37份福建山藥地方品種主要性狀遺傳變異研究

張武君 陳菁瑛 劉保財(cái) 趙云青 黃穎楨 陳瑩

摘要：【目的】研究當(dāng)前主栽的福建山藥地方品種資源主要性狀的遺傳變異，為優(yōu)質(zhì)地方山藥資源的開發(fā)和品種選育奠定基礎(chǔ)?！痉椒ā恳?7份福建山藥地方品種資源為材料，對24個(gè)主要性狀進(jìn)行觀測分析，并采用多樣性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析等方法進(jìn)行研究?！窘Y(jié)果】數(shù)量性狀的變異系數(shù)為21.01%～68.26%，塊莖相關(guān)性狀變異范圍大于地上部莖葉，描述型性狀的多樣性指數(shù)范圍在0.281～1.349，地上部生長勢、塊莖形狀、表皮光滑度、須根數(shù)的多樣性指數(shù)大于1。相關(guān)性分析表明，葉片、葉柄長勢、莖粗均可以反映地上部植株生長勢的強(qiáng)弱，地上部的生長勢強(qiáng)弱又與地下部塊莖產(chǎn)量密切相關(guān)，因此，可從地上部的生長發(fā)育情況初步推斷產(chǎn)量。主成分分析表明，前5個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為80%，第1主成分貢獻(xiàn)率為43.76%，主要反映地上部莖葉長勢和地下部產(chǎn)量構(gòu)成。聚類分析可將37份福建山藥按基原分成4類，其中以參薯類群的表型遺傳多樣性水平最高。【結(jié)論】福建山藥地方品種資源具有豐富的遺傳多樣性，塊莖多樣性大于莖葉，地上部長勢與產(chǎn)量相關(guān)性狀互相影響。

關(guān)鍵詞：山藥;種質(zhì)資源;性狀;遺傳多樣性;變異

中圖分類號：S632.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-0384（2019）11-1246-09

0 引言

【研究意義】山藥為薯蕷科Dioscoreaceae薯蕷屬Dioscorea L.多個(gè)種的統(tǒng)稱，是一種藥糧菜兼用的高效經(jīng)濟(jì)作物，其肉質(zhì)塊莖富含蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、黏蛋白、皂苷、尿囊素等成分，具有養(yǎng)胃健脾、降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、增強(qiáng)免疫和抗腫瘤等功效[1]，既可鮮食、藥用，又可加工成山藥粉、面、酒等，利用空間廣闊。福建省山藥種植歷史悠久，山地、平原均可種植，近年來隨著需求量的上升更是得到了快速發(fā)展，成為當(dāng)?shù)孛撠氈赂坏闹匾a(chǎn)業(yè)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】福建省地方山藥品種資源豐富，但鑒定和評價(jià)方面的研究較少，而資源評價(jià)與鑒定是種質(zhì)資源合理開發(fā)的基礎(chǔ)，有關(guān)福建山藥種質(zhì)資源的研究主要集中在農(nóng)藝性狀、成分分析和采用分子標(biāo)記評價(jià)遺傳多樣性[2-6]，雖有對福建山藥資源的表型性狀及遺傳多樣性報(bào)道[7]，但評價(jià)指標(biāo)較少，未涉及單株鮮重等產(chǎn)量關(guān)鍵指標(biāo)，未見對福建山藥地方品種資源進(jìn)行較系統(tǒng)的收集和評價(jià)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】調(diào)研發(fā)現(xiàn)2018年福建全省的山藥栽培面積達(dá)5000hm²以上，且產(chǎn)值可觀，但仍存在育成的新品種較少、品種更新?lián)Q代慢、地方主栽品種種質(zhì)退化等問題。同物異名、同名異物現(xiàn)象突出，特別是山藥的基原多，同科不同屬，其化學(xué)成分和營養(yǎng)品質(zhì)不同，嚴(yán)重影響了山藥的生產(chǎn)、收購和供應(yīng)，影響了山藥地方品種的利用，需加強(qiáng)對福建山藥地方品種資源的收集與評價(jià)，開展多樣性分析，明確其基原類別，篩選出高產(chǎn)、抗逆、外觀品質(zhì)優(yōu)良的山藥品種[8]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過對福建山藥地方品種資源進(jìn)行收集評價(jià)，調(diào)查統(tǒng)計(jì)不同地方品種資源的地上部莖、葉、花、長勢及地下部塊莖的形態(tài)指標(biāo)，采用多樣性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，旨在為福建山藥地方品種資源的科學(xué)利用和品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018年收集福建省南平、龍巖、三明、寧德、泉州等地區(qū)的地方主栽山藥品種資源，共37份（表1）。其中包括19份褐苞薯蕷Dioscorea persimilisPrain et Burkill、3份薯蕷Dioscorea opposita Thunb.、3份山薯Dioscoreaf ordii Prain et Burkill和12份參薯Dioscorea alata L.。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測定指標(biāo)和方法 37份山藥地方品種資源按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法進(jìn)行種植管理，在生長旺盛期，每份資源隨機(jī)選取30株，選擇離地1.5m高的部位調(diào)查植株的生長勢Growth potential（GP）、莖色Stemcolor（SC）、莖蔓狹翅Stem narrow-winged（SNW）、基部莖刺Stembase thorn（SBT）、葉色Leaf color（LC）、葉形Leaf shape（LS）、葉面網(wǎng)脈 Reticulate veins onleaf surface（LSRV），測定莖粗Stem diameter（SD）、節(jié)間長Internode length（IL）、葉長Leaf length（LL）、葉寬Leaf width（LW）、葉柄長Petiole length（PL）和葉柄粗Petiole coarseness（PC）;開花期觀察開花與否Flowering or not（FON）;采收期調(diào)查零余子有無Bulbil grow or not（BON），并隨機(jī)采挖30株塊莖，觀察塊莖形狀Tuber shape（TS）、表皮光滑度Skin smoothness（SS）、須根數(shù)Number of fibrous roots（FRN）、塊莖肉色Flesh color of tuber（TFC）、肉質(zhì)褐變性Flesh Browning（FB），測定塊莖長Tuberlength（TL）、塊莖直徑Tuber diameter（TD）、龍頭長Length of tuber top（TTL）和塊莖鮮重Fresh weightof tuber（TFW），塊莖直徑測量選擇最粗處，鮮重為采挖清洗后重量。共選取10個(gè)數(shù)量性狀和14個(gè)描述型性狀作為研究指標(biāo)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，計(jì)算數(shù)量性狀的極差、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù);描述型性狀按標(biāo)準(zhǔn)分級賦值進(jìn)行數(shù)量化（表2），計(jì)算等級分布頻率，應(yīng)用Shannon-Wienerindex（H'）多樣性指數(shù)來衡量群體多樣性大小，計(jì)級別內(nèi)材料占總百分?jǐn)?shù)的百分比，In為自然對數(shù)）[9];應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，相關(guān)性采用Pearson相關(guān)系數(shù)表示，聚類方法采用ward's法，度量標(biāo)準(zhǔn)采用平方Euclidean距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量性狀變異分析

對37份山藥地方品種資源進(jìn)行數(shù)量性狀統(tǒng)計(jì)及變異性分析，結(jié)果見表3。由表3可知，10個(gè)數(shù)量性狀的變異系數(shù)在21%～68%，由大到小依次為：塊莖鮮重>龍頭長>塊莖長>塊莖直徑>莖粗>叫柄米>節(jié)間長>葉寬>葉長>葉柄長。其中，塊莖鮮重、塊莖長、塊莖直徑的變異系數(shù)均大于30%，塊莖鮮重的變異系數(shù)達(dá)68.26%。從極差看，塊莖鮮重變幅最大，達(dá)2849.14g;其次為塊莖直徑和塊莖長，變幅分別為75.31mm和66.12cm;葉長、葉寬、葉柄長和節(jié)間長的變幅均大于6cm，說明福建山藥地方品種資源塊莖和葉的數(shù)量性狀差異明顯，地下部塊莖相關(guān)性狀變異范圍大于地上部，遺傳多樣性豐富，為篩選優(yōu)質(zhì)資源提供了保障。

2.2 描述型性狀遺傳多樣性分析

對37份山藥地方品種資源的11個(gè)描述型性狀進(jìn)行多樣性分析，類型頻率分布和多樣性指數(shù)見表4，由表4可知，福建山藥地方品種資源描述型性狀的遺傳多樣性指數(shù)在0.281～1.349，地上部生長勢、塊莖形狀、表皮光滑度、須根數(shù)的多樣性指數(shù)大于1。以塊莖形狀的多樣性指數(shù)最大，基部莖刺有無最小。37份福建山藥地方品種的莖蔓旋性均為右旋，各描述型性狀在不同級別上分布不均勻，生長勢強(qiáng)占半數(shù)以上，其次為中等生長勢。塊莖形狀多樣，有6種類型，以長圓柱形為主，主要為山薯、薯蕷和部分地區(qū)的褐苞薯蕷，其次為短棒狀，主要為參薯。從頻率分布看，福建地方品種山藥多數(shù)以生長勢強(qiáng)到中等、莖色綠、葉色綠、長心形、無零余子、有開花，塊莖長圓柱形、較少須根、外表皮較粗糙、塊莖肉色白、肉質(zhì)不易褐變類型為主，可見福建山藥地方品種資源多數(shù)生長勢良好，塊莖形狀較齊整美觀，肉色白，不易褐變，利于進(jìn)一步加工保存。

2.3 性狀相關(guān)性分析

對37份福建地方山藥品種資源的24個(gè)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，其中有22個(gè)性狀存在相關(guān)，結(jié)果見表5?？梢钥闯?，莖粗、葉長、葉寬、葉柄長、葉柄粗、塊莖直徑、塊莖鮮重、生長勢之間呈極顯著正相關(guān)，表明葉片、葉柄長、莖粗均可以反映地上部植株生長勢的強(qiáng)弱，地上部的生長勢強(qiáng)弱又與地下部塊莖產(chǎn)量密切相關(guān)，因此，可以從地上部性狀的生長發(fā)育情況初步推斷產(chǎn)量，為山藥的栽培和品種選育提供依據(jù);莖蔓具狹翅為參薯的典型特征之一，該性狀與莖葉相關(guān)性狀、生長勢及塊莖直徑、塊莖鮮重、塊莖肉色之間呈極顯著正相關(guān)，表明參薯類一般葉片更大、長勢更強(qiáng)、產(chǎn)量更高、塊莖肉色更豐富;葉面網(wǎng)脈明顯與否為褐苞薯蕷的典型特征，該性狀與須根數(shù)呈極顯著正相關(guān)，表明褐苞薯蕷具有較多的須根;開花與否與塊莖長、龍頭長和塊莖性狀呈極顯著正相關(guān)，主要是由于開花的山藥類型為薯蕷、褐苞薯蕷、山薯，塊莖形狀以較規(guī)則的圓柱形為主，塊莖長與塊莖直徑、龍頭長相互促進(jìn)，協(xié)同生長;而未觀察到開花的山藥主要類型為參薯，龍頭較短，塊莖較粗，一般呈短棒狀，在土壤不夠疏松條件下，更容易橫向生長。

2.4 性狀主成分分析

對24個(gè)表型性狀進(jìn)行主成分分析，得成分的特征值、方差和累計(jì)方差（表6）?？芍?主成分方差為43.76%，前5個(gè)成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率基本達(dá)80%，說明前5個(gè)成分所包含的信息可較完整反映24個(gè)表型性狀原始特征參數(shù)的大部分信息，既保留了絕大部分信息，又達(dá)到降維的目的，故提取前5個(gè)成分為篩選主要性狀的依據(jù)[9]。

經(jīng)方差最大正交旋轉(zhuǎn)后的主成分載荷矩陣見表7。可知，第1主成分莖粗、節(jié)間長、葉長、葉寬、葉柄長、葉柄粗、塊莖直徑、生長勢、塊莖鮮重、塊莖顏色、莖蔓狹翅、葉面網(wǎng)脈、開花與否的特征向量絕對值均大于0.6，表明第1主成分主要反應(yīng)地上部莖葉長勢和地下部產(chǎn)量構(gòu)成。第2主成分中，零余子有無和塊莖長的特征向量絕對值較大，分別為0.787和0.707，說明普遍具有零余子的薯蕷和山薯塊莖長一般較長，同時(shí)也說明第2主成分主要反映山藥的塊莖長。第3主成分中，葉色特征向量絕對值最大為0.579，反映山藥的葉片顏色。第4主成分中，葉形特征向量絕對值最大，為0.577，說明第4主成分主要反映山藥的葉片形狀。第5主成分中，塊莖肉質(zhì)褐變性特征向量絕對值最大，為0.558，主要反映山藥肉質(zhì)褐變性。各主成分的貢獻(xiàn)率C₁>C₂>C₃>C₄>C₅，即地上部長勢及塊莖產(chǎn)量構(gòu)成成分>塊莖長成分>葉色成分>葉形成分>塊莖肉質(zhì)褐變性成分。

2.5 性狀聚類分析

以24個(gè)性狀為變量，對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行聚類分析（圖1）?？芍?，當(dāng)距離為10～25時(shí)可分為2類，其中1類為參薯，該類群的遺傳多樣性水平最高，植株主要特征為莖蔓具狹翅、莖粗、葉長、葉寬、葉柄長、葉柄粗、生長勢、塊莖直徑、塊莖鮮重普遍較其他類別山藥大;塊莖肉色豐富，有白色、黃色、紫色、外紫內(nèi)白等;塊莖形態(tài)多樣且不固定，有的在不同的土壤條件下均能垂直生長，而有些在土壤較疏松時(shí)能長成棒狀，但遇到土壤較硬或干旱時(shí)，會長成腳板狀、塊狀、牛腿狀等諸多形狀;僅部分資源有零余子，較少開花，在遺傳距離為2.5時(shí)又可以根據(jù)塊莖鮮重等繼續(xù)分成3類。當(dāng)距離在5～10時(shí)，可以將褐苞薯預(yù)從其他基原類群中分出來，該類群的主要特征為葉片中小型，葉面網(wǎng)脈明顯，普遍開花，無零余子，地下塊莖為棒狀或長圓柱形，塊莖莖粗較細(xì)，塊莖肉色為白色，在遺傳距離為2.5時(shí)又可以根據(jù)塊莖鮮重、塊莖直徑等等繼續(xù)分成2類。當(dāng)距離在2.5～5.0，可以將山薯和薯蕷區(qū)分出來，山薯類群的主要特征為，葉片大小中等，葉形為狹長的心形，普遍開花，具零余子，莖蔓為綠帶紫色，地下塊莖為棒狀或圓柱形，晚熟、抗病、產(chǎn)量較高。薯蕷類群的主要特征為，葉片為中小型，葉形為戟形，普遍開花、具零余子，莖蔓顏色綠帶紫，早熟，地下塊莖為長圓柱形，表皮較光滑。

3 討論與結(jié)論

種質(zhì)表型性狀多樣性分析能直接反應(yīng)農(nóng)作物商品性、產(chǎn)量等，因此在篩選優(yōu)良株系、培育新品種中有著不可替代的作用，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于藥用植物資源鑒定、遺傳多樣性分析和核心種質(zhì)構(gòu)建等，如薏苡[10]、紫蘇[11]、黃連[12]等。本研究對37份福建省地方特色山藥品種資源的24個(gè)表型性狀進(jìn)行多樣性分析，可知多數(shù)資源生長勢良好，塊莖形狀較齊整美觀，刨皮后斷面白且不易褐變，利于加工保存。37份山藥地方品種資源的變異系數(shù)為21%～68%，其中塊莖鮮重變異系數(shù)最大，多樣性指數(shù)為0.281～1.349;14個(gè)描述性狀中地上部生長勢、塊莖形狀、表皮光滑度、須根數(shù)的多樣性指數(shù)較大，進(jìn)一步說明福建山藥地方品種資源遺傳多樣性豐富，尤其是塊莖相關(guān)性狀的遺傳多樣性。相關(guān)性分析表明，葉片、葉柄長、莖粗均可以反映地上部植株生長勢的強(qiáng)弱，地上部的生長勢強(qiáng)弱又與地下部塊莖產(chǎn)量密切相關(guān)，因此可以通過地上部長勢對產(chǎn)量進(jìn)行初步判斷。

表型聚類分析將37份資源分成4個(gè)類群，即參薯類群、山薯類群、褐苞薯蕷類群、薯蕷類群，與植物分類學(xué)進(jìn)行的基原分類結(jié)果一致。根據(jù)表型，薯蕷和山薯先聚為一類，再和褐苞薯蕷聚為一類，參薯的遺傳距離最遠(yuǎn)，與雷伏貴等[5]、黃玉仙等[13]采用分子標(biāo)記得到的親緣關(guān)系均有差異。前人通過園藝學(xué)分類一般將山藥分為普通山藥和參薯，或者按塊莖形狀劃分[14]，不夠嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)。本研究供試的37份山藥資源中，褐苞薯蕷19份，參薯12份，占調(diào)查資源總數(shù)的84%，表明福建地區(qū)的褐苞薯蕷和參薯為山藥的主要種植類型，與李麗紅等[7]的研究基本吻合，因此參薯和褐苞薯蕷也是福建省地方藥材標(biāo)準(zhǔn)收載的“福建山藥”項(xiàng)下的基原植物[15]。但目前山薯類群在建陽、龍巖和漳州等地已有較大的種植面積[8]，該基原山藥也是廣東省中藥材標(biāo)準(zhǔn)收載的“廣山藥”項(xiàng)下的基原植物[16]，為此建議將山薯類山藥增收為“福建山藥”的新基原類型，該類群具有晚熟，抗病性強(qiáng)，產(chǎn)量高、塊莖條形順直的優(yōu)點(diǎn)，可從高產(chǎn)、不易褐變、表皮厚易運(yùn)輸?shù)确矫孢M(jìn)行進(jìn)一步資源篩選和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]董慶海，吳福林，王涵，等.山藥的化學(xué)成分和藥理作用及臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J].特產(chǎn)研究，2018，40（4）：98-103.

[2]華樹妹，陳芝華，賀佩珍，等.福建山藥種質(zhì)資源多糖含量評價(jià)[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014（7）：651-656.

[3]華樹妹.福建山藥資源品質(zhì)成分與遺傳多樣性分析[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2010.

[4]華樹妹，涂前程，雷伏貴.福建山藥種質(zhì)資源遺傳多樣性的RAPD分析[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2009，10（2）：195-200.

[5]雷伏貴，華樹妹，涂前程，等.山藥種質(zhì)資源親緣關(guān)系的ISSR分析[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，28（1）：27-32.

[6]黃瑞平.福建山藥地方資源主要農(nóng)藝性狀與品質(zhì)特性比較[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2012，33（7）：1309-1315.

[7]李麗紅，華樹妹，陳芝華，等.福建山藥地方品種表型性狀的遺傳多樣性研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，31（02）：257-262.

[8]張武君，劉保財(cái)，陳菁瑛，等.福建省山藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J].福建農(nóng)業(yè)科技，2019（4）：38-42.

[9]史周華，何雁.中醫(yī)藥統(tǒng)計(jì)學(xué)與軟件應(yīng)用[M].北京：中國中醫(yī)藥出版社，2017.

[10]李祥棟，潘虹，陸秀娟，等.薏苡屬種質(zhì)資源的主要表型性狀多樣性研究[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2019，20（1）：229-238.

[11]魏忠芬，李慧琳，奉斌，等.貴州紫蘇種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，30（1）：45-52.

[12]楊維澤，金航，李晚誼，等.瀕危植物云南黃連不同居群表型多樣性研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，35（5）：719-726.

[13]黃玉仙，黃姍，梁康逕，等.基于SRAP標(biāo)記的山藥種質(zhì)資源遺傳多樣性分析[J].中國野生植物資源，2011，30（6）：48-54.

[14]蔡金輝，嚴(yán)漸子，黃曉輝，等.山藥品種資源的分類研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，21（1）：53-57.

[15]福建省食品藥品監(jiān)督管理局.福建省中藥飲片炮制規(guī)范：2012年版[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[16]廣東省食品藥品監(jiān)督管理局.廣東省中藥材標(biāo)準(zhǔn)-第二冊[M].廣州：廣東科技出版社，2011.

（責(zé)任編輯：林海清）

收稿日期：2019-09-26初稿;2019-10-30修改稿

作者簡介：張武君（1988-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，主要從事藥用植物生理生化研究（E-mail：352047618@qq.com）

通信作者：陳菁瑛（1966-），女，研究員，主要從事藥用植物資源利用（E-mail：cjy6601@163.com）

基金項(xiàng)目：福建省科技計(jì)劃公益類專項(xiàng)（201681017-5、201781017-1、201881017-7）;福建省財(cái)政專項(xiàng)—福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（STIT2017-2-8）