不同种源防风种子质量分析

秦义杰, 王 浩, 刘美娟, 刘玉华, 曾 燕

(1.河北农业大学, 河北 保定 071000; 2.中国中药有限公司, 北京 102600)

中药防风为伞形科植物防风[Saposhnikoviadivaricate(Turcz.)Schischk.]的未抽花茎植株的干燥根。性微温,味辛甘,祛风解表,胜湿止痛,止痉。用于感冒头痛,风湿痹痛,风疹瘙痒,破伤风[1]等症。始载于秦汉时期的《神农本草经》,列为草部上品[2]。

中医药被越来越多的国家所重视,防风作为中药基础原料,质量优劣直接关系到中药产品质量,对中药现代化,国际化进程具有重要作用,由于野生资源逐渐匮乏,人工栽培已经成为主要药源,因此,积极发展人工种植,提供优质的防风药材已成为当前主要方向。而优质的防风药材需要优质的防风种子,种子是重要的生产基础资料,种子质量不仅关系到药材的产量,还关系到药材的品质问题,但目前的防风种子存在种质资源混杂、种子质量不一、种子供销市场不规范等问题,缺乏相关的质量标准[3]。

本研究分析不同种源防风种子的外观性状、千粒重、发芽率和发芽势、田间出苗率及成苗率,为防风优质种源筛选提供科学依据,具有重要的理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

防风材料是2019年从内蒙古、黑龙江、吉林、河北4个省(区)采集的14份野生种子与栽培种子,经中国医学科学院药用植物研究所齐耀东教授鉴定为植物防风双悬果的分果(种子),其种源地理信息详见表1。

1.2 试验仪器

电子分析天平(SX205型),梅特勒;智能光照培养箱(GTOP-268Y型),浙江托普云农科技股份有限公司;显微测距摄像头。

1.3 试验方法

1.3.1试验时间和地点

试验2020年于河北省承德市围场县吉上村进行,室内试验2019年于中国中药有限公司科技研发部实验室进行。

1.3.2种子外观测定

每个种源种子随机抽取50粒,重复3次,采用显微测距摄像头测量防风种子的长与宽。

1.3.3种子质量测定

种子千粒重测定:选取自然风干的种子采用四分法分成4份,每份随机取250粒,1 000粒为一组,重复3次,计算3次样品测定的平均值。

种子发芽势与发芽率测定:随机选取自然风干的种子100粒,4次重复,放置光照培养箱内,25 ℃恒温培养。观察记录种子发芽情况,以种子胚根长度达到种子长度一半为种子萌发开始的标志,称为始芽日,连续4 d未有种子发芽为萌发结束,二者之间的天数为发芽持续期[4-5],并按下列公式计算种子的发芽势、发芽率等指标[6]。

发芽势/%=(达到发芽高峰时正常发芽种子数/供试种子总数)×100%;

发芽率/%=(发芽试验终期正常发芽种子数/供试种子总数)×100%。

1.3.4种子田间出苗情况测定

采用单因素完全随机区组,每个种源3次重复,小区面积为36 m2。

播种一个月后,在幼苗长出真叶时统计出苗数,在幼苗长至10 cm高时统计成苗数。

1.3.5数据分析

利用Excel2019软件进行数据整理,通过SPSS24.0软件进行统计分析。

1.3.6隶属函数综合评价

采用模糊数学隶属函数法对14个防风种源的种子质量各项指标进行综合评价,利用下列公式计算各项指标的隶属函数值。

式中,Uij为i种源j指标的隶属函数值;Xij为i种源j指标的平均值;Ximax为所有种源中此指标的最大值;Ximin为所有种源中此指标的最小值;Ui为i种源各指标的综合评价均值。

2 结果与分析

2.1 种子性状的差异

野生种源防风种子性状如表2,由表2可以看出,在种子长度方面,种源4、种源6种子长度分别为4.49 mm和4.44 mm,二者间无显著差异,均显著高于其他野生种源;种源1种子长度为4.29 mm,除显著低于种源4、种源6外,显著高于其他种源;种源2、种源3、种源5、种源7种子长度在4.06～4.18 mm之间,4个种源间无显著差异。

表2 野生种源防风种子性状的差异Table 2 The variance for seed traits of wild provenances of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk.

在种子宽度方面,种源4种子宽度为2.43 mm,显著高于其他种源;种源6种子宽度为2.34 mm,除显著低于种源4外,显著高于其他种源;种源2、种源3种子宽度分别为2.21 mm和2.25 mm,二者间无显著差异,除显著低于种源4和种源6外,显著高于其他种源;种源1种子宽度为2.14 mm,除显著低于种源4、种源6、种源2、种源3外,显著高于其他种源;种源5、种源7种子宽度分别为2.05 mm和2.04 mm,二者间无显著差异。

在千粒重方面,种源6千粒重为3.84 g,显著高于其他种源;种源4千粒重为3.61 g,除显著低于种源6外,显著高于其他种源;种源3千粒重为3.49 g,显著低于种源6、种源4,显著高于其他种源;种源1千粒重为3.07 g,显著低于种源6、种源4、种源3,显著高于其他种源;种源5、种源7千粒重分别为2.88 g和2.91 g,除显著高于种源2外,显著低于其他种源;种源2千粒重为2.73 g,显著低于其他种源。

栽培种源防风种子性状如表3,由表3可以看出,在种子长度方面,种源8种子长度为5.36 mm,显著高于其他种源;种源13种子长度为4.94 mm,除显著低于种源8外,显著高于其他种源;种源9、种源10、种源11、种源12、种源14种子长度在4.25～4.49 mm之间,其中,种源9、种源10、种源11、种源12间及种源9、种源10、种源14间无显著差异,但种源11、种源12与种源14差异显著。

表3 栽培种源防风种子性状的差异Table 3 The variance for seed traits of cultivated provenances of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk.

在种子宽度方面,种源8种子宽度为2.84 mm,显著高于其他种源;种源13种子宽度为2.62 mm,显著高于除种源8外的其他种源;种源9、种源10、种源11、种源12种子宽度在2.38～2.43 mm之间,四者间无显著差异,显著低于种源8、种源13,显著高于种源14;种源14种子宽度为2.13 mm,显著低于其他种源。

在种子千粒重方面,种源8种子千粒重为4.66 g,显著高于其他种源;种源14种子千粒重为4.12 g,显著高于除种源8外的其他种源;种源9、种源10、种源11、种源12、种源13种子千粒重在3.55～3.67 g之间,5个种源间无显著差异,均显著低于种源8、种源14。

野生与栽培种源防风种子性状间的比较如表4,由表4可知,防风栽培种源与野生种源相比,种子长度平均分别为4.61 mm和4.25 mm,种子宽度平均分别为2.46 mm和2.21 mm,种子千粒重平均分别为3.83 mm和3.22 mm,栽培种源在种子长度、宽度及千粒重方面,均显著高于野生种源。表明栽培防风种子较野生种子具有更为优良的种子性状。

表4 野生与栽培种源防风种子性状的比较Table 4 The comparison for seed traits of wild and cultivated provenances of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk.

2.2 种子发芽及田间出苗的差异

野生种源防风种子发芽及田间出苗状况如表5,由表5可以看出,在种子发芽势方面,种源1、种源4、种源6发芽势在35.50%～40.75%之间,三者间无显著差异,但显著高于其他种源;种源5发芽势为28.75%,除显著低于种源1、种源4、种源6外,显著高于其他种源;种源2、种源3、种源7种子发芽势在14.75%～23.75%之间,其中,种源2、种源3及种源2、种源7间无显著差异,但种源3、种源7间差异显著,三者发芽势均显著低于种源1、种源4、种源6。

表5 野生种源防风种子发芽及田间出苗状况Table 5 The seed emergence and seedling formation for wild provenances of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk.

在种子发芽率方面,种源1、种源4、种源5发芽率在76.50%～83.75%之间,三者间无显著差异,但显著高于种源2、种源3、种源7;种源1、种源6发芽率分别为76.50%和72.00%,二者间无显著差异,但显著高于种源3和种源7;种源3与种源7发芽率分别为53.25%和56.50%,二者间无显著差异,均显著低于除种源2以外的其他种源。

在田间出苗率方面,种源6田间出苗率为18.41%,显著高于其他种源;种源1、种源3、种源5田间出苗率在12.84%～14.47%之间,三者间无显著差异,但显著高于除种源6外的其他种源;种源2、种源4、种源7田间出苗率在6.56%～9.07%之间,三者间无显著差异,且显著低于除种源4外的其他种源。

在田间成苗率方面,种源6田间成苗率为11.50%,显著高于其他种源;种源1、种源3、种源4、种源5田间成苗率在6.03%～8.52%之间,四者间无显著差异,显著高于除种源6外的其他种源;种源2、种源7田间成苗率分别为5.23%和3.67%,二者间无显著差异,显著低于其他种源。

栽培种源防风种子发芽及田间出苗状况如表6,由表6可以看出,在种子发芽势方面,种源9、种源10、种源11种子发芽势在35.75%～45.0%之间,三者间无显著差异,显著高于其他种源;种源8、种源12、种源14种子发芽势在14.75%～23.50%之间,三者间无显著差异,显著低于种源9、种源10、种源11,其中种源8显著高于种源13,种源13种子发芽势最低,仅为10.33%。

表6 栽培种源防风种子发芽及田间出苗状况Table 6 The seed emergence and seedling formation for wild provenances of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk.

在种子发芽率方面,种源8、种源9、种源11、种源12、种源14种子发芽率在76.25%～87.00%之间,五者间无显著差异,但显著高于种源13;种源9、种源10、种源11、种源14种子发芽率在71.33%～81.00%之间,四者间无显著差异,但显著高于种源13;种源13种子发芽率最低,为31.50%。

在田间出苗率方面,种源8、种源9、种源10、种源14田间出苗率在18.85%～21.68%之间,四者间无显著差异,但显著高于种源12、种源13;种源12、种源13田间出苗率分别为13.50%和10.57%,二者间无显著差异,且显著低于除种源11外的其他种源。

在田间成苗率方面,种源10田间成苗率为14.14%,显著高于其他种源;种源8、种源9、种源11、种源12、种源13、种源14田间成苗率在8.28%～10.87%之间,6个种源间无显著差异。

野生与栽培种源防风种子发芽及田间出苗的比较如表7,由表7可知,防风野生种源与栽培种源相比,种子发芽势分别为28.50%和25.68%,发芽率分别为69.82%和73.23%,野生种源与栽培种源防风种子发芽势及发芽率间无显著差异。野生种源与栽培种源防风种子田间出苗率分别为11.85%和17.34%,成苗率分别为7.20%和10.05%,野生种源与栽培种源防风种子出苗率及成苗率间差异显著,栽培种源田间出苗率与成苗率均显著高于野生种源。

表7 野生与栽培种源防风种子发芽及田间出苗的比较Table 7 Comparison for seed emergence and field seedling formation of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk. from wild and cultivated provenances

2.3 种子质量综合评价

采用模糊数学隶属函数法对种子质量进行综合评价,种子质量的隶属函数值依据不同种源种子长度、种子宽度、千粒重等性状指标的均值,依据1.3.6中公式计算所得平均隶属函数值。

对7个野生种源的防风种子长度、宽度、千粒重、发芽势、发芽率、出苗率、成苗率等指标进行模糊函数综合评价(表8),不同产地野生种源防风种子质量综合评价值依次为:种源6>种源4>种源1>种源3>种源5>种源2>种源7。

表8 野生种源防风种子质量综合评价Table 8 Comprehensive evaluation for seed quality of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk. from wild provenances

对7个栽培种源防风的种子长度、宽度、千粒重、发芽势、发芽率、出苗率、成苗率等指标进行模糊函数综合评价(表9),不同产地栽培种源防风种子质量综合评价值依次为:种源8>种源10>种源11>种源9>种源14>种源12>种源13。

表9 栽培种源防风种子质量综合评价Table 9 Comprehensive evaluation for seed quality of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk. for cultivated provenances

2.4 种子性状与地理因子间的相关性分析

野生种源防风种子性状与地理因子间的相关性如表10,由表10可以看出,野生种源防风种子长度与种子宽度呈显著正相关,相关系数为0.804,种子长度与千粒重呈显著正相关,相关系数为0.795,种子长度与发芽势呈极显著正相关,相关系数为0.947,种子长度与成苗率呈显著正相关,相关系数为0.761;种子宽度与千粒重呈显著正相关,相关系数为0.804;千粒重与成苗率呈极显著正相关,相关系数为0.889;发芽势与发芽率呈显著正相关,相关系数为0.774;出苗率与成苗率呈显著正相关,相关系数为0.786;经度与海拔呈显著负相关,相关系数为-0.913。

表10 野生种源防风种子性状与地理因子间的相关系数Table 10 The correlation coefficients between seed traits and geographical factor of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk. from wild provenances

栽培种源防风种子性状与地理因子间的相关性如表11,由表11可以看出,栽培种源防风种子长度与种子宽度呈极显著正相关,相关系数为0.942;千粒重与经度呈显著正相关,相关系数为0.840;发芽势与海拔呈显著正相关,相关系数为0.779;经度与纬度呈显著正相关,相关系数为0.922。

表11 栽培种源防风种子性状与地理因子间的相关系数Table 11 Correlation coefficients between seed traits and geographical factors of Saposhnikovia divaricate (Turcz.) Schischk. from cultivated provenances

3 讨 论

种子质量是药用植物防风实现优质高产的基础,保障药材品质的前提,本试验结果发现,不同种源的种子在长度、宽度、千粒重、发芽势、发芽率、田间出苗率及成苗率方面均有显著差异,与杨宝森[7]研究结果一致;杨帆[8]研究不同种子间比较结果也认为,内蒙古种子长度(5.66 mm)及宽度(3.20 mm)最大,本试验栽培种源8质量最好,种子长度及宽度最大,分别为5.36 mm、2.84 mm,千粒重为4.66 g,野生种源7质量最差,种子长度为4.06 mm、种子宽度为2.04 mm,千粒重为2.91 g。

本研究得出,由于栽培种源种子经多代驯化后所得,因此在种子性状上整体要优于野生种源,其中栽培种源千粒重与经度呈显著正相关,发芽势与海拔呈显著正相关,与李纪元等[9]、魏胜利等[10]、戚文涛等[11]、任俊杰等[12]研究结果基本一致,但野生种源并无此趋势,可能是采集的野生种源防风产区较集中导致。

由于种子性状的特征是多方面的,仅凭种子长度、种子宽度、千粒重及田间出苗率和成苗率并不能全面而准确地反映种子的特征,防风不同种源间的种子质量因地理环境和采收时机的差异,可能也是影响其发芽和出苗效果的重要因素,而非种子本身质量原因,出苗及成苗较高的种源6、种源10、种源14的生长环境可能与试验区相似,表现出较好的适应性,所以14个不同种源的防风种子质量指标有待进一步研究。

4 结 论

野生种源种子长度、宽度、千粒重、种子发芽势、发芽率、田间出苗率及成苗率分别在4.06～4.49 mm、2.04～2.43 mm、2.73～3.84 g、14.75%～40.75%、53.25%～83.75%、6.56%～18.41%、3.67%～11.50%之间。各项指标值较大的是种源4、种源6,较小的是种源2、种源3、种源7。栽培种源种子长度、宽度、千粒重、种子发芽势、发芽率、田间出苗率及成苗率分别在4.25～5.36 mm、2.13～2.84 mm、3.55～4.66 g、10.33%～41.00%、31.50%～87.00%、10.57%～21.68%、8.28%～14.14%之间。各项指标值较大的是种源8、种源10,较小的是种源12、种源13。

栽培种源防风的种子长度、宽度及千粒重、田间出苗率及成苗率,均显著高于野生种源。经隶属函数法分别对野生与栽培种源防风种子质量进行综合分析得出,野生种源防风种子质量最好的为内蒙古额尔古纳地区的种源;栽培种源防风种子质量最好的为内蒙古赤峰地区的种源。