專利名稱：一種確定茅蒼術收獲期的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用根生長量變化確定茅蒼術收獲期的方法，屬于藥用植物生物技術領域。
背景技術：
植物生長發育規律的研究，可為選育優良植株品種提供理論依據。一直以來，人們一般用常規經驗判斷植株的收獲期，這對于以果實為經濟產物的植株具備可行性，然而對于以收獲根莖的植物來說存在著嚴重的不足。茅蒼術為菊科多年生草本植物，其干燥根莖可入藥，在我國擁有2000多年的藥用歷史，早在歷代醫學著作中對此就有很高的評價，其史載于《神農本草經》，能燥濕健脾，祛風散寒。現代研究則表明茅蒼術有保肝、抗菌、抗病毒等生理作用，主要分布于江蘇，湖南， 安徽等省份，其中江蘇鎮江茅山一帶是茅蒼術道地藥材的主產區。茅蒼術的根莖生長有一定的生長規律。在春季和初夏，隨著莖葉的生長，根莖也快速生長，隨后，葉片的光合能力下降，根莖生長也減少，但有效成分和儲存物質卻在不斷合成和累積，當有效成分和儲存物質到達最大值時，根莖又開始伸長，此時，將消耗一些有效成分。適時收獲將能保持茅蒼術的道地性。野生茅蒼術有多種類型，它能夠適應較廣泛的微生態環境，形態結構多樣，按照葉型將茅蒼術分為四類，分別是缺刻型、卵圓型、長披針型和短披針型。它們的生長發育有一定的差異，在產量和品質上也有顯著差異，以此造成茅蒼術的收獲期存在著一定的差異。對茅蒼術收獲期的確定，可為茅蒼術根莖的收獲提供指導，對保持茅蒼術的道地性、實現經濟價值最大化和藥用價值最優化，具有重要的生產和實踐意義。根莖的生長與根系的生長具有相關性。可以利用根系的生長規律來推測根莖的生長規律。根系傳統的取樣方法主要有根鉆原狀土柱、內生孔內生長、挖取整株根系及土壤剖面觀察法等破壞性大的方法，不能反映根系生長的準確情況。隨著現代科技的進步，圖像分析處理技術在醫學、生物學和農學等方面得到了廣泛的應用，其最大的特點在于非破壞性和非接觸性，具有無損、無菌、現場分析、快速分析等各種優點，對準確評估植物的生長提供了重要的手段。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中對茅蒼術收獲期僅靠人工經驗方法判斷的不足，提供一種利用根系生長量變化確定茅蒼術收獲期的方法，保持茅蒼術的道地性。本發明的技術方案是采用如下步驟
(1)于5月中旬，隨機選擇同一類型的5株茅蒼術，將與根系自動監測系統相配套的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根系部分，使每個透明有機樹脂管外壁均緊靠茅蒼術根系；
(2)于透明有機樹脂管埋入第15天，將所述根系自動監測系統的掃描頭插入所述每個透明有機樹脂管內，利用掃描頭獲取每株茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像； 隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各3 幅，至少經10個周期；
(3)先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用所述根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件進行分析并計算出每條清晰根的長度，將3條所述清晰根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度， 隨后計算這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1 ；再根據每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條清晰根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2 ；以此類推，計算出這5株茅蒼術在第η周期的根系平均長度Ln ；
(4)由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去第η-1周期的根系平均長度Llri得到茅蒼術根系實際長度增加值ALn，根據茅蒼術根系實際長度增加值ALn對測定時間作圖，得出茅蒼術根系生長高峰期的規律，將茅蒼術根系生長第二個高峰期前的一個周期為最佳收獲期。本發明的優點是本發明可以確定不同類型茅蒼術的收獲期，通過本發明方法確定茅蒼術收獲期后可適時收獲茅蒼術，保持了茅蒼術的道地性，節約了用地。本發明也可應用于其它以根莖入藥的中草藥的收獲期確定。
圖1是本發明實施例1中缺刻型茅蒼術根系實際長度增加值ALn與測定時間的關系圖2是本發明實施例2中長披針型茅蒼術根系實際長度增加值ALn與測定時間的關系圖3是本發明實施例3中短披針型茅蒼術根系實際長度增加值ALn與測定時間的關系圖4是本發明實施例4卵圓型茅蒼術根系實際長度增加值△ Ln與測定時間的關系圖。
具體實施例方式于5月中旬，隨機選擇同一類型的茅蒼術5株，將與根系自動監測系統相配套的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根系部分，使每個透明有機樹脂管外壁均緊靠相應的茅蒼術根系。根系自動監測系統具有多個掃描頭并安裝有Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件。透明有機樹脂管采用60 cm半封閉的透明有機樹脂管，與地面呈傾斜45°埋入，透明有機樹脂管的開放一端作為上管口，上管口距離地面12 cm ；在上管口上覆蓋不透光的薄膜紙，可防止光照和雨水的進入影響測定效果。于透明有機樹脂管埋入后的第15天，揭開透明有機樹脂管的上管口上的薄膜紙，將根系自動監測系統的掃描頭插入每個透明有機樹脂管內，利用掃描頭獲取每株茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像；隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各3幅，至少經10個周期；將所有圖像保存在根系自動監測系統中。
利用根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件，先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用圖像分析軟件中的分析功能，計算每條清晰根的長度，將相應的3條清晰根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度，隨后，計算出這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1 ；再根據每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2 ；以此類推， 計算出這5株茅蒼術在第η周期的根系平均長度Ln，η ^ 10。由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去η-1周期的根系平均長度Llri得到茅蒼術根系實際長度增加值ALn，根據茅蒼術根系實際長度增加值ALn對測定時間作圖，得出茅蒼術根系生長高峰期的規律，將茅蒼術根系生長第二個高峰期前的一個周期確定為最佳收獲期。以下提供本發明的4個實施例以進一步闡述本發明 實施例1
于2009年5月15日至10月15日，在江蘇省鎮江市農業科技園內，隨機選擇缺刻型茅蒼術5株。將60 cm半封閉的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根部，各透明有機樹脂管外壁緊靠茅蒼術的根系部分，與地面呈傾斜45°。將樹脂管的開放一端作為上管口，上管口距離地面12 cm。在上管口上覆蓋不透光的薄膜紙，防止光照和雨水進入透明樹脂管影響根部長度的測定。于透明樹脂管埋入半個月后，揭開薄膜紙，將根系自動監測系統的掃描頭插入透明樹脂管內，利用掃描頭首先獲取5株缺刻型茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像；隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各 3幅，至少經10個周期；將所有圖像保存在根系自動監測系統中。利用根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件，先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用圖像分析軟件中的分析功能，計算每條根的長度，將3條根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度，隨后計算這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1S 12. 31cm ；再根據每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2為12. 56cm ；以此類推，計算出這5株茅蒼術在第10周期的根系平均長度L1(l。由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去η-1周期的根系平均長度Llri得到茅蒼術根系實際長度增加值 Δ Ln，AL2=L2-L1=U. 56-12. 31=0. 25cm, Δ L3=L3-L2 =12.75-12.56=0. 19cm，以此類推，得出茅蒼術根系長度增加值(Δ L2 ALltl),根據缺刻型茅蒼術根系長度增加值ALn對測定時間作圖，見圖1。由圖1可知，缺刻型茅蒼術根的生長分為兩個時期，從2009年6月15日到2009 年7月30日是缺刻型茅蒼術根生長的第一個高峰期。這段時間光合作用時間長，根生長量大，根莖物質逐漸積累，茅蒼術的生長較快，這與春季、初夏季光合作用強有重要的關系； 2009年7月30日到2009年9月15日，葉片大幅凋落，光合作用下降，這段時間根系生長量平緩，茅蒼術藥材的道地成分逐漸累積和增加；2009年9月15日之后，缺刻型茅蒼術根系出現一個相對較小的增加，為根系生長的第二個高峰期，這時期植物的葉片已無光合能力，根莖累積的道地成分被根莖轉化成營養物質，促進根莖的生長，此時收獲的根莖，道地有效成分被轉化成其他有機營養成分，降低了有效成分的含量，因此，為了最優最大化的利用植物茅蒼術根入藥的道地成分，缺刻型茅蒼術的最佳收獲時期應在2009年9月1日至15日這個周期。與常規經驗相比較，本方法更具備理論上的重要意義和實際生產中的可行性。實施例2
于2009年5月15日至10月15日，在江蘇省鎮江市農業科技園內，隨機選擇長披針型茅蒼術5株。將60 cm半封閉的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根部，各透明有機樹脂管外壁緊靠茅蒼術的根系部分，與地面呈傾斜45°。將樹脂管的開放一端作為上管口，上管口距離地面12 cm。在上管口上覆蓋不透光的薄膜紙，防止光照和雨水進入透明樹脂管影響根部長度的測定。于透明樹脂管埋入半個月后，揭開薄膜紙，將根系自動監測系統的掃描頭插入透明樹脂管內，利用掃描頭首先獲取5株長披針型茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像；隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各 3幅，至少經10個周期；將所有圖像保存在根系自動監測系統中。利用根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件，先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用圖像分析軟件中的分析功能，計算每條根的長度，將3條根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度，隨后計算這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1為12. 31cm ；再根據所述的每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2S 12. 41cm ；以此類推，計算出這5株茅蒼術在第η周期的根系平均長度Ln。由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去η-1周期的根系平均長度Llri得到茅蒼術根系實際長度增加值Δ Ln，如AL2=L2-L1=U. 41-12. 31=0. 10 cm, Δ L3=L3-L2 =12. 70-12. 41=0. 29 cm,以此類推，得出茅蒼術根系長度增加值(Δ L2 AL1(I)，根據長披針型茅蒼術根系長度增加值△ Ln對測定時間作圖，見圖2。由圖2可知，長披針型茅蒼術根的生長分為兩個時期，從2009年6月15日到2009 年7月30日是長披針型茅蒼術根生長的第一個高峰期。這段時間光合作用時間長，根生長量大，根莖物質逐漸積累，茅蒼術的生長較快，這與春季、初夏季光合作用強有重要的關系； 2009年7月30日到2009年9月15日，葉片大幅凋落，光合作用下降，這段時間根系生長量平緩，茅蒼術藥材的道地成分逐漸累積和增加；2009年9月15日之后，長披針型茅蒼術根系出現一個相對較小的增加，為根系生長的第二個高峰期，這時期植物的葉片已無光合能力，根莖累積的道地成分被根莖轉化成營養物質，促進根莖的生長，此時收獲的根莖，道地有效成分被轉化成其他有機營養成分，降低了有效成分的含量，因此，為了最優最大化的利用植物茅蒼術根入藥的道地成分，長披針型茅蒼術的最佳收獲時期應在2009年9月1日至 15日這個周期。與常規經驗相比較，本方法更具備理論上的重要意義和實際生產中的可行性。實施例3
于2009年5月15日至10月15日，在江蘇省鎮江市農業科技園內，隨機選擇短披針型茅蒼術5株。將60 cm半封閉的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根部，各透明有機樹脂管外壁緊靠茅蒼術的根系部分，與地面呈傾斜45°。將樹脂管的開放一端作為上管口，上管口距離地面12 cm。在上管口上覆蓋不透光的薄膜紙，防止光照和雨水進入透明樹脂管影響根部長度的測定。于透明樹脂管埋入半個月后，揭開薄膜紙，將根系自動監測系統的掃描頭插入透明樹脂管內，利用掃描頭首先獲取5株短披針型茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像；隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各 3幅，至少經10個周期；將所有圖像保存在根系自動監測系統中。利用根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件，先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用圖像分析軟件中的分析功能，計算每條根的長度，將3條根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度，隨后計算這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1為5. 67cm ；再根據所述的每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2為5. 84cm ；以此類推，計算出這5株茅蒼術在第η周期的根系平均長度Ln。由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去η-1周期的根系平均長度Llri得到茅蒼術根系實際長度增加值Δ Ln,如Δ L2=L2-L1=S. 84-5. 67=0. 17 cm, Δ L3=L3-L2 =5. 94-5. 84=0. 10 cm,以此類推，得出茅蒼術根系長度增加值(Δ L2 Δ L1(l)，根據長披針型茅蒼術根系長度增加值△ Ln對測定時間作圖，見圖3。由圖3可知，短披針型茅蒼術根的生長分為兩個時期，從2009年6月15日到2009 年7月30日是長披針型茅蒼術根生長的第一個高峰期。這段時間光合作用時間長，根生長量大，根莖物質逐漸積累，茅蒼術的生長較快，這與春季、初夏季光合作用強有重要的關系； 短披針型茅蒼術在2009年8月15日之后根系生長較快，為根系生長的第二個高峰期，這時期根的道地成分大部分用于支撐根系的生長，使得根莖藥材道地成分的含量大為減少，因此若是為了根莖生長最大化在2009年9月30日之后進行收獲，這將使得根莖各種入藥的化學成分大量減少，藥材的道地性也大為降低，這與這兩種類型茅蒼術根莖道地有效性成分的測定結果相一致，即2009年9月30日之后這兩種類型茅蒼術根莖有效化學成分的含量均顯著小于2009年8月15日時測定的，因此可知卵圓型和短披針型茅蒼術的最佳收獲期在2009年8月1日至15日這個周期。與常規經驗相比較，本方法更具備理論上的重要意義和實際生產中的可行性。實施例4
于2009年5月15日至10月15日，在江蘇省鎮江市農業科技園內，隨機選擇卵圓型茅蒼術5株。將60 cm半封閉的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根部，各透明有機樹脂管外壁緊靠茅蒼術的根系部分，與地面呈傾斜45°。將樹脂管的開放一端作為上管口，上管口距離地面12 cm。在上管口上覆蓋不透光的薄膜紙，防止光照和雨水進入透明樹脂管影響根部長度的測定。于透明樹脂管埋入半個月后，揭開薄膜紙，將根系自動監測系統的掃描頭插入透明樹脂管內，利用掃描頭首先獲取5株卵圓型茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像；隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各 3幅，至少經10個周期；將所有圖像保存在根系自動監測系統中。利用根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件，先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用圖像分析軟件中的分析功能，計算每條根的長度， 將3條根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度，隨后計算這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1為8. 23cm ；再根據所述的每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5 株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2為8. 35cm ；以此類推，計算出這5株茅蒼術在第η 周期的根系平均長度Ln。由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去n-1周期的根系平均長度Llri 得到茅蒼術根系實際長度增加值Δ Ln,如Δ L2=L2-L1=S. 35-8. 23=0. 12cm，Δ L3=L3-L2 =8. 54-58. 35=0. 19 cm,以此類推，得出茅蒼術根系長度增加值(Δ L2 ALltl),根據長披針型茅蒼術根系長度增加值△ Ln對測定時間作圖，見圖4。由圖4可知，卵圓型茅蒼術根的生長分為兩個時期，從2009年6月15日到2009 年7月30日是長披針型茅蒼術根生長的第一個高峰期。這段時間光合作用時間長，根生長量大，根莖物質逐漸積累，茅蒼術的生長較快，這與春季、初夏季光合作用強有重要的關系； 卵圓型茅蒼術在2009年8月15日之后根系生長較快，為根系生長的第二個高峰期，這時期根的道地成分大部分用于支撐根系的生長，使得根莖藥材道地成分的含量大為減少，因此若是為了根莖生長最大化在2009年9月30日之后進行收獲，這將使得根莖各種入藥的化學成分大量減少，藥材的道地性也大為降低，這與這兩種類型茅蒼術根莖道地有效性成分的測定結果相一致，即2009年9月30日之后這兩種類型茅蒼術根莖有效化學成分的含量均顯著小于勸09年8月15日時測定的，因此可知卵圓型茅蒼術的最佳收獲期在2009年8 月1日至15日這個周期。與常規經驗相比較，本方法更具備理論上的重要意義和實際生產中的可行性。
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權利要求
1.一種確定茅蒼術收獲期的方法，其特征是采用如下步驟(1)于5月中旬，隨機選擇同一類型的5株茅蒼術，將與根系自動監測系統相配套的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根系部分，使每個透明有機樹脂管外壁均緊靠茅蒼術根系；(2)于透明有機樹脂管埋入第15天，將所述根系自動監測系統的掃描頭插入所述每個透明有機樹脂管內，利用掃描頭獲取每株茅蒼術根系的圖像各3幅，此為第一周期圖像；隨后每隔15天為一個周期進行同樣的操作，以獲取每株茅蒼術在各周期的根系圖像各3幅， 至少經10個周期；(3)先根據第一周期中每株茅蒼術的3幅圖像，選擇每幅圖像中的一條清晰根，利用所述根系自動監測系統中預安裝的Sigma Scan Pro 5通用圖像分析軟件進行分析并計算出每條清晰根的長度，將3條所述清晰根的算數平均值作為該株茅蒼術第一次根系長度， 隨后計算這5株茅蒼術的第一次根系平均長度L1 ；再根據每株茅蒼術在第二周期的3幅圖像，獲得與第一周期相對應的3條清晰根的算數平均值，作為第二周期該株茅蒼術的根系長度，隨后計算出這5株茅蒼術在第二周期的根系平均長度L2 ；以此類推，計算出這5株茅蒼術在第η周期的根系平均長度Ln ；(4)由第η周期的茅蒼術根系平均長度Ln減去第η-1周期的根系平均長度Llri得到茅蒼術根系實際長度增加值ALn，根據茅蒼術根系實際長度增加值ALn對測定時間作圖， 得出茅蒼術根系生長高峰期的規律，將茅蒼術根系生長第二個高峰期前的一個周期為最佳收獲期。
2.根據權利要求1所述的一種確定茅蒼術收獲期的方法，其特征是所述的透明有機樹脂管是60 cm半封閉的透明有機樹脂管，與地面呈傾斜45° ；上管口是開放口且距離地面12 cm;在上管口覆蓋不透光的薄膜紙。
全文摘要
本發明公開一種利用根生長量變化確定茅蒼術收獲期的方法，于5月中旬隨機選擇同一類型的5株茅蒼術，將與根系自動監測系統相配套的透明有機樹脂管埋入每株茅蒼術根系部分；第15天將掃描頭插入每個透明有機樹脂管內，獲取每株茅蒼術根系的圖像各3幅；隨后每隔15天為一個周期進行同樣操作，至少經10個周期；然后計算5株茅蒼術第n周期的根系平均長度；由第n周期的根系平均長度減去第n-1周期的根系平均長度得到茅蒼術根系實際長度增加值，根據增加值對測定時間作圖，得出根系生長高峰期的規律，將根系生長第二個高峰期前的一個周期確定為最佳收獲期，可適時收獲茅蒼術，保持茅蒼術的道地性，也可用于其它以根莖入藥的中草藥的收獲期確定。
文檔編號A01G7/00GK102428840SQ20111026880
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者付為國, 吳沿友, 朱詠莉, 楊曉勇, 桑小花, 牛慧樣, 趙寬, 趙玉國 申請人:江蘇大學