河北省青龍地區(qū)北蒼術(shù)葉型變異模式初探

郭欣慰，喬旭，李艾蓮

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193）

北蒼術(shù) （Atractylodes chinensis （DC.） Koidz.） 為菊科蒼術(shù)屬多年生草本植物，其野生資源分布于中國華北、東北和西北地區(qū)，目前主產(chǎn)區(qū)為內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北省、吉林省和遼寧省等。以4～5 a 生的根莖入藥，與主要分布于中國長江以南的茅蒼術(shù)的干燥根莖 （Atractylodes lancea（Thunb.）DC.） 同為 《中華人民共和國藥典》 （2020 版） 〔以下簡稱“《藥典》（2020 版）”〕蒼術(shù)基源[1]。目前北蒼術(shù)在中國市場占有量較高，具有燥濕健脾、祛風(fēng)散寒、明目的功效，也是防治呼吸道系統(tǒng)疾病的大宗中藥材[1，2]。

蒼術(shù)在中國種植歷史悠久，最早以“術(shù)”記載于東漢的《神農(nóng)本草經(jīng)》。長期以來，蒼術(shù)嚴(yán)重依賴野生資源，但作為異花授粉植物，其種子結(jié)實(shí)率較低，長期過度采挖導(dǎo)致華北、東北等地的北蒼術(shù)資源蘊(yùn)藏量急劇下降，蒼術(shù)價(jià)格逐年攀升。近年來，各地陸續(xù)開展了北蒼術(shù)“野變家”研究，初步建立了分根繁殖與種子繁殖相結(jié)合的“無性+有性”馴化措施，但目前推廣面積有限，人工栽培產(chǎn)區(qū)仍以種子直播為主[2]。長期有性繁殖致使北蒼術(shù)像很多菊科植物一樣，具有高度雜合的遺傳背景和異常豐富的表型變異[3]，同時(shí)也伴隨著品種退化和抗逆性降低等問題。梳理北蒼術(shù)不同變異類型以及變異模式是篩選優(yōu)良野生資源進(jìn)行家種馴化的重要基礎(chǔ)工作。

在北蒼術(shù)表型變異的相關(guān)研究中，葉型被首先提出作為劃分北蒼術(shù)不同變異的標(biāo)志性狀。在《東北植物志》 （劉慎諤，1959）和《東北藥用植物志》 （中國科學(xué)院林業(yè)土壤研究所，1959）中，根據(jù)葉型的變異將蒼術(shù)的北方分支劃分了4 個(gè)變種——赤峰蒼術(shù)（A. chinensis var. quinqueloba）、朝鮮蒼術(shù) （A. chinensis var. koreana）、遼東蒼術(shù) （A. chinensis var.liaotungensia）和全葉蒼術(shù)（A. chinensis var. simplicifolia）[4，5]。林镕和石鑄于 1987 年修訂 《中國植物志》時(shí)亦提出北蒼術(shù)在葉型、葉分裂與否以及葉分裂的程度和葉質(zhì)地的厚薄上存在極大變異，在同一群體中分裂葉和不分裂葉同時(shí)存在的現(xiàn)象十分常見[6]。相關(guān)學(xué)者還開展了不同蒼術(shù)種葉表皮特征和葉表皮細(xì)胞特征的研究，但結(jié)果均顯示其不是北蒼術(shù)的特有變異性狀[7，8]。我們前期對河北省北蒼術(shù)調(diào)研時(shí)也發(fā)現(xiàn)，北蒼術(shù)形態(tài)（葉、莖和花色）變異中葉型和裂葉程度變異非常豐富。但目前有關(guān)北蒼術(shù)葉型變異模式的研究尚少，制約了對不同葉型北蒼術(shù)種質(zhì)資源的認(rèn)識(shí)與開發(fā)利用。

河北省青龍滿族自治縣的北蒼術(shù)朱砂點(diǎn)密、香氣濃郁，蒼術(shù)素含量顯著高于《藥典》 （2015 版）標(biāo)準(zhǔn)，2019 年入選河北省區(qū)域道地藥材公用品牌[9]。以該縣北蒼術(shù)為研究對象，從葉片形態(tài)入手，從葉型變異的角度初步探索北蒼術(shù)優(yōu)良野生資源的篩選方向，可為北蒼術(shù)優(yōu)良野生資源的開發(fā)利用提供線索與理論依據(jù)。

1 材料與方法

2019 年6 月在河北省北蒼術(shù)主產(chǎn)區(qū)之一的秦皇島市青龍滿族自治縣頭道溝村和楊樹林子（北緯40.40°，東經(jīng)118.95°），隨機(jī)選取生長正常、無病蟲害的裂葉型和葉完整型健康北蒼術(shù)各40 株進(jìn)行調(diào)查。試材經(jīng)中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所李艾蓮研究員鑒定均為菊科蒼術(shù)屬北蒼術(shù)〔Atractylodes chinensis（DC.） Koidz.〕，株齡均為 3 a。

在每株株高1/2 處取完整的成熟葉片3 片，用直尺測量每個(gè)葉片的葉長和葉寬。對于裂葉型葉片，用直尺分別測量次裂片1 和次裂片2 的次裂深和次裂長（圖1）。

圖1 裂葉型北蒼術(shù)次裂片相關(guān)參數(shù)測定示意圖Fig.1 Sketch map of secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

采用EXCEL 軟件，分別計(jì)算葉片長寬比和次裂深度比；采用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行影響裂葉型次裂深度比的各因素相關(guān)性分析、通徑分析和趨勢分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 北蒼術(shù)不同葉型的調(diào)查結(jié)果

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北蒼術(shù)葉片以葉完整型（橢圓形）為主，伴有多種次裂變異類型，個(gè)別植株甚至出現(xiàn)植株頂部葉型與底部葉型不一致的情況。

為便于梳理，本研究首先選擇全株葉型一致的植株作為調(diào)查對象（圖2）。結(jié)果顯示，北蒼術(shù)裂葉型可分為淺裂型和深裂型兩類，以深裂型為主。由于各類型均存在較多變異，因此葉長、葉寬和葉形指數(shù)變異系數(shù)的變幅均達(dá)到2～4 倍甚至更高，其中裂葉型的整體變幅更大（表1）。裂葉型由于葉寬的顯著增加，導(dǎo)致葉形指數(shù)極顯著低于葉完整型。

圖2 不同葉型的北蒼術(shù)幼葉和成熟葉（標(biāo)尺=3.0 cm）Fig.2 Young leaf and mature leaf of different leaf types of A. chinensis

表1 不同葉型的北蒼術(shù)葉形參數(shù)Table 1 Leaf shape parameters of different leaf types of A. chinensis

2.2 影響北蒼術(shù)裂葉程度的各因素相關(guān)性分析

為探明北蒼術(shù)裂葉型的變異模式，我們對裂葉型植株進(jìn)行了9 個(gè)葉形參數(shù)的相關(guān)性分析。結(jié)果（表2）顯示，除葉形指數(shù)與葉長相關(guān)不顯著（r=0.02） 外，其它各參數(shù)之間的相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平。與各次裂參數(shù)相關(guān)性最高的2 個(gè)因素是葉形指數(shù)和葉寬。葉寬與所有次裂參數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，與2 個(gè)次裂的深度和長度的相關(guān)程度均較高（與次裂1 深度、長度的r 分別為0.83 和0.89，與次裂2 深度、長度的r分別為0.81 和0.80）；而葉形指數(shù)與所有次裂參數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān)。各次裂的深度與長度均呈極顯著正相關(guān)（次裂1 深度與長度的r 為0.89，次裂2 深度與長度的r 為0.88），與調(diào)查樣本中深裂型較多、淺裂型較少有關(guān)。

表2 裂葉型北蒼術(shù)不同葉片參數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of leaf parameters of lace leaf type of A. chinensis

2.3 影響北蒼術(shù)裂葉程度的各因素通徑分析

由于北蒼術(shù)次裂1 與次裂2 的深度比正相關(guān)值（r=0.78）較高，因此以次裂1 為例，通過通徑分析進(jìn)一步揭示相關(guān)葉形參數(shù)對次裂1 深度比的作用。葉形指數(shù)對次裂1 深度比的直接作用最高，直接作用系數(shù)達(dá)到1.18；而葉長和葉寬的直接作用較小，直接作用系數(shù)僅分別為0.19 和0.36（表3）。表明北蒼術(shù)裂葉形成可能是以增加葉寬為主的葉形指數(shù)變異所致，通徑分析結(jié)果與相關(guān)性分析結(jié)果吻合。次裂1 長度對次裂1 深度比的直接作用甚微（直接作用系數(shù)為-0.07），而次裂2 長度對次裂1 深度比的直接作用系數(shù)達(dá)到0.33，表明與葉片中部寬度的增加相比，葉片基部寬度的增加更易促進(jìn)次裂程度的加深。而只要葉片形成了2 個(gè)次裂片，則二者的次裂程度高度相關(guān)（次裂2深度比的直接作用系數(shù)為0.82）。

表3 北蒼術(shù)主要葉片性狀與次裂1 深度比的通徑分析Table 3 Path analysis between the main leaf traits and the ratio of depth to length of the 1st secondary lace of A. chinensis

2.4 葉寬和葉形指數(shù)對裂葉型北蒼術(shù)次裂深度的影響

為進(jìn)一步揭示葉形指數(shù)和葉寬對次裂程度的影響，以所有裂葉型植株的葉形指數(shù)、葉寬和次裂深度比數(shù)據(jù)（表4，此處以次裂1 為例）做點(diǎn)圖進(jìn)行分析。結(jié)果（圖3 和4）顯示，葉形指數(shù)的數(shù)據(jù)分布相對于葉寬更為集中；趨勢分析也顯示葉形指數(shù)對次裂1 深度比的作用更為顯著，與通徑分析結(jié)果吻合。隨著葉形指數(shù)的提高，所有次裂參數(shù)均減小，次裂1 深度比呈降低和分布范圍擴(kuò)大的趨勢；隨著葉寬的增加，所有次裂參數(shù)均增大，次裂1 深度比的分布則逐漸集中并提高。可以看出，葉形指數(shù)提高、葉寬變小后，裂葉型北蒼術(shù)的次裂程度將逐漸降低，葉片將由深裂轉(zhuǎn)為淺裂。

圖3 葉型指數(shù)對裂葉型北蒼術(shù)次裂1 深度比的影響Fig.3 Effect of leaf shape index on the 1st secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

表4 葉形指數(shù)和葉寬對裂葉型北蒼術(shù)次裂程度的影響Table 4 Effects of leaf shape index and leaf width on lace leaf type of A. chinensis

3 結(jié)論與討論

綜合本研究和相關(guān)研究結(jié)果，推測北蒼術(shù)的葉型變異主要源自遺傳因素導(dǎo)致的穩(wěn)定差異；而北蒼術(shù)的葉型變異規(guī)律可能與其生境干旱程度等環(huán)境因素有關(guān)。

3.1 北蒼術(shù)葉型的變異類型

葉片的形態(tài)變異受內(nèi)外多種因素的影響。一些植物的葉型隨生長發(fā)育階段的變化而變化，如胡楊從幼苗到成年樹，為適應(yīng)植株所需養(yǎng)分的逐漸增多，葉型由披針形的柳樹葉變成以卵圓形的楊樹葉為主，光合效率和抗旱性均隨之顯著提高[10]。另一些植物的葉型多樣性則源自種質(zhì)差異，這種差異通常在幼苗期即已顯示，且穩(wěn)定性較高，可作為鑒別不同品種或種內(nèi)變異的表型依據(jù)。如葫蘆科重要的經(jīng)濟(jì)作物西瓜，與多種抗逆性相關(guān)的裂刻葉特征在第3 片真葉出現(xiàn)后即可區(qū)分，在第6 片真葉期達(dá)到顯著差異，是苗期快速篩選優(yōu)良品種的重要輔助手段[11]；對于菊科品種繁多的切花菊，由于花型和花色種類較少，依據(jù)變異較多的葉型進(jìn)行品種鑒別可顯著提高鑒定效率、降低鑒定成本[12]。

本研究所調(diào)查的北蒼術(shù)樣本具有幼葉與成熟葉葉型一致的特征，且不同葉型的樣本均來自同地區(qū)、同海拔的向陽山坡，整體生境相近。前人報(bào)道也顯示同一地塊中北蒼術(shù)葉型常常不同[6]。因此推測，本研究中不同葉型的北蒼術(shù)應(yīng)屬于長期進(jìn)化形成的穩(wěn)定種質(zhì)差異。

3.2 北蒼術(shù)葉型的變異模式

在本次調(diào)查的北蒼術(shù)中，發(fā)現(xiàn)了葉完整型、裂葉型以及大量的過渡型葉型。相關(guān)研究顯示，茅蒼術(shù)也有圓葉和裂葉之分，如鄧哲等[13]對湖北省英山地區(qū)茅蒼術(shù)的調(diào)研中共發(fā)現(xiàn)了尖葉、尖裂葉、圓葉、圓裂葉和扁莖5 種類型；桑小花等[14]對茅蒼術(shù)的調(diào)研中共發(fā)現(xiàn)了鋸齒葉、橢圓葉、長橢圓葉和尖葉4 種葉型。表明同屬《藥典》 （2015 版）蒼術(shù)基源的北蒼術(shù)和茅蒼術(shù)葉型變異均較多，且以裂葉程度的變異最為豐富。

植物表型變異是長期自然選擇的結(jié)果，葉緣裂刻或裂葉型是植物適應(yīng)環(huán)境，特別是干旱、病蟲害、強(qiáng)風(fēng)和寒冷等多種逆境的一種表現(xiàn)[11]。內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市等極端干旱地區(qū)的北蒼術(shù)表現(xiàn)為植株矮小，葉片強(qiáng)烈分裂；遼寧省南部（長海市與旅順市）的植株則因干燥山坡環(huán)境，在葉形、葉緣和葉脈等方面產(chǎn)生了一定的變異[4]。而徐海嬌等[15]對遼寧省北蒼術(shù)病害的研究結(jié)果顯示，感病北蒼術(shù)均為葉完整型。胡世林等[16]發(fā)現(xiàn)，北蒼術(shù)在向陽山坡的疏林下和少見陽光的密林下均可生長，但生境不同會(huì)導(dǎo)致葉片的分裂程度和薄厚出現(xiàn)明顯差異。本研究調(diào)查地區(qū)河北省青龍滿族自治縣地處河北省東北部燕山山脈東麓，氣候冷涼，為暖溫帶亞濕潤氣候區(qū)，在北蒼術(shù)分布區(qū)中不屬于干旱地區(qū)，我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)該縣的北蒼術(shù)葉型以葉完整型為主。由此推測，北蒼術(shù)裂葉型的形成可能與逆境有關(guān)。

對于出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因，本研究從北蒼術(shù)葉型變異模式的角度進(jìn)行了進(jìn)一步解析。相關(guān)性分析和通徑分析結(jié)果表明，以葉寬增加為主的葉形指數(shù)變異是導(dǎo)致裂葉型和葉完整型兩類種質(zhì)產(chǎn)生葉型差異的主要原因。對金花茶的研究也顯示，在主成分分析中，葉寬在越南北部和中國廣西南部不同金花茶品種各項(xiàng)葉形指標(biāo)中的載荷量最大，是區(qū)別不同品種的標(biāo)志性狀[17]。

本調(diào)查環(huán)境條件下，對北蒼術(shù)葉型變異模式的研究結(jié)果表明，隨著葉寬增加、葉形指數(shù)降低，葉片呈現(xiàn)由葉完整型向淺裂型、最終向深裂型變異的模式，其中葉片基部寬度的增加可能是裂葉型形成的最初誘因或基礎(chǔ)，調(diào)查也發(fā)現(xiàn)僅葉片基部淺裂的植株（圖4）。葉寬較大、葉形指數(shù)較低的深裂型和葉寬較小、葉型指數(shù)較高的葉完整型是北蒼術(shù)葉型變異的2 個(gè)極端類型，淺裂型屬于中間類型。結(jié)合上述分析和北蒼術(shù)葉型變異與環(huán)境的相關(guān)研究，初步推測：當(dāng)逆境脅迫程度加劇時(shí)，北蒼術(shù)葉片啟動(dòng)了以葉寬增加為主的葉形指數(shù)變異，由葉片基部開始逐漸變寬并出現(xiàn)裂葉，最終形成深裂型。推測深裂型是北蒼術(shù)潛在優(yōu)勢抗逆種質(zhì)資源。

圖4 葉寬對裂葉型北蒼術(shù)次裂1 深度比的影響Fig.4 Effect of leaf width on the 1st secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

圖4 北蒼術(shù)葉型變異模式假說（標(biāo)尺=1.0 cm）Fig.4 Hypnosis of leaf type variation model of A. chinensis

綜上分析，本研究初步提出，逆境下北蒼術(shù)可能啟動(dòng)了由葉完整型向深裂型過渡的葉型變異模式，裂葉程度可能與逆境脅迫程度呈正相關(guān)；推測葉片深裂型是北蒼術(shù)潛在優(yōu)異抗逆種質(zhì)資源，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)與開發(fā)。