野菊種質(zhì)資源表型多樣性分析

李建領(lǐng)，許 雷，池蓮鋒，魏偉鋒，馬 慶，魏 民，韓正洲*

(1.華潤(rùn)三九醫(yī)藥股份有限公司，廣東深圳 518100；2.青海省農(nóng)林科學(xué)院，青海西寧 810016；3.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193)

野菊花(Chrysanthemi Indici Flos)為菊科(Compositae)植物野菊(L.)的干燥頭狀花序，具有清熱解毒、瀉火平肝之功效，是感冒靈顆粒、夏桑菊顆粒、乙肝清熱解毒顆粒等120余種中成藥的主要原料藥材，年需求量近萬(wàn)噸。野菊花野生資源豐富，我國(guó)東北、華北、華中、華南及西南地區(qū)均有分布。由于野菊具有豐富的遺傳多樣性，不同地理的居群形態(tài)特征、農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分等均存在較大差異。已有研究結(jié)果顯示，不同地理居群野菊染色體倍性、花序大小、葉片形態(tài)不同，野菊花中蒙花苷、木犀草苷、綠原酸、咖啡酸、芹菜素等化學(xué)成分含量差異明顯，其中近60%產(chǎn)地的野菊花蒙花苷含量低于《中國(guó)藥典》2020年版標(biāo)準(zhǔn)。野菊花藥材品質(zhì)差異大，造成以野菊花為原料的藥品質(zhì)量不穩(wěn)定。

目前，種植野菊花逐漸成為湖北、安徽、河南、陜西等省份脫貧摘帽地區(qū)重要的鄉(xiāng)村振興產(chǎn)業(yè)，2021年種植面積超過(guò)0.67萬(wàn)hm。野菊花種植面積快速增加，但良種選育工作滯后。野菊種質(zhì)良莠不齊，不但造成株型、花期不一致，而且導(dǎo)致產(chǎn)量低且品質(zhì)不穩(wěn)定，藥農(nóng)種植收益不佳。開(kāi)展野菊表型多樣性研究，解析野菊外在形態(tài)特征與內(nèi)在化學(xué)成分間的關(guān)系，對(duì)開(kāi)展野菊種質(zhì)資源發(fā)掘和利用、指導(dǎo)野菊優(yōu)良品種選育具有重要意義。

1 材料與方法

2012年9—10月，從安徽、重慶、河南、湖南、湖北5個(gè)省(市)收集12份野菊種質(zhì)(表1)，將其移栽至湖北省黃石市陽(yáng)新縣野菊資源圃。2013—2019年，連續(xù)使用嫩枝扦插方式進(jìn)行無(wú)性擴(kuò)繁。2019年，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)種質(zhì)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10 m，種植密度為3株/m。田間管理同常規(guī)大田生產(chǎn)。

表1 不同野菊種質(zhì)母株收集地點(diǎn)Table 1 Collection locations of different wild C.indicum germplasm parent plants

野菊作為花類入藥植物，頭狀花序、藥材產(chǎn)量、藥效成分等表型為品種選育重點(diǎn)關(guān)注表型性狀。2020年11月野菊花盛花初期(舌狀花展開(kāi)，管狀花部分展開(kāi))，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選擇2株，統(tǒng)計(jì)植株高度，每株隨機(jī)選取5個(gè)頭狀花序，調(diào)查統(tǒng)計(jì)頭狀花序和花心直徑、舌狀花和管狀花數(shù)量、花柄長(zhǎng)度以及枝條頂端20 cm 頭狀花序數(shù)量。為對(duì)比不同種質(zhì)產(chǎn)量差異，將各小區(qū)頭狀花序全部采摘，60 ℃烘16 h稱重，統(tǒng)計(jì)野菊單位面積產(chǎn)量。采用水分測(cè)定儀測(cè)定頭狀花序百粒重。按照《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版方法測(cè)定頭狀花序中指標(biāo)性成分蒙花苷含量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS v21對(duì)各表型進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析及主成分分析；采用Microsoft Office Excel進(jìn)行遺傳多樣性分析，計(jì)算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(′)；采用TBtools進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

從表2可以看出，野菊種內(nèi)具有豐富的遺傳多樣性，不同種質(zhì)野菊表型存在較大變異和多樣性指數(shù)，各表型變異系數(shù)變幅為12.835%～125.526%，平均為37.981%；蒙花苷含量的變異系數(shù)最大(125.526%)，舌狀花數(shù)量的變異系數(shù)最小(12.835%)，按照《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版標(biāo)準(zhǔn)，12份種質(zhì)蒙花苷合格率為41.7%。變異系數(shù)從大到小依次為蒙花苷含量>頂梢頭狀花序數(shù)量>花柄長(zhǎng)度>產(chǎn)量>管狀花數(shù)量>頭狀花序百粒重>株高>頭狀花序直徑>花心直徑>舌狀花數(shù)量。不同種質(zhì)表型的多樣性指數(shù)變幅為1.643～2.477，平均為2.363；舌狀花數(shù)量具有最大多樣性指數(shù)(2.477)，花柄長(zhǎng)度具有最小多樣性指數(shù)(1.643)；各表型多樣性指數(shù)從大到小依次為舌狀花數(shù)量>頭狀花序直徑>蒙花苷含量>株高=頭狀花序百粒重>管狀花數(shù)量>產(chǎn)量>花心直徑>頂梢頭狀花序數(shù)量>花柄長(zhǎng)度。

從表3可以看出，野菊的不同表型存在一定相關(guān)性。野菊株高、產(chǎn)量與其他表型均無(wú)顯著相關(guān)性。蒙花苷含量與頭狀花序直徑、花心直徑、花柄長(zhǎng)度、頭狀花序百粒重、舌狀花數(shù)量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與頂梢頭狀花序數(shù)量呈極顯著正相關(guān)。頭狀花序直徑與花心直徑、花柄長(zhǎng)度、管狀花數(shù)量、頭狀花序百粒重、舌狀花數(shù)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與頂梢頭狀花序數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)?；ㄐ闹睆脚c花柄長(zhǎng)度、頭狀花序百粒重、管狀花數(shù)量、舌狀花數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，與頂梢頭狀花序數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)?；ūL(zhǎng)度與頭狀花序百粒重、管狀花數(shù)量和舌狀花數(shù)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與頂梢頭狀花序數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)。頭狀花序百粒重與舌狀花數(shù)量呈顯著正相關(guān)，與頂梢頭狀花序數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān)。管狀花數(shù)量和舌狀花數(shù)量與頂梢頭狀花序數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)。研究結(jié)果顯示，蒙花苷含量高的野菊種質(zhì)，頭狀花序直徑、花心直徑、頭狀花序百粒重較小，花柄短，舌狀花數(shù)量少，且頂梢頭狀花序密集。

表2 不同種質(zhì)野菊表型變異分析Table 2 Phenotypic variation analysis of different germplasms of C.indicum

表3 野菊不同表型相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of different phenotypes of C.indicum

從12份種質(zhì)的10個(gè)表型主成分分析結(jié)果(表4～5)可以看出，特征值大于1的主成分有2個(gè)，前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為77.387%，能夠代表野菊表型的大部分信息。第1主成分的特征值為5.936，貢獻(xiàn)率為59.362%，花心直徑、花柄長(zhǎng)度、頭狀花序直徑、頂梢頭狀花序數(shù)量為主要指標(biāo)，特征向量分別為0.373、0.362、0.358、-0.353，其特征向量間的關(guān)系顯示花心直徑越大，花柄越長(zhǎng)，頭狀花序越大，頂梢頭狀花序數(shù)量越少，與“.”相關(guān)性分析結(jié)果一致。第2主成分的特征值為1.802，貢獻(xiàn)率為18.025%，株高為主要指標(biāo)，特征向量為0.379。10個(gè)表型中，花心直徑、花柄長(zhǎng)度、頭狀花序直徑、頂梢頭狀花序數(shù)量是野菊表型多樣的主要表現(xiàn)性狀。

表4 不同種質(zhì)野菊表型主成分分析的特征值和貢獻(xiàn)率Table 4 The eigenvalues and contribution rates of principal component analysis for the phenotypes of different germplasms of C.indicum

表5 不同種質(zhì)野菊表型主成分分析特征向量Table 5 Characteristic vectors of principal component analysis for the phenotypes of different germplasms of C.indicum

12份種質(zhì)10個(gè)表型聚類分析結(jié)果見(jiàn)圖1和表6。12份不同地理居群野菊種質(zhì)可聚為4個(gè)類群，第Ⅰ類群僅有1份種質(zhì)(YX)，主要表現(xiàn)為頂梢頭狀花序密集，頭狀花序直徑、花心直徑和頭狀花序百粒重較小，管狀花和舌狀花數(shù)量較少；第Ⅱ類群共3份種質(zhì)(TC、JZ、DW)，主要表現(xiàn)為蒙花苷含量高，頭狀花序小，花柄短；第Ⅲ類群共2份種質(zhì)(HC、MC)，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量和株高較高；第Ⅳ類群共6份種質(zhì)(QJ、TJ、DY、XX、WX、HS)，主要表現(xiàn)為蒙花苷含量、產(chǎn)量低，植株矮，頭狀花序直徑、頭狀花序百粒重、花柄長(zhǎng)度、花心直徑大，管狀花和舌狀花數(shù)量多。研究結(jié)果顯示，不同地理居群野菊表型多樣，即使來(lái)自同一省份同一地級(jí)市的不同種質(zhì)也難以聚為一類。

圖1 不同種質(zhì)野菊聚類分析Fig.1 Cluster analysis of different germplasms of C.indicum

3 結(jié)論與討論

開(kāi)展作物種質(zhì)資源表型多樣性分析，有利于掌握種質(zhì)資源豐富程度，為種質(zhì)資源的鑒定、開(kāi)發(fā)和利用提供參考依據(jù)。該研究對(duì)12份野菊種質(zhì)10個(gè)表型進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示野菊種內(nèi)表型具有豐富的多樣性，即使來(lái)自同一地級(jí)市的野菊種質(zhì)表型也存在明顯差異，聚類分析時(shí)被劃分在不同類群，該研究結(jié)果與張鮮艷等的研究結(jié)果基本一致。該研究發(fā)現(xiàn)野菊花頭狀花序直徑與舌狀花數(shù)量、花心直徑呈正相關(guān)，而馬曉蓉研究結(jié)果顯示野菊花頭狀花序與舌狀花數(shù)量和花心直徑無(wú)顯著相關(guān)性。這可能是野菊生長(zhǎng)環(huán)境不同造成的，該試驗(yàn)所用材料為同一生境下人工栽培的野菊種質(zhì)，而馬曉蓉的試驗(yàn)材料則為源自不同生境的野生野菊種質(zhì)。該研究測(cè)得12份種質(zhì)野菊花蒙花苷含量合格率為41.7%，與劉菲等的研究結(jié)果基本一致，合格率略高于賀丹霞等、胡小莉等的測(cè)定結(jié)果，這可能是由于該研究樣本量過(guò)少造成的，同時(shí)生境不同可能也會(huì)對(duì)野菊花蒙花苷含量產(chǎn)生一定影響。

研究結(jié)果顯示，野菊花蒙花苷含量與頭狀花序直徑、花心直徑、花柄長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)，與頂梢頭狀花序數(shù)量呈正相關(guān)，即頭狀花序和花心小、花柄短、頂梢頭狀花序密集的種質(zhì)，蒙花苷含量通常越高。這種表型間的相關(guān)性可用于指導(dǎo)野菊優(yōu)良品種選育，根據(jù)野菊外觀形態(tài)快速判斷蒙花苷含量是否合格。12份種質(zhì)中源自湖北省孝感市大悟縣的DW種質(zhì)頭狀花序和花心較小，但藥效成分蒙花苷含量、產(chǎn)量較高，頂梢頭狀花序較為聚集，花柄較短，為適宜采收的優(yōu)良種質(zhì)。

表6 不同類群野菊表型分析Table 6 Phenotypic analysis of different groups of C.indicum

《中華人民共和國(guó)藥典》從2005年版開(kāi)始對(duì)野菊花藥材化學(xué)成分的含量進(jìn)行規(guī)定，要求蒙花苷含量不得低于0.8%。但除蒙花苷外，野菊花藥材中還有多個(gè)活性成分，如具有抗炎、抑菌功效的綠原酸、奎寧酸、木犀草素、木犀草苷等。該研究通過(guò)主成分分析篩選出了一個(gè)方便采摘、產(chǎn)量較高、蒙花苷含量合格的野菊種質(zhì)，但未對(duì)其他活性成分含量進(jìn)行測(cè)定，采用多指標(biāo)成分測(cè)定對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)有待研究，同時(shí)野菊外在性狀與其他化學(xué)成分間的關(guān)系有待解析。