不同產(chǎn)地箭葉淫羊藿生長與種實形態(tài)性狀變異研究

張玉榮，王旭軍，曹展碩，李 琪，謝慧敏

箭葉淫羊藿（Epimedium sagittatum (Sieb.et Zucc.) Maxim.）為小檗科（Berberidaceae）淫羊藿屬（Epimedium L.）多年生草本植物，是我國傳統(tǒng)的重要藥用植物之一，早在漢代《神農(nóng)本草經(jīng)》就已有記載，傳統(tǒng)用于補腎陽、強筋骨、祛風(fēng)濕，臨床上也被用于治療骨質(zhì)疏松、 更年期綜合征、高血壓、冠心病和抑制腫瘤等疾病［1-4］。目前，關(guān)于箭葉淫羊藿的研究主要集中在其活性成分、分類、抗逆性、光合生理、物候特征等方面［5-24］，而關(guān)于箭葉淫羊藿遺傳變異的研究比較少見。已有研究表明，不同產(chǎn)地箭葉淫羊藿活性成分差異較大，質(zhì)量極不穩(wěn)定［13,22,25-29］。因此，本研究以湖南自然分布區(qū) 5 個不同產(chǎn)地的箭葉淫羊藿為材料，比較其生長、葉片形態(tài)及種實形狀在不同產(chǎn)地間的差異，并探索其在產(chǎn)地水平上的遺傳變異規(guī)律，以期為箭葉淫羊藿良種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況

試驗地位于湖南省林業(yè)科學(xué)院杜家沖試驗林場，地理座標為 113°01′30′′ E，28°06′40′′ N，海拔在 60～80 m 之間，且地勢比較平緩。該區(qū)氣候溫和濕潤，季節(jié)變化明顯，冬寒夏熱，四季分明；春秋短促，冬夏綿長，為典型的亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候；年均氣溫 17.2 ℃，年均降雨量1 411.4 mm，全年無霜期 272 天。試驗地土壤的成土母巖為第四紀網(wǎng)紋層母質(zhì)，土壤為地帶性第四紀紅壤，土層深厚，礫石含量較多，pH 值在4.5～5.5 之間；林分為楓香、木荷成年混交林，郁閉度為 0.8～0.9。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

供試的箭葉淫羊藿于 2015 年 12 月分別采集于其湖南省自然分布區(qū)的 5 個不同產(chǎn)地（見表1）。采挖時挖取全株，去除泥土，盡量保留須根部分，且從開始采挖到定植完畢全程控制在 1 個星期以內(nèi)，定植時將野生母株分割成大小較為均一的子株。

表1 箭葉淫羊藿不同產(chǎn)地環(huán)境因子表Tab.1 The environmental factors of E.sagittatum among different provenances

于 2015 年 8—10 月按地形和箭葉淫羊藿栽植行距開梯，梯寬 1.5～3.0 m 不等、長 10 m，并將地深翻 50 cm 以上，碎土、過篩后將大塊礫石篩除，并按照 30 000 kg/hm2的標準施入由湖南省森林植物園定制的有機肥，耙平。定植株行距為 30 cm×30 cm，定植深度 5 cm。定植后常規(guī)田間管理。

2.2 測定方法

2016 年 5 月，在箭葉淫羊藿生長比較穩(wěn)定，且種子成熟時測定其當(dāng)年生植株的生長、葉片形態(tài)及種實形態(tài)等性狀。株高用直尺測定（精確到 0.1 cm），地徑用游標卡尺測定（精確到 0.01 cm）?？紤]到箭葉淫羊藿頂葉性狀相對較穩(wěn)定的原因，葉片形態(tài)性狀只測定其頂葉，其葉面積、葉長、葉寬等形態(tài)性狀則采用 Li-3000C 便攜式葉面積儀測定。每個產(chǎn)地測定 10 個單株，重復(fù)3 次。

種子形態(tài)性狀用游標卡尺測定其種子長度、寬度（精確到 0.01 cm），每個產(chǎn)地測定 50 粒種子，并用百粒重法測定其千粒重，重復(fù) 3 次。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

用 EXCEL 軟件對數(shù)據(jù)進行處理和計算，用SPSS 19.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行方差分析、相關(guān)性分析等。各遺傳參數(shù)的計算公式參見文獻［30］。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同產(chǎn)地箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)性狀差異性

由表 2 可以看出，箭葉淫羊藿生長和種實形態(tài)性狀在不同產(chǎn)地間的差異程度并不一致，其中地徑、葉寬的差異均達極顯著，株高、種子千粒重的差異均達顯著，而葉面積、葉長、葉最大寬度、種子長和種子寬等的差異均不顯著。

表2 不同產(chǎn)地箭葉淫羊藿生長與種實形態(tài)性狀方差分析表Tab.2 The variance analysis of growth and morphological characters of E.sagittatum among different provenances

3.2 不同產(chǎn)地箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)比較

由表 3 可以看出：箭葉淫羊藿平均株高為23.16 cm，地徑為 0.07 cm，其株高僅為野生植株的一半左右。這些與孫超的研究結(jié)果比較一致［31］。株高、地徑的變異系數(shù)分別達到 21.07% 和26.14%，說明箭葉淫羊藿的株高、地徑在產(chǎn)地間變異較大，具有較大的選擇潛力。不同產(chǎn)地間比較，株型最高的為沅陵產(chǎn)箭葉淫羊藿；株高最矮的為桑植產(chǎn)箭葉淫羊藿，其株高為 19.80 cm，僅為沅陵產(chǎn)地的 72.8%。地徑最大的為沅陵產(chǎn)地的，其次為城步產(chǎn)地的；最小的為宜章產(chǎn)地的，其地徑僅為沅陵和城步產(chǎn)地的 50% 左右。葉面積最大的為城步產(chǎn)地的，其葉面積達 35.72 cm2；其次為沅陵產(chǎn)地的，為 33.74 cm2；最小的是新寧產(chǎn)地的，為 22.62 cm2，僅為城步產(chǎn)地的 63.3%。這說明沅陵和城步產(chǎn)箭葉淫羊藿株型均較高、莖均較粗，葉面積均較大，均具有較大的生物量。沅陵和城步為湖南箭葉淫羊藿的優(yōu)良產(chǎn)地。

由表 3 還可以看出：箭葉淫羊藿葉長 9.33 cm，葉寬為 2.95 cm，葉最大寬度為 4.53 cm，且其變異系數(shù)也分別達 17.90%、19.19% 和 17.33%。說明箭葉淫羊藿葉片性狀受環(huán)境的影響很大，也進一步證實了“葉片是植物對環(huán)境變化比較敏感，且可塑性較大的器官，環(huán)境變化導(dǎo)致葉的長、寬、面積和重量的變化”［32］。不同產(chǎn)地間比較，葉長最大的為沅陵產(chǎn)地的，其次為城步產(chǎn)地的，最小的為新寧產(chǎn)地的；葉寬最大的為城步產(chǎn)地的，其次為沅陵產(chǎn)地的，最小的為桑植產(chǎn)地的。葉面積最大的為城步產(chǎn)地的箭葉淫羊藿，其葉寬也為最大；葉面積其次的為沅陵產(chǎn)地產(chǎn)的，其葉長為最大。這些進一步證實了葉面積主要影響因子為葉片長、寬等因子。

表3 不同產(chǎn)地的箭葉淫羊藿生長和種實形態(tài)性狀比較Tab.3 Comparison of growth and seed morphological characters of E.sagittatum among different provenances

表 3 顯示：箭葉淫羊藿種子長為 5.29 mm，種子寬為 2.86 mm，千粒重為 19 g，其變異系數(shù)分別為 4.62%、5.08% 和 3.50%，均低于 10%，遠遠小于株高、地徑和葉面積等的變異系數(shù)。這說明箭葉淫羊藿種子形態(tài)性狀比較穩(wěn)定，產(chǎn)地間變幅較小，也進一步證實了“植物種子形態(tài)屬一種較為穩(wěn)定的性狀，它比植物的根、莖、葉穩(wěn)定性高”［33］。不同產(chǎn)地間比較，種子長最大的為桑植產(chǎn)地的，為 5.40 mm；其次為宜章產(chǎn)地的，為 5.39 mm；最小的為新寧產(chǎn)地的，僅為5.13 mm。種子寬最大的為城步和沅陵產(chǎn)地的，均為 2.90 mm；最小的為新寧和宜章產(chǎn)地的，均為 2.83 mm。千粒重最大的為城步產(chǎn)地的，達19.48 g；其次為桑植產(chǎn)地的，為 19.38 g；最小的為新寧產(chǎn)地的，僅為 18.36 g。

3.3 箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)相關(guān)分析

相關(guān)分析（表 4）表明：箭葉淫羊藿各生長性狀中，株高與地徑、葉寬均呈極顯著正相關(guān)，與葉面積和葉片最大寬度均呈顯著正相關(guān)，與葉長呈正相關(guān)，但未達顯著水平；地徑與葉寬呈極顯著正相關(guān)，與葉面積呈顯著正相關(guān)；葉面積與葉長、葉寬及葉片最大寬度都呈極顯著正相關(guān)；葉長與葉寬也呈極顯著正相關(guān)。這說明箭葉淫羊藿葉面積越大，其生產(chǎn)的光合產(chǎn)物就越多，從而使箭葉淫羊藿長得更高、更粗。這也意味著選育出生長更旺盛、葉面積更大的優(yōu)良箭葉淫羊藿品種很有可能。由表 4 還可以看出，箭葉淫羊藿種子長、寬、千粒重之間均無顯著性相關(guān)，且除千粒重與葉片最大寬度呈顯著正相關(guān)外，其種實性狀與生長性狀間均未達顯著性相關(guān)水平。這暗示著箭葉淫羊藿的營養(yǎng)生長性狀與生殖生長性狀可能由不同的遺傳因素控制。

表4 箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)相關(guān)分析表Tab.4 Correlation analysis between growth and seed morphology of E.sagittatum

3.4 箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)與生態(tài)環(huán)境因子相關(guān)分析

由表 5 可以看出：箭葉淫羊藿株高、地徑和葉面積等生長性狀與海拔、1 月均溫、7 月均溫均呈負相關(guān)。這意味著隨著海拔的升高，箭葉淫羊藿生長變?nèi)?；較高的環(huán)境溫度能促進箭葉淫羊藿的生長。株高、地徑、葉面積等生長性狀與經(jīng)度、年降雨量等也呈均負相關(guān)關(guān)系，且隨著經(jīng)度的增加，年降雨量也減少。這暗示著較大的降雨量可能促進箭葉淫羊藿的生長，也可以由箭葉淫羊藿一般生長在比較陰濕的環(huán)境中得到驗證。種子長、寬和千粒重等種實性狀與經(jīng)度、緯度、海拔等環(huán)境因子的相關(guān)性表現(xiàn)出與株高、地徑等生長性狀相似的趨勢，但生長、種實等性狀與環(huán)境因子的相關(guān)均未達顯著水平。這可能與箭葉淫羊藿產(chǎn)地較少的原因有關(guān)，需要加大樣本數(shù)量來進一步驗證。

表5 箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)與生態(tài)環(huán)境因子相關(guān)分析Tab.5 Correlation between growth and seed morphology and ecological environment factors of E.sagittatum

3.5 箭葉淫羊藿生長及種實形態(tài)遺傳變異參數(shù)

利用形態(tài)性狀來研究物種遺傳變異是簡便而易行的手段，可以直接利用野外采集的樣本來進行分析。表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)，對植物表型性狀進行研究不僅能初步了解種群遺傳變異的大小，又有助于了解生物適應(yīng)和進化的方式［32］。從表 6 可以看出，除地徑外，箭葉淫羊藿株高、葉面積、葉長、葉寬及種子長、寬、千粒重等性狀的遺傳方差均小于其環(huán)境方差，遺傳方差分量所占百分比均較少，說明箭葉淫羊藿生長與種實形態(tài)性狀受環(huán)境的影響均很大，不能穩(wěn)定地遺傳，也間接說明了“箭葉淫羊藿是淫羊藿屬中分布最廣、形態(tài)變異最大的種”這一事實。

表6 箭葉淫羊藿生長和種實性狀的遺傳變異參數(shù)Tab.6 Genetic variation parameters of growth and seed morphological characters of E.sagittatum

遺傳力是指親代傳遞其遺傳特性的相對能力，是表型變異受遺傳因素影響的比例。遺傳力的大小說明了性狀受遺傳控制的強弱。箭葉淫羊藿株高、地徑和葉寬的廣義遺傳力分別為 0.47、0.68 和 0.55，說明這些性狀均受到中等程度以上的遺傳控制，都能夠比較穩(wěn)定地遺傳給后代；但其他性狀遺傳力均比較低，說明這些性狀的變異受生態(tài)環(huán)境的影響均比較大。特別是種子寬的遺傳力表現(xiàn)為負值，似乎失去了生物學(xué)意義，這可能是樣本數(shù)量較少的緣故［15］。

遺傳變異系數(shù)是性狀的遺傳型標準差與總平均值的比，是衡量群體性狀遺傳變異潛力的重要參數(shù)，遺傳變異系數(shù)大，說明該群體遺傳潛力大。除地徑外，箭葉淫羊藿株高、葉面積、葉長、葉寬、葉最大寬度、種子長、種子寬和千粒重等性狀的遺傳變異系數(shù)均較小，也均小于各性狀相應(yīng)的表型變異系數(shù)，說明這些性狀的遺傳潛力均比較低。

4 結(jié)論與討論

箭葉淫羊藿平均株高為 23.16 cm，地徑為0.07 cm，株高僅為野生植株的一半左右，這可能是試驗林地與原產(chǎn)地相比郁閉度相對過高，導(dǎo)致葉片光合產(chǎn)物減少所致。箭葉淫羊藿株高、地徑的變異系數(shù)分別達到 21.07% 和 26.14%，說明箭葉淫羊藿的株高、地徑在不同產(chǎn)地間變異均較大，都具有較大的選擇潛力。沅陵、城步產(chǎn)地的箭葉淫羊藿株型均較高，莖也均較粗，葉面積也均較大，而淫羊藿的主要藥用部位是葉片。因此，沅陵和城步產(chǎn)地的箭葉淫羊藿均為湖南箭葉淫羊藿的優(yōu)良種質(zhì)資源。對于種質(zhì)資源的評價，藥用植物學(xué)家關(guān)心的是化學(xué)成份的變異，并以有效成分含量和比例作為評價藥材質(zhì)量和篩選核心種質(zhì)的主要依據(jù)［34］。因此，本研究只考慮到不同產(chǎn)地箭葉淫羊藿生物量的差異，沒有比較其藥用活性成份的差異，這是下一步值得深入研究的內(nèi)容。

相關(guān)分析表明，箭葉淫羊藿的株高、地徑和葉面積相互間呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。這說明箭葉淫羊藿葉面積越大，其生產(chǎn)的光合產(chǎn)物就越多，從而使其長得更高、更粗。這也意味著選育出生長更旺盛、葉面積更大的優(yōu)良箭葉淫羊藿品種很有可能，并且可以考慮以測定相對比較直觀的株高作為間接指標來選擇箭葉淫羊藿優(yōu)良種質(zhì)資源或優(yōu)異產(chǎn)地。

箭葉淫羊藿株高、葉面積、葉長、葉寬及種子長、寬、千粒重等性狀的遺傳方差均小于其環(huán)境方差，遺傳方差分量所占百分比均較少，說明箭葉淫羊藿生長與種實形態(tài)性狀受環(huán)境的影響均很大，都不能穩(wěn)定地遺傳。箭葉淫羊藿株高、地徑和葉寬的廣義遺傳力分別為 0.47、0.68 和 0.55，說明這些性狀均受到中等程度以上的遺傳控制，都能夠比較穩(wěn)定地遺傳給后代。此外，除地徑外，箭葉淫羊藿株高、葉面積、葉長、葉寬、葉最大寬、種子長、種子寬和千粒重等性狀的遺傳變異系數(shù)均較小，均小于各性狀相應(yīng)的表型變異系數(shù)，說明箭葉淫羊藿這些性狀的遺傳潛力比較低。

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