桔梗种子灌浆及成熟

目前，桔梗种子生产处于半原始的传统生产状态，种子往往是药材生产的副品，或者从野生桔梗中直接采集获得，所得的种子质量普遍较差，其千粒重平均仅0.83g，田间出苗率仅为1%左右，这已成为桔梗规范化栽培的重要限制因素之一。为了解决这一问题，许多学者对桔梗种子成熟度与其种子活力间的关系进行了分析，严一字等认为随着花后发育时间的增加，桔梗种子粒重和发芽能力也逐渐升高，到55d时两项指标均达到最高值;同时，在种子发育期间粒重的变化很少受气象因子的影响，而主要与其遗传特性有关。刘自刚还发现桔梗种子成熟过程中存在明显的生理后熟特性，桔梗种子生理后熟期较短，一般在种子发育的第55～61日内完成，完成生理后熟的桔梗种子发芽率显著提高;种子成熟度还对其发芽率、发芽势、出苗率、生物量、根鲜重、根产量等性状均有显著影响。种子成熟度是种子发育的某一阶段达到的粒重占其最大粒重的相对重量，对许多植物的研究表明，植物种子粒重的变化与发育期间种子干物质积累和灌浆特性存在显著相关关系。目前对桔梗种子灌浆特性尚未见相关报道，因此，桔梗籽粒灌浆特性的分析对桔梗种子规范化生产、籽粒产量的提高和品质的改善等方面均有理论和实践意义。

1　材料与方法

1.1　材料

研究材料为陕西省商洛市境内的二年生桔梗栽培群体。试验地位于北纬33°54'，东经109°53'，地处秦岭南坡受东南季风影响，年平均降水量725.5mm，平均海拔722m，砂壤土。最热为7月，平均气温24℃，最冷为1月，平均0.3℃，年平均气温12.8℃。绝对无霜期为180d左右。

1.2　方法

1.2.1　籽粒灌浆特性测定

于2010年7月27日，在二年生桔梗群体中选取当日开放花朵1000朵，挂牌标记，从开花后第10日开始取果实，之后每隔3d取样1次，直到种子千粒重不再增加为止。每次取果实30个，剥离出果实内全部种子采用4分法取1000粒测定种子千粒鲜重，85℃烘至恒重称取千粒干重，试验重复3次，并按下列公式计算灌浆参数:

灌浆速率(g/d·千粒)=(后次千粒干重-前次千粒干重)/2次取样间隔天数

平均灌浆速率(g/d·千粒)=开花后某天千粒干重/开花后天数

含水量(%)=100×(鲜重-干重)/鲜重

脱水速率(%/d)=(前次含水量-后次含水量)/2次取样相隔天数

1.2.2　数据统计

试验数据利用Excel2003和DPS(Data Processing System)进行分析及制图。首先，根据Excel做图法对籽粒千粒重(y)随开花天数(x)拟合logistic曲线方程y=K/(1+eA+Bx)。式中，K为千粒重极限值，A、B为方程参数，A为初始重量参数，B为生长速率参数，x∈［10，70］，即用曲线方程可直线化方法［令y'=ln((K-y)/y);K=(y22(y1+y3)-2y1 y2 y3)/(y22-y1 y3)，y1，y2，y3分别代表等间隔开花后天数对应的千粒重，A'=A，B'=B］，将Logistic曲线方程y=K/(1+eA+B x)简化为直线方程y'=A'+B'x，并求方程参数(A'，B')，最后求出Logistic曲线方程参数(K，A，B)，然后按照略加修正的方法估算灌浆起始、高峰、结束时间和最大灌浆速率等次级参数(表3-1-1)。

表3-1-1　桔梗籽粒千粒重与开花后天数配合Logistic方程的灌浆参数及其估算公式

续表

2　结果与分析

2.1　桔梗籽粒灌浆过程中干物质积累的动态变化

桔梗二年生栽培群体陕西商洛地区始花期一般在6月29日左右，初花期6月30日至7月10日，盛花期7月10日至8月12日，终花期为8月12日至8月24日。试验于7月27日盛花中期选择当日开放的花朵挂牌标记，并于花后10d进行第一次取样，之后每3d取样一次测定籽粒粒重的动态变化(图3-1-1)。由图3-1-1可以看出，花后10～19d桔梗籽粒鲜重迅速下降，花后19d降到鲜重最低谷，之后开始缓慢升高，到花后31～40d增加速度明显加快，花后40d千粒鲜重接近最大值并保持平缓增加的势态，到46d时千粒鲜重达到最大，之后开始迅速降低。

随着花后天数的延长，桔梗籽粒千粒干重变化趋势呈“S”型曲线，即在籽粒发育前期(花后10～22d)千粒干重增加速度较慢，花后22～43d增重速度明显加快，之后粒重的增加速度又减缓，其千粒干重的变化符合“慢-快-慢”的规律。图3-1-2和表3-1-2是利用Logistic曲线方程直线化拟合结果及估算的灌浆参数。桔梗籽粒干重的积累过程符合Logistic曲线方程y=0.842/(1+e3.5088-0.1579x)，显著性分析结果显示拟合指数达到极显著水平(R2=0.8024，P＜0.05)，表明方程估算结果与桔梗灌浆过程的真实情况极为接近。桔梗籽粒在开花后14d内灌浆开始启动，籽粒干物质缓慢积累，这一时期为渐增期;花后14～31d籽粒干物质积累速度明显加快，籽粒灌浆进入快增期，这一时期持续时间为17d;在Logistic方程出现一个拐点，也是直线化后与x轴的交点处，大约出现在开花22d前后，此时干物质积累速率达到最大;花后31d籽粒干物质积累高峰期基本结束，籽粒灌浆进入缓增期，这一时期持续21d左右，其间干物质积累速度逐渐减缓，到开花后51d桔梗籽粒灌浆基本结束，千粒重也逐渐达到最大值。

图3-1-1　桔梗籽粒灌浆速率和平均灌浆速率的变化

图3-1-2　桔梗种子成熟过程中含水量和脱水速率的变化

表3-1-2　桔梗籽粒干重积累与开花后天数配合logistic方程估计的灌浆参数

2.2　桔梗籽粒灌浆速率及平均灌浆速率的变化

桔梗种子在发育成熟的过程中，籽粒灌浆速率呈“慢-快-慢”的变化趋势(图3-1-3)，即在籽粒发育的初期(开花后25d内)其灌浆速率逐渐升高，花后25d千粒灌浆速率达到0.014g·d-1，花后25～43d虽然灌浆速率略有起伏，但基本稳定其较高的水平，花后43d后籽粒灌浆速率迅速降低，至开花49d后其速率已接近0g·d-1，籽粒灌浆接近停止。种子发育初期(花后22d内)籽粒平均灌浆速率迅速下降，至花后22d降到最低谷，之后开始缓慢回升，并于开花后43d达到最高值，之后又明显回落。如图3-1-3所示，花后10～22d籽粒灌浆速率迅速升高，而平均灌浆速率却迅速下降，其原因可能是平均灌浆速率变化的“延后”性造成的。

2.3　桔梗籽粒灌浆过程中籽粒含水量及脱水速率的变化

由图3-1-4可知，随着花后时间的延长，籽粒含水量总体呈下降趋势，含水量的变化基本呈倒“S”型曲线，即前期(花后31d内)籽粒含水量下降迅速，中期(花后31～40d)含水量略有升降但基本保持平稳，后期(开花40d后)下降速度明显加快。脱水速度在花后13d开始迅速上升，花后19d达到最高值，这与Logistic方程估算的灌浆起始时间(花后14d)和最大灌浆速率到达时间(花后19d)基本相一致;脱水速度在花后31d出现一个迅速下降的阶段，到花后41d到达最低谷，之后脱水速度又呈上升势态。

图3-1-3　桔梗籽粒灌浆速率和平均灌浆速率的变化

图3-1-4　桔梗种子成熟过程中含水量和脱水速率的变化

2.4　桔梗籽粒灌浆特性的相关分析

相关分析结果表明，桔梗千粒干重与灌浆持续时间呈极显著正相关，与籽粒含水量显著负相关;籽粒鲜重与平均灌浆速率有极显著相关性，与脱水速率显著负相关;而籽粒含水量还与灌浆持续时间呈极显著负相关关系。表明桔梗籽粒干物质的积累主要取决于灌浆持续时间，而灌浆速率对干物质积累的影响较小，这与对小麦、玉米等作物籽粒灌浆特性的研究结果不相符，其原因可能是桔梗库-源关系与上述作物间存在较大差异造成的。

表3-1-3　桔梗籽粒灌浆特性的相关分析

＊＊:表示极显著。

3　讨论

桔梗种子较为细小，其千粒重一般仅有0.83g左右，桔梗人工栽培时通常将种子播种在2cm左右的表土层，由于春季多风、温度回升快、降雨也逐渐增多，很容易导致表层土壤种子处于干湿交替的环境之中，使种子萌发阶段遭受干旱胁迫干扰，使其出苗率下降造成缺苗断垄，给生产带来严重损失。深层土壤含水量较高且较为稳定，但桔梗种子不能播种较深，原因是幼苗在耗尽种子贮藏物质之前必须伸出土表并形成一定的光合面积，才可能顺利通过出苗阶段，桔梗种子较小，在萌发阶段种子所能提供的有机贮存物质十分有限，幼苗通过动员种子贮藏物质能建成的营养体规模也应非常有限，如播种较深很容易造成出苗困难等问题，因此粒重就成为桔梗种子出苗的重要影响因素。许多禾本科作物种子粒重的形成与灌浆速率和灌浆持续时间密切相关，品种间和不同粒位间粒重的差异主要是灌浆速率不同引起的，而桔梗粒重的形成主要取决于灌浆持续时间，而与灌浆速率无显著相关性，这与甘肃贝母、掌叶大黄等药用植物籽粒灌浆特性基本一致。桔梗等药用植物与禾本科作物籽粒灌浆特性的差异，可能是由两者间库-源关系存在着很大不同造成的。禾本科作物灌浆期间由于营养生长已趋停止，籽粒就成为其光合产物输入的最强库，灌浆速率越高，光合产物进入籽粒的速度越迅速，就越容易形成饱满粒;同时，功能叶片中光合产物的越迅速移出，通过反馈调节就越有利于光合速率提高，而合成更多的光合产物以充实粒重。而桔梗籽粒灌浆期间存在两个强库，即籽粒和根部，桔梗功能叶合成的有机物要被分配到两个库中，并且两个库对光合产物可能存在竞争关系，由于籽粒以外库的存在和调节作用，在一定范围内“拉平”了灌浆速率的变化对籽粒增重的影响，而灌浆持续时间就成为影响桔梗粒重的主要影响因素。

桔梗籽粒灌浆经历了渐增期(花后14d内)、快增期(花后15～31d)和缓增期(花后32～51d)，籽粒干重的增加趋势呈“S”型曲线变化规律，符合Logistic方程，籽粒灌浆高峰期出现在花后14～31d;对桔梗开花后可溶性糖和淀粉分配特性的研究结果表明，桔梗开花后25d内，根部贮藏淀粉分解为可溶性糖被运至地上部分，花后25d以后，功能叶合成的部分光合产物被运至根部促进根的生长发育;桔梗花后14d内(籽粒灌浆的渐增期)，功能叶合成的有机物和根部运出的有机物并非被主要用于增加粒重，而是主要被用于果实形态的构建和籽粒库容的形成，因此在灌浆的这一阶段籽粒干重增加较缓慢;从开花后15d开始，有机物质输入籽粒中的份额逐渐增加，到花后22d前后达到最大，灌浆速率也达到最大，此时运入籽粒有机质可能仍然包含光合产物和根部贮藏物;开花25d后，虽然根部由有机物输出的源转为光合物输入的库，但此时籽粒仍是较强代谢库，吸入较多的光合产物而处在灌浆的快增阶段，直到花后31d籽粒增重速度才逐渐放缓。

4　结论

开花后10～19d，桔梗籽粒鲜重迅速下降，花后19d降到最低，之后开始上升，花后46d达到最大后又开始下降;籽粒干重的增加趋势呈“S”型曲线变化规律，符合Logistic方程，桔梗籽粒灌浆经历渐增期(花后14d内)、快增期(花后15～31d)和缓增期(花后32～51d)，最大灌浆速率出现在花后22d，开花49～51d后籽粒干重达到最大，籽粒灌浆也基本结束，此时籽粒含水量降到36.1%以下，为种子最佳采收期。籽粒干重与灌浆持续时间呈极显著正相关，与籽粒含水量呈极显著负相关，而与灌浆速率无显著相关性。