卷丹种球分级标准研究

赵小红, 杨天建, 余中莲, 韩 量, 肖 波, 杨利平, 雷美艳

(1.重庆市药物种植研究所, 重庆 南川 408435;2.长江师范学院现代农业与生物工程学院, 重庆 408100)

卷丹(LiliumlancifoliumThunb.)属于百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)多年生草本植物,具有地下鳞茎,以干燥肉质鳞片入药,是我国常用药食兼用中药材。被历部《中华人民共和国药典》收载,具有养阴润肺、清心安神的功效[1]。卷丹鳞茎含有甾体皂苷、生物碱、黄酮类、酚酸甘油酯类和多糖等丰富的化学成分[2-3]。药理学研究表明,卷丹具有抗菌和降血脂[4]、增强免疫[5]、抗抑郁[6]等作用。随着药理活性研究的深入,卷丹市场需求量增加,其栽培面积逐渐扩大。

卷丹为自然三倍体[7],自然结实率很低或不结实,主要采用分球、株芽、鳞片、组织培养等无性繁殖方式进行扩繁。近年来,随着栽培面积的增加,不同地域间卷丹种源调拨频繁,但无相应的种质检验和分级标准,造成各栽培区种质市场混乱,种球质量良莠不齐,严重影响了卷丹的经济性状和产业发展。目前,关于卷丹的研究主要集中在药理作用[4-6]、化学成分[8]、栽培措施[9]和组培快繁技术[10-11]等方面,鲜有关于卷丹种球和籽球分级标准的研究,建立科学有效的卷丹种球分级标准,对规范卷丹种球流通和生产实践具有重要意义。

本研究通过调查卷丹种植基地及市场销售种球的质量相关指标,数据分析结合生产实际,确定种球分级标准,以各等级种球为试验材料进行田间对比种植,对不同等级种球的形态特征、种苗生长特性和产量进行定量比较分析,进而验证卷丹种球分级标准的科学性和有效性,为卷丹的规范化生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2017年9月收集的1 447粒卷丹用于籽球分级标准研究,种球来源情况见表1;2018年9月收集的1 046粒卷丹用于种球分级标准研究。经杨利平教授鉴定为百合科植物卷丹的种球,以其作为研究材料。

表1 卷丹种球来源信息

1.2 方 法

1.2.1籽球分级标准的制定

将收集的16份卷丹种球每份随机选取50个以上,观察种球的颜色、形状、鳞片松紧度,并将种球分离成独立的籽球,测定籽球的周径、重量、鳞茎高等3个指标。使用SPSS20.0统计分析软件进行主成分分析,通过对周径、鳞茎高和重量进行分析,确立分级指标。使用K-均值聚类法对观测值进行样本聚类,制定卷丹籽球分级标准。

1.2.2不同等级籽球对卷丹产量和植株性状的影响

根据卷丹籽球分级结果设3个处理(分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级),3次重复,共9个小区,随机区组排列。田间试验在重庆南川陈家山基地进行,供试土壤为沙壤土,土层深厚、疏松、肥沃、排水良好。试验地此前未栽培过卷丹,前茬作物为红薯。株行距25 cm×40 cm,每个小区种植3 kg种球。栽种时间为9月下旬,种植期间田间管理同大田。

6月中旬统计不同等级籽球试验卷丹的成活情况,测量不同等级规格卷丹株高、茎粗等,次年10月上旬收获,收获期测定卷丹重量、周径、鳞茎分头数等指标,统计小区产量。

1.2.3卷丹种球基础数据收集和分级标准制定

从每一个产地的卷丹中随机抽取不少于100个种球,测定周径、重量、鳞茎高、分头数、籽球重量等5个指标,对上述5个指标进行主成分分析,确定种球分级指标,并制定卷丹种球分级标准。

1.2.4卷丹种球分头数和籽球重量对卷丹产量的影响

设置种球分头数、籽球重量二因素三水平试验,9个处理,3次重复,共27个小区,随机区组排列。7月中旬统计卷丹的成活率,测量株高、地径等指标,收获期测定重量、周径、分头数、产量等指标。

1.2.5数据分析

运用Excel2010软件进行逐步多元回归分析,构建卷丹种球重量、卷丹种球分头数、卷丹种球周径的最优回归模型,SPSS20.0软件进行主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 卷丹籽球分级标准

2.1.1不同产地卷丹籽球整体样本分析

由表2可以看出,不同产地之间卷丹籽球周径和鳞茎高变异范围较小;重量变异范围较大。各产地卷丹籽球周径在10.41～15.43 cm之间,鳞茎高范围为27.87～41.51 mm,重量在16.62～52.77 g之间。卷丹籽球周径和鳞茎高的最大值分别出现在重庆市南川区三泉镇和湖南省保靖县阳朝乡,最小值分别出现在湖北省来凤县旧司镇和重庆市石柱县六塘乡;重量最大值和最小值分别出现在重庆市南川区三泉镇和重庆市石柱县六塘乡。

表2 卷丹籽球表型性状

2.1.2卷丹籽球分级指标的确定

对各产地卷丹籽球周径、鳞茎高和重量等3项指标进行主成分分析。结果(表3)表明,周径、鳞茎高和重量的贡献率分别为80.70%,16.22%和3.10%,周径可作为卷丹籽球分级的主要指标,鳞茎高在实际测量时操作不便且易产生误差,因此将重量作为辅助指标。

表3 卷丹籽球分级指标的确立

2.1.3卷丹籽球分级标准

对卷丹籽球的周径、重量2项指标进行K-均值聚类分析,获得初步的分级标准后,结合生产实践,对初步分级数据进行优化,得到卷丹籽球分级标准(表4)。采用最低定级原则,即任何一项不符合规定标准都不能定为相应等级的合格种球。根据修正分级,Ⅰ级和Ⅱ级籽球的合格率63.06%(其中Ⅰ级合格率20.17%)。

表4 卷丹籽球质量标准

2.1.4不同等级籽球对卷丹产量和植株性状的影响

卷丹植株生长状况与籽球等级密切相关,除保苗率外,其他相关性状在不同等级籽球间存在显著差异(表5)。由表5可知,Ⅰ级籽球植株生长状况最佳,Ⅲ级籽球植株生长状况最差,不同等级籽球间地径、株高、鳞茎高、周径、产量和分头数的规律均表现为:Ⅰ级>Ⅱ级>Ⅲ级,不同等级之间的差异具有统计学意义(p<0.05);Ⅰ级籽球种植后收获产量较Ⅱ级和Ⅲ级分别高出16.9%和24.64%。由此可知,卷丹籽球质量直接影响植株的生长和收获期产量,提升种球质量有利于植株干物质的积累,增强环境适应性,提高卷丹产量。

表5 不同等级籽球对植株生长和产量的影响

2.1.5卷丹产量和植株性状的相关性分析

对卷丹植株生长和收获期各性状进行相关性分析,结果(表6)表明,籽球周径和籽球鳞茎高、籽球重量、收获鳞茎产量、地径均极显著正相关。由此推断,卷丹种球周径越大、重量越重,出苗后植株越强壮,环境适应性越强,鳞茎产量越高,说明根据卷丹籽球的周径、重量将其分为3级科学有效。

表6 不同等级籽球与田间试验结果相关性分析

2.2 卷丹种球质量分级标准的制定

2.2.1卷丹种球基础样本分析

根据分头数将收集到的卷丹种球主要分为分头数3,4,5三类(分别用T=3、T=4、T=5表示),分别测定种球周径、鳞茎高和重量(表7)。随着分头数的增加,卷丹种球周径、鳞茎高和重量均值逐渐增大,其中种球周径和鳞茎高变化幅度较小,重量差异较大,分头数4和分头数5种球重量较分头数3高出35.07%和44.82%。

表7 卷丹种球表型性状

2.2.2卷丹种球分级指标的确定

对种球周径、重量、鳞茎高、分头数、籽球重量等5个指标进行主成分分析。结果(表8)表明,周径、重量、鳞茎高等3个主成分的贡献率分别为58.91%,26.42%,13.01%,累积贡献率达98.34%,可以很好地对卷丹种球质量进行表达。在实际生产中,由于种球鳞茎由多鳞片抱合而成,鳞茎高不便于准确测量。因此,结合主成分分析结果和生产实践,选定种球周径和重量作为卷丹种球分级的指标。

表8 各性状主成分分析

2.2.3卷丹种球分级标准

对卷丹种球分头数、周径和重量三者进行分析,通过多次去除过大残差,获得较优回归方程:

y=-256.083+16.744X1-3.156X2,

式中:y为种球重量;X1为周径;X2为分头数。

卷丹种球鳞茎由多个鳞茎抱合而成,鳞茎数量即分头数与收获时种球重量和周径无显著相关性(表9),说明购买种球时分头数为3,4,5的种球均可用于生产种植。但对于种球自身而言,分头数越多周径越大种球越重(表7)。因此,种球生产中要控制种球质量,需根据分头数分别制定相应分级标准。根据卷丹种球的周径、重量两项指标分别确定分头数3,4,5的种球分级标准(表10),结合回归方程验证,该种球分级标准具有一定科学性。

表9 种球分头数与籽球重量对产量和植株生长的影响相关性分析

表10 卷丹种球分级标准

3 结论和讨论

卷丹鳞茎含有丰富的活性成分和次生代谢产物,具有独特的药理活性、良好的药用价值和较高的食用价值,在药用、食用和保健产品研发方面具有广阔的市场前景[12-13]。卷丹产品价值开发以获得高质量卷丹鳞茎作为原材料为前提,生产高品质的原材料则需要建立科学完善的种球质量标准、规范种质市场,加强生产管理[14]。本研究提出的卷丹种球和籽球分级标准,在试验数据分析的基础上结合生产实践,具有一定科学性和可操作性,是卷丹生产质量管理的组成部分。

卷丹鳞茎由多个小鳞茎抱合组成,种球市场交易主要以完整的鳞茎即种球为主,而栽培时主要用分瓣小鳞茎即籽球进行种植。因此,本研究针对不同用途和形态对卷丹制定分级标准,可供有关企业和个人销售、购买及种植卷丹时参考。在籽球分级标准的研究中,通过主成分分析和聚类分析,将籽球周径和重量确定为籽球分级的主要指标,并以此为基础初步制定了籽球分级标准,将籽球分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级,通过田间试验发现,卷丹籽球周径越大、重量越重,出苗后植株越强壮,环境适应性越强,产量越高。不同等级籽球种植后,Ⅰ级籽球质量最好,Ⅱ级次之,Ⅲ级较差,该标准可用于卷丹种植时籽球质量控制。

目前卷丹交易时主要以完整的卷丹鳞茎作为种球,而种球由多个小鳞茎组成,不同分头数种球间周径和重量差异较大。因此,针对不同分头数建立种球分级标准,将分头数为3,4和5的种球分别分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级,其中Ⅰ级种球质量较好,商品性佳。该标准可对市场上卷丹种球进行评价,为卷丹种球购买提供参考依据。本标准主要以周径和重量两个指标为主要衡量标准,在生产实践中,还应考虑卷丹种球外观要求,种球洁白、抱合紧密、无病虫害、无机械损伤、未出芽等,选择高质量种球,不仅可降低后期管理成本,提高生产效益,还对规范市场中卷丹种球的质量及其生产应用至关重要。