當歸果翅對種子吸水與發芽進程的影響

米永偉 龔成文* 王國祥 漆永紅

（1. 甘肅省農業科學院中藥材研究所/甘肅省中藥材種質改良與質量控制工程實驗室，蘭州 730070；2. 甘肅省農業科學院植物保護研究所，蘭州 730070）

當歸為傘形科（Apiaceae）植物當歸（Angelica sinensis（Oliv.）Diels）的干燥根，具有補血活血，調經止痛，潤腸通便等功效［1］，是傳統和現代醫藥中常用中藥材之一，也是保健食品和飲料中較廣泛應用的一種原料和添加劑。甘肅省中部高寒陰濕區因特殊的氣候、土壤條件及悠久的栽培歷史和豐富的經驗積累，而成為當歸的道地產區，其栽培面積占全國當歸栽培總面積的70%以上，產量占全國年產量的90%以上［2］。

當歸在種植生產中主要采用種子進行繁殖，傳統種植方法為育苗移栽，即第1年在高海拔生荒地利用種子育苗，秋季采挖后假植，第2 年春季移栽生產藥材，近年來產區也有采用種子直播種植，故種子質量的優劣對當歸種苗繁育，移栽后植株生長發育及當年收獲藥材的產量和品質有直接影響［3］。當歸種子作為種植生產最基礎的繁殖材料，目前在實際生產中存在種質資源混雜、質量良莠不齊、供需市場不規范等問題。究其原因在于藥農已習用其具有果翅的雙懸果果實作為播種材料，存在癟種子多、果柄等雜質不易去除、儲藏和運輸占用空間大、易混入其他種子等問題，造成田間出苗率低、種苗質量不均一、雜草嚴重等現象。果翅是由果皮發育而來，在自然環境條件下能夠借助風力進行種子擴散，吸水后能夠將果實固著在地表上進而增加其定居和萌發的機會。也有研究指出，果皮可阻礙種子水分吸收、阻止胚根生長以及產生萌發抑制物，從而影響種子的萌發與建植［4］，如獨活（Angelica pubescens）種子果皮中含有的香豆素成分在一定程度上阻礙了種子的萌發［5］。目前，關于果翅對種子萌發與吸水速率等方面的影響報道較少，當歸種子的研究也是圍繞其作為播種材料的雙懸果果實開展的［6～8］。本試驗以帶翅當歸雙懸果和去翅種子為試驗材料，對其種子形態特征、吸水規律以及發芽特性進行研究，旨在為判斷當歸種子質量的優劣和種子研究提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

當歸雙懸果2017 年8 月采集于當歸道地產區甘肅省岷縣閭井鎮，自然風干后備用。

采用攪拌式去翅機對當歸雙懸果進行去翅處理。多次試驗結果顯示：利用種子去翅機對當歸雙懸果進行去翅處理，其去翅率達到99%以上，種子破損率在1%以內。

1.2 研究方法

1.2.1 種子千粒重、體積、容重、含水量等特性測定

隨機選取雙懸果和去翅后的當歸種子各6 000粒并隨機分為6組，3組用分析天平（精度為1/10 000）測定種子千粒重，然后將種子置于盛有10 mL 自來水的50 mL 量筒中迅速讀數，前后兩次的差即為種子體積。將剩余3 組種子置于75℃恒溫電熱干燥箱烘至恒重并稱量，最后計算得出種子含水量。種子容重用容量法測定。

1.2.2 種子吸水率測定

挑選飽滿度均勻的當歸雙懸果果實和去翅當歸種子各3 000粒，各隨機分為3組，每組1 000粒。分別在天平（精度為1/10 000）上準確稱重后均勻擺放于玻璃培養皿（直徑9 cm），置于室內（23～26℃）加蒸餾水浸泡，每隔0，1，2，3，4，5，6，7 和8 h取出，快速用濾紙吸干種子表面水分，準確稱重，計算吸水率。

1.2.3 種子發芽特性測定

采用培養皿沙床進行發芽試驗，即隨機選取當歸雙懸果果實和去翅種子各300粒，各隨機分為3 組，每組100 粒（3 次重復），經滅菌蒸餾水沖洗3次后將其均勻擺放在鋪有等量河沙且已滅菌對應編號培養皿（直徑11 cm）中，置室內自然室溫（20～25℃）條件下培養。播種后以胚根露出種子長度的1/2 為標準開始統計種子發芽數，以連續3 d 種子發芽數不再增加為發芽結束，計算發芽率、發芽勢和發芽指數。

式中：Gt為第t天種子發芽數，Dt為相應發芽天數。

1.3 數據處理

采用SPSS 11.5 軟件對試驗數據進行統計分析和Excel 2003 制圖，利用OriginPro 8.0 對種子的吸水率和浸種時間以及發芽率與著床時間進行邏輯斯蒂曲線擬合。邏輯斯蒂方程為y=k/（1+ea?bt），該方程的一階和二階微分方程分別為dy/dt=kbea?bt/（1+ea?bt）2和d2y/dt2=?kb2ea?bt（1?ea?bt）/（1+ea?bt）3。其中，dy/dt 表示吸水速率或發芽速率，d2y/dt2表示吸水率或發芽速率的變化率。

2 結果與分析

2.1 當歸果翅去除后種子形態與特征變化

當歸果實為帶翅雙懸果，其果翅與種子不易分離，藥農習慣上把當歸的果實稱為種子。當歸雙懸果呈扁平、翅果狀，長約6.3 mm，寬約4.6 mm，表面灰黃色或淡棕色，平滑無毛，頂端有突起的花柱基，基部心形，果背面略隆起，具5條明顯隆起的助線；果實基部常存一條細線狀懸果柄。果翅去除后當歸種子稍扁平近紡錘狀，長約3.9 mm，寬約1.4 mm，表面淡黃色或淡綠色，5條助線清晰可見，基部方正，頂端突出，隆起處紋理平行狀起伏排列（見圖1）。

經t 檢驗可知，當歸果翅去除后種子千粒重、體積和容重較未去翅前的雙懸果極顯著減小（P＜0.01），含水量顯著增加（P＜0.05）。其中當歸種子去翅后種子千粒重減少了46.87%，體積減少了90.78%，容重增加了475.92%，含水量增加了20.15%。當歸種子去翅后種子含水量增加，主要原因是由于當歸雙懸果果翅含水量較低，而果翅占總果實重量的近50%（見表1）。

2.2 當歸果翅對種子吸水率的影響

在吸水前，去翅種子千粒重接近占當歸雙懸果果實的50%。吸水結束后，去翅當歸種子重量較吸水前增加了139.46%，而當歸雙懸果果實的重量較吸水前增加了289.73%。以邏輯斯蒂方程為模型，對當歸種子吸水進程進行擬合。對于雙懸果，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）；對于去翅種子，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）。說明擬合精度和擬合優度均很好，邏輯斯蒂方程可以解釋當歸雙懸果果實和去翅當歸種子的吸水率與浸種時間的關系，即能夠客觀地反映當歸種子吸水規律。

表1 當歸種子特征Table 1 Seed characteristics of A.sinensis

當歸種子吸水進程的邏輯斯蒂方程及一階、二階微分方程的曲線模擬如圖2 所示。根據邏輯斯蒂方程，雙懸果和去翅種子的吸水率達到100%的浸種時間分別為1.09和0.93 h，去翅種子較雙懸果提前了0.16 h。當d2y/dt2=0 時，吸水速率達到最大值，雙懸果和去翅種子分別在1.27 和0.83 h 時，吸水速率達到最大值93.35%和162.83%。根據邏輯斯蒂方程的二階微分方程，劃分種子吸水進程為3 個階段（見圖2），即起始期、指數期和穩定期，當d2y/d2t=0.01 時，起始期開始；當d2y/d2t=?0.01，穩定期結束；當d3y/d3t=0，指數期開始或結束。雙懸果浸種0～0.30 h 為起始期，0.30～2.24 h 為指數期，2.24～5.87 h為穩定期；去翅種子浸種0～0.56 h為起始期，0.56～1.10 h 為指數期，1.10～2.48 h 為穩定期。由此可知，雙懸果和去翅種子分別在浸種5.87和2.48 d后吸水進程結束，最終吸水率分別為275.42%和133.50%，去翅種子吸水進程較雙懸果提前了57.69%。

2.3 當歸果翅對種子發芽過程與萌發質量的影響

種子發芽質量通常用發芽勢、發芽率和發芽指數來表示。當歸果翅去除前后種子的發芽率、發芽勢和發芽指數存在差異，當歸雙懸果果實的終發芽率為76%，發芽勢僅為10%，發芽指數為9.58；去翅當歸種子發芽率為85.33%，發芽勢為35.67%，發芽指數為12.24，分別較當歸雙懸果增加了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），其差異達到極顯著水平。

以邏輯斯蒂方程為模型，對當歸種子發芽進程進行擬合。 對于雙懸果，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）；對于去翅種子，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，擬合精度和擬合優度均很好，邏輯斯蒂方程可解釋當歸雙懸果果實和去翅種子的發芽率與著床時間的關系，即能夠客觀地反映當歸種子發芽規律。

雙懸果和去翅種子的發芽率達到50%的著床時間分別為6.95和5.57 d，去翅種子較雙懸果提前1.38 d。當d2y/dt2=0 時，發芽速率達到最大值，雙懸果和去翅種子分別在著床6.68和5.42 d時，發芽速率達到最大值20.86%和23.52%。根據邏輯斯蒂方程的二階微分方程，劃分種子發芽進程為3個階段（見圖3），即起始期、指數期和穩定期。雙懸果著床2.64～5.50 d 為起始期，5.50～7.87 d 為指數期，7.87～10.72 d 為穩定期；去翅種子著床1.28～4.24 d 為起始期，4.24～6.60 d 為指數期，6.60～9.56 d為穩定期。由此可知，雙懸果和去翅種子分別在著床10.72 和9.56 d 時發芽進程結束，最終發芽率分別為74.37%和83.56%，去翅種子發芽進程較雙懸果提前了10.86%。

3 討論

道地藥材是指特定環境和氣候等諸因素的綜合作用下，所形成的具有地域性特點的優質藥材。當歸作為甘肅省主要的地道中藥材品種之一，其種子的優劣是保障當歸藥材種植后能否獲得穩產、高產和達到國家部門規定可控指標的關鍵。判斷種子質量的優劣，必須進行種子形態和種子發芽特性的檢驗和評價，發芽勢、發芽率和發芽指數是反映種子質量優劣的主要指標［9］。而果翅作為種子的附屬結構，被認為是阻礙種子萌發的重要原因［10］。魏巖等［11］研究指出梭梭（H.ammoden?dron）果翅對新成熟的種子萌發有顯著的抑制作用（萌發率＜50%），能使種子處于強迫休眠狀態。余進德等［12］發現將霸王（Zygophyllum xanthoxy?lum）果翅刺破后，可顯著提高其種子萌發率。蔡子平等［13］研究表明當歸果翅去除后，在1/2 MS 培養基上有利于獲得無菌苗，且污染率顯著降低。

在實際生產中，當歸種子秋季采收后連同莖稈一起懸掛于屋檐下，至第二年夏至前才將雙懸果脫離后用于種苗繁育，存在占用空間大，脫離后雜質不易去除等問題，且受環境影響種子活力易下降。本試驗結果表明，當歸雙懸果果實果翅去除后千粒重減少了46.87%，體積減少了90.78%，容重增加了475.92%。當歸種子壽命較短，在室溫條件下貯藏很快喪失生活力，但將種子含水量降低到5%～8%，并配合以較低的溫度（15℃以下），在密閉干燥條件下其發芽力則可長達3 年以上［14］。因此當歸果翅去除后不僅利于科學貯藏，以延長種子壽命，而且還為種子儲運節省了空間和成本。此外，當歸果翅去除后含水量增加了20.15%，說明以當歸雙懸果作為當歸種子質量標準的參考指標存在一定誤差，故當歸種子質量標準中測定指標含水量應以去翅種子為準。

雙懸果和去翅種子在浸種后立刻啟動吸水。與雙懸果相比，去翅種子吸水率達到100%和吸水速率達到最大值分別提前了0.16和0.44 h，且吸水進程加快了57.69%，說明當歸種子果翅去除后在土壤中能快速吸水，且在低含水量條件下也能順利吸水吸脹。當歸果翅去除后種子發芽勢、發芽率和發芽指數較雙懸果分別極顯著提高了256.7%、12.28%和27.77%。與雙懸果相比，去翅種子啟動萌發時間提前了1.36 d，去翅種子發芽率達到50%和發芽速率達到最大值分別提前了1.38和1.26 d，且發芽進程加快了10.86%，說明當歸果翅去除后不僅可以極顯著地提高種子發芽質量，而且還提前了萌發啟動時間和萌發高峰期。

綜上所述，當歸雙懸果經去翅處理后，不僅促進了種子吸水吸脹的能力，縮短其發芽周期，而且極顯著提高了種子發芽率、發芽勢和發芽指數。此外，果翅去除后種子體積和重量都顯著減小，更便于儲藏和運輸。