∑标的最终聚类中心(表5)。

表5 高良姜种苗质量分级指标最终聚类中心值

∑标 等级Ⅰ等级Ⅱ等级Ⅲ初始聚类中心0.050.891.75最终聚类中心0.420.821.31各级苗数243224

各级种苗芽个数和根茎长度的上下限与该级凝聚中心之间的距离计为d，其计算公式如下：

(5)

经计算得出三级种苗的距离分别为dⅠ=0.26，dⅡ=0.25，dⅢ=0.41。根据距离最近的凝聚中心，将种苗划分为相应级别。以芽个数的标准化值(N标)为横坐标，根茎长度的标准化值(L标)为纵坐标作图(图1)，得到Ⅰ级苗的上限为Ⅰ1(0.47，0.53)(括号中的数据分别为种苗芽个数、根茎长度的标准化值，下同)，下限为Ⅰ3(0.13，0.15)，Ⅱ级苗的上限为Ⅱ1(0.81，0.82)，Ⅲ级苗的上限为Ⅲ1(1.45，1.21)。把Ⅰ1、Ⅰ3、Ⅱ1及Ⅲ1代入公式(4)中得出各级种苗的限值，划分出高良姜种苗质量分级标准(表6)。

凡种苗的芽个数和根茎长度均达以上标准的，计为合格苗，其中一项不达标者，则降一级。

图1 各级高良姜种苗临界值确定图

表6 高良姜种苗质量分级标准

指标Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级芽个数4～78～910～14根茎长度/cm11.4～16.016.1～19.419.5～24.1

3 讨 论

高良姜在广东省徐闻县栽培历史悠久，形成了传统的种植和生产技术，但缺乏规范的种苗分级和质量标准。詹若挺等[5]根据根茎径粗、出苗率、潮砂贮藏时间等因素将高良姜种苗划分为3个等级，Ⅰ级种苗：根茎径粗2.0～4.5 cm，出苗率≥90%，潮砂贮藏时间≤3 d；Ⅱ级种苗：根茎径粗1.5～2.5 cm，出苗率≥85%，潮砂贮藏时间≤7 d；Ⅲ级种苗：根茎径粗1.5 cm以下，出苗率≥80%，潮砂贮藏时间≤30 d。我们在调研中发现，高良姜种苗一般随采随种，较少长时间贮存，而种苗出芽率主要与根茎幼嫩程度有关，与茎粗无显著相关性：幼嫩根茎活力高，芽容易萌发，而老的根茎部位容易腐烂。根茎幼嫩程度可反映在根茎长度和芽的数目上，根茎越长、芽数越多，则老的部位越多，出芽率反而降低，这与本文的分析结果一致。

目前，K均值聚类分析法[8]是种子种苗分级研究常用的方法，已在土沉香[9]、太子参[10]、短瓣金莲花[11]、西陵知母[12]、广金钱草[13]、紫花松果菊[14]等多种药用植物中应用。本研究基于K均值聚类分析建立了以种苗芽个数和根茎长为基本指标的高良姜种苗分级标准：Ⅰ级种苗芽个数为4～7个，根茎长度为11.4～16.0 cm；Ⅱ级种苗芽个数为8～9个，根茎长度为16.1～19.4 cm：Ⅲ级种苗芽个数为10～14个，根茎长度为19.5～24.1 cm。此外，合格的高良姜种苗应品种一致，无其他植物混入；质地充实，无萎蔫，表皮有光泽，无损伤、霉烂和病斑点；芽饱满、无破损；无检疫性病虫害。该种苗分级标准简单可靠，便于实践，可用于指导高良姜的栽培生产，促进药材质量的提高和稳定，从而有利于高良姜产业的可持续发展。