山藥種質(zhì)資源的分類及綜合分析

許念芳，岳林旭，劉少軍，臧傳江，姚甜甜，舒 銳，李曉龍，付在秋，焦 健，孫亞玲

(山東省輕工農(nóng)副原料研究所，山東 高密 261500)

東亞是山藥的起源中心之一，栽培歷史悠久，種質(zhì)資源豐富，特別是中國、日本、韓國等地，山藥種質(zhì)資源較多。中國有50多個品種，引自日本的有十幾個品種，由于山藥的地域性較強，在長期的栽培過程中形成了較多的地方品種[1]。但目前山藥的品種命名比較亂，沒有科學(xué)規(guī)范的命名方法，很多山藥品種名稱混亂，有的一個品種有幾個名字，有的一個名字對應(yīng)幾個品種，對山藥的引種和研究造成了諸多不便，如何科學(xué)的鑒別，完成品種的分類便顯得尤為重要。山藥的分類研究較多[2-4]，但是對“種”以內(nèi)的分類研究較少[5]，特別是對那些引種改良形成的地方特色品種的分類鑒定較少。在品種資源的分類研究中，形態(tài)學(xué)遺傳變異分析是遺傳多樣性分析和分類命名最重要的手段，也是最簡易和直觀的方法[6]。本研究以國內(nèi)和引自日本的30份山藥特色品種資源為材料，對它們的主要形態(tài)特征進行差異性和聚類分析，通過綜合分析進行分類鑒別，旨在為東亞山藥的品種鑒別、分類及種質(zhì)保存提供參考，進一步豐富山藥種質(zhì)資源，從而加快山藥的育種進程。

1 材料與方法

1.1 材料和試驗地

供試的30份山藥種質(zhì)資源于2015—2016年分別從日本以及我國的山東、河南、河北、浙江、四川等地收集而來 ，品種名稱和來源地見表1。試驗材料種植在山東省輕工農(nóng)副原料研究所呼家莊試驗基地，該地為沙壤土，肥力中等，灌溉方便，交通便利。

1.2 試驗方法

供試山藥種栽分別于2016年和2017年4月中旬種植，挑選生長健壯、色澤鮮艷、無病蟲害、未受凍的山藥蘆頭或莖段作為種栽，大小為100 g左右，種栽切口用代森錳鋅原粉蘸封。采用開溝器開溝，結(jié)合整地，施入腐熟的的有機肥和三元復(fù)合肥，施肥量為每畝有機肥4 000 kg，三元復(fù)合肥100 kg，生長過程中再分三次追施40 kg三元復(fù)合肥。采用起壟雙行覆膜種植，株距0.2 m，行距0.8 m，小區(qū)面積為4.8 m2。將30份山藥種質(zhì)資源分別種植在試驗地內(nèi)，各種質(zhì)資源之間留出1 m的間隔，有零余子的品種之間用沒有零余子的品種間隔種植，防止種質(zhì)資源混雜，做好田間管理和病蟲害防治工作。

1.3 形態(tài)特征指標(biāo)調(diào)查

根據(jù)山藥的生物學(xué)特性，在山藥各生長時期，觀察、測定山藥植株的地上部和地下部形態(tài)特征指標(biāo)。參照周生茂[7]、黃姍[8]和黃玉仙[9]的測定方法，地上部莖蔓和葉的觀測部位以15～20節(jié)為準(zhǔn)。觀察16個地上部形態(tài)特征指標(biāo)和7個地下部形態(tài)指標(biāo)，其形態(tài)指標(biāo)描述與賦值見表2。每小區(qū)隨機抽取10株，測量其數(shù)值，取2016年和2017年兩年的平均值；非數(shù)據(jù)型形態(tài)指標(biāo)每株觀測記錄一個數(shù)值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel表格對原始數(shù)據(jù)進行整理，SPSS數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)分析。變異系數(shù)=(標(biāo)準(zhǔn)差/平均值)×100%。

表1 供試山藥品種及來源

表2 山藥形態(tài)指標(biāo)描述與賦值

2 結(jié)果與分析

2.1 山藥種質(zhì)資源形態(tài)學(xué)指標(biāo)的差異性分析

對30份山藥種質(zhì)資源的數(shù)量性狀指標(biāo)和質(zhì)量性狀指標(biāo)分別進行了測量和賦值，數(shù)據(jù)匯總結(jié)果見表3和表4，30份山藥種質(zhì)資源除具有莖蔓旋性為右旋，葉片質(zhì)地為紙質(zhì)，葉脈數(shù)為7等共同特征外，其它形態(tài)特征上均有差異，其中葉的缺裂、葉基部形狀、零余子形狀、塊莖形狀差異較大。由表5可以看出，30份山藥種質(zhì)資源之間的主要形態(tài)指標(biāo)均存在著一定的變異，變異系數(shù)在16.41%～64.19%之間。其中零余子形狀變異系數(shù)最大，達到64.19%，塊莖形狀次之，葉寬變異系數(shù)最小，為16.41%。

表3 山藥種質(zhì)資源地上部形態(tài)指標(biāo)值

表4 山藥種質(zhì)資源地下部形態(tài)指標(biāo)值

表5 山藥種質(zhì)資源形態(tài)特征表現(xiàn)及變異度

2.2 山藥種質(zhì)資源形態(tài)指標(biāo)的聚類分析

聚類分析采用組間聯(lián)接方法，平方歐氏距離對30份山藥種質(zhì)資源進行了系統(tǒng)聚類。由圖2可知，在遺傳距離為25處，30份山藥種質(zhì)資源可以分為2類，6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26、4、8、7、23共26個品種聚為一類，該類中除了野山藥外，山藥品種均為北方山藥和日本山藥，莖截面形狀為圓形，沒有棱翼，葉先端漸尖，葉長較短，開花，塊莖內(nèi)皮層顏色為黃白色，肉色為白色；15、29、27、30共4個品種聚為一類，該類中山藥品種均為南方山藥，莖截面形狀為方形，有棱翼，葉全緣，葉先端尾尖，葉長較長，不開花，無零余子。當(dāng)遺傳距離在7處，30份山藥種質(zhì)資源可以分為5類，第I類包括6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26共22個品種，該類群中山藥品種莖蔓顏色、葉柄顏色和葉柄兩端顏色均為紫色；第II類包括4、8、7共三個品種，該類群中山藥品種莖蔓顏色、葉柄顏色和葉柄兩端顏色均為綠色；第III類包括23，該類為野山藥，葉形為卵形，塊莖形狀棒狀，外表皮顏色為黃褐色；第IV類包括15和29，該類群為紫山藥，有棱翼，葉形為三角形，塊莖紡錘形或塊狀，塊莖外表皮顏色為黑褐色，內(nèi)皮層顏色為紫色，肉色為紫色；第V類包括27、30，該類群山藥品種均為塊狀，肉色為白色或淡黃色，屬于大薯類。

2.3 綜合分類分析

供試材料除了日本品種外，大多是國內(nèi)地方特色品種，何海玲等[10]和梁任繁[11]等調(diào)查研究認(rèn)為，我國商品山藥的品種資源根據(jù)生態(tài)區(qū)域(以長江為界)的不同，可以劃分為北方山藥群和南方山藥群。30份山藥種質(zhì)資源中，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、28共15份山藥品種資源引自北方，其特點為葉片較小，長勢一般，生育期較短，地下塊莖均屬于長山藥，歸為北方山藥品種資源群；16、17、18、19、20、21、22、24、25、26共10份山藥品種資源引自日本，其特點為出苗早，長勢較強，產(chǎn)量較高，歸為日本山藥品種資源群；15、23、27、29、30共5份山藥品種資源引自南方，其特點為葉片較大，長勢很強，地下塊莖水分含量大，不耐儲存，歸為南方山藥品種資源群。由圖1可知，在遺傳距離25處，30份山藥品種資源聚為兩類，除23野山藥外，所有南方山藥聚為一類，野山藥與北方山藥、日本山藥聚為一類，但是野山藥與北方山藥、日本山藥遺傳距離也超過8以上；日本山藥與北方山藥遺傳距離較近。這說明山藥遺傳變異受生態(tài)環(huán)境的影響較大，但隨著各地品種資源的頻繁交流，減少了生態(tài)區(qū)域?qū)τH緣關(guān)系的影響。通過對引種地的走訪考察發(fā)現(xiàn)，同一山藥品種資源在不同的生態(tài)區(qū)域形態(tài)特征也會稍有差異，特別是數(shù)量型性狀差異較大，這為山藥異地引種的品種改良提供了可能。

圖1 30份山藥種質(zhì)資源聚類樹形圖

3 討 論

3.1 山藥種質(zhì)資源的形態(tài)特征差異性分析

由23個形態(tài)特征的變異系數(shù)可以看出，各山藥品種的變異系數(shù)均超過了10%，這說明各山藥品種資源的23個形態(tài)特征的個體間差異較大[12-13]，為山藥品種的遺傳改良提供了可能。其中，葉的缺裂、葉基部形狀、零余子形狀、塊莖形狀的變異系數(shù)均達到50%以上，這說明這四項指標(biāo)的差異性明顯，零余子形狀和塊莖形狀對山藥生產(chǎn)的意義較大，可為選育滿足某一專門用途的山藥遺傳改良提供參考。由此可見， 30份山藥品種資源之間的形態(tài)指標(biāo)具有一定的多樣性和差異性，變異系數(shù)較大，在山藥品種資源的鑒定和遺傳改良方面具有重要的意義。

3.2 山藥種質(zhì)資源形態(tài)指標(biāo)的聚類分析

山藥品種資源的23個形態(tài)指標(biāo)差異明顯，說明30份山藥品種資源來源廣泛，定量分析較難，因此本研究通過聚類分析進行數(shù)量分類法分析[14]。由30份山藥品種資源的聚類樹形圖可知，在遺傳距離25處，聚為I和II類，即莖截面方形，有棱翼與莖截面圓形，無棱翼兩大類，這與生態(tài)區(qū)域分類結(jié)果一致。在遺傳距離為6處，第I類中又可聚為4類，長山藥、扁山藥、棍山藥、棒山藥；第II類中聚為紫肉山藥、白肉山藥、淡黃肉山藥。在長山藥群中，又可以分為粉山藥、糯山藥、脆山藥。這與蔡金輝等[5]山藥品種資源分類研究基本一致。因此運用數(shù)量分類法的聚類分析對山藥品種資源，特別是種以下的品種分類和遺傳改良具有重要的指導(dǎo)意義。

3.3 綜合分類分析

山藥的地域性較強，不同的生態(tài)區(qū)域?qū)ι剿幍纳L和形態(tài)特征影響較大。在聚類分析中發(fā)現(xiàn)一般同一生態(tài)區(qū)域的山藥品種聚為一類，但是也有列外，本研究中野山藥與其它南方山藥品種在遺傳距離25處不能聚到一類，這說明山藥品種引種的生態(tài)區(qū)域不是親緣關(guān)系遠近的評判依據(jù)，這也與各地不同山藥品種之間的基因廣泛交流有關(guān)。這與徐鑫[15]研究結(jié)論相似。研究同時發(fā)現(xiàn)，同一山藥品種在不同生態(tài)區(qū)域的形態(tài)特征有差異。因此，在植物學(xué)分類或園藝學(xué)分類中，山藥的形態(tài)特征與生態(tài)特性應(yīng)綜合考慮。本研究結(jié)合形態(tài)特征的聚類分析和生態(tài)區(qū)域綜合分析，對30份山藥品種資源進行了分類鑒定，為當(dāng)?shù)厣剿幤贩N資源的豐富和遺傳改良提供了參考。

4 結(jié) 論

(1)30份山藥品種資源的形態(tài)指標(biāo)具有一定的多樣性和差異性，23個形態(tài)指標(biāo)之間變異系數(shù)均較高，變異系數(shù)在16.41%-64.19%之間。其中零余子形狀變異系數(shù)最大，達到64.19%，塊莖形狀次之，葉寬變異系數(shù)最小，為16.41%。變異系數(shù)對山藥品種資源的遺傳改良具有一定的參考價值。

(2)30份山藥品種資源利用系統(tǒng)聚類法進行聚類分析，在遺傳距離25處，聚為2類，6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26、4、8、7、23共26個品種聚為一類；15、29、27、30共4個品種聚為一類。遺傳距離在7處聚為5類，第I類包括6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26共22個品種；第II類包括4、8、7共三個品種；第III類包括23；第IV類包括15和29；第V類包括27、30。

(3)山藥品種資源受生態(tài)區(qū)域影響較大，根據(jù)起源生態(tài)區(qū)域可劃分為北方山藥、日本山藥和南方山藥，這與聚類分析結(jié)果基本一致，但山藥品種引種的生態(tài)區(qū)域不是親緣關(guān)系遠近的評判依據(jù)，同一山藥品種在不同生態(tài)區(qū)域的形態(tài)特征有差異。因此，在山藥的植物學(xué)分類或園藝學(xué)分類中，應(yīng)綜合考慮山藥的形態(tài)特征和生態(tài)特性。