黄精为药食同源的大宗药材，来源于黄精(Polygonatum sibiricum Red.)、多花黄精(P.cyrtonema Hua.)和滇黄精(P.kingianum Coll.et Hemsl.)的干燥根茎，按照对应的根茎形状俗称为鸡头黄精、姜黄精和大黄精。黄精最早的记载于《名医别录》，具有“主补中益气，除风湿，安五脏。久服轻身、延年、不饥”等主要功效。《本草纲目》记载：“黄精补诸虚，填精髓，平补气血而润”。而现代研究证明，黄精主要含有黄精多糖、甾体皂苷、黄酮及蒽醌类化合物，生物碱、强心苷、木脂素、维生素和多种对人体有益处的氨基酸和微量元素等[1-2]。而其对应的药理研究认为，黄精具有延长寿命抗衰老，降血糖，降血脂，抗炎抗菌，调节免疫力，抗肿瘤等多种药理作用。黄精在临床上的应用主要是以黄精为主要原料的许多中药复方制剂如消糖灵胶囊、消渴降糖片、黄精注射液等，已广泛应用于中医临床。黄精属植物也被用作各种功能食品，根状茎常与肉或粥一起煮，制成茶或者药酒，作为水果或者蔬菜食用，在一些地方，幼叶和幼茎也被用作蔬菜[3-5]。
近年来，黄精药材的需求量日益增加，野生资源的采挖已经不能满足市场需求，所以这就需要人工进行大量种植。黄精有2种繁殖方式，分为有性繁殖(种子繁殖)和无性繁殖(根茎繁殖)。根茎繁殖存在成本高易导致品种退化，影响药材产量和重量的问题，而种子繁殖可以得到大量的种苗，降低生产成本等优点，但是黄精种子在实际种植中存在休眠现象，使得黄精资源开发利用、人工育种栽培存在问题。本研究对《中华人民共和国药典》(2015版)收载的黄精药材来源的3种植物(黄精、多花黄精和滇黄精)的种子进行了初步研究[6]，模拟黄精种子自然萌发的温度条件，探索种子萌发规律和种胚发育的特点，为黄精种子处理和黄精药材生产提供支持。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试种子2018年10月份采自吉林省柳河县、陕西略阳、云南玉溪、云南临沧、安徽祁门和北京市海淀区药用植物研究所药用植物园，经中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所祁建军研究员鉴定为黄精(P.sibiricum Red.)，多花黄精(P.cyrtonema Hua.)和滇黄精(P.kingianum Coll.et Hemsl.)。采集信息见表1。果实在10月左右进行采集，采集后使用塑料袋密封发酵3～5 d，之后使用网袋将果肉搓去，然后用清水洗净种子后置于阴凉处晾干、去除其中干瘪、虫蛀不饱满种子和残渣，留下形状饱满的种子备用。
表1 种子采集信息表
Tab.1 Seeds collection information
代号Code采集地点Collecting site种Species学名 Scientific name 千粒质量/gSeed weight胚率/%Embryo rateDH1云南省玉溪多花黄精P. cyrtonema Hua.24.40±0.43e46.87±6.80bDH2云南临沧多花黄精P. cyrtonema Hua.33.48±0.17b39.71±6.45fDJ1安徽省祁门滇黄精P.kingianum Coll.et Hemsl.50.23±1.17a43.79±4.83dDJ2云南临沧滇黄精P.kingianum Coll.et Hemsl.33.09±0.09b39.27±4.52fHJ1吉林省柳河黄精P. sibiricum Red.30.78±1.29d41.85±6.79eHJ2北京药用植物园黄精P. sibiricum Red.31.61±1.04c44.62±8.00cHJ3陕西略阳黄精P. sibiricum Red.31.38±0.07c56.39±6.11a
1.2 试验方法
1.2.1 千粒质量及种子胚观察 参照《林木种子检验规程》(GB 2772-1999)，采用百粒质量法测定种子千粒质量。种子在蒸馏水40 ℃浸泡48 h后，随机选择100粒种子，徒手切片后在体式显微镜下观测种子的胚和胚乳纵长，计算胚率，并观察种子胚萌发的变化，其中对黄精种子在25 ℃萌发过程的胚率动态变化每隔1 d进行测定。
1.2.2 恒温层积 温度共设置4个处理：4，15，20，25 ℃，黑暗环境。种子使用温水浸种24 h，然后吸干种子表面水分，之后使用75%乙醇浸种5 min进行种子消毒。然后将种子装入直径为10 cm的带盖塑料发芽杯中，装入适量干净河沙，每个发芽杯中装入50粒种子，每个温度设置3个重复，分别置于恒温培养箱层积150 d。每隔3 d或者7 d记录种子发芽和出苗数，重复3次。种子以胚根突破种皮长度超过种子自身长度视为发芽，以芽出土并展开第一片真叶视为出苗。
1.2.3 变温层积 种子温度层积设3个变温组合，30/20 ℃，25/15 ℃，20/10 ℃，变温时间为12/12 h；一个4 ℃恒温处理；黑暗环境。种子处理同上，每个发芽杯中装入50粒种子。每个温度处理设置6个样本重复，然后置入人工气候培养箱中进行培养。每周观察一次种子的萌发情况，记录萌发种子的个数，去除掉腐烂的种子。种子以胚根突破种皮长度超过种子自身长度视为发芽，持续观察15周。之后将这些种子分为2批分别置于25 ℃室温处理和4 ℃低温处理进行出苗试验，以芽出土并展开第一片真叶视为出苗，然后每隔30 d记录种子的出苗情况。
1.3 数据统计分析
按以下几个指标进行统计和分析：
胚率=(胚纵长/胚乳纵长)×100%；
萌发率=(萌发种子数量/种子总数)×100%；
出苗率=(出苗种子数量/种子总数)× 100%。
2 结果与分析
2.1 黄精种子胚的形态及胚率
黄精、多花黄精和滇黄精种子阴干后大致呈卵圆形，种皮质地坚硬，胚位于种子中部，沿种子中轴呈棒状结构，占据种子小部分空间，且胚结构简单，分化不明显，没有明显的胚芽、胚轴、胚根和子叶的分化(图1)。胚乳占据种子大部分空间，胚乳细胞小、胞间隙小，排列致密，细胞质浓厚。统计种子千粒质量和胚率(表1)。种子胚率相差不大，种子千粒质量差异较大，DJ1滇黄精种子的千粒质量达到50 g左右，而DH1的千粒质量只有约24 g。对黄精种子发芽胚率动态变化进行统计(图2)，胚率46.6%～53.7%，在16 d左右开始出现种子发芽，其中在2～4 d是种子胚率的明显增长时期。
A.黄精；B.多花黄精；C.滇黄精。
A.P.sibiricum Red.；B.P.cyrtonema Hua.；C.P.kingianum Coll.et Hemsl..
图1 种子纵切面显示种胚与胚乳
Fig.1 Longitudinal section of seed showing seed embryo and endosperm
图2 黄精种子发芽过程胚率变化
Fig.2 The changes of embryo rate of P.sibiricum Red. seeds during germination
2.2 恒温层积下3种黄精种子的萌发情况
HJ3、DH2和DJ2在4个不同温度层积的萌发结果显示，25 ℃层积90 d 3种黄精均能发芽，HJ3种子在60 d左右达到最大萌发率，而DH2和DJ2在75 d左右达到最大萌发率(图3)。HJ3种子在20 ℃条件下90 d 的萌发率可达87.33%，15 ℃下有12.67%的萌发率，4 ℃未有萌发。DH2和DJ2种子在20，15，4 ℃条件下90 d均没有萌发。25 ℃层积，HJ3种子在2周后开始萌发，比DH2和DJ2提早约30 d萌发，达到50%发芽率的天数也比DH2和DJ2早45～55 d。其中HJ3大量萌发主要集中在3～8周，DH2和DJ2则主要集中在7～10周，HJ3的萌发高峰期与DH2和DJ相比较早。以上研究表明，HJ3、DH2和DJ2种子适合的萌发温度为25 ℃，HJ3种子萌发速度快。
2.3 变温层积下黄精种子萌发情况
模拟自然界白昼和夜晚温度变化，设置了3个昼夜变化的温度层积试验研究黄精、多花黄精和滇黄精种子萌发。不同温度对5份黄精种子萌发率的影响大致相同(图4)，其中30/20 ℃是DJ1种子和3份HJ种子的最适萌发温度，DH1的最适萌发温度是20/10 ℃。DH1在3个变温处理中均有萌发情况，其中在20/10 ℃萌发率最高为85.09%，在30/20 ℃，25/15 ℃ 2个温度处理为54.7%左右。DH1种子萌发时间较早，30/20 ℃，25/15 ℃ 2个处理在第5周开始出现萌发的种子，而20/10 ℃处理则要稍晚1周，但是萌发速度较快。DJ1种子在3个变温处理中均有萌发情况，但是最适萌发变温为30/20 ℃，萌发率为38.77%，在第6周开始出现萌发的种子，在11周时基本停止萌发。而3份HJ种子萌发情况则较为相似，只在30/20 ℃变温处理下种子有萌发现象，而在另外2个变温处理中几乎无萌发现象。且HJ种子萌发时间较晚，大致在第9周开始大量萌发。5份种子在4 ℃对照处理下均没有萌发情况。
图3 黄精种子在恒温层积下种子萌发情况
Fig.3 Seed germination of P.sibiricum seeds at constant temperature stratification
2.4 温度对5份黄精种子出苗的影响
2.4.1 室温下黄精种子出苗情况 根据药用植物研究所栽培中心栽培技术实验室前期工作结果显示，滇黄精种子和多花黄精种子不存在休眠现象，在种子发育到小球茎阶段后，上胚轴可以突破球茎进而出苗。而黄精种子在小球茎阶段上胚轴会停止生长，需要破眠处理才可以继续生长进而出苗(图5)。以黄精种子萌发出苗过程为例，首先种子萌动长出胚芽，胚芽继续伸长尖端膨大长出小球茎，之后球茎继续长大，在球茎继续伸长的是下胚根，球茎上方生长出一个小芽，之后种子进入休眠状态停止生长(图6)。这时需要对种子进行破眠处理，种子的芽继续伸长进而出苗。
将恒温层积试验的萌发种子继续置于25 ℃条件沙藏，可以看到HJ3种子没有出苗，仅仅是根的生长，而DH2和DJ2在约117 d左右开始出苗，130 d左右出苗率达到最大值(图7)，在常温层积了24～45 d为出苗高峰期。DH2的最大出苗率为80.67%，DJ2的最大出苗率为54.0%，说明2个品种的种子不存在休眠情况，在常温下就可以出苗。而HJ3种子因为存在休眠情况在常温下没有出苗现象。
图4 变温层积时黄精种子萌发情况
Fig.4 Germination of Polygonatum seeds under temperature stratification
由左至右分别为黄精、多花黄精和滇黄精；Se.种子;Sh.芽;Co.球茎;Ro.根。
From left to hight:P.sibiricum Red.，P.cyrtonema Hua.and P.kingianum Coll.et Hemsl.；Se.Seed;Sh.Shoot;Co.Corm;Ro.Root.
图5 黄精种子球茎期
Fig.5 Corm stage of three Polygonatum seeds
恒温25 ℃下黄精种子萌发及出苗过程。A.2周;B.3周;C.4周;D.6周;E.8周开始低温处理;F.低温45 d;G.低温90 d;H.低温120 d。
Emergence process of Jilin Polygonatum sibiricum Red. seeds at a constant temperature of 25 ℃.A.Two weeks;B.Three weeks;C.Four weeks;D.Six weeks;E.Cryogenic treatment after eight weeks;F.Low temperature for 45 days;G.Low temperature for 90 days;H.Low temperature for 120 days.
图6 黄精种子出苗过程
Fig.6 Emergence of P.sibiricum Red. seeds
将之前变温试验的萌发种子置于室温25 ℃沙藏处理，可以看到出苗情况(图8)与一直恒温处理的种子较为相似，DH1 3份种子最大出苗率为60%左右，DJ1 3份种子最大出苗率为91.43%,而HJ1、HJ2、HJ3在室温25 ℃下均没有出苗情况。DH1出苗高峰期集中在60～90 d，DJ1则在30 d之前出苗50%以上，而这与一直置于恒温下种子不太相同，可能是因为产地不同或者变温对种子产生了一定影响。
2.4.2 低温下黄精种子出苗情况 将变温试验的萌发种子置于4 ℃低温处理，然后分别记录种子的出苗情况(图9)。可以看出3个品种的黄精种子均有出苗情况，DH1在低温下出苗情况较好，出苗率为88%左右，DJ1在低温下只有少量出苗为8%，HJ1为52.38%，HJ3为85.78%，而HJ2在低温下没有出苗情况。DH1在30 d只有少量出苗在60 d已经有50%以上的出苗率。DJ1则也是在30 d无出苗，在60 d有少量出苗，之后再无变化。HJ1和HJ3则类似在30 d无出苗情况，出苗集中在60 d之后。与室温25 ℃下出苗情况对比，DH1在低温下出苗情况更好且出苗更早。而DJ1种子在低温下出苗率远低于室温，HJ种子则只在低温下有出苗情况。
图7 黄精种子在25 ℃沙藏下的出苗率
Fig.7 Germination rate of P.sibiricum seeds at 25 ℃
不同小写字母数值间表示达到0.05显著水平。图9同。
Different lowercase letters and numbers indicate a significant level of 0.05，The same as Fig.9.
图8 变温处理后黄精种子在25 ℃下出苗情况
Fig.8 Emergence of P.sibiricum seeds at 25 ℃ after variable temperature treatment.
3 讨论
温度是影响种子萌发和出苗的重要因素，种子萌发时体内需要进行活跃的代谢反应，而温度可以通过影响酶的活性来影响种子内的代谢反应从而影响种子的发芽速率和萌发率[7-9]。每种种子都有自己适合的温度范围，温度过高和过低都会影响种子的萌发情况。选择了3个变温梯度以及一个恒温对照处理种子，试图模拟自然界中季节及昼夜温度变化[10]。在4个恒温条件处理中，25 ℃为第3个品种的最适萌发温度，萌发率可以达到90%及以上。在变温处理则较为不同，萌发率远低于恒温处理，多花黄精和滇黄精在3个变温阶段都会有萌发情况，多花黄精最适变温为20/10 ℃，滇黄精为30/20 ℃，而黄精种子则只在30/20 ℃有萌发情况，说明多花黄精适合在低变温条件下萌发，而滇黄精和黄精比较适合在温度较高的季节萌发。在恒温25 ℃条件下，黄精种子在2周就开始出现萌发种子，滇黄精和多花黄精在4周也开始萌发，但是在变温条件下5份黄精种子均在5～6周左右开始萌发，这说明3个品种黄精种子更加适合在恒温条件下萌发，在恒温下种子活力、萌发率和发芽整齐度均较高。
图9 低温层积下黄精种子出苗情况
Fig.9 Seedling emergence of Polygonatum under normal and low temperature stratification
在本研究中，选择了阴干的黄精种子进行了发芽处理，且种子的发芽率并没有受到影响，这也说明黄精种子是可以干燥保存的，并不影响种子的萌发情况。而且笔者注意到在千粒质量中，DJ1的千粒质量要远远高于其他种子，这可能因为该种子家种程度较高，所以相比于野生度较高的种子生长情况要更好，种子发育程度也更好[11]，且滇黄精植株较为高大，可以长到1～2 m，这也与种子重量有一定关系。在3种种子的纵切图中可以看出成熟收获之后的黄精种子胚发育不全，没有形成明显的胚结构，种子中只有一个棒状的胚，种子的其他大部分为胚乳[12]。张玉翠等[13]发现黄精种子因为种皮透水性较差，胚乳结果较为致密，导致溪水缓慢，去掉种皮和胚乳后会对种子萌发起到帮助。张跃进等[14]使用甲醇对黄精种子的种皮、胚乳和胚的粗提物处理白菜种子，均表现出萌发和幼苗生长抑制现象，其中胚的抑制效果最强，说明黄精种子除了胚发育不全还存在生长抑制物，而这些原因导致了种子休眠。黄精种子在萌发初期需要较高温度25 ℃条件，恒温下萌发速度较快，由于种子中存在的生长抑制物，所以在小球茎时期会停止生长，需要一个低温处理(大约60～90 d)破除休眠才可以出苗 [15]。通过这些特征结合Baskin的种子休眠理论[16]，判定黄精种子应该为形态生理休眠类型(Morphophysiological dormancy)，在黄精种子的小球茎时期属于上胚轴休眠，休眠情况较为复杂。
恒温和变温是种子萌发的2种常用的方法，因为自然中存在着季节及昼夜温度变化，所以植物应该大都适应变温，特别是一些从母体离开时还未完全成熟的种子或者存在休眠的种子，比如沙棘、发草、盐节木等植物在变温处理下萌发情况会更好[17-19]。有研究表明，变温处理会促进种子中各类酶系统的活性变化，引起种皮收缩，加强与环境的气体交换等[20]。但是根据试验结果，黄精种子更加适合于恒温萌发，种子萌发速度、发芽整齐度和种子活力都更好，但是在实际生产中并没有绝对恒温环境。根据本试验结果来看，在农业的实际生产中黄精和滇黄精种子适合在温度最高的夏天播种，黄精种子经历冬季自然低温后次年三四月份即可出苗，而滇黄精出苗需要较高温度。多花黄精则适合在温度较为适宜的秋季进行播种，与黄精种子相同次年三四月份可出苗。本研究为黄精种子的播种时间提供了科学依据，有助于农业上试验大规模种子种植，从而解决中药材黄精日益增长的需求量。
[1] 陈晔，孙晓生.黄精的药理研究进展[J].中药新药与临床药理，2010，21(3)：328-330.doi：10.19378/j.issn.1003-9783.2010.03.038.
Chen Y，Sun X S.Research progress in the pharmacology of Polygonatum[J].Traditional Chinese Drug Research and Clinical Pharmacology,2010，21(3)：328-330.
[2] 张洁，马百平，杨云，孙国珍.黄精属植物甾体皂苷类成分及药理活性研究进展[J].中国药学杂志，2006，41(5)：330-332.doi：10.3321/j.issn：1001-2494.2006.05.004.
Zhang J，Ma B P，Yang Y，Sun G Z.Research progress on steroidal saponins and pharmacological activities of Polygonatum[J].Chinese Pharmaceutical Journal,2006，41(5)：330-332.
[3] Wujisguleng W，Liu Y J，Long C L.Ethnobotanical review of food uses of Polygonatum(Convallariaceae)in China[J].Acta Soc Bot Pol，2012，81(4)：239-244.doi：10.5586/asbp.2012.045.
[4] Pandey M M，Govindarajan R，Khatoon S，Rawat A K S，Mehrotra S.Pharmacognostical studies of Polygonatum cirrifolium and Polygonatum verticillatum[J].Journal of Herbs Spices & Medicinal Plants，2007，12(1-2)：37-48.doi：10.1300/J044v12n01_04.
[5] Bibi Y，Arshad M，Sabir S，Amjad M S，Ahmed E，Chaudhari S K.Pharmacology and biochemistry of Polygonatum verticillatum：a review[J].Journal of Coastal Life Medicine， 2016，4(5)：406-415.doi：10.12980/jclm.4.2016J5-228.
[6] 国家药典委员会.中华人民共和国药典[S].一部.北京：中国医药科技出版社，2015：248 ISBN：7-5025-6524-8.
National Pharmacopoeia Commission.Pharmacopoeia of the People’s Republic of China[S].Part I.Beijing：China Medical Science and Technology Press，2015：248
[7] 宋松泉，程红焱，姜孝成.种子生物学[M].北京：科学出版社，2008：134-135.
Song S Q，Cheng H Y，Jiang X C.Seed biology[M].Beijing：Science Press，2008：134-135.
[8] 薛婷婷，刘嘉，沈永宝，刘广勤.温度对薄壳山核桃种子萌发的影响及其机制初探[J].中南林业科技大学学报，2017，37(11)：42-50.doi：10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.11.008.
Xue T T，Liu J，Shen Y B，Liu G Q.Effect of temperature on the germination of pecan seeds and its mechanism[J].Journal of Central South University of Forestry Technology，2017，37(11)：42-50.
[9] 王玉峰.温度对植物种子萌发机制的影响[J].防护林科技，2015(6)：76-78.doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2015.06.029.
Wang Y F.The effect of temperature on the germination mechanism of plant seeds[J].Protection Forest Science and Technology，2015(6)：76-78.
[10] 苟祎，李振南，杨念婷，范汝艳，王雨华.温度对勐腊毛麝香种子萌发特性的影响[J].种子，2018，37(10)：16-21.doi：10.16590/j.cnki.1001-4705.2018.10.010.
Gou W，Li Z N，Yang N T，Fan R Y，Wang Y H.Effect of temperature on germination characteristics of Adenosma buchneroides seeds[J].Seed，2018，37(10)：16-21.
[11] 陈培燕，韩永芬.黔引普那菊苣种子千粒质量对发芽成苗的影响[J].贵州农业科学，2008(4)：134-135.doi：10.3969/j.issn.1001-3601.2008.04.053.
Chen P Y，Han Y F.Effect of Qianyin Puna chicory seed thousand-seed weight on germination and seedling[J].Guizhou Agricultural Sciences，2008(4)：134-135.
[12] 傅飞龙，丁自勉，马存德，魏建和，李先恩，祁建军.黄精种子萌发及出苗特点研究[J].中国现代中药，2017，19(8)：107-112.doi：10.13313/j.issn.1673-4890.2017.8.020.
Fu F L，Ding Z M，Ma C D，Wei J H，Li X E，Qi J J.Study on the characteristics of seed germination and emergence of Polygonatum[J].Modern Chinese Medicine，2017，19(8)：107-112.
[13] 张玉翠，李勇刚，王占红，刘峰，张跃进.黄精种子休眠原因的研究[J].种子，2011(4)：62-65.doi：10.16590/j.cnki.1001-4705.2011.04.053.
Zhang Y C，Li Y G，Wang Z H，Liu F，Zhang Y J.Study on the dormancy of Polygonatum seed[J].Seed，2011(4)：62-65.
[14] 张跃进，张玉翠，王占红，马兰兰，刘峰，张小燕.黄精种子内源抑制物质的初步研究[J].西北农业学报，2011，20(7)：50-55.doi：10.7606/j.issn.1004-1389.2011.7.012.
Zhang Y J，Zhang Y C，Wang Z H，Ma L L，Liu F，Zhang X Y.Preliminary study on endogenous inhibitory substances of Polygonatum[J].Acta Agriculturae Borealioccidentalis Sinica，2011，20(7)：50-55.
[15] 吴维春，罗海潮.温度与黄精种子萌发试验[J].中药材，1995，18(12)：597-598.doi：10.13863/j.issn1001-4454.1995.12.001.
Wu W C，Luo H C.Temperature and Polygonatum seed germination test[J].Journal of Chinese Medicinal Materials，1995，18(12)：597-598.
[16] Baskin C C，Baskin J M，Auken O W V.Dormancy-breaking and germination requirements in seeds of the summer annual Palafoxia callosa (Asteraceae)from central Texas[J].Southwestern Naturalist，1999，44(3)：272-277.doi：10.1017/S0960258500000507.
[17] 塔依尔，杨梅花.不同温度对沙棘种子萌发的影响[J].种子，2004，23(9)：32-34.doi：10.16590/j.cnki.1001-4705.2004.09.042.
Ta Y E，Yang M H.Effects of different temperatures on the germination of seabuckthorn seeds[J].Seed，2004，23(9)：32-34.
[18] Qu X X，Baskin J M，Wang L，Huang Z Y.Effects of cold stratification，temperature，light and salinity on seed germination and radicle growth of the desert halophyte shrub，Kalidium caspicum(Chenopodiaceae)[J].Plant Growth Journal，2008，54(3)：241-248.doi：10.1007/s10725-007-9246-3.
[19] 张睿昕，鱼小军，邓利强，薛鑫.温度对发草种子萌发和幼苗生长的影响[J].草原与草坪，2010，30(1)：42-44.doi：10.13817/j.cnki.cyycp.2010.01.013.
Zhang R X，Yu X J，Deng L Q，Xue X.The effect of temperature on Deschampsia cespitosa seed germination and seedling growth[J].Grassland and Turf，2010，30(1)：42-44.
[20] 刘佳，朱翔，王文祥，叶宏达，叶怡然，海梅荣.黄精种子休眠的研究进展[J].农学学报，2018，8(3)：11-15.
Liu J，Zhu X，Wang W X，Ye H D，Ye Y R，Hai M R.Research progress of Polygonatum seed dormancy[J].Journal of Agriculture，2018，8(3)：11-15.