不同種源紫蘇葉片性狀的差異1)

崔新爽 李曉雪 王菲 楊逢建

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，154100)

紫蘇(Perillafrutescens(L.) Britt.)為唇形科1年生草本植物，又稱桂荏、白蘇、赤蘇等；紫蘇葉片呈寬卵形或圓卵形，葉對生，有長柄，略皺，邊緣有粗圓齒，葉色為兩面紫色或僅下面紫色或兩面綠色[1]。紫蘇中含有的揮發(fā)油、脂肪酸、黃酮、酚酸等成分，使其具有降氣化痰、止咳平喘、解表散寒、理氣止痛、潤腸通便、解毒、安胎等作用[2-3]，具有多種藥用價(jià)值，有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；在醫(yī)藥、食品領(lǐng)域都具有較高的開發(fā)空間，近年來在國內(nèi)外受到廣泛關(guān)注。紫蘇具有較高的利用價(jià)值，使其在全國各地栽培，有豐富的種質(zhì)資源和悠久的栽培歷史。

植物的形態(tài)和生長特性會隨著環(huán)境和資源水平的變化而發(fā)生改變[4-5]，而葉片是植物在生長過程中對周圍環(huán)境變化比較敏感的器官，周圍生長條件的變化會使葉的性狀發(fā)生改變。葉片性狀的改變會影響營養(yǎng)物質(zhì)的產(chǎn)生和植物本身的生長，是因?yàn)橹参锏墓夂献饔弥饕l(fā)生在葉片上，產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)可以維持植物器官的運(yùn)行和生長，植物生產(chǎn)力的大小，葉片也是決定性器官之一[6-7]。

葉片表型受到植物遺傳變異的影響，周圍環(huán)境的差異也會使其變化，從而表現(xiàn)出不同的形態(tài)[8]，即葉片表型變異是植物遺傳變異和環(huán)境互作的共同反映。經(jīng)研究表明，可以通過葉片之間存在的相關(guān)性，體現(xiàn)植物本身的適應(yīng)策略。葉片形態(tài)與植物營養(yǎng)、生理以及生態(tài)因子等密切相關(guān)，因此分析葉片形態(tài)對于植物的適應(yīng)性有重要的研究價(jià)值。此外，葉片功能性狀具有測量簡單、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，并能較好反映植物的生理功能[9]。本試驗(yàn)選擇來自全國7個(gè)種源的紫蘇，從形態(tài)學(xué)水平對紫蘇葉片性狀進(jìn)行觀測，分析不同種源紫蘇葉片性狀差異，探索這些品種在黑龍江省的生長表現(xiàn)、適應(yīng)性，為優(yōu)質(zhì)種源的引種栽培提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于黑龍江省哈爾濱市東北林業(yè)大學(xué)逸夫?qū)嶒?yàn)樓外的種植園，地處東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°4′～46°40′。試驗(yàn)地屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫4.75 ℃，極端低溫-18 ℃，極端高溫33 ℃；年降水量約為552.00 mm，夏季占全年降水量的60%，降水主要集中在6—9月份，平均相對濕度65.67%；冬季長夏季短，降雪期為每年11月份至次年1月份。試驗(yàn)地長期受流水浸蝕，地勢略有起伏，土層深厚，土質(zhì)肥沃。

2 材料與方法

來源于7個(gè)不同種源紫蘇種子，即黑龍江、河北、河南、云南、廣州、甘肅、安徽，將紫蘇種子種于試驗(yàn)地，采用直播的方法，建壟、澆水。

每個(gè)種源隨機(jī)選取植物葉片，用直尺測量葉長、葉寬，用愛普生掃描儀掃描葉片，保存葉片圖片。選取新鮮完整的葉片，洗凈后擦干水分，稱量葉片質(zhì)量，記為葉片鮮質(zhì)量；然后放入烘箱，70 ℃烘干24 h后，稱量葉片質(zhì)量，記為葉片干質(zhì)量。

用Image J圖像處理軟件計(jì)算葉片葉面積和葉周長，Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS 22.0分析數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

不同種源紫蘇的葉片性狀均有差異(見表1)，不同種源間的葉片長度、葉片寬度、葉面積、葉周長、長寬比的變異幅度，分別為12.73～16.38 cm、8.52～13.48 cm、71.50～147.70 cm2、40.19～58.46 cm、1.10～1.49。安徽、河北、廣東種源的葉長與葉寬均值較大，甘肅、黑龍江、河南、云南的葉片均值較??；安徽紫蘇葉面積最大，其次是廣東，2個(gè)種源紫蘇葉面積僅相差13.22 cm2，云南種源的葉面積最小，僅為71.50 cm2，約為安徽葉面積的0.48倍；安徽、河北種源紫蘇葉周長相似，僅相差0.15 cm，云南紫蘇葉周長最短為40.19 cm。長寬比值能描述葉形，即葉的長短與寬窄，長寬比值大的葉為細(xì)長形，比值小的為寬幅形。根據(jù)長寬比值，云南、黑龍江、河北種源的葉片較細(xì)長，相比之下，廣東、甘肅、河北、安徽、河南葉片較寬。

紫蘇葉片顏色分為雙面紫色、雙面綠色和正面綠背面紫[10]。由圖1可見：河北種源紫蘇葉片呈雙面紫色，黑龍江和云南紫蘇葉片雙面為綠色，廣東、甘肅、安徽和河南種源紫蘇葉片均為正綠背紫；河北種源葉片較薄，褶皺較多，廣東、甘肅、安徽、河南種源葉片較厚。

表1 不同種源紫蘇葉片性狀測定結(jié)果

注：數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；數(shù)據(jù)后，同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

變異系數(shù)可用來表示性狀的離散程度[11]。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同種源紫蘇葉片的變異系數(shù)均值不同(見表2)，紫蘇葉片5個(gè)不同性狀變異系數(shù)，由大到小依次為葉面積、葉寬、葉長、葉周長、葉長寬比；由于變異系數(shù)大說明離散程度廣，所以變異系數(shù)較大的紫蘇葉片性狀受周圍生長因素的影響較大。

表2 紫蘇葉片性狀變異系數(shù)

對不同種源間紫蘇葉片性狀特征進(jìn)行方差分析(見表3)，結(jié)果表明：處在同一生長條件下，不同種源紫蘇葉片性狀均存在極顯著差異(P<0.01)。在種源間產(chǎn)生這種顯著差異的原因與多種因素有關(guān)，如土壤成分、氣候環(huán)境等。

表3 不同種源間紫蘇葉片性狀方差分析

注：** 表示差異極顯著(P<0.01)。

植物葉片性狀的變化受遺傳因素和環(huán)境因子的同時(shí)作用，其中環(huán)境因素包括土壤、光照、氣候等。由于葉片能量積累等作用，葉片性狀的變化會對植物本身的生長產(chǎn)生影響[12]。因此，研究紫蘇葉片性狀的相關(guān)性，可為了解其對不同環(huán)境適應(yīng)性提供參考。

比葉面積即單位干質(zhì)量的鮮葉表面積，能反映植物對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同種源紫蘇的比葉面積數(shù)值，從大到小依次為河南(551.54 cm2/g)、河北(532.78 cm2/g)、云南(531.12 cm2/g)、甘肅(495.13 cm2/g)、廣東(477.99 cm2/g)、黑龍江(458.94 cm2/g)、安徽(413.44 cm2/g)；不同種源紫蘇的比葉面積數(shù)值相差較大，說明各個(gè)種源的紫蘇對環(huán)境的適應(yīng)能力差異明顯。

主成分分析法是將具有一定相關(guān)性的諸多指標(biāo)轉(zhuǎn)換成少數(shù)的主成分因子，以各因子的貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，結(jié)果更加客觀合理，被廣泛應(yīng)用于優(yōu)良品種篩選植株的評價(jià)[13]。采用主成分分析法對紫蘇葉片性狀的9個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，得到因子分析結(jié)果解釋總方差(見表4)，提取出2個(gè)特征值大于1的主成分。對9個(gè)葉片形態(tài)性狀的主成分分析表明：特征值大于1的前2個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率分別為64.74%、19.78%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.52%，表明前2個(gè)主成分已經(jīng)把紫蘇葉片性狀84.52%的信息反映出來，因此，可以選取前2個(gè)主成分作為紫蘇葉片性狀選擇的指標(biāo)(見表5)。第1主成分中，葉長、葉寬、葉面積、葉周長、長寬比負(fù)載值的絕對值較大，反映了葉片的外形，是區(qū)分紫蘇葉片的主要性狀；第2主成分中，比葉面積和葉干物質(zhì)的量的負(fù)載值絕對值較大，反映了紫蘇的葉片性狀。

表4 總方差解釋

表5 7個(gè)種源紫蘇葉片性狀主成分分析

4 結(jié)論與討論

受植物種內(nèi)遺傳特性分化的影響，不同種源植物葉片形態(tài)會產(chǎn)生差別；同一植物生長在不同的環(huán)境條件下，由于土壤成分、氣候、水分等條件差別，植物的生態(tài)適應(yīng)性和遺傳特性會有不同的表現(xiàn)，而植物種子可以將這些性狀遺傳下來；因此，不同種源的種子會表現(xiàn)出顯著的差異。葉片性狀是環(huán)境和遺傳因子相互作用的結(jié)果，既表現(xiàn)出對環(huán)境的適應(yīng)與響應(yīng)特征，又表現(xiàn)出其固有的形態(tài)特征[14]。葉片對環(huán)境的變化有高度敏感性，葉片本身也有強(qiáng)烈可塑性，使得葉片功能性狀對環(huán)境變化均較為敏感，因此，常常表現(xiàn)出同一功能性狀在應(yīng)對相同環(huán)境變化時(shí)存在種間差異[15-16]。由于在同一試驗(yàn)地栽植，周圍光照、水肥、溫度都是處在同一條件下，所以不同紫蘇的葉形差異主要來自于品系間遺傳作用，如7個(gè)種源紫蘇葉顏色、葉厚、葉形等性狀受種間強(qiáng)的遺傳控制，表現(xiàn)出固有的形態(tài)特征，是長期適應(yīng)自然的結(jié)果。7個(gè)種源間葉片的總變異系數(shù)為葉面積(12.00%)、葉寬(7.90%)、葉長(5.98%)、葉周長(5.81%)、長寬比(3.67%)，長寬比的變異系數(shù)最小，說明葉型的變異最穩(wěn)定，受到的影響最小。河北的葉長、葉寬、葉面積、葉周長的變異系數(shù)大于其他種源，說明河北種源在試驗(yàn)地變異較大，相比之下，其他種源的變異較為穩(wěn)定。

比葉面積可以反映植物與碳的平衡關(guān)系，植物對周圍生境的適應(yīng)情況也可通過比葉面積反映，比葉面積大的具有較高的生產(chǎn)力和截獲光的能力。試驗(yàn)結(jié)果中，河南紫蘇葉片的比葉面積值最大，有較高的生產(chǎn)力，其他種源能力較差。

在主成分分析中，前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到84.52%，說明這2個(gè)主成分能概括9個(gè)性狀指標(biāo)的大部分信息，能反映不同品種紫蘇在葉形態(tài)上的差異。其中，第1成分的葉面積負(fù)載值最大，是區(qū)分紫蘇不同種源的主要葉片性狀。

本研究分析7個(gè)不同種源的紫蘇葉片性狀，比較在相同氣候環(huán)境下的性狀，發(fā)現(xiàn)不同種源紫蘇在葉表型性狀間差異顯著，但對不同種源紫蘇植株表型性狀變異規(guī)律的研究尚不夠深入和廣泛。為更加準(zhǔn)確地評價(jià)不同種源的紫蘇，還應(yīng)該擴(kuò)大取樣范圍，在生理生化和分子等水平上采用多學(xué)科手段進(jìn)行綜合分析和相關(guān)研究。