CN102428840B - 一种确定茅苍术收获期的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用根生长量变化确定茅苍术收获期的方法，于5月中旬随机选择同一类型的5株茅苍术，将与根系自动监测系统相配套的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根系部分；第15天将扫描头插入每个透明有机树脂管内，获取每株茅苍术根系的图像各3幅；随后每隔15天为一个周期进行同样操作，至少经10个周期；然后计算5株茅苍术第n周期的根系平均长度；由第n周期的根系平均长度减去第n-1周期的根系平均长度得到茅苍术根系实际长度增加值，根据增加值对测定时间作图，得出根系生长高峰期的规律，将根系生长第二个高峰期前的一个周期确定为最佳收获期，可适时收获茅苍术，保持茅苍术的道地性，也可用于其它以根茎入药的中草药的收获期确定。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用根生长量变化确定茅苍术收获期的方法，属于药用植物生物技术领域。
背景技术
植物生长发育规律的研究，可为选育优良植株品种提供理论依据。一直以来，人们一般用常规经验判断植株的收获期，这对于以果实为经济产物的植株具备可行性，然而对于以收获根茎的植物来说存在着严重的不足。
茅苍术为菊科多年生草本植物，其干燥根茎可入药，在我国拥有2000多年的药用历史，早在历代医学著作中对此就有很高的评价，其史载于《神农本草经》，能燥湿健脾，祛风散寒。现代研究则表明茅苍术有保肝、抗菌、抗病毒等生理作用，主要分布于江苏，湖南，安徽等省份，其中江苏镇江茅山一带是茅苍术道地药材的主产区。茅苍术的根茎生长有一定的生长规律。在春季和初夏，随着茎叶的生长，根茎也快速生长，随后，叶片的光合能力下降，根茎生长也减少，但有效成分和储存物质却在不断合成和累积，当有效成分和储存物质到达最大值时，根茎又开始伸长，此时，将消耗一些有效成分。适时收获将能保持茅苍术的道地性。
野生茅苍术有多种类型，它能够适应较广泛的微生态环境，形态结构多样，按照叶型将茅苍术分为四类，分别是缺刻型、卵圆型、长披针型和短披针型。它们的生长发育有一定的差异，在产量和品质上也有显著差异，以此造成茅苍术的收获期存在着一定的差异。对茅苍术收获期的确定，可为茅苍术根茎的收获提供指导，对保持茅苍术的道地性、实现经济价值最大化和药用价值最优化，具有重要的生产和实践意义。
根茎的生长与根系的生长具有相关性。可以利用根系的生长规律来推测根茎的生长规律。根系传统的取样方法主要有根钻原状土柱、内生孔内生长、挖取整株根系及土壤剖面观察法等破坏性大的方法，不能反映根系生长的准确情况。
随着现代科技的进步，图像分析处理技术在医学、生物学和农学等方面得到了广泛的应用，其最大的特点在于非破坏性和非接触性，具有无损、无菌、现场分析、快速分析等各种优点，对准确评估植物的生长提供了重要的手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中对茅苍术收获期仅靠人工经验方法判断的不足，提供一种利用根系生长量变化确定茅苍术收获期的方法，保持茅苍术的道地性。
本发明的技术方案是采用如下步骤：
（1）于5月中旬，随机选择同一类型的5株茅苍术，将与根系自动监测系统相配套的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根系部分，使每个透明有机树脂管外壁均紧靠茅苍术根系；
（2）于透明有机树脂管埋入第15天，将所述根系自动监测系统的扫描头插入所述每个透明有机树脂管内，利用扫描头获取每株茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；
（3）先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用所述根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件进行分析并计算出每条清晰根的长度，将3条所述清晰根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后计算这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1；再根据每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条清晰根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2；以此类推，计算出这5株茅苍术在第n周期的根系平均长度Ln；
（4）由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去第n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，根据茅苍术根系实际长度增加值ΔLn对测定时间作图，得出茅苍术根系生长高峰期的规律，将茅苍术根系生长第二个高峰期前的一个周期为最佳收获期。
本发明的优点是：本发明可以确定不同类型茅苍术的收获期，通过本发明方法确定茅苍术收获期后可适时收获茅苍术，保持了茅苍术的道地性，节约了用地。本发明也可应用于其它以根茎入药的中草药的收获期确定。
附图说明
图1是本发明实施例1中缺刻型茅苍术根系实际长度增加值ΔLn与测定时间的关系图；
图2是本发明实施例2中长披针型茅苍术根系实际长度增加值ΔLn与测定时间的关系图；
图3是本发明实施例3中短披针型茅苍术根系实际长度增加值ΔLn与测定时间的关系图；
图4是本发明实施例4卵圆型茅苍术根系实际长度增加值ΔLn与测定时间的关系图。
具体实施方式
于5月中旬，随机选择同一类型的茅苍术5株，将与根系自动监测系统相配套的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根系部分，使每个透明有机树脂管外壁均紧靠相应的茅苍术根系。根系自动监测系统具有多个扫描头并安装有Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件。透明有机树脂管采用60 cm半封闭的透明有机树脂管，与地面呈倾斜45°埋入，透明有机树脂管的开放一端作为上管口，上管口距离地面12 cm；在上管口上覆盖不透光的薄膜纸，可防止光照和雨水的进入影响测定效果。
于透明有机树脂管埋入后的第15天，揭开透明有机树脂管的上管口上的薄膜纸，将根系自动监测系统的扫描头插入每个透明有机树脂管内，利用扫描头获取每株茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；将所有图像保存在根系自动监测系统中。
利用根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件，先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用图像分析软件中的分析功能，计算每条清晰根的长度，将相应的3条清晰根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后，计算出这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1；再根据每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2；以此类推，计算出这5株茅苍术在第n周期的根系平均长度Ln，n≥10。
由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，根据茅苍术根系实际长度增加值ΔLn对测定时间作图，得出茅苍术根系生长高峰期的规律，将茅苍术根系生长第二个高峰期前的一个周期确定为最佳收获期。
以下提供本发明的4个实施例以进一步阐述本发明：
实施例1
于2009年5月15日至10月15日，在江苏省镇江市农业科技园内，随机选择缺刻型茅苍术5株。将60 cm半封闭的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根部，各透明有机树脂管外壁紧靠茅苍术的根系部分，与地面呈倾斜45°。将树脂管的开放一端作为上管口，上管口距离地面12 cm。在上管口上覆盖不透光的薄膜纸，防止光照和雨水进入透明树脂管影响根部长度的测定。
于透明树脂管埋入半个月后，揭开薄膜纸，将根系自动监测系统的扫描头插入透明树脂管内，利用扫描头首先获取5株缺刻型茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；将所有图像保存在根系自动监测系统中。
利用根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件，先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用图像分析软件中的分析功能，计算每条根的长度，将3条根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后计算这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1为12.31cm；再根据每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2为12.56cm；以此类推，计算出这5株茅苍术在第10周期的根系平均长度L10。
由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，ΔL2=L2-L1=12.56-12.31=0.25cm，ΔL3=L3-L2 =12.75-12.56=0.19cm，以此类推，得出茅苍术根系长度增加值（ΔL2 ~ ΔL10），根据缺刻型茅苍术根系长度增加值ΔLn对测定时间作图，见图1。
由图1可知，缺刻型茅苍术根的生长分为两个时期，从2009年6月15日到2009年7月30日是缺刻型茅苍术根生长的第一个高峰期。这段时间光合作用时间长，根生长量大，根茎物质逐渐积累，茅苍术的生长较快，这与春季、初夏季光合作用强有重要的关系；2009年7月30日到2009年9月15日，叶片大幅凋落，光合作用下降，这段时间根系生长量平缓，茅苍术药材的道地成分逐渐累积和增加；2009年9月15日之后，缺刻型茅苍术根系出现一个相对较小的增加，为根系生长的第二个高峰期，这时期植物的叶片已无光合能力，根茎累积的道地成分被根茎转化成营养物质，促进根茎的生长，此时收获的根茎，道地有效成分被转化成其他有机营养成分，降低了有效成分的含量，因此，为了最优最大化的利用植物茅苍术根入药的道地成分，缺刻型茅苍术的最佳收获时期应在2009年9月1日至15日这个周期。与常规经验相比较，本方法更具备理论上的重要意义和实际生产中的可行性。
实施例2
于2009年5月15日至10月15日，在江苏省镇江市农业科技园内，随机选择长披针型茅苍术5株。将60 cm半封闭的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根部，各透明有机树脂管外壁紧靠茅苍术的根系部分，与地面呈倾斜45°。将树脂管的开放一端作为上管口，上管口距离地面12 cm。在上管口上覆盖不透光的薄膜纸，防止光照和雨水进入透明树脂管影响根部长度的测定。
于透明树脂管埋入半个月后，揭开薄膜纸，将根系自动监测系统的扫描头插入透明树脂管内，利用扫描头首先获取5株长披针型茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；将所有图像保存在根系自动监测系统中。
利用根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件，先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用图像分析软件中的分析功能，计算每条根的长度，将3条根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后计算这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1为12.31cm；再根据所述的每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2为12.41cm；以此类推，计算出这5株茅苍术在第n周期的根系平均长度Ln。
由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，如ΔL2=L2-L1=12.41-12.31=0.10 cm，ΔL3=L3-L2 =12.70-12.41=0.29 cm，以此类推，得出茅苍术根系长度增加值（ΔL2 ~ ΔL10），根据长披针型茅苍术根系长度增加值ΔLn对测定时间作图，见图2。
由图2可知，长披针型茅苍术根的生长分为两个时期，从2009年6月15日到2009年7月30日是长披针型茅苍术根生长的第一个高峰期。这段时间光合作用时间长，根生长量大，根茎物质逐渐积累，茅苍术的生长较快，这与春季、初夏季光合作用强有重要的关系；2009年7月30日到2009年9月15日，叶片大幅凋落，光合作用下降，这段时间根系生长量平缓，茅苍术药材的道地成分逐渐累积和增加；2009年9月15日之后，长披针型茅苍术根系出现一个相对较小的增加，为根系生长的第二个高峰期，这时期植物的叶片已无光合能力，根茎累积的道地成分被根茎转化成营养物质，促进根茎的生长，此时收获的根茎，道地有效成分被转化成其他有机营养成分，降低了有效成分的含量，因此，为了最优最大化的利用植物茅苍术根入药的道地成分，长披针型茅苍术的最佳收获时期应在2009年9月1日至15日这个周期。与常规经验相比较，本方法更具备理论上的重要意义和实际生产中的可行性。
实施例3
于2009年5月15日至10月15日，在江苏省镇江市农业科技园内，随机选择短披针型茅苍术5株。将60 cm半封闭的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根部，各透明有机树脂管外壁紧靠茅苍术的根系部分，与地面呈倾斜45°。将树脂管的开放一端作为上管口，上管口距离地面12 cm。在上管口上覆盖不透光的薄膜纸，防止光照和雨水进入透明树脂管影响根部长度的测定。
于透明树脂管埋入半个月后，揭开薄膜纸，将根系自动监测系统的扫描头插入透明树脂管内，利用扫描头首先获取5株短披针型茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；将所有图像保存在根系自动监测系统中。
利用根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件，先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用图像分析软件中的分析功能，计算每条根的长度，将3条根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后计算这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1为5.67cm；再根据所述的每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2为5.84cm；以此类推，计算出这5株茅苍术在第n周期的根系平均长度Ln。
由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，如ΔL2=L2-L1=5.84-5.67=0.17 cm，ΔL3=L3-L2 =5.94-5.84=0.10 cm，以此类推，得出茅苍术根系长度增加值（ΔL2 ~ ΔL10），根据长披针型茅苍术根系长度增加值ΔLn对测定时间作图，见图3。
由图3可知，短披针型茅苍术根的生长分为两个时期，从2009年6月15日到2009年7月30日是长披针型茅苍术根生长的第一个高峰期。这段时间光合作用时间长，根生长量大，根茎物质逐渐积累，茅苍术的生长较快，这与春季、初夏季光合作用强有重要的关系；短披针型茅苍术在2009年8月15日之后根系生长较快，为根系生长的第二个高峰期，这时期根的道地成分大部分用于支撑根系的生长，使得根茎药材道地成分的含量大为减少，因此若是为了根茎生长最大化在2009年9月30日之后进行收获，这将使得根茎各种入药的化学成分大量减少，药材的道地性也大为降低，这与这两种类型茅苍术根茎道地有效性成分的测定结果相一致，即2009年9月30日之后这两种类型茅苍术根茎有效化学成分的含量均显著小于2009年8月15日时测定的，因此可知卵圆型和短披针型茅苍术的最佳收获期在2009年8月1日至15日这个周期。与常规经验相比较，本方法更具备理论上的重要意义和实际生产中的可行性。
实施例4
于2009年5月15日至10月15日，在江苏省镇江市农业科技园内，随机选择卵圆型茅苍术5株。将60 cm半封闭的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根部，各透明有机树脂管外壁紧靠茅苍术的根系部分，与地面呈倾斜45°。将树脂管的开放一端作为上管口，上管口距离地面12 cm。在上管口上覆盖不透光的薄膜纸，防止光照和雨水进入透明树脂管影响根部长度的测定。
于透明树脂管埋入半个月后，揭开薄膜纸，将根系自动监测系统的扫描头插入透明树脂管内，利用扫描头首先获取5株卵圆型茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；将所有图像保存在根系自动监测系统中。利用根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件，先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用图像分析软件中的分析功能，计算每条根的长度，将3条根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后计算这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1为8.23cm；再根据所述的每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2为8.35cm；以此类推，计算出这5株茅苍术在第n周期的根系平均长度Ln。
由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，如ΔL2=L2-L1=8.35-8.23=0.12cm，ΔL3=L3-L2 =8.54-58.35=0.19 cm，以此类推，得出茅苍术根系长度增加值（ΔL2 ~ ΔL10），根据长披针型茅苍术根系长度增加值ΔLn对测定时间作图，见图4。
由图4可知，卵圆型茅苍术根的生长分为两个时期，从2009年6月15日到2009年7月30日是长披针型茅苍术根生长的第一个高峰期。这段时间光合作用时间长，根生长量大，根茎物质逐渐积累，茅苍术的生长较快，这与春季、初夏季光合作用强有重要的关系；卵圆型茅苍术在2009年8月15日之后根系生长较快，为根系生长的第二个高峰期，这时期根的道地成分大部分用于支撑根系的生长，使得根茎药材道地成分的含量大为减少，因此若是为了根茎生长最大化在2009年9月30日之后进行收获，这将使得根茎各种入药的化学成分大量减少，药材的道地性也大为降低，这与这两种类型茅苍术根茎道地有效性成分的测定结果相一致，即2009年9月30日之后这两种类型茅苍术根茎有效化学成分的含量均显著小于2009年8月15日时测定的，因此可知卵圆型茅苍术的最佳收获期在2009年8月1日至15日这个周期。与常规经验相比较，本方法更具备理论上的重要意义和实际生产中的可行性。
Claims (2)
1.一种确定茅苍术收获期的方法，其特征是采用如下步骤：
（1）于5月中旬，随机选择同一类型的5株茅苍术，将与根系自动监测系统相配套的透明有机树脂管埋入每株茅苍术根系部分，使每个透明有机树脂管外壁均紧靠茅苍术根系；
（2）于透明有机树脂管埋入第15天，将所述根系自动监测系统的扫描头插入所述每个透明有机树脂管内，利用扫描头获取每株茅苍术根系的图像各3幅，此为第一周期图像；随后每隔15天为一个周期进行同样的操作，以获取每株茅苍术在各周期的根系图像各3幅，至少经10个周期；
（3）先根据第一周期中每株茅苍术的3幅图像，选择每幅图像中的一条清晰根，利用所述根系自动监测系统中预安装的Sigma Scan Pro 5 通用图像分析软件进行分析并计算出每条清晰根的长度，将3条所述清晰根的算数平均值作为该株茅苍术第一次根系长度，随后计算这5株茅苍术的第一次根系平均长度L1；再根据每株茅苍术在第二周期的3幅图像，获得与第一周期相对应的3条清晰根的算数平均值，作为第二周期该株茅苍术的根系长度，随后计算出这5株茅苍术在第二周期的根系平均长度L2；以此类推，计算出这5株茅苍术在第n周期的根系平均长度Ln；
（4）由第n周期的茅苍术根系平均长度Ln减去第n-1周期的根系平均长度Ln-1得到茅苍术根系实际长度增加值ΔLn，根据茅苍术根系实际长度增加值ΔLn对测定时间作图，得出茅苍术根系生长高峰期的规律，将茅苍术根系生长第二个高峰期前的一个周期为最佳收获期。
2.根据权利要求1所述的一种确定茅苍术收获期的方法，其特征是：所述的透明有机树脂管是60 cm半封闭的透明有机树脂管，与地面呈倾斜45°；上管口是开放口且距离地面12 cm；在上管口覆盖不透光的薄膜纸。
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