天麻种苗质量分级标准研究

梁 彤， 廉 冬， 马珍璐， 张跃进， 孙建华， 张小燕

(1.西北农林科技大学， 陕西 杨凌 712100；2.陕西汉王略阳中药科技有限公司， 陕西 略阳 724300)

天麻(GastrodiaelataBl.)为兰科多年生异养型植物[1],无根，无叶。以其块茎入药，味甘、性平，归肝经，具有息风止痉，平抑肝阳，祛风通络的功效[2-8],分布于陕西、四川、贵州、云南等地。天麻野生资源已处于濒危状态，被列为国家二级保护品种。20世纪70年代初，天麻野生变家种获得成功，栽培技术在全国得到推广应用[9-11]。几十年来，人们不断深入研究天麻无性栽培技术与有性栽培技术，天麻人工栽培技术日趋成熟[12-16]。然而，由于天麻种子细小，其萌发与生长需要和萌发菌、蜜环菌拌播[17-18]，一直以来尚无标准可依，加之各地种苗(零代子)来源不清，导致种麻质量差异较大、良莠不齐[19]。天麻种苗质量直接影响天麻产量和品质。因此，本研究在前期对汉中地区天麻种苗研究的基础上[20]，通过对全国主要产区天麻种苗生长情况进行调研、取样，采用逐步聚类法对天麻种苗进行质量分级标准研究，为天麻规范化、规模化生产提供保障，为制定国家天麻种苗标准奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

本实验材料分别采自我国4个主要的天麻产区，均为采用当地的天麻种子进行直播获得的种苗。具体来源及编号见表1。

表1 天麻种苗编号及来源

序号种子来源1～60云南小草坝61～120湖北宜昌121～180安徽大别山181～480陕西略阳

1.2 试验方法

每个样地随机选取天麻种苗，并测量其宽度、长度及重量。利用Excel 2010软件和SPSS 21软件对天麻种苗进行数据统计，并通过逐步聚类分析法对结果进行分析。

1.3 分级方法

1.3.1数据标准化

统计分析在同一水平上进行，采用极差法将观测值进行数据标准化。

式中：Xij为样本指标的测量值；i为天麻种苗的长度或重量观测值；j为观测样本序号；Xi(max)、Xi(min)为观测总样本长度或重量的最大值和最小值。

1.3.2天麻种苗个体间聚类分析

统计学常以欧氏距离表示天麻种苗个体间的相似程度，距离越小，则其相似程度越大。

1.3.3各级临界值计算

将修改分级后的凝聚中心为圆心，以半径r作图。可得到各级的下限，从而确定各级的临界值。

式中，K=1，SL标为各级种苗长度标准化值的标准差；SW标为各级种苗重量的标准化值的标准差。

2 结果与分析

2.1 天麻种苗分级指标的确定

按照种子、种苗质量标准“科学性、实用性、统一性、规范性”的制定原则，对影响天麻种苗质量的长度、重量、宽度3个指标进行相关性分析，结果见表2。

表2 各指标间的相关矩阵

指标宽度长度重量宽度1.000长度0.696**1.000重量0.800**0.805**1.000

注：**表示在0 .01 水平(双侧)上显著相关。

表2相关矩阵显示：宽度、长度与重量三者之间在0.01水平存在显著相关性。根据皮尔逊相关性分析，相关系数小于0.3为微弱相关，相关系数在0.5～0.8之间为中度相关，相关系数在0.8～1之间为高度相关。天麻种苗长度与重量的相关系数为0.805，呈高度相关。因此认为，采用天麻种苗长度和重量2个指标可以反映其质量的优劣，而且也利于实际过程中的操作。故最终认定以天麻种苗的长度和重量作为衡量天麻种苗分级标准的指标。

采用公式(1)进行数据标准化处理，得出各个天麻种苗长度、重量的标准化值，见表3。

2.2 天麻种苗初始分级

种苗按照长度与重量的标准化值之和的大小，在同一维坐标上进行排序，在分群较明显、序号堆积较少的地方，将种苗划分为4级，完成天麻种苗初始分级。见图1。

图1 天麻种苗坐标排序图

2.3 修正分级

为避免初始分级中人为主观因素的影响，常用公式(2)欧氏距离对初始分级结果进行修正。按照初始分级，以各级天麻种苗长度、重量标准化值的平均值作为该级的凝聚中心。经计算，各级凝聚中心为Ⅰ(1.00，0.39)，Ⅱ(0.78，0.98)，Ⅲ(0.36，0.54)，Ⅳ(0.00，0.02)依据各级天麻种苗长度、重量标准化值与各级凝聚中心距离的远近，经过3次修正得凝聚中心Ⅰ’ (0.64，0.80)，Ⅱ’(0.70，0.35)，Ⅲ’(0.34，0.16)，Ⅳ’(0.12，0.04)。通过欧氏距离计算，各级种苗均没有变化。至此完成天麻种苗质量分级。

2.4 天麻种苗临界值的确定

天麻种苗临界值是以各级天麻种苗最终凝聚中心为圆心，r为半径的圆来确定。统计后发现，Ⅱ、Ⅲ级天麻种苗差异不显著，且为便于实际测量统计，将Ⅱ、Ⅲ级合并归为一类，480个天麻种苗由Ⅰ级和Ⅳ级所在的直线重新分为3类。如图2所示，测量值过大的天麻种苗在Ⅰ级天麻种苗上方，测量值过小的种苗在Ⅳ级种苗下方。

图2 各级天麻种苗样品临界值确定图

经公式(3)计算得到半径rⅠ=0.17，rⅡ=0.06，根据半径计算出临界点分别为Ⅰ(0.53，0.66)、Ⅱ(0.08，0.02)，将Ⅰ、Ⅱ代回公式(1)中，得到各级天麻种苗的下限值：Ⅰ级天麻种苗：长度≥68.78 mm，重量≥19.83 g；Ⅱ级天麻种苗：68.78 mm>长度≥17.45 mm，19.83 g>重量≥0.76 g；所有小于Ⅱ级下限的样品则为Ⅲ级种苗。480个样品中，Ⅰ、Ⅱ级(合格)种苗占总样本的75%。各产区具体分级结果见表5。

由表5可以看出：云南小草坝Ⅰ级天麻种苗所占比例最高，达15.00%，Ⅲ级种苗所占比例最低，为1.67%；湖北宜昌和安徽大别山均无Ⅰ级天麻种苗，但Ⅱ级天麻种苗所占比例较高；其中安徽大别山最高，达93.33%，湖北宜昌与云南小草坝相同，为83.33%；陕西略阳虽有Ⅰ级种苗，但占比较低，仅为4.00%，Ⅰ、Ⅱ级(合格)天麻种苗占该地区样本总量的65.00%，Ⅲ级天麻种苗高达35.00%。这与天麻种质、产地气候条件及生长年限有密切关系。

表3 天麻种苗长度及重量标准化值

序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 10.81 0.59550.53 0.18 1090.19 0.041630.160.062170.190.0520.51 0.08560.71 0.61 1100.04 0.111640.160.052180.260.1130.53 0.25570.43 0.07 1110.29 0.201650.340.292190.220.0840.65 0.73580.43 0.18 1120.11 0.031660.080.022200.080.0350.46 0.12590.73 0.93 1130.28 0.051670.190.062210.110.0460.68 0.48600.26 0.09 1140.29 0.191680.260.122220.080.0270.53 0.19610.22 0.07 1150.14 0.061690.200.062230.120.0480.44 0.26620.14 0.05 1160.19 0.161700.090.032240.130.0290.63 0.33630.29 0.11 1170.09 0.021710.170.092250.090.01100.79 0.98640.19 0.11 1180.06 0.011720.270.152260.080.01110.54 0.22650.18 0.05 1190.32 0.131730.120.042270.140.05120.31 0.04660.05 0.01 1200.17 0.031740.180.082280.170.04130.92 0.38670.24 0.08 1210.26 0.111750.110.032290.100.01140.61 0.22680.15 0.03 1220.26 0.141760.220.082300.340.22150.87 0.30690.15 0.06 1230.18 0.061770.180.072310.060.01160.73 0.73700.29 0.07 1240.11 0.031780.270.132320.100.02170.61 0.18710.41 0.23 1250.10 0.031790.210.102330.060.01180.47 0.11720.19 0.04 1260.25 0.131800.120.032340.060.01190.65 0.38730.06 0.01 1270.28 0.131810.420.342350.100.01200.58 0.10740.18 0.03 1280.09 0.021820.140.032360.080.02210.79 0.46750.29 0.21 1290.19 0.071830.250.082370.240.09220.74 0.27760.12 0.04 1300.17 0.111840.070.012380.090.01230.62 0.18770.20 0.08 1310.14 0.041850.570.712390.160.05240.92 0.37780.16 0.02 1320.24 0.091860.280.182400.240.13250.73 0.95790.26 0.14 1330.15 0.061870.120.032410.150.04260.64 0.28800.16 0.03 1340.13 0.031880.480.302420.070.01270.54 0.22810.17 0.10 1350.14 0.031890.120.032430.250.09280.56 0.21820.13 0.02 1360.32 0.131900.300.102440.090.02290.57 0.17830.22 0.07 1370.05 0.011910.390.142450.390.22300.37 0.23840.41 0.20 1380.18 0.051920.760.632460.160.04310.36 0.24850.23 0.08 1390.14 0.031930.180.082470.250.10320.48 0.07860.23 0.10 1400.11 0.021940.170.042480.130.03330.86 0.25870.17 0.09 1410.19 0.111950.190.142490.070.00340.62 0.39880.13 0.02 1420.13 0.051960.270.092500.120.02350.34 0.08890.12 0.05 1430.10 0.031970.340.182510.170.04360.43 0.12900.09 0.02 1440.30 0.241980.090.022520.160.04370.67 0.44910.14 0.04 1450.10 0.031990.060.012530.200.05380.68 0.27920.14 0.02 1460.14 0.032000.140.032540.130.03390.82 0.59930.32 0.24 1470.10 0.052010.220.052550.100.03400.65 0.72940.31 0.12 1480.17 0.062020.250.072560.140.05410.60 0.17950.13 0.04 1490.23 0.082030.200.062570.290.11420.05 0.27960.19 0.04 1500.10 0.022040.180.052580.060.00430.73 0.26970.23 0.121510.29 0.142050.180.032590.030.01440.71 0.89980.29 0.091520.19 0.062060.120.032600.270.08450.44 0.12990.11 0.041530.26 0.112070.260.142610.280.16460.75 0.421000.29 0.121540.15 0.052080.070.022620.100.01470.54 0.211010.30 0.091550.07 0.012090.100.032630.100.01480.42 0.221020.13 0.051560.20 0.072100.520.492640.230.04490.39 0.051030.10 0.051570.33 0.292110.220.082650.190.06500.62 0.271040.27 0.081580.19 0.082120.310.302660.160.02510.79 0.961050.06 0.021590.25 0.092130.080.012670.170.06520.34 0.081060.14 0.021600.18 0.092140.620.802680.170.07530.40 0.101070.46 0.411610.11 0.052150.120.042690.150.06541.00 0.391080.17 0.081620.18 0.062160.370.202700.000.01

续表3

序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 序号 ZL标 ZW标 2710.170.043130.070.013550.080.013970.140.054390.100.012720.210.053140.090.033560.030.003980.400.604400.090.012730.120.043150.060.013570.120.033990.340.584410.300.162740.140.033160.280.113580.090.014000.070.014420.280.082750.070.013170.180.043590.280.114010.620.854430.040.012760.200.083180.100.013600.180.044020.580.694440.060.002770.070.023190.060.023610.610.884030.040.014450.290.112780.100.023200.030.013620.080.024040.170.054460.140.042790.260.113210.320.103630.120.044050.080.024470.100.032800.150.073220.110.033640.080.014060.120.044480.130.022810.110.053230.080.023650.080.014070.360.544490.190.052820.350.213240.290.103660.650.904080.080.014500.140.042830.470.423250.030.013670.090.024090.120.034510.160.042840.470.423260.250.083680.040.014100.080.014520.120.022850.340.233270.110.013690.120.034110.080.014530.070.002860.120.033280.130.043700.070.014120.350.504540.130.032870.140.033290.160.043710.080.024130.310.504550.250.102880.300.133300.070.003720.120.034140.050.014560.160.042890.420.313310.170.043730.620.854150.060.014570.400.222900.310.153320.110.033740.170.054160.070.014580.100.022910.230.093330.180.083750.060.014170.070.014590.240.092920.180.053340.120.023760.150.054180.180.054600.070.012930.370.303350.070.023770.080.014190.150.054610.240.132940.130.063360.090.013780.070.014200.691.004620.160.052950.370.293370.110.033790.080.024210.140.034630.090.012960.300.063380.050.013800.610.834220.140.074640.230.092970.180.133390.290.133810.650.904230.260.114650.080.202980.250.093400.030.013820.120.034240.100.024660.090.012990.230.063410.110.023830.600.754250.070.024670.060.013000.180.063420.090.013840.090.024260.200.084680.050.013010.310.243430.190.043850.070.024270.070.014690.120.023020.090.033440.080.013860.050.004280.140.034700.060.013030.070.013450.310.103870.110.044290.120.044710.350.223040.100.033460.100.023880.110.054300.210.054720.090.013050.110.033470.360.223890.090.034310.170.044730.160.043060.110.033480.150.033900.090.024320.000.014740.150.053070.190.043490.120.023910.120.044330.150.064750.070.013080.090.013500.060.003920.170.054340.170.064760.090.013090.280.133510.120.033930.120.024350.170.064770.130.023100.020.013520.090.023940.050.014360.150.024780.120.053110.140.033530.180.013950.140.044370.180.064790.080.023120.070.023540.270.163960.120.044380.230.044800.120.04

表4 修正分级结果

产地Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级云南小草坝1、6、9、13、14、15、17、19、21、22、23、24、26、33、34、37、38、39、41、43、46、50、54 4、10、16、25、40、44、 51、56、592、3、5、7、8、11、12、18、20、27、28、29、30、31、32、35、36、45、47、48、49、52、53、55、57、58、6042湖北宜昌63、70、71、75、79、84、93、94、98、100、101、104、107、111、113、114、119、61、62、64、65、66、67、68、69、72、73、74、76、77、78、80、81、82、83、85、86、87、88、89、90、91、92、95、96、97、99、102、103、105、106、108、109、110、112、115、116、117、118、120安徽大别山121、122、126、127、136、144、149、151、153、157、165、168、172、178、123、124、125、128、129、130、131、132、133、134、135、137、138、139、140、141、142、143、145、146、147、148、149、150、152、154、155、156、158、160、161、162、163、164、166、167、169、170、171、173、174、175、176、177、179、180陕西略阳210、282、284185、192、214、361、366、373、380、381、383、398、399、401、402、420181、186、188、190、191、196、197、199、207、212、216、218、230、240、245、247、257、260、261、279、282、285、288、289、290、293、295、296、298、301、309、316、321、324、339、345、347、354、359、407、412、413、423、441、442、445、455、457、461、471182、183、184、187、189、193、194、195、198、199、200、201、202、203、204、205、206、208、209、211、213、215、217、219、220、221、222、223、224、226、227、228、229、231、232、233、234、235、236、237、238、239、241、242、243、244、246、248、249、250、251、252、253、254、255、256、258、259、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、277、278、280、281、286、287、291、292、294、297、299、300、302、303、304、305、306、307、308、310、311、312、313、314、315、317、318、319、320、322、323、325、326、327、328、329、330、331、332、333、334、335、336、337、338、340、341、342、343、344、346、348、349、350、351、352、353、355、356、357、358、360、362、363、364、365、367、368、369、370、371、372、374、375、376、377、378、379、382、384、385、386、387、388、389、390、391、392、393、394、395、396、397、400、403、404、405、406、408、409、410、411、414、415、416、417、418、419、421、422、424、425、426、427、428、429、430、431、432、433、434、435、436、437、438、439、440、443、444、446、447、448、449、450、451、452、453、454、456、458、459、460、462、463、464、465、466、467、468、469、470、472、473、474、475、476、477、478、479、480

表5 样本最终分级结果

产地Ⅰ级样本占比/%Ⅱ级样本占比/%Ⅲ级样本占比/%样本总量4.3770.6325.00云南小草坝15.0083.331.67湖北宜昌0.0083.3316.67安徽大别山0.0093.336.67陕西略阳4.0061.0035.00

3 结论与讨论

种子、种苗是中药材规范化生产的起点，其质量的优劣对中药材种植起重要作用[21-28]。天麻种苗质量优劣是保障天麻种植后能否获得稳产、高产和优质的关键，也影响天麻制剂的安全性、稳定性和有效性。特别是在天麻GAP生产上，更离不开种苗的质量控制。

本研究在前期对汉中地区天麻种苗研究的基础上[20]，对全国天麻种苗的质量分级状况进行研究，所用材料分别来自陕西、云南、湖北和安徽四大天麻主产区，具有一定的代表性。陕西是通过国家GAP认证的天麻商品生产基地，种植规模居西北地区之首[29]；云南小草坝从开始发展天麻至今已有30余年人工种植历史，被誉为“中国乌天麻之乡”[30]；宜昌是我国天麻主要产区。据统计[31]，产量已接近国内年总产量的10%；安徽大别山区天麻人工栽培历史较早，年产量高，且气候和地理环境适合天麻的生长[32]。陕西略阳、云南小草坝、湖北宜昌和安徽大别山是天麻的主产区。采集天麻四大主产区的种苗，对此进行质量分级，数据具有科学性和代表性，该研究采用的逐步聚类分析法是一种比较简单、方便、可靠的苗木分级方法[21-27,33,34]，其目的是衡量不同苗木之间的相似性，并把这些苗木按照一定的属性分为不同的类群。天麻多以种子繁殖后的幼小块茎，即天麻种苗作为繁殖材料。生产中也称为“零代子”。本研究以全国天麻四大主产区的天麻种苗为研究对象，选择长度与重量作为天麻种苗质量分级的代表性指标，采用逐步聚类分析方法对天麻种苗进行质量分级标准得出天麻标准为：Ⅰ级天麻种苗：长度≥68.78 mm，重量≥19.83 g；Ⅱ级天麻种苗：68.78 mm>长度≥17.45 mm，19.83 g>重量≥0.76 g。未达以上标准为不合格种苗。

该结论与前期在汉中地区天麻零代子标准范围存在差异[20]，前者关于汉中地区制定的天麻零代子标准，仅适合汉中地区参考和使用，具有一定局限性。本研究是统计了全国主要的天麻产区而制定出的标准，且四大天麻产区的生态环境和种苗培育时间存在一定差异。此次制定的标准是在充分考虑了种苗分级的科学性和各地天麻种苗实际生产情况而制定出的，更全面更具有代表性和可操作性，建议作为全国天麻种苗质量分级的一个通用标准。