龍膽植株性狀與環(huán)境因子灰色關(guān)聯(lián)分析△

任雪，尹海波，陳吉祥，賈丁丁

遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，遼寧 大連 116600

龍膽Gentiana scabraBge.為龍膽科龍膽屬多年生草本植物，為《中華人民共和國(guó)藥典》2020 年版規(guī)定的中藥龍膽的基原植物之一[1]。龍膽是東北道地性藥材，主要分布在遼寧、吉林及黑龍江等地[2]，能夠清熱燥濕、瀉肝膽火[3]?，F(xiàn)代研究表明，龍膽具有保肝、健胃、抗炎、升血糖、抗菌等作用[4]。

由于國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)對(duì)龍膽的需求巨大。在野外及栽培基地考察工作中發(fā)現(xiàn)，各產(chǎn)地之間同時(shí)期的植株形態(tài)及生長(zhǎng)環(huán)境均有較大差異，而龍膽質(zhì)量也參差不齊[5]。有研究表明，藥用植物的生長(zhǎng)發(fā)育或形成積累與周圍的環(huán)境有著極為密切的關(guān)系[6]。因此，以龍膽為對(duì)象，對(duì)各產(chǎn)地性狀進(jìn)行變異性分析、聚類分析和與環(huán)境因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析，探討影響植株性狀的主要環(huán)境因子，為龍膽藥材道地性研究、種質(zhì)資源保護(hù)及野生撫育、優(yōu)良品種培育、規(guī)范化種植提供參考。

1 材料

1.1 儀器

Etrex 201x 型手持全球定位系統(tǒng)（GPS）基準(zhǔn)定位儀（西安北斗星聯(lián)測(cè)繪科技有限公司）；PHS-3E型pH 計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；DHG-9145A 型鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；數(shù)顯卡尺（上海九量五金工具有限公司）。

1.2 試藥

本課題組在前期研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前龍膽主要產(chǎn)地來源分布情況，設(shè)置24 個(gè)樣品采集地點(diǎn)，采樣地覆蓋吉林、黑龍江、遼寧龍膽的主要產(chǎn)區(qū)。其中，黑龍江省內(nèi)2 個(gè)縣采集2 批次樣品、吉林省2個(gè)縣采集2 批次樣品、遼寧省內(nèi)16 個(gè)縣采集20 批次樣品。樣品采集同時(shí)對(duì)其生境、植株性狀等進(jìn)行測(cè)量和記錄。每個(gè)天然居群分別采集藥材和土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)。采集后將同一個(gè)產(chǎn)地的樣品放在一起，自然風(fēng)干。樣品原植物經(jīng)遼寧中醫(yī)藥大學(xué)中藥資源教研室尹海波教授鑒定為龍膽Gentiana scabraBge.，樣品信息見表1。

表1 不同產(chǎn)地龍膽藥材信息

2 方法

2.1 植株處理方法

采收不同產(chǎn)地的龍膽植株10 株，測(cè)量植株株高、花序長(zhǎng)和寬、花序數(shù)目、莖稈數(shù)、主莖粗、莖生中葉的長(zhǎng)和寬，稱量地下部分藥材鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，并計(jì)算地下部分折干率和各居群性狀均值。

2.2 各產(chǎn)地氣候因子數(shù)據(jù)獲取

野外調(diào)查采樣過程中，使用手持GPS 基準(zhǔn)定位儀獲取并記錄各產(chǎn)地相應(yīng)的經(jīng)度、緯度和海拔，并通過中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)（http://data.cma.cn/data）查詢獲取相應(yīng)氣象資料。包括平均氣壓、年平均氣溫、年平均相對(duì)濕度及年平均降水量等。

2.3 各產(chǎn)地土壤理化性質(zhì)分析

將22 個(gè)產(chǎn)地的土壤風(fēng)干、磨細(xì)、過篩。按《土壤農(nóng)化分析》[7]中NY/T 296—1995、NY/T 296—1995、NY/T 1121.7—2014、LY/T 1234—2015（4）、HJ 803—2016、HJ 491—2019、HJ 491—2019、NY-T1867—2010標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定土壤樣品中鈣、鎂、有效磷、速效鉀、錳、銅、鋅、鐵（原子吸收光譜法）、pH、含水量、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各產(chǎn)地植株性狀進(jìn)行聚類分析和變異性分析；應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件DPS 7.55，以24 個(gè)產(chǎn)地的龍膽的植株性狀為母因素，產(chǎn)地的環(huán)境因子為子因素，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式選擇標(biāo)準(zhǔn)化，分辨系數(shù)為0.1，計(jì)算出不同產(chǎn)地的性狀與環(huán)境因子的灰色關(guān)聯(lián)度。

3 結(jié)果

3.1 龍膽原植物主要性狀

在生物量水平上，龍膽地上部分與地下部分生長(zhǎng)趨勢(shì)較一致，均以LD-6 和LD-23 居群長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量較高（表2）。

表2 不同產(chǎn)地龍膽居群的原植物性狀

3.2 主要原植物的地理氣候因子及土壤因子

對(duì)比各產(chǎn)地氣候因子發(fā)現(xiàn)，遼寧、吉林與黑龍江經(jīng)度、緯度、年平均氣溫、年平均降水量有較大差別（表3）。各產(chǎn)地土壤樣品測(cè)定結(jié)果見表4。

表3 龍膽不同產(chǎn)地氣候因子

表4 龍膽不同產(chǎn)地土壤因子

3.3 龍膽原植物的主要性狀變異分析

標(biāo)準(zhǔn)差（σ）和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）都是常用的描述數(shù)據(jù)離散程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。由表5 可知，龍膽原植物的性狀中平均標(biāo)準(zhǔn)差最小的是根莖直徑（σ=0.08），最大的是花序數(shù)（σ=0.08）；平均RSD 最小的是根長(zhǎng)（16.05%），最大的是花序數(shù)（140.13%）。

表5 龍膽主要原植物性狀的變化范圍

3.4 龍膽主要原植物性狀的聚類分析

為確定和劃分優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，采用組間距離法對(duì)龍膽共24 個(gè)種質(zhì)資源的原植物性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。在歐氏距離為10.0時(shí)，將龍膽聚為2個(gè)大類，第一類群植株高度較為平均，花序數(shù)普遍偏少，地下部分產(chǎn)量略低，包括3 類23 個(gè)居群。其中，第一類 是LD-18、LD-22、LD-15、LD-19、LD-13、LD-17、LD-20、LD-24、LD-7，該類居群植株莖稈數(shù)普遍較高，花序普遍較短，地下產(chǎn)量均較高。第二類是LD-9、LD-14、LD-16、LD-11、LD-3、LD-8、LD-1、LD-4、LD-5、LD-12、LD-2、LD-10、LD-21，該類居群地下產(chǎn)量相對(duì)較高。第三類為L(zhǎng)D-6，是遼寧省撫順市清原縣英額門鎮(zhèn)采集的野生龍膽，其株高、地下產(chǎn)量等指標(biāo)均極高，可以作為引種栽培的優(yōu)選對(duì)象。第二類群為L(zhǎng)D-23，在采集龍膽居群中，該居群植株除花序長(zhǎng)、寬及根莖直徑之外，株高、地下部分產(chǎn)量、花序數(shù)等，皆遠(yuǎn)高于平均水平，可以作為栽培引種的最佳對(duì)象（圖1）。

圖1 龍膽24個(gè)居群植物形態(tài)特征聚類樹狀圖

3.5 龍膽原植物性狀與環(huán)境因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析

運(yùn)用DPS 7.05 對(duì)各居群龍膽性狀與相應(yīng)環(huán)境因子進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果表明，對(duì)龍膽各性狀影響最大的氣候因子是年平均相對(duì)濕度、平均氣壓和年平均降水量；對(duì)龍膽各性狀影響最大的土壤因子是土壤中鋅和銅的含量、有機(jī)質(zhì)含量；年平均最低氣溫、土壤中有效磷含量和鎂含量對(duì)其影響較小。株高、花序長(zhǎng)、花序?qū)?、花序?shù)、莖稈數(shù)、主莖粗、莖生中葉長(zhǎng)、莖生中葉寬8 個(gè)植株地上部分性狀主要受年平均相對(duì)濕度、土壤中鋅的含量的影響比較顯著；根長(zhǎng)、根莖直徑、根莖鮮質(zhì)量、根莖干質(zhì)量、地下折干率5 個(gè)植株地下部分性狀主要受年平均相對(duì)濕度、土壤pH 的影響比較顯著；對(duì)其地上部分、地下部分性狀影響較小的因素皆是年平均最低氣溫及土壤中鎂的含量。與土壤因子相比，氣候因子對(duì)龍膽植株性狀的影響更為明顯（表6～7）。

表6 龍膽植株性狀與土壤因子的灰色關(guān)聯(lián)度

表7 龍膽植株性狀與地理氣候因子的灰色關(guān)聯(lián)度

4 討論

植物性狀反映了植物對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的響應(yīng)和適應(yīng)[8]。在樣品采集時(shí)發(fā)現(xiàn)，各居群的龍膽其外表性狀表現(xiàn)不一，有的地區(qū)植株較高大、粗壯，有的則矮小。由表2 可知，在栽培龍膽產(chǎn)地中，遼寧省丹東市寬甸縣楊木川鎮(zhèn)植株比較粗高，主根粗大且長(zhǎng)，根莖的干質(zhì)量相對(duì)于其他產(chǎn)地要高很多，推測(cè)其為本地野生撫育品種，栽培年份（4 年）較其他產(chǎn)地（3 年）長(zhǎng)所致；在野生龍膽產(chǎn)地中，遼寧省撫順市清原縣英額門鎮(zhèn)野生龍膽植株的根莖較粗重，且比其他產(chǎn)地龍膽的地上部分生長(zhǎng)好，此結(jié)論與聚類分析的結(jié)果相一致。

從表3 可以看出龍膽各原植物性狀中花序數(shù)、地下部分單株鮮質(zhì)量及地下部分單株干質(zhì)量等變異性高，在選擇龍膽的種源時(shí)，可重點(diǎn)關(guān)注。而龍膽的株高、花序長(zhǎng)、花序?qū)?、莖稈數(shù)、主莖粗、莖生中葉長(zhǎng)、莖生中葉寬、根長(zhǎng)、根莖直徑9 個(gè)性狀指標(biāo)雖然變異性較小，但可以用來對(duì)植株的生長(zhǎng)情況進(jìn)行輔助判斷，進(jìn)而對(duì)種質(zhì)資源優(yōu)選。

由灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果可知，對(duì)龍膽各性狀影響最大的環(huán)境因子分別是年平均相對(duì)濕度、平均氣壓、年平均降水量、土壤中鋅和銅的含量以及有機(jī)質(zhì)含量。從灰色關(guān)聯(lián)度值來看，龍膽的植株性狀受氣候因子的影響較大，因此選擇適宜氣候環(huán)境，有利于促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育和提高龍膽藥材的品質(zhì)。