不同種源栝樓種子性狀分析

鄭雷， 王化東， 崔麗， 梁雪蘭*

（1.四川中醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校藥學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000； 2.巴中巴人農(nóng)業(yè)科技有限公司，四川 巴中 635600）

栝樓（Trichosanthes kirilowiiMaxim.）為葫蘆科（Cucurbitaceae）栝樓屬（Trichosanthes）多年生中藥材，其果實(shí)、種子、瓜皮、塊根均可入藥，為我國(guó)常用的中藥瓜蔞、瓜蔞子、瓜蔞皮和天花粉，具有較高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來(lái)，隨著瓜蔞子休閑食品及栝樓保健品等的開(kāi)發(fā)利用，其需求量逐年增加。為提高產(chǎn)量和質(zhì)量，目前已開(kāi)展栝樓栽培技術(shù)研究[1-3]，并取得一定成效。優(yōu)質(zhì)種源是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藥材的源頭，然而當(dāng)前栝樓種源混雜、退化，優(yōu)質(zhì)種源缺乏等問(wèn)題日益突出，顯著制約其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因此，亟需開(kāi)展栝樓優(yōu)質(zhì)種源篩選工作，為新品種選育奠定基礎(chǔ)。種子是植物器官的延存和繁殖體，其性狀亦是植物形態(tài)學(xué)分類(lèi)的主要依據(jù)[4]。種子性狀不僅受環(huán)境條件的影響，更受遺傳控制，是遺傳物質(zhì)與生長(zhǎng)環(huán)境共同作用的結(jié)果[5-6]。由于地理阻隔和不同自然環(huán)境的長(zhǎng)期作用，不同種源植物種子性狀可能存在較大差異，研究不同種源植物種子性狀可揭示植物的地理變異規(guī)律[7]，亦可作為篩選優(yōu)良種質(zhì)的依據(jù)，為植物新品種選育奠定基礎(chǔ)[8]。本研究以不同種源栝樓種子為試驗(yàn)材料，對(duì)不同種源栝樓種子性狀進(jìn)行分析，以期明確栝樓種子性狀變異，為優(yōu)良種質(zhì)篩選提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

不同種源栝樓種子采集于河南周口、南陽(yáng)，山東泰安、臨沂、濟(jì)南，河北保定，湖南懷化、常德，安徽滁州，四川巴中、綿陽(yáng)、廣安等栝樓產(chǎn)區(qū)，共12份樣品，經(jīng)四川中醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校王化東副教授鑒定均為栝樓（T. kirilowii）種子，具體采集信息如表1 所示。栝樓種子取自成熟后果實(shí)，用清水洗凈，自然晾干備用。

表1 不同種源栝樓種子基本信息Table 1 Basic information of T.kirilowii from different provenances

1.2 指標(biāo)測(cè)量

采用卡尺測(cè)量12個(gè)種源栝樓種子長(zhǎng)度（X1）、種子寬度（X2）、種子厚度（X3）、種子長(zhǎng)寬比（X4）、種仁長(zhǎng)度（X5）、種仁寬度（X6）、種仁厚度（X7）、種仁長(zhǎng)寬比（X8），每個(gè)種源隨機(jī)選取30粒種子或種仁進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)3 次；采用500 粒法[9]對(duì)12 個(gè)種源栝樓種子千粒重（X9）、種仁千粒重（X10）、種仁千粒重/種子千粒重（X11）進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)種源隨機(jī)選取500粒種子或種仁進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)2次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、聚類(lèi)分析及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源栝樓種子性狀方差及變異分析

對(duì)12 個(gè)種源栝樓種子性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表2）表明，栝樓種子長(zhǎng)度、種子寬度、種子厚度、種子長(zhǎng)寬比、種仁長(zhǎng)度、種仁寬度、種仁厚度、種仁長(zhǎng)寬比、種子千粒重、種仁千粒重、種仁千粒重/種子千粒重11 個(gè)性狀均在種源間存在極顯著差異(P<0.01)。不同種源栝樓平均種子長(zhǎng)度、種子寬度、種子厚度、種子長(zhǎng)寬比、種仁長(zhǎng)度、種仁寬度、種仁厚度、種仁長(zhǎng)寬比、種子千粒重、種仁千粒重和種仁千粒重/種子千粒重分別為13.95 mm、9.03 mm、3.58 mm、1.56、11.63 mm、6.77 mm、2.37 mm、1.73、206.99 g、119.14 g和57.80%。

表2 不同種源栝樓種子性狀方差及變異分析Table 2 Variance and variation analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

對(duì)不同種源栝樓種子性狀變異結(jié)果進(jìn)行分析可知，12 個(gè)種源栝樓種子性狀變異系數(shù)在6.76～28.89 之間。種子千粒重變異系數(shù)最大，為28.89，變幅在139.48（種源6）～290.26 g（種源3）之間；其次為種仁千粒重(27.94)，變幅在70.99（種源6）～184.72 g（種源3）之間；變異系數(shù)最小的是種子長(zhǎng)度，為6.76%，變幅在12.64（種源5）～15.48 mm（種源8）之間，其余8個(gè)栝樓種子性狀變異系數(shù)均在9%～16%之間。表明不同種源栝樓種子性狀存在豐富的變異，利于優(yōu)良種質(zhì)篩選。

2.2 不同種源栝樓種子性狀相關(guān)性分析

對(duì)栝樓種子的11 個(gè)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。種子長(zhǎng)度（X1）與種仁長(zhǎng)度（X5）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.832。種子寬度（X2）與種子厚度（X3）、種仁寬度（X6）、種子千粒重（X9）和種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.792、0.944、0.923和0.941；與種子長(zhǎng)寬比（X4）呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.821。種子厚度（X3）與種仁厚度（X7）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.809；與種子長(zhǎng)寬比（X4）呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.813。種子長(zhǎng)寬比（X4）與種仁長(zhǎng)寬比（X8）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.838；與種仁寬度（X6）呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.755。種仁寬度（X6）與種子千粒重（X9）和種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.896 和0.880。種仁厚度（X7）與種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.765。種子千粒重（X9）與種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.937。

表3 不同種源栝樓種子性狀相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

2.3 不同種源栝樓種子性狀聚類(lèi)分析

對(duì)12 個(gè)種源栝樓種子性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，結(jié)果如圖1 所示。12 個(gè)種源栝樓種子性狀在閾值5 處可劃分為3 個(gè)類(lèi)群：類(lèi)群Ⅰ包括種源5、種源6、種源1、種源7、種源4 和種源12 共6 個(gè)種源；類(lèi)群Ⅱ僅有種源2；類(lèi)群Ⅲ包括種源10、種源11、種源8、種源9和種源3共5個(gè)種源。

圖1 不同種源栝樓種子性狀聚類(lèi)分析Fig.1 Cluster analysis on seed traits of T.kirilowii among different provenances

對(duì)不同類(lèi)群栝樓種子性狀進(jìn)行方差分析和多重比較（表4）表明，不同類(lèi)群栝樓種子性狀存在差異。種子寬度、種仁寬度、種子千粒重和種仁千粒重在不同類(lèi)群間存在極顯著差異，種子厚度、種子長(zhǎng)寬比和種仁厚度在不同類(lèi)群間存在顯著差異，種子長(zhǎng)度、種仁長(zhǎng)度、種仁長(zhǎng)寬比、種仁千粒重/種子千粒重則在不同類(lèi)群間差異不顯著。類(lèi)群Ⅰ種子千粒重和種仁千粒重最小，種子長(zhǎng)寬比最大，此類(lèi)群種子個(gè)體小，種子外形呈長(zhǎng)橢圓形；類(lèi)群Ⅲ種子千粒重和種仁千粒重最大，種子長(zhǎng)寬比最小，此類(lèi)群種子個(gè)體大，種子外形偏圓形；類(lèi)群Ⅱ種子性狀介于類(lèi)群Ⅰ和類(lèi)群Ⅲ之間，此類(lèi)群種子個(gè)體較大，種子外形偏圓形。結(jié)果表明不同類(lèi)群栝樓種子性狀存在顯著差異，其中類(lèi)群Ⅲ栝樓種子綜合性狀較優(yōu)，可作為優(yōu)良種質(zhì)篩選的群體。

表4 不同類(lèi)群栝樓種子性狀特征Table 4 Characteristics on seed traits of various T.kirilowii groups

2.4 不同種源栝樓種子性狀主成分分析

對(duì)12 個(gè)種源栝樓種子的 11 個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析 (表5)，提取前3 個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.09%，包含了大部分主要指標(biāo)信息。第1 主成分在種子寬度、種仁寬度、種子千粒重和種仁千粒重上有較大荷載，即主要反映種子寬度和質(zhì)量性狀，貢獻(xiàn)率為58.88%；第2主成分在種子長(zhǎng)度和種仁長(zhǎng)度上有較大荷載，即主要反映種子長(zhǎng)度性狀，貢獻(xiàn)率為21.35%；第3 主成分在種仁千粒重/種子千粒重上有較大荷載，貢獻(xiàn)率為10.86%。

表5 不同種源栝樓種子性狀主成分分析Table 5 Principal component analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

對(duì)12 個(gè)種源栝樓種子性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果如表6所示。提取不同種源栝樓前3個(gè)主成分的特征值，計(jì)算特征向量。前3個(gè)主成分得分如下。

表6 不同種源栝樓種子性狀綜合評(píng)價(jià)Table 6 Comprehensive evaluation on seed traits of T.kirilowii from different provenances

式中，ZXi為各性狀Xi的標(biāo)準(zhǔn)化值。

將各性狀主成分得分乘以方差貢獻(xiàn)率并求和，即可得到各種源種子性狀的綜合得分。

由不同種源栝樓種子性狀綜合得分（表6）可知，種源3 得分最高，為0.87，綜合性狀優(yōu)良，可作為優(yōu)良種質(zhì)用于品種選育，而種源6 得分最低，綜合性狀較差。

3 討論

3.1 不同種源栝樓種子性狀的差異性

種子為植物重要的繁殖器官，對(duì)物種延續(xù)起著重要的作用，其性狀較植物的根、莖、葉性狀更為穩(wěn)定，同時(shí)不同種源種子性狀因地理阻隔和環(huán)境差異會(huì)存在變異，因而種子性狀常用于植物多樣性研究及優(yōu)質(zhì)種源篩選[10-13]。本研究中12 個(gè)種源栝樓種子的11 個(gè)性狀在不同種源間存在極顯著差異，具有豐富的遺傳變異和巨大的遺傳改良潛力，可為優(yōu)質(zhì)種源篩選提供有利條件，該研究結(jié)果與前人在梭梭[12]、鐵橡櫟[13]、花櫚木[14]及掌葉木[15]等種子上的研究結(jié)果類(lèi)似。性狀變異是種源選擇和良種選育的重要基礎(chǔ)[15]，本研究表明在栝樓種子的11 個(gè)性狀中種子千粒重變異系數(shù)（28.89%）最大，并且種子千粒重與種子寬度、種仁寬度呈極顯著相關(guān)，與種子厚度和種仁厚度呈顯著正相關(guān)，表明種子千粒重可作為栝樓優(yōu)良種質(zhì)資源篩選的重要指標(biāo)。同時(shí)，聚類(lèi)分析表明12個(gè)種源栝樓可分為3 個(gè)類(lèi)群，其中類(lèi)群Ⅲ種子千粒重最大，種子個(gè)體大，可作為優(yōu)良種質(zhì)篩選的群體。因此，利用不同種源篩選栝樓優(yōu)良種質(zhì)具有較強(qiáng)的可操作性，在篩選時(shí)可重點(diǎn)關(guān)注種子千粒重較大的種源群體。種子性狀不僅受遺傳因素影響，亦與生態(tài)環(huán)境及栽培措施密切相關(guān)，本研究中12 個(gè)栝樓種源樣品來(lái)自全國(guó)不同產(chǎn)地，各自形成的氣候條件、土壤條件及肥水管理等外因差異亦會(huì)對(duì)種子的性狀指標(biāo)產(chǎn)生影響，可進(jìn)一步開(kāi)展研究。

3.2 不同種源栝樓種子性狀綜合評(píng)價(jià)

優(yōu)質(zhì)種源是中藥材生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，亦是生產(chǎn)穩(wěn)定可控藥材的前提，對(duì)種源進(jìn)行篩選、綜合評(píng)價(jià)及利用是提高中藥材質(zhì)量及品種選育的有效途徑[9]。對(duì)種源進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)需要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，主成分分析可將多個(gè)性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化成彼此相互獨(dú)立的且個(gè)數(shù)較少的主成分，綜合反映原來(lái)多個(gè)性狀指標(biāo)的主要信息，使得綜合評(píng)價(jià)更加科學(xué)準(zhǔn)確，目前已廣泛用于種源綜合評(píng)價(jià)中[14-15]。本研究選取栝樓種子的11 個(gè)性狀作為評(píng)價(jià)不同種源栝樓種子綜合性狀的指標(biāo)，通過(guò)主成分分析將11 個(gè)性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)換成3 個(gè)主成分指標(biāo)，并對(duì)綜合得分進(jìn)行排名，研究結(jié)果表明種源3栝樓種子綜合性狀最優(yōu)，可作為優(yōu)良種質(zhì)開(kāi)展進(jìn)一步選育。