海南益智野生居群表型多樣性分析

潘 坤，劉曉靜，高炳淼，王海燕，王文泉*

(1.海南醫(yī)學院海南省熱帶藥用植物研究開發(fā)重點實驗室，海南海口 571199；2.中國熱帶農業(yè)科學院熱帶生物技術研究所，海南海口 571101)

?

海南益智野生居群表型多樣性分析

潘 坤1，2，劉曉靜2，高炳淼1，王海燕2，王文泉2*

(1.海南醫(yī)學院海南省熱帶藥用植物研究開發(fā)重點實驗室，海南?？?571199；2.中國熱帶農業(yè)科學院熱帶生物技術研究所，海南?？?571101)

摘要[目的]分析益智野生居群間的遺傳變異。[方法]統(tǒng)計海南野生益智居群的平均株高、單叢莖桿數、單叢果穗數、單穗重等影響產量的形態(tài)表型數據并計算其變異系數。[結果]居群間性狀差異顯著，變異系數差異較大，具有較豐富的遺傳多樣性。[結論]可以從海南野生益智群體中篩選出一些優(yōu)良性狀以供益智栽培種的品種改良。

關鍵詞益智；居群；表型；遺傳多樣性

益智AlpiniaoxyphyllaMiq.是我國著名四大南藥之一，也是一種由中國衛(wèi)生部公布的重要的藥食同源植物[1]。益智需要的栽培環(huán)境比較苛刻，所以在我國的適宜種植地區(qū)較少，主要分布于海南，廣東、廣西和云南南部也有少量栽培，但海南地區(qū)的質量最優(yōu)，其產量達全國的9成[2]。然而經調查對比2008和2015年海南地區(qū)益智資源發(fā)現，許多益智野生居群已經消失，人工種植的益智出現了嚴重種質退化，其結實率低、蟲害嚴重、品質及藥用特性也在不斷下降[3-5]，已經無法滿足人們日益增長的消費需求。因此，益智的種質資源保護和優(yōu)良品種的培育變得更為迫切。

遺傳多樣性是物種涵蓋的群體間和群體內個體間全部遺傳變異的總和，包括表型、生化、染色體和DNA等多個層次[6]。其中，表型就是各種形態(tài)特征的組合，是最為直觀、最易測量同時也是最容易觀察和初步鑒定植物的一門科學，所以表型的研究是最基礎也是最關鍵的[7]。表型多樣性是遺傳多樣性和環(huán)境多樣性的綜合體現，可以在一定程度上反映生物遺傳變異的程度，是理解物種適應機制的重要方法，利用表型性狀研究群體的遺傳多樣性具有簡便、快速等優(yōu)點，主要通過科學有效地采樣、合理的數學統(tǒng)計方法，并采用形態(tài)性狀、生理生化性狀等變異較穩(wěn)定的性狀，來揭示群體的遺傳規(guī)律和變異大小，客觀評價其遺傳多樣性。因此表型多樣性一直是研究遺傳變異的一種有效手段[6，8]。形態(tài)學性狀比較容易受到環(huán)境條件影響，多數是一些數量性狀，如株高、分支數、產量等，因此，通常形態(tài)學度量分析采用的是方差分析、主成分分析、聚類分析、變異系數等方式。該研究通過對影響產量的主要性狀進行統(tǒng)計，并采用變異系數研究益智居群間的遺傳變異程度，為益智種質資源的保護和優(yōu)良品種的有效選育提供參考。

1材料與方法

1.1材料益智野生居群材料采集時間是在益智果實成熟后期進行，采集地點在海南東南部陵水縣內的吊羅山自然保護區(qū)(109°78′ E、 18°68′ N)，隨機選擇27個居群，因為益智植株為叢生，因此每個居群隨機選取20叢或20個植株個體測量，不足的以實際采集個數為準，樣品經過海南醫(yī)學院田建平副教授鑒定為植物益智(AlpiniaoxyphyllaMiq.)，并將其制作成標本保存于海南醫(yī)學院藥學院藥用植物標本室。

1.2方法

1.2.1性狀指標。每個植株個體分別測量株高(cm)、單叢莖桿數(株)、單叢果穗數(個)、單穗重(kg)、單叢果實產量(kg)、果實百粒重(kg)和果實單產(kg/hm2)，其測量方法分別為：株高是隨機選取20株測量，取平均值；單叢莖稈數和果穗數則是隨機選擇20叢植株測量，樣品株數不夠20個的以實際測量數量為準；單穗果實重是通過隨機選取20株的果實稱重，重復3次，取其平均值；果實百粒重是隨機選擇100粒果實，重復3次，取其平均值；果實單產是由每10 m2面積果實產量換算而得，重復3次，取其平均值。

1.2.2統(tǒng)計方法。統(tǒng)計計算運用軟件EXCEL 2007和SPSS 13.0進行，用變異系數的方式來表示表型性狀離散程度，其計算公式為：CV=(SD/X)×100%，式中，CV表示變異系數，SD為群體標準差，X為群體的平均數。CV值越大，表示表型間的離散程度越大、差異越大。

2結果與分析

2.1居群營養(yǎng)性狀特征研究發(fā)現，野生撫育的益智莖粗和株高與其干物質制造能力呈正相關性[5]。測量益智的單叢生長個體數和株高(圖1～2)發(fā)現，野生益智不同居群中，單叢生長的益智個體差別較大，株數最少的出現在采集的第14個居群內，為9株。居群13、15和26的個體數量較多，為50株，27個居群平均生長個體約30株。而27個居群的株高差異不明顯，除了第25個居群的株高最低為150.5cm外，其余的居群株高為190.8～257.1cm，第12個居群的株高最高，27個居群平均株高約為205.9cm。

圖1　益智居群內單叢莖桿數Fig.1　The number of stems of A.oxyphylla per cluster within population

圖2　益智居群內植株的平均株高Fig.2　Average height of A.oxyphylla individuals within population

2.2居群產量性狀特征測量單叢果穗數、單穗果實平均重量、單叢果實產量發(fā)現，海南益智果實外觀多為圓形或橢圓形。單叢植株的果穗數是4～42個，較高的幾個居群從大到小依次為26、15、19、1、12，平均果穗為17個(圖3)；每個居群的單穗平均重量為0.034～0.078kg，較高的幾個居群從大到小依次為18、1、3、9、11，27個居群的平均單穗重約0.055kg(圖4)；單叢產果量在0.261～1.453kg，較高的幾個居群從大到小依次為19、26、1、15、12，平均重約0.771kg(圖5)。從以上3個性狀指標的測量結果可以看出，27個居群間的這3種形態(tài)差異是比較顯著的(P<0.05)，其中三項指標數值均比較高的居群有1、26和19號。

圖3　益智單叢果穗數Fig.3　The panicle number per cluster of A.oxyphylla

圖4　益智單穗果實平均重量Fig.4　The average weight of single panicle of A.oxyphylla

圖5　益智單叢果實產量Fig.5　The fruit yield of A.oxyphylla per cluster

測量果實百粒重發(fā)現，除第23號居群的最低外，其余的26個居群間的重量差異不大，為0.126～0.182kg，27個居群的平均百粒重為0.147kg(圖6)；但27個居群間的果實單產差異顯著(P<0.05)，其鮮果產量為1 249.951～11 498.856kg/hm2，平均為5 109.151kg/hm2，從圖7可以看出，除12號居群的產量最高、14號居群最低外，其余的較高產量從大到小依次為18、27、13、1、17。

圖6　益智果實平均百粒重Fig.6　Average 100-grain weight of A.oxyphylla

圖7　益智果實單產Fig.7　Fruit yield of A.oxyphylla per hectare

2.3居群間的性狀離散程度由表1可知，幾乎所有所測定的表型性狀在野生益智居群間均存在差異，不同性狀間其差異的程度各不相同。從各性狀居群間的變異情況來看，變異系數最高的是果實單產，為48.64%，其次為單叢果穗數(48.18%)、單叢果實產量(43.59%)和單叢莖稈數(33.33%)；變異系數最低的性狀是株高，為11.02%，其次為單穗重和百粒重，均為20.00%，7個性狀的離散程度從高到低依次為果實單產、單叢果穗數、單叢果實產量、單叢莖稈數、單穗重、百粒重、平均株高。說明益智不同居群間產生了一定程度的遺傳變異，造成這種變異的很大一部分原因是因為單叢果穗數、單叢果實產量和單叢莖稈數，而株高和單穗重對其變異的影響較小。

表1　益智野生居群主要形態(tài)性狀的平均值、標準差和變異系數

3討論與結論

居群間的變異較居群內變異更為重要，因為存在于居群間的變異反映了地理、生殖隔離上的變異，居群間的多樣性變異是種內多樣性的重要組成部分[9]。而該研究表明益智居群性狀離散程度高達48.64%，因此，海南吊羅山地區(qū)益智不同居群間的形態(tài)變異相對較大，具有較為豐富的遺傳多樣性，這一結果同時得到了以往益智化學成分[10-11]和DNA分子水平[12-13]研究的驗證。

鄒穎[14]對采集自廣東、海南共19個野生和栽培益智居群(其中有15個居群來自)進行的SSR(SingleSequenceRepeats，簡單重復序列)分析結果發(fā)現，其居群間的遺傳分化較小，野生居群間的基因流為1.408，栽培居群基因流為2.076，不論是野生居群還是栽培居群基因流均大于1。Slatkin[15]研究指出當基因流>1時，基因流就可以抵制居群內因遺傳漂變而引起的居群分化，表明鄒穎[14]研究的益智居群間居群分化較??；而該研究則發(fā)現海南的野生居群間的遺傳分化非常明顯，遺傳變異水平較高(變異系數最高達48.64%)。經對比分析得出，造成鄒穎[14]研究的益智群體間遺傳分化較小的原因是：所選的栽培種種質人為引種、交流廣泛，而采集的野生種居群的距離較近、地理隔離較?。辉撗芯恐兴x材料是大面積隨機篩選的野生益智，由于其花粉傳播距離有限，這在一定程度上導致了居群間基因流受阻，因此產生了較高水平的居群間遺傳分化。

經楊福孫等[5]研究發(fā)現，在光照條件下，除果序長度與產量存在一定負相關外，其余的性狀均與產量呈正相關性，特別是單株結果數表現出極顯著正相關性；但在遮光條件下，僅有單株結果數和果序長度與產量呈極顯著正相關，而其他性狀與產量間相關性不明顯。說明光照在一定程度上影響了各性狀對產量的貢獻率。同時，光照條件下益智各性狀的變異系數明顯高于遮光處，說明光照是影響益智野生撫育產量各性狀變化的主要因素，光照越強，其性狀變異系數越高。而該研究從各性狀的變異系數可以發(fā)現，益智單叢果穗數、單叢果實產量和單叢莖稈數是較高的，這些性狀與果實單產呈正相關，其較高的變異系數可以進一步說明該研究中益智居群性狀的變異可能是由于光照強度較高造成的。

綜上所述，海南野生益智居群間具有較豐富的遺傳多樣性。這些遺傳變異可能是由于受到環(huán)境因子如水分、光照、土壤等的影響而產生的，尤其是光照很可能對其起決定性作用。同時，也說明了海南野生益智居群具有較強的環(huán)境適應性，可以從中篩選出這些產量和品質的決定性狀較優(yōu)的種質，或通過對這些性狀進行改善，達到良種選育、品種改良的目的。

參考文獻

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2010 年版一部[S].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2010：274．

[2] 張俊清，段金廒，葉亮，等.益智的歷史沿革與應用特點[J].中國實驗方劑學雜志，2011，21(17)：289-292.

[3] 李小婷，龐玉新，楊全，等.四大南藥資源開發(fā)利用現狀分析[J].中國現代中藥，2015，17(2)：99-104.

[4] 楊福孫，李榕濤，甘炳春，等.野生撫育益智光合特性研究[J].中國中藥雜志，2011，36(2)：123-126.

[5] 楊福孫，甘炳春，李榕濤，等.野生撫育益智主要性狀與產量的回歸模型及相關分析[J].中國農學通報，2010，26(2)：272-276.

[6] 龐啟華.高良姜的揮發(fā)油成分和遺傳差異性分析[D].廣州：華南理工大學，2010:78-80,82,85.

[7] 莫定鳴.不同高良姜栽培種苗期耐陰性研究[D].湛江：廣東海洋大學，2014：1-2，4.

[8] 李斌，顧萬春，盧寶明.白皮松天然群體種實性狀表型多樣性研究[J].生物多樣性，2002，10(2)：252-255.

[9] 謝春平，方彥，方炎明.烏岡櫟天然居群葉表型變異[J].四川農業(yè)大學學報，2011，29(2)：191-198.

[10]CHENF，LIHL，TANYF，etal.DifferentaccumulationprofilesofmultiplecomponentsbetweenpericarpandseedofAlpinia oxyphyllacapsularfruitasdeterminedbyUFLC-MS/MS[J].Molecules，2014，19：4510-4523.

[11] 翟紅莉，劉壽柏，蔡真金，等.海南 4個不同產地益智果實揮發(fā)油成分的GC-MS分析[J].廣東農業(yè)科學，2015(19)：83-86.

[12] 劉曉靜.益智自然種群的演化和遺傳多樣性評價[D].?？冢汉Ｄ洗髮W，2008：44，47-48，50，53.

[13]WANGHY，LIUXJ，WENMF，etal.AnalysisofthegeneticdiversityofnaturalpopulationsofAlipinia oxyphyllaMiquelusinginter-simplesequencerepeatmarkers[J].CropSci，2012，52：1767-1775.

[14] 鄒穎.益智(姜科)遺傳多樣性和遺傳結構的研究[D].北京：中國科學院大學，2013：32，35，42-43.

[15]SLATKINM.Geneflowinnaturalpopulations[J].Annualreviewofecologyandsystematics，1985，4：393-430.

基金項目海南省自然科學基金(314162)；海南醫(yī)學院培育基金(HY2014-022)；海南醫(yī)學院引進人才科研啟動經費。

作者簡介潘坤(1983- )，女，河南永城人，講師，博士，從事植物資源學和分子生藥學研究。*通訊作者，研究員，博士，博士生導師，從事熱帶作物遺傳分子育種研究。

收稿日期2016-05-13

中圖分類號S 502.4

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-106-03

Phenotypic Diversity Analysis on Wild Populations ofAlpiniaoxyphyllaMiq. of Hainan Island

PAN Kun1,2, LIU Xiao-jing2, GAO Bing-miao1, WANG Wen-quan2*et al

(1. Hainan Provincial Key Laboratory of Research and Development of Tropical Medicinal Plants, Hainan Medical University, Haikou, Hainan 571199; 2. Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101)

Abstract[Objective] The aim was to analyze the genetic variation of wild population of Alpinia oxyphylla. [Method] The average plant height, stems per cluster, fruits per cluster, single panicle weight of wild population of A. oxyphylla in Hainan and variation coefficients were calculated. [Result] There were significant difference among traits and variation coefficients, with abundant genetic diversity. [Conclusion] Several excellent characters can be screened out from wild population of A. oxyphylla in Hainan for variety improvement.

Key wordsA. oxyphylla Miq.; Population; Phenotype; Genetic diversity