梵凈山堇菜屬植物引種馴化的灰色關(guān)聯(lián)分析及適應(yīng)性評(píng)價(jià)

付素靜，邱 嵐，姚琦馥，高宇瓊，李建新

（ 1．銅仁學(xué)院 農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院，貴州 銅仁 554300；2．貴州省梵凈山特色動(dòng)植物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 銅仁 554300 ）

0．引言

灰色關(guān)聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似程度，即“灰色關(guān)聯(lián)度”，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法[1]。本文以引種后幾種堇菜各性狀評(píng)分滿分即最優(yōu)性狀構(gòu)設(shè)引種適應(yīng)性最強(qiáng)的理想種，通過關(guān)聯(lián)度系數(shù)比較梵凈山堇菜屬 8種植物與理想種的相似程度，關(guān)聯(lián)度越高相似程度越高，說明其引種適應(yīng)性越強(qiáng)。

堇菜屬（Viola）隸屬于堇菜科，全球共有 500多種，主要分布在北半球溫帶地區(qū)，中國約有 111種[2]。堇菜屬植物有良好的園林觀賞價(jià)值，植物植株矮小，株型可愛，花色以白、紫、黃居多，花型像蝴蝶，葉的形態(tài)別致多樣，還具有花期和綠期長等特點(diǎn)，是優(yōu)良的園林地被材料[3]。此外，堇菜屬植物不少種類可供藥用，具有清熱解毒、止血、散瘀消腫的作用，還可用于治療風(fēng)熱咳嗽、肺癆、哮喘、鼻炎、角膜炎、風(fēng)濕等病[4]。除了具有藥用價(jià)值和綠化價(jià)值，還可作為餐桌上的鮮美野味，如紫花地丁V. philippica[5]、蔓莖堇菜V. diffusa[6]等，兼具藥食功能。但長期過量采集野生資源將會(huì)加快環(huán)境破壞及野生資源數(shù)量急劇減少，所以，野生資源的引種馴化研究顯得尤為重要。

梵凈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)自然條件獨(dú)特，其內(nèi)野生資源豐富。本研究旨在對(duì)梵凈山幾種常見堇菜屬植物進(jìn)行引種研究，探索影響8種堇菜屬植物如意草V. hamiltoniana、蔓莖堇菜V. diffusa、紫花地丁V. philippica、廬山堇菜V. acuminata、柔毛堇菜V. principis、荁V. moupinensis、淺圓齒堇菜V.schneideri、小尖堇菜V. mucronulifera等引種適應(yīng)性的重要因素，為進(jìn)一步種養(yǎng)植提供可行性依據(jù)和理論基礎(chǔ)，為堇菜屬植物作為中草藥、野菜開發(fā)，規(guī)?；N植提供參考。

1．材料與方法

1．1．材料

2014—2015年在梵凈山桃花源、快場等地實(shí)地調(diào)查堇菜屬植物的資源分布、生境條件等，并收集到8種共74株野生堇菜屬植物，帶回試驗(yàn)地做異地栽培引種試驗(yàn)，栽培一年以上后調(diào)查各性狀。

1．2．引種栽培與管理方法

引種栽培試驗(yàn)地點(diǎn)為貴州省銅仁市川硐鎮(zhèn)銅仁學(xué)院育種實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，海拔441 m，8種堇菜屬植物采集地海拔848～2320 m，采集地氣候濕潤涼爽。

栽培基質(zhì)采用富含有機(jī)質(zhì)的壤土，夏季每天上午10點(diǎn)前澆水1次，冬季每3天澆水1次，春秋季隔天澆水1次。

1．3．指標(biāo)與方法

引種一年后進(jìn)行觀測，分別測量相關(guān)指標(biāo)。

（1）平均葉長測定：測量植株基生第三片葉的長度，取其平均值。

（2）平均葉寬測定：測量植株基生第三片葉最寬處寬度，取其平均值。

（3）無性繁殖系數(shù)測定：分走莖數(shù)（蔓生種）或分蘗數(shù)（直立種）/引種總株數(shù)。

（4）種子繁殖情況考慮顯花期種子量、閉鎖花期種子量及由種子萌發(fā)幼苗的數(shù)量。

（5）移栽成活率測定：成活株數(shù)/引種總株數(shù)*100%。

（6）開花期測定：植株的始花期和末花期，計(jì)算開花期。

（7）開花率測定：開花的植株數(shù)量/引種總株數(shù)*100%。

（8）生長狀況評(píng)價(jià)：將生長狀況分為五個(gè)等級(jí)，分別用不同數(shù)量的“+”來表示，“+”越多代表越強(qiáng)壯。+++++表示生長茂盛、有新芽可分株，無病蟲害；++++表示長勢(shì)較茂盛且有新芽，無病蟲害；+++表示長勢(shì)良好，偶有新芽，少量葉片泛黃；++表示長勢(shì)一般，無新芽，葉上有病斑；+表示長勢(shì)較差，無新芽，葉片部分枯死。

（9）越冬能力評(píng)價(jià)：將越冬能力分為五個(gè)等級(jí)，分別用不同數(shù)量的“+”來表示，“+”越多代表越冬能力越強(qiáng)。

（10）越夏能力評(píng)價(jià)：將越夏能力分為五個(gè)等級(jí)，分別用不同數(shù)量“+”來表示，“+”越多代表越夏能力越強(qiáng)。

1．4．適應(yīng)性評(píng)價(jià)

參考其他植物引種適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7-9]，根據(jù)堇菜引種栽培的實(shí)際生長情況，制定堇菜屬植物適應(yīng)性的指標(biāo)及其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表3），包括葉長、葉寬、無性繁殖情況、有性繁殖情況、移栽成活率、開花期、開花率、越冬能力、越夏能力、生長狀況等10個(gè)指標(biāo)，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。

根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)5人于每月10～15日對(duì)堇菜的生長狀況、越冬能力、越夏能力分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，取其5人年平均值作為分值；

葉長：（栽培植株基生第三片葉的長度平均值/野生植株的基生第三片葉的長度平均值）*5。

葉寬：（栽培植株基生第三片葉的最寬處寬度平均值/野生植株的基生第三片葉的最寬處寬度平均值）*5。

其他指標(biāo)通過計(jì)算，并參照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得到分值，保留小數(shù)點(diǎn)后1位。

1．5．?dāng)?shù)據(jù)處理

利用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法[7,9]對(duì)堇菜的引種栽培適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。以理想種作為參考序列，其他種為比對(duì)序列，計(jì)算8種堇菜與理想種的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度，相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中ρ為分辨系數(shù)，取ρ=0.5，n為調(diào)查指標(biāo)數(shù)量（n=8）。其中ξi為關(guān)聯(lián)系數(shù)，ri為關(guān)聯(lián)度，r'i為加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

2．結(jié)果與分析

2．1．堇菜屬植物在遷移地的生長狀況

引種栽培一年以后，對(duì)各個(gè)性狀進(jìn)行觀測（表1）。由表1可知，不同種堇菜植物生長狀況差異較大，就無性繁殖系數(shù)而言，除紫花地丁不能產(chǎn)生匍匐莖或直立莖外，其他七種差異大，如意草無性系數(shù)最高達(dá)3.7，因其匍匐莖細(xì)而長，一條匍匐莖上有多個(gè)節(jié)，將每節(jié)與母株分離種植即可進(jìn)行繁殖；廬山堇菜具有直立莖，有時(shí)直立莖斜生，將直立莖剪成含2～3節(jié)的莖段可進(jìn)行扦插繁殖；除紫花地丁靠分株、廬山堇菜具有直立莖可扦插外，其他六種堇菜均具有匍匐莖，可依靠匍匐莖進(jìn)行分生繁殖。

2．2．建立理想種和對(duì)比種的各項(xiàng)性狀

根據(jù)堇菜屬植物引種適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2），用5人的年平均值作為最后的各項(xiàng)性狀的分值，理想種各項(xiàng)性狀分值為滿分5分，堇菜屬8種植物各項(xiàng)性狀值如表3所示。

表1 堇菜屬植物引種栽培各性狀Tab.1 The characteristics of 8 Viola species growing in cultivation place

2．3．?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

根據(jù)灰色理論要求，為保證各性狀因素具有等效性和同序性，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，本研究采用理想種值對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到一個(gè)新數(shù)列，即Xi/X0，這樣就得到0～1的數(shù)值組成的新數(shù)列。應(yīng)用公式（4）計(jì)算各點(diǎn)的絕對(duì)差。應(yīng)用公式（5）和（6）找出極差最大值為1，極差最小值為0。

2．4．關(guān)聯(lián)度系數(shù)與關(guān)聯(lián)度排序

根據(jù)公式（1）計(jì)算，取ρ=0.5，得到理想種與比較種的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表4。

2．5．計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度

等權(quán)關(guān)聯(lián)度只在各性狀同等重要的情況下，才能用于評(píng)價(jià)適應(yīng)能力的強(qiáng)弱，事實(shí)上，反映堇菜引種適應(yīng)性各形狀的重要性不同，應(yīng)根據(jù)其重要性程度給予不同的權(quán)重系數(shù)wi，可根據(jù)公式（7）計(jì)算各性狀對(duì)應(yīng)的權(quán)值。結(jié)果為 w1=0.1055，w2=0.1149，w3=0.0691，w4=0.1060，w5=0.1073，w6=0.0898，w7=0.0903，w8=0.1073，w9=0.1100，w10=0.0997，說明各性狀在評(píng)價(jià)系統(tǒng)中所占的權(quán)重順序?yàn)槿~寬〉越冬能力〉生長狀況=移栽成活率>有性繁殖情況>葉長>越夏能力>開花率>開花期>無性繁殖情況。根據(jù)權(quán)重可建立堇菜屬植物的引種適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)模型為：Zk=w1x1+w2x2+……+w10x10，根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度公式(3)計(jì)算各堇菜的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值，見表5。

表2 堇菜屬植物引種適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Evaluation criteria for introduction adaptability of Viola

表3 理想種與對(duì)比種的各項(xiàng)性狀評(píng)分Tab.3 The characteristic scores of both ideal and contrasted species

表4 各堇菜屬植物與理想種的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Tab.4 Grey correlation coefficients of tested species

根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度分析原則[9-10]，加權(quán)關(guān)聯(lián)度值可真實(shí)的反映引種物種與理想種的差異大小，關(guān)聯(lián)度大表明該種與理想種相似度高，即引種適應(yīng)性強(qiáng)，反之則適應(yīng)性差。由表5可知，從梵凈山引種栽培的幾種堇菜屬植物，引種適應(yīng)性為紫花地丁>柔毛堇菜>蔓莖堇菜>廬山堇菜>如意草>荁>小尖堇菜>淺圓齒堇菜，引種適應(yīng)性最強(qiáng)的是紫花地丁、柔毛堇菜，適應(yīng)性最差的是淺圓齒堇菜、小尖堇菜。

表5 各種加權(quán)關(guān)聯(lián)度Tab.5 Weighted relevancy values of tested species

3．討論

3．1．引種適應(yīng)性比較

灰色關(guān)聯(lián)分析法是根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似度，來判斷因素之間關(guān)聯(lián)程度的方法[1]。本研究結(jié)果表明，采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)8種堇菜屬植物的引種適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果與其實(shí)際生長觀測情況基本一致，能客觀的反映不同堇菜屬植物的引種適應(yīng)性，在實(shí)踐中具有較強(qiáng)的可行性，對(duì)其他植物的引種栽培也有推廣價(jià)值。

梵凈山地區(qū)幾種堇菜屬植物的引種適應(yīng)性的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，紫花地丁因?yàn)槠浞植挤秶鷱V，適應(yīng)能力強(qiáng)，綜合排名最前，淺圓齒堇菜由于繁殖性能差等原因綜合排名最后，這與實(shí)際觀察結(jié)果一致，適應(yīng)性最強(qiáng)的紫花地丁與適應(yīng)性最差的淺圓齒堇菜與理想種的關(guān)聯(lián)度相差0.4532，說明堇菜屬不同種類引種適應(yīng)性差異大。分析原因可能是因?yàn)樽匣ǖ囟閺V布種，主要表現(xiàn)在地理分布上，在由南至北、由西向東的各省區(qū)均有分布[2,11]，另外也體現(xiàn)在生境的多樣性上，具有耐寒[12]、耐鹽堿[13]、抗水分脅迫能力強(qiáng)[14]、耐陰[15]，且種子數(shù)量多，二型種子對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)[16]等特征；柔毛堇菜喜陰濕的環(huán)境，而引種環(huán)境正好在室內(nèi)，在光照強(qiáng)度上與原生境有相似之處；蔓莖堇菜喜生長在路邊貧瘠處，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，開花期長、結(jié)實(shí)率高，且種子萌發(fā)能力強(qiáng)，這也是其引種適應(yīng)性高的原因之一。據(jù)調(diào)查，以上三種適應(yīng)性較強(qiáng)的種類在引種地附近的六龍山有野生分布，說明引種地在以上三種堇菜的分布區(qū)內(nèi)，只是由于局部環(huán)境條件的改變使得堇菜屬植物的分布范圍縮減，數(shù)量減少，這也驗(yàn)證了李秀玲[7]引種適應(yīng)性和種源分布有關(guān)的觀點(diǎn)，如果加入人為措施進(jìn)行栽培更容易獲得成功。

引種適應(yīng)性較差的是淺圓齒堇菜和小尖堇菜，這兩種堇菜在保護(hù)區(qū)的分布呈小斑塊狀，僅在一些生境保存完好的森林入口、邊緣存在。從實(shí)驗(yàn)可知，其適應(yīng)性差主要表現(xiàn)在越夏能力弱，喜歡冷涼環(huán)境，在繁殖上，其走莖發(fā)生率較低，開花率低，種子萌發(fā)率也低，諸多原因使淺圓齒堇菜和小尖堇菜的引種適應(yīng)性差，不適合異地引種。但以上原因尤其是繁殖性能差可能致其種群數(shù)量顯著減少，尤其現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境破壞加劇，適合它們生長的小環(huán)境日趨縮小，對(duì)于它們的保護(hù)刻不容緩，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，可以在生境附近增加一些人為措施，如采種播種、分株等，幫助恢復(fù)種群數(shù)量。

3．2．各指標(biāo)權(quán)重比較

用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析植物引種栽培的適應(yīng)性，可以在信息量比較模糊的情況下以理想種為標(biāo)準(zhǔn)，比較種與理想種關(guān)聯(lián)度越高，說明適應(yīng)性越強(qiáng)。引種適應(yīng)性評(píng)價(jià)可用葉長、葉寬、無性繁殖情況、有性繁殖情況、移栽成活率、開花期、開花率、生長狀況、越冬、越夏能力等指標(biāo)來評(píng)估[7,9]。根據(jù)權(quán)重比較結(jié)果可知，葉寬、越冬能力、生長狀況和移栽成活率是影響引種適應(yīng)性的重要因素，權(quán)重相差僅0.0076。

在常規(guī)引種中，氣候條件相似與否是引種成功的重要制約因素，其中溫度是限制因子[17]，在本研究中，越冬能力的權(quán)重比越夏能力權(quán)重大，是因?yàn)橄募臼覂?nèi)溫度低于氣溫，而冬季室內(nèi)溫度與氣溫相差不大，且夏季氣溫高僅影響堇菜屬植物的生長狀況（葉枯黃、病蟲害等），一旦氣溫降低生長恢復(fù)，而冬季地上部分容易凍死，形成不可逆轉(zhuǎn)的凍害。如果冬季氣溫較低，在引種時(shí)可考慮實(shí)施保護(hù)地栽培，比如冬季覆蓋地膜以提高溫度保證順利越冬，夏季則進(jìn)行遮陰處理降低溫度。有些種類如淺圓齒堇菜和小尖堇菜可能因?yàn)樵较哪芰θ跚覠o繁殖更新導(dǎo)致適應(yīng)能力差，可為其選擇夏季涼爽的中西部地區(qū)進(jìn)行異地引種栽培。

3．3．研究不足及展望

由于部分種類如小尖堇菜、淺圓齒堇菜在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)分布區(qū)域局限，數(shù)量較少，為保護(hù)該物種，引種數(shù)量受到限制，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。且以上指標(biāo)在量化過程中加入了人為因素，加之所選性狀指標(biāo)還不全面，觀察時(shí)間較短等原因?qū)е聦?duì)長期結(jié)果有誤差，在后續(xù)的研究中應(yīng)盡量量化性狀指標(biāo)，如光照強(qiáng)度、培養(yǎng)溫度、營養(yǎng)物質(zhì)含量等，減少人為因素帶來誤差。

從觀察結(jié)果來看，蔓莖堇菜、柔毛堇菜閉鎖花期長，即不經(jīng)過開花過程就能結(jié)實(shí)，從6月到10月都有種子產(chǎn)生，增加了種子數(shù)量，另外廬山堇菜、荁也能通過閉鎖花產(chǎn)生種子，但閉鎖花期和數(shù)量上遠(yuǎn)不如前兩種。通過閉鎖花產(chǎn)生種子進(jìn)行補(bǔ)充繁殖是堇菜屬植物應(yīng)對(duì)不良環(huán)境的生殖策略。這也是這群物種值得持續(xù)關(guān)注的點(diǎn)。

4．結(jié)論

應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對(duì)幾種堇菜屬植物的10種生物學(xué)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)可知，引種適應(yīng)性最強(qiáng)的是紫花地丁、柔毛堇菜、蔓莖堇菜，其次為廬山堇菜、荁，引種適應(yīng)性最差的是淺圓齒堇菜和小尖堇菜。綜上所述，可根據(jù)選擇適應(yīng)性較強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的紫花地丁、柔毛堇菜、蔓莖堇菜、廬山堇菜在銅仁乃至貴州省東部各地區(qū)進(jìn)行栽培推廣，改善我省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉思峰，楊英杰，吳利豐，等．灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用（第7版）[M]．北京：科學(xué)出版社，2014：25-33．

[2]王慶瑞．中國植物志（第51卷）[M]．北京：科學(xué)出版社，1991：47-52．

[3]鄭曉軍，胡穎，郭二輝，等．河南野生草本紫花觀賞植物資源與園林應(yīng)用研究[J]．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，43（1）：70-73．

[4]何順志，徐文芬．貴州中草藥資源研究[M]．貴陽：貴州科技出版社，2007：63-69．

[5]劉光華，佘朝文，蔣向輝，等．湖南通道侗族端午節(jié)中的民族植物學(xué)[J]．植物分類與資源學(xué)報(bào)，2013，35（4）：472-478．

[6]李曉青．益口黃瓜香：蔓莖堇菜[J]．植物雜志，1999（4）：14．

[7]李秀玲，王曉國，李春牛，等．基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法評(píng)價(jià)13種野生兜蘭的遷地保護(hù)適應(yīng)性[J]．植物科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，33（3）：326-335．

[8]莊平，鄭元潤，邵慧敏，等．杜鵑屬植物遷地保育適應(yīng)性評(píng)價(jià)[J]．生物多樣性，2012，20（6）：665-675．

[9]鄭敏娜，李蔭藩，梁秀芝，等．晉北地區(qū)引種苜蓿品種的灰色關(guān)聯(lián)度分析與綜合評(píng)價(jià)[J]．草地學(xué)報(bào)，2014，22（3）：631-637．

[10]曲麗萍，周浩涵，孟妍．基于加權(quán)改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度故障診斷方法[J]．控制工程，2016，23（5）：783-787．

[11]肖瑤，劉春生，白貞芳．北京松山自然保護(hù)區(qū)野生藥用植物資源調(diào)查[J]．亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2016，12（19）：15-17．

[12]常立博，賈凌云，蘇雪，等．早春地被植物紫花地丁對(duì)低溫耐受性的研究[J]．北方園藝，2016（13）：65-69．

[13]劉玉艷，于鳳鳴，曹慧穎，等．鹽脅迫對(duì)紫花地丁植株生長及生理特性的影響[J]．西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26（3）：36-40．

[14]石愛平，王紅利，郭睿，等．紫花地丁的幾種抗逆指標(biāo)研究初探[J]．北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，12（1）：48-53．

[15]于鳳鳴．紫花地丁的耐陰性研究[A]．中國園藝學(xué)會(huì)．2008園藝學(xué)進(jìn)展（第八輯）：中國園藝學(xué)會(huì)第八屆青年學(xué)術(shù)討論會(huì)暨現(xiàn)代園藝論壇論文集[C]．中國園藝學(xué)會(huì)，2008：6．

[16]蘇雪，高婷，侯云云，等．紫花地丁二型性種子的萌發(fā)特性及其生態(tài)意義[J]．草業(yè)科學(xué)，2016，33（10）：2025-2032．

[17]朱慧芬，張長芹，龔洵．植物引種馴化研究概述[J]．廣西植物，2003，23（1）：52-60．