当归果翅对种子吸水与发芽进程的影响

米永伟 龚成文* 王国祥 漆永红

（1. 甘肃省农业科学院中药材研究所/甘肃省中药材种质改良与质量控制工程实验室，兰州 730070；2. 甘肃省农业科学院植物保护研究所，兰州 730070）

当归为伞形科（Apiaceae）植物当归（Angelica sinensis（Oliv.）Diels）的干燥根，具有补血活血，调经止痛，润肠通便等功效［1］，是传统和现代医药中常用中药材之一，也是保健食品和饮料中较广泛应用的一种原料和添加剂。甘肃省中部高寒阴湿区因特殊的气候、土壤条件及悠久的栽培历史和丰富的经验积累，而成为当归的道地产区，其栽培面积占全国当归栽培总面积的70%以上，产量占全国年产量的90%以上［2］。

当归在种植生产中主要采用种子进行繁殖，传统种植方法为育苗移栽，即第1年在高海拔生荒地利用种子育苗，秋季采挖后假植，第2 年春季移栽生产药材，近年来产区也有采用种子直播种植，故种子质量的优劣对当归种苗繁育，移栽后植株生长发育及当年收获药材的产量和品质有直接影响［3］。当归种子作为种植生产最基础的繁殖材料，目前在实际生产中存在种质资源混杂、质量良莠不齐、供需市场不规范等问题。究其原因在于药农已习用其具有果翅的双悬果果实作为播种材料，存在瘪种子多、果柄等杂质不易去除、储藏和运输占用空间大、易混入其他种子等问题，造成田间出苗率低、种苗质量不均一、杂草严重等现象。果翅是由果皮发育而来，在自然环境条件下能够借助风力进行种子扩散，吸水后能够将果实固着在地表上进而增加其定居和萌发的机会。也有研究指出，果皮可阻碍种子水分吸收、阻止胚根生长以及产生萌发抑制物，从而影响种子的萌发与建植［4］，如独活（Angelica pubescens）种子果皮中含有的香豆素成分在一定程度上阻碍了种子的萌发［5］。目前，关于果翅对种子萌发与吸水速率等方面的影响报道较少，当归种子的研究也是围绕其作为播种材料的双悬果果实开展的［6～8］。本试验以带翅当归双悬果和去翅种子为试验材料，对其种子形态特征、吸水规律以及发芽特性进行研究，旨在为判断当归种子质量的优劣和种子研究提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

当归双悬果2017 年8 月采集于当归道地产区甘肃省岷县闾井镇，自然风干后备用。

采用搅拌式去翅机对当归双悬果进行去翅处理。多次试验结果显示：利用种子去翅机对当归双悬果进行去翅处理，其去翅率达到99%以上，种子破损率在1%以内。

1.2 研究方法

1.2.1 种子千粒重、体积、容重、含水量等特性测定

随机选取双悬果和去翅后的当归种子各6 000粒并随机分为6组，3组用分析天平（精度为1/10 000）测定种子千粒重，然后将种子置于盛有10 mL 自来水的50 mL 量筒中迅速读数，前后两次的差即为种子体积。将剩余3 组种子置于75℃恒温电热干燥箱烘至恒重并称量，最后计算得出种子含水量。种子容重用容量法测定。

1.2.2 种子吸水率测定

挑选饱满度均匀的当归双悬果果实和去翅当归种子各3 000粒，各随机分为3组，每组1 000粒。分别在天平（精度为1/10 000）上准确称重后均匀摆放于玻璃培养皿（直径9 cm），置于室内（23～26℃）加蒸馏水浸泡，每隔0，1，2，3，4，5，6，7 和8 h取出，快速用滤纸吸干种子表面水分，准确称重，计算吸水率。

1.2.3 种子发芽特性测定

采用培养皿沙床进行发芽试验，即随机选取当归双悬果果实和去翅种子各300粒，各随机分为3 组，每组100 粒（3 次重复），经灭菌蒸馏水冲洗3次后将其均匀摆放在铺有等量河沙且已灭菌对应编号培养皿（直径11 cm）中，置室内自然室温（20～25℃）条件下培养。播种后以胚根露出种子长度的1/2 为标准开始统计种子发芽数，以连续3 d 种子发芽数不再增加为发芽结束，计算发芽率、发芽势和发芽指数。

式中：Gt为第t天种子发芽数，Dt为相应发芽天数。

1.3 数据处理

采用SPSS 11.5 软件对试验数据进行统计分析和Excel 2003 制图，利用OriginPro 8.0 对种子的吸水率和浸种时间以及发芽率与着床时间进行逻辑斯蒂曲线拟合。逻辑斯蒂方程为y=k/（1+ea−bt），该方程的一阶和二阶微分方程分别为dy/dt=kbea−bt/（1+ea−bt）2和d2y/dt2=−kb2ea−bt（1−ea−bt）/（1+ea−bt）3。其中，dy/dt 表示吸水速率或发芽速率，d2y/dt2表示吸水率或发芽速率的变化率。

2 结果与分析

2.1 当归果翅去除后种子形态与特征变化

当归果实为带翅双悬果，其果翅与种子不易分离，药农习惯上把当归的果实称为种子。当归双悬果呈扁平、翅果状，长约6.3 mm，宽约4.6 mm，表面灰黄色或淡棕色，平滑无毛，顶端有突起的花柱基，基部心形，果背面略隆起，具5条明显隆起的助线；果实基部常存一条细线状悬果柄。果翅去除后当归种子稍扁平近纺锤状，长约3.9 mm，宽约1.4 mm，表面淡黄色或淡绿色，5条助线清晰可见，基部方正，顶端突出，隆起处纹理平行状起伏排列（见图1）。

经t 检验可知，当归果翅去除后种子千粒重、体积和容重较未去翅前的双悬果极显著减小（P＜0.01），含水量显著增加（P＜0.05）。其中当归种子去翅后种子千粒重减少了46.87%，体积减少了90.78%，容重增加了475.92%，含水量增加了20.15%。当归种子去翅后种子含水量增加，主要原因是由于当归双悬果果翅含水量较低，而果翅占总果实重量的近50%（见表1）。

2.2 当归果翅对种子吸水率的影响

在吸水前，去翅种子千粒重接近占当归双悬果果实的50%。吸水结束后，去翅当归种子重量较吸水前增加了139.46%，而当归双悬果果实的重量较吸水前增加了289.73%。以逻辑斯蒂方程为模型，对当归种子吸水进程进行拟合。对于双悬果，y=2.7597/（1+e1.7201−1.3531t），R2=92.45%＞90%，χ2（6）=6.74×10−2＜χ20.01（6）=16.81（P＞0.01），F（3，6）=2.45×102＞F0.01（3，6）=9.78（P＜0.01）；对于去翅种子，y=1.335 4/（1+e4.0430−4.8772t），R2=98.04%＞95%，χ2（6）=4.00×10−3＜χ20.01（6）=16.81（P＞0.01），F=1.11×103＞F0.01（3，6）=9.78（P＜0.01）。说明拟合精度和拟合优度均很好，逻辑斯蒂方程可以解释当归双悬果果实和去翅当归种子的吸水率与浸种时间的关系，即能够客观地反映当归种子吸水规律。

表1 当归种子特征Table 1 Seed characteristics of A.sinensis

当归种子吸水进程的逻辑斯蒂方程及一阶、二阶微分方程的曲线模拟如图2 所示。根据逻辑斯蒂方程，双悬果和去翅种子的吸水率达到100%的浸种时间分别为1.09和0.93 h，去翅种子较双悬果提前了0.16 h。当d2y/dt2=0 时，吸水速率达到最大值，双悬果和去翅种子分别在1.27 和0.83 h 时，吸水速率达到最大值93.35%和162.83%。根据逻辑斯蒂方程的二阶微分方程，划分种子吸水进程为3 个阶段（见图2），即起始期、指数期和稳定期，当d2y/d2t=0.01 时，起始期开始；当d2y/d2t=−0.01，稳定期结束；当d3y/d3t=0，指数期开始或结束。双悬果浸种0～0.30 h 为起始期，0.30～2.24 h 为指数期，2.24～5.87 h为稳定期；去翅种子浸种0～0.56 h为起始期，0.56～1.10 h 为指数期，1.10～2.48 h 为稳定期。由此可知，双悬果和去翅种子分别在浸种5.87和2.48 d后吸水进程结束，最终吸水率分别为275.42%和133.50%，去翅种子吸水进程较双悬果提前了57.69%。

2.3 当归果翅对种子发芽过程与萌发质量的影响

种子发芽质量通常用发芽势、发芽率和发芽指数来表示。当归果翅去除前后种子的发芽率、发芽势和发芽指数存在差异，当归双悬果果实的终发芽率为76%，发芽势仅为10%，发芽指数为9.58；去翅当归种子发芽率为85.33%，发芽势为35.67%，发芽指数为12.24，分别较当归双悬果增加了12.28%（t=8.018，P＜0.01），256.7%（t=24.35，P＜0.01）和27.77%（t=15.519，P＜0.01），其差异达到极显著水平。

以逻辑斯蒂方程为模型，对当归种子发芽进程进行拟合。 对于双悬果，y=0.7522/（1+e7.4134−1.1093t），R2=99.81%＞95%，χ2（10）=2.14×10−4＜χ20.0（110）=23.21（P＞0.01），F（3，10）=4.33×103＞F0.01（3，10）=6.55（P＜0.01）；对于去翅种子，y=0.8439/（1+e6.0465−1.1151t），R2=99.62%＞95%，χ2（10）=5.46×10−4＜χ20.0（110）=23.21（P＞0.01），F=2.69×103＞F0.0（13，10）=6.55（P＜0.01）。因此，拟合精度和拟合优度均很好，逻辑斯蒂方程可解释当归双悬果果实和去翅种子的发芽率与着床时间的关系，即能够客观地反映当归种子发芽规律。

双悬果和去翅种子的发芽率达到50%的着床时间分别为6.95和5.57 d，去翅种子较双悬果提前1.38 d。当d2y/dt2=0 时，发芽速率达到最大值，双悬果和去翅种子分别在着床6.68和5.42 d时，发芽速率达到最大值20.86%和23.52%。根据逻辑斯蒂方程的二阶微分方程，划分种子发芽进程为3个阶段（见图3），即起始期、指数期和稳定期。双悬果着床2.64～5.50 d 为起始期，5.50～7.87 d 为指数期，7.87～10.72 d 为稳定期；去翅种子着床1.28～4.24 d 为起始期，4.24～6.60 d 为指数期，6.60～9.56 d为稳定期。由此可知，双悬果和去翅种子分别在着床10.72 和9.56 d 时发芽进程结束，最终发芽率分别为74.37%和83.56%，去翅种子发芽进程较双悬果提前了10.86%。

3 讨论

道地药材是指特定环境和气候等诸因素的综合作用下，所形成的具有地域性特点的优质药材。当归作为甘肃省主要的地道中药材品种之一，其种子的优劣是保障当归药材种植后能否获得稳产、高产和达到国家部门规定可控指标的关键。判断种子质量的优劣，必须进行种子形态和种子发芽特性的检验和评价，发芽势、发芽率和发芽指数是反映种子质量优劣的主要指标［9］。而果翅作为种子的附属结构，被认为是阻碍种子萌发的重要原因［10］。魏岩等［11］研究指出梭梭（H.ammoden⁃dron）果翅对新成熟的种子萌发有显著的抑制作用（萌发率＜50%），能使种子处于强迫休眠状态。余进德等［12］发现将霸王（Zygophyllum xanthoxy⁃lum）果翅刺破后，可显著提高其种子萌发率。蔡子平等［13］研究表明当归果翅去除后，在1/2 MS 培养基上有利于获得无菌苗，且污染率显著降低。

在实际生产中，当归种子秋季采收后连同茎秆一起悬挂于屋檐下，至第二年夏至前才将双悬果脱离后用于种苗繁育，存在占用空间大，脱离后杂质不易去除等问题，且受环境影响种子活力易下降。本试验结果表明，当归双悬果果实果翅去除后千粒重减少了46.87%，体积减少了90.78%，容重增加了475.92%。当归种子寿命较短，在室温条件下贮藏很快丧失生活力，但将种子含水量降低到5%～8%，并配合以较低的温度（15℃以下），在密闭干燥条件下其发芽力则可长达3 年以上［14］。因此当归果翅去除后不仅利于科学贮藏，以延长种子寿命，而且还为种子储运节省了空间和成本。此外，当归果翅去除后含水量增加了20.15%，说明以当归双悬果作为当归种子质量标准的参考指标存在一定误差，故当归种子质量标准中测定指标含水量应以去翅种子为准。

双悬果和去翅种子在浸种后立刻启动吸水。与双悬果相比，去翅种子吸水率达到100%和吸水速率达到最大值分别提前了0.16和0.44 h，且吸水进程加快了57.69%，说明当归种子果翅去除后在土壤中能快速吸水，且在低含水量条件下也能顺利吸水吸胀。当归果翅去除后种子发芽势、发芽率和发芽指数较双悬果分别极显著提高了256.7%、12.28%和27.77%。与双悬果相比，去翅种子启动萌发时间提前了1.36 d，去翅种子发芽率达到50%和发芽速率达到最大值分别提前了1.38和1.26 d，且发芽进程加快了10.86%，说明当归果翅去除后不仅可以极显著地提高种子发芽质量，而且还提前了萌发启动时间和萌发高峰期。

综上所述，当归双悬果经去翅处理后，不仅促进了种子吸水吸胀的能力，缩短其发芽周期，而且极显著提高了种子发芽率、发芽势和发芽指数。此外，果翅去除后种子体积和重量都显著减小，更便于储藏和运输。