穿心莲种子等级的综合评判研究

张峻淞， 曾令杰， 何绮莉, 黄嘉玲， 张晓元

(1.广东药科大学中药学院， 广州 510006；2.国家中医药管理局岭南中药材生产与开发重点研究室， 广东 广州 510006；3.韶关市华工高新技术产业研究院, 广东 韶关 512027)

穿心莲(Andrographispaniculata(Burm.f.)Nees)为爵床科一年生草本植物，为《中华人民共和国药典》(2015年版)收录的品种[1]，在我国主要栽培于福建、广东、海南、广西、云南等地，以种子繁殖。种子质量直接影响穿心莲的栽种及其栽培管理，以及穿心莲药材的产量和质量。但在大部分产区，穿心莲种子只作为药材采收的副产品，尚没有相应的种子质量标准或等级划分的国家标准或行业标准可以参考。研究制定穿心莲种子质量标准及合理划分其质量等级对穿心莲规范化栽培非常重要。

一般将穿心莲种子的净度、含水量、千粒重、发芽率作为评判穿心莲种子等级的指标，以最低定级原则确定其质量等级[2-3]。然而，由于产地生态环境的差异、栽培管理及采收初加工措施的不同，不同来源的穿心莲种子的净度、含水量、千粒重、发芽率等指标间差异较大，若以最低定级原则确定穿心莲种子的等级，难免会造成有些优质的种子被划分到较低的等级之中，因此，按最低定级原则确定的等级难以体现种子质量的整体情况，达不到精准指导及规范穿心莲药材生产之目的。为了更全面地表征穿心莲种子的质量情况，应用系统聚类分析及偏最小二乘回归分析等方法[4-7]，综合考虑各指标对穿心莲种子质量分级的影响，探讨并建立了穿心莲种子等级评价模型，应用于穿心莲种子的等级判定，为种子的等级评价及穿心莲的规范化栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试的穿心莲种子共有38个批次，采自广东乳源、英德10批(C 1～C 4、C 33～C 38)、广西贵港9批(C 5～C 8、C 23～C 27)、湖南临武2批(C 9～C 10)、四川会理2批(C 11～C 12)、云南西畴2批(C 13～C 14)、海南南宝2批(C 15～C 16)、贵州贞丰2批(C 17～C 18)、福建漳浦9批(C 19～C 22、C 28～C 32)。

1.2 方 法

1.2.1净 度

从每批穿心莲种子样品中分别取1.000 0 g，平行3份，将样品分为：净种子、其他植物种子、杂质，分别称重。计算净种子质量分数，即为净度。

1.2.2含水量

从每一批净种子样品中，取样1.000 0 g种子(取样误差不超过1%)，重复3次。称后的试样放入130 ℃的烘箱中烘150 min，使其达到恒重，然后立即放入干燥器中冷却30 min，再称其重量，并计算种子的含水量。

种子含水量(%)=[(样品烘前重量-样品烘后重量)/样品烘前重量]×100%。

1.2.3千粒重

从每批净种子样品中，分别随机数取1 000粒种子，称定重量，并以含水量13%进行折算，重复3次，取平均值作为该批次的千粒重。

1.2.4发芽率

选择纸床作为发芽床，用带盖的透明培养皿进行培养[8]，随机选取100粒穿心莲净种子，重复4次，在25～30 ℃的条件下培养7 d，定期加水，定时统计发芽数目，除去发霉腐烂的种子并统计其数目。置床后第2天为首次计数时间，置床后第7天为末次计数时间。

1.2.5生活力

采用TTC法测定穿心莲种子生活力。分别随机抽取穿心莲净种子50粒，重复4次，将种子预湿4 h后，沿种脊方向纵切1/2，使种子外形呈U型。然后，将种子浸泡在0.1%红四氮唑溶液中，置于40 ℃的恒温培养箱中染色17 h后进行观察并计算染红种子粒数。

1.2.6数据处理与分析

采用SPSS 24.0软件进行统计描述；采用SIMCA-P 13.0软件进行系统聚类分析、偏最小二乘法判别分析和偏最小二乘回归分析。

2 结果与分析

2.1 穿心莲种子各项指标测定结果

通过对38批穿心莲种子各指标进行测定(见表1、表2)，结果表明，各批次穿心莲种子的含水量为9.95%～16.43%，发芽率为70.00%～98.25%，千粒重为0.883 2～1.325 9 g，生活力为57.50%～97.50%，其中的相对标准偏差(RSD)变化最大的是千粒重，为12.53%，最小的是发芽率，为8.45%，这四项指标都可作为穿心莲种子分级的重要指标。

净度客观地反映了种子样品本身的纯净度，在种子的质量标准中，要求净度应不低于90%，生产上可以通过过筛等简单的操作达到这个要求。本实验收集的38批穿心莲种子中，除4批穿心莲种子的净度较低之外，其余批次穿心莲种子净度均在90%以上；由于在测量含水量、发芽率、千粒重、生活力时，取的是各批次纯净种子进行实验，因而，不同批次穿心莲种子中，这些指标的变化与种子的净度大小无相关性，因此在之后的等级划分时，没有考虑将净度作为穿心莲种子等级划分的考察指标，净度仅作为穿心莲种子质量标准的一个最基本要求。

表2 穿心莲种子统计描述Table 2 Statistical description of A. paniculata seeds

2.2 不同来源的穿心莲种子的系统聚类分析

以能区分穿心莲种子质量差异的千粒重、含水量、发芽率及生活力指标为依据，通过SIMCA-P 13.0对38批穿心莲种子样品进行系统聚类分析，将穿心莲种子分为3组(图1)，C 25、C 23、C 26为一个类型；C 34、C 35、C 36、C 37、C 38、C 24、C 29、C 30、C 32、C 33、C 27、C 28、C 31为一个类型；C 1、C 7、C 20、C 16、C 2、C 10、C 15、C 19、C 21、C 13、C 14、C 22、C 8、C 12、C 5、C 18、C 3、C 9、C 4、C 11、C 6、C 17为一个类型。

2.3 偏最小二乘法判别分析与穿心莲种子等级的划分

偏最小二乘法判别分析主要反映X变量和分组变量之间的线性关系，可对不同等级划分的合理性加以判定。为了判断系统聚类分析对不同批次穿心莲种子分组的合理性，利用SIMCA-P 13.0进行偏最小二乘法判别分析。由图2可知，穿心莲种子样品同样可以分为三类，和系统聚类分析结果一致，说明系统聚类分析等级划分的结果是合理的，从PLS-DA得分图(图2)可以看出，各组之间有较明显的界限。

2.4 穿心莲种子分级模型建立及等级评判

将穿心莲种子发芽率、千粒重、生活力、含水量作为自变量(X)，等级作为因变量(Y)，利用SIMCA-P 13.0进行偏最小二乘回归分析(PLS)，建立回归模型。其回归方程为：

Y(种子等级)=8.044-2.048X1-0.003X2-0.227X3-0.012X4,其中X1代表千粒重，X2代表发芽率，X3代表含水量，X4代表生活力。若输出值在0.3～1.3之间，则判别为一级种子；输出值在1.3～2.3之间，则判别为二级种子；输出值在2.3～3.3之间，则判别为三级种子。

为了考察建立的回归模型的预测精确度，将原始数据代入上述回归方程计算预测值，并与实际观测值进行比较，结果如图3所示，模型的预测值与实际值基本在对角线的两侧，拟合度良好，表明模型有较好的预测能力，可以用于穿心莲种子的等级判定。

3 讨 论

本研究从穿心莲各主产地采集了38批穿心莲种子，测定了其净度、千粒重、含水量、发芽率及其生活力等指标，并以这些指标为依据，采用数理统计学的方法，开展了穿心莲种子的分级研究。通过系统聚类分析，将这38批穿心莲种子分为三个不同的质量等级，PLS-DA分析的结果与系统聚类分析的结果一致，表明等级的划分合理。

为了便于判定某批穿心莲种子的等级类型，探讨并建立了穿心莲种子等级的预测模型，该模型为：Y(种子等级)=8.044-2.048X1(千粒重)-0.003X2(发芽率)-0.227X3(含水量)-0.012X4(生活力)。若Y在0.3～1.3之间，则为一级种子；Y在1.3～2.3之间，则为二级种子；Y在2.3～3.3之间，则为三级种子。该模型能够反映影响穿心莲种子质量的各项指标所占的权重，为综合判断穿心莲种子等级的模型，可避免单独以某项指标来确定穿心莲种子等级的缺陷。

由于自然环境与人工栽培管理条件的差异，不同来源的穿心莲种子，各自所具备的优势不同，其胚的完整性、营养物质的储备量等内在因素存在差异，最终反映在各指标上的数值大小也不同，若单独以某个指标来判定其种子的质量等级有失偏颇；而种子等级判定的回归模型综合考虑了影响穿心莲种子质量的各因素，故其评判分级相对比较全面而客观，有利于穿心莲优质种子的筛选和穿心莲的规范化栽培，为大规模生产过程中穿心莲药材的产量和质量保障奠定了基础；同时，该类模型分析方法也为其他中药材种子质量的综合分级评价提供了参考。