木賊科木賊與節(jié)節(jié)草不同居群形態(tài)多樣性分析

張浩，張舒娜，邵財(cái)，潘曉曦，馬琳，曲正義，劉繼永，王英平*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，長(zhǎng)春 130112)

摘要：以木賊科木賊和節(jié)節(jié)草為材料，對(duì)形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行多樣性分析，結(jié)果表明，木賊科木賊居群與節(jié)節(jié)草居群的總遺傳多樣性指數(shù)均較高，分別為2.015、1.959，遺傳多樣性主要集中于居群內(nèi)(97.77%、97.60%)，而居群間遺傳變異(2.23%、2.40%)較?。辉诓煌犹荻认履举\與節(jié)節(jié)草遺傳多樣性指數(shù)均隨取樣數(shù)目的增加呈增大趨勢(shì)，當(dāng)取樣數(shù)目達(dá)到26株時(shí)，遺傳多樣性指數(shù)均達(dá)到最高值。結(jié)果表明，木賊科植物木賊與節(jié)節(jié)草在野外調(diào)查、收集時(shí)，應(yīng)以居群為單位，且每一居群至少調(diào)查、收集26個(gè)單株，才能代表居群的遺傳多樣性。

關(guān)鍵詞：木賊；節(jié)節(jié)草；形態(tài)性狀；多樣性；遺傳多樣性

DOI::10.13463/j.cnki.jlzyy.2015.07.018

中圖分類號(hào)：R282.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1003-5699(2015)07-0707-03

基金項(xiàng)目:吉林省代表區(qū)域中藥資源保護(hù)利用(201207002-5)。

作者簡(jiǎn)介:張浩(1983-),男,碩士，主要從事藥用植物栽培與育種。

收稿日期:(責(zé)任編輯：張瑞彬2015-06-10)

*通信作者:王英平，電子信箱-yingpingw@163.com

Diversity of morphological traits in populations ofHippochaetehyemaleL

andEquisetumramosissimumDesf

ZHANG Hao,ZHANG Shuna,SHAO Cai,PAN Xiaoxi,MA Lin,QU Zhengyi,LIU Jiyong,WANG Yingping*

(Institute of Special Wild Economic Animal and Plant Science,Changchun 130112,China)

Abstract:Based on morphological traits.the diversity of two morphological traits were studied using two populations of Hippochaete hyemale L and Equisetum ramosissimum Desf.The results showed that genetic diversity indexes of Hippochaete hyemale L and Equisetum ramosissimum Desf respectively were 2.015 and 1.959.The genetic diversity within populations were higher (97.77%,97.60%)than that of among populations(2.23%,2.40%);and the diversity indexes in different sampling strategies increased along with the increasing of plant number.The diversity indexes both of them were the highest when the sample number was 26.All together,the wild investigation and conservation of Hippochaete hyemale L and Equisetum ramosissimum Desf should be based on population as a unit and the genetic diversity of populations.

Keywords:Hippochaete hyemale L;Equisetum ramosissimum Desf.;morphological traits;diversity;genetic diversity

木賊科(Equisetaceae)屬于蕨類植物的小葉類型，是古老的一個(gè)類群，系統(tǒng)地位特殊。全世界約30種，我國(guó)10余種，東北地區(qū)有9種，大部分供藥用。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該科多種植物的化學(xué)成分[1-2]和藥理活性[3-5]進(jìn)行了研究，然而，查閱文獻(xiàn)尚未見對(duì)該科植物遺傳多樣性研究的報(bào)道。因此,本研究選取木賊科2種重要的中草藥木賊與節(jié)節(jié)草,通過(guò)對(duì)其形態(tài)性狀的多樣性分析,試圖建立該科藥用植物的野外調(diào)查、收集取樣策略。

1材料與方法

1.1材料木賊、節(jié)節(jié)草由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所于2013年采自吉林省磐石市，材料來(lái)源及生態(tài)環(huán)境見表1。

表1　供試材料

1.2方法

1.2.1取樣梯度以木賊居群H1、節(jié)節(jié)草居群R1為代表，從中隨機(jī)抽取6、10、14、18、22、26、30個(gè)單株組成7個(gè)抽樣群體，對(duì)各抽樣群體的形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行調(diào)查,并進(jìn)行遺傳多樣性分析。

1.2.2形態(tài)學(xué)性狀調(diào)查以單株為單位，每個(gè)居群選取株高、莖粗2個(gè)性狀，在植株成熟期進(jìn)行調(diào)查。

1.2.3統(tǒng)計(jì)分析形態(tài)性狀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以單株為單位，形態(tài)性狀的最大值(max)、最小值(min)、平均值(mean)、標(biāo)準(zhǔn)差(σ)、變異系數(shù)(cv)均由Microsoft Excel軟件處理完成。利用Shannon-Weiner index (H′)[6]衡量群體遺傳多樣性大小。具體方法如下：根據(jù)總體平均值(mean)和標(biāo)準(zhǔn)差(σ)，將數(shù)據(jù)劃分為10級(jí)，從第1級(jí)[；<(-2σ)]到第10級(jí)[;>(+2σ)]，每0.5σ為一級(jí)，計(jì)算每一級(jí)的相對(duì)頻率Pi；(即某一性狀第i級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比)，然后計(jì)算各個(gè)性狀在每個(gè)群體中的遺傳多樣性指數(shù)，計(jì)算公式為:

其中，Pi指某性狀第i級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，Ln為自然對(duì)數(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1不同取樣梯度下遺傳多樣性指數(shù)比較選取木賊居群H1與節(jié)節(jié)草居群R1,分別對(duì)2個(gè)居群7個(gè)抽樣群體的2個(gè)形態(tài)性狀進(jìn)行調(diào)查,計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)，進(jìn)行遺傳多樣性分析(表2)。

表2　不同取樣梯度下2個(gè)形態(tài)性狀遺傳多樣性指數(shù)

由表2可以看出，H1群體的株高在取樣量達(dá)到30株時(shí)遺傳多樣性指數(shù)最高,莖粗在取樣量達(dá)到26株時(shí)遺傳多樣性指數(shù)最高。將2個(gè)性狀綜合來(lái)看(圖1),取樣量為6株時(shí)，其平均遺傳多樣性指數(shù)最低,為1.445；當(dāng)取樣量由6株逐漸增至30株時(shí)，遺傳多樣性指數(shù)也隨取樣量的增加呈增大趨勢(shì)；當(dāng)取樣量為26株時(shí)，平均遺傳多樣性指數(shù)最高，為2.021；當(dāng)取樣量大于26株時(shí)，平均遺傳多樣性指數(shù)趨于穩(wěn)定。R1群體的株高、莖粗也在取樣量達(dá)到26株時(shí)遺傳多樣性指數(shù)最高(圖1)。當(dāng)取樣量為6株時(shí)，其平均遺傳多樣性指數(shù)最低，為1.329;當(dāng)取樣量由6株增至30株時(shí)，其遺傳多樣性指數(shù)表現(xiàn)出與H1群體相似的趨勢(shì)，隨著取樣量的增加呈增大趨勢(shì)；同時(shí)，在取樣量為26株時(shí)，其平均遺傳多樣性指數(shù)最高，為2.025；而當(dāng)取樣量繼續(xù)增加，平均遺傳多樣性指數(shù)趨于穩(wěn)定，不再增大。因此，在對(duì)木賊科木賊與節(jié)節(jié)草兩個(gè)藥用植物進(jìn)行野外考察、收集、保護(hù)、研究時(shí)，每個(gè)居群應(yīng)至少選取26個(gè)單株才能代表和反映居群的整體遺傳特性。

2.2遺傳多樣性分析

圖1　居群H1、R1在8個(gè)取樣梯度下平均遺傳多樣性指數(shù)的變化

2.2.1總遺傳多樣性分析對(duì)木賊科木賊、節(jié)節(jié)草4個(gè)居群，每個(gè)居群30個(gè)單株,2個(gè)形態(tài)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由表3可見，2個(gè)木賊居群總的遺傳多樣性指數(shù)(HT)為2.015，各居群平均遺傳多樣性指數(shù)(Hs)為1.970，占總遺傳多樣性指數(shù)的97.77%；而居群間遺傳多樣性指數(shù)(0.045)只占總遺傳多樣性指數(shù)的2.23%。2個(gè)節(jié)節(jié)草居群總的遺傳多樣性指數(shù)(HT)為1.959，各居群平均遺傳多樣性指數(shù)(Hs)為1.912，占總遺傳多樣性指數(shù)的97.60%;而居群間遺傳多樣性指數(shù)(0.047)只占總遺傳多樣性指數(shù)的2.40%。結(jié)果表明，木賊科木賊與節(jié)節(jié)草的遺傳多樣性均主要集中在居群內(nèi)。

2.2.2居群間遺傳多樣性比較對(duì)各居群遺傳多樣性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，2個(gè)木賊居群H1、H2的遺傳多樣性指數(shù)都很高,分別為1.982、1.958(表3)。H1、H2在株高上的遺傳多樣性指數(shù)2.018、1.962均高于莖粗的遺傳多樣性指數(shù)1.945、1.954，表明木賊在株高性狀上具有更大的遺傳變異。2個(gè)節(jié)節(jié)草居群R1、R2的遺傳多樣性指數(shù)也很高，分別為1.958、1.867(表3)。居群R1、R2在莖粗上的遺傳多樣性指數(shù)2.024、1.873均高于株高的遺傳多樣性指數(shù)1.891、1.861，表明節(jié)節(jié)草在莖粗性狀上具有更大的遺傳變異。

表3　4個(gè)居群2個(gè)形態(tài)性狀的遺傳多樣性指數(shù)

表4　4個(gè)居群2個(gè)形態(tài)性狀表現(xiàn)

2.2.3居群內(nèi)的遺傳多樣性分析以單株為單位對(duì)木賊、節(jié)節(jié)草居群進(jìn)行形態(tài)性狀調(diào)查分析，結(jié)果表明，居群內(nèi)個(gè)體間在2個(gè)形態(tài)性狀上均存在一定差異。在2個(gè)木賊居群中，居群H1的遺傳多樣性表現(xiàn)最豐富，其株高、莖粗的遺傳多樣性指數(shù)分別為2.018、1.945(表3),其中株高的遺傳多樣性指數(shù)是所有形態(tài)性狀中最高的，居群H1株高的平均值為540.57 cm，變異在415～698 cm之間，變異幅度283 cm，變異系數(shù)13.43%；大的變異幅度和高的變異系數(shù)說(shuō)明，木賊居群H1內(nèi)不同個(gè)體間存在差異(表4)。

在2個(gè)節(jié)節(jié)草居群中，R1的遺傳多樣性表現(xiàn)最為豐富，該居群2個(gè)性狀株高、莖粗的遺傳多樣性指數(shù)分別為1.891、2.024(表3),其中莖粗的遺傳多樣性指數(shù)最高。節(jié)節(jié)草R1居群莖粗平均值為3.01 mm，變異在2.06～4.18 mm之間，變異幅度達(dá)2.12 mm,變異系數(shù)達(dá)18.67%。節(jié)節(jié)草居群R1內(nèi)大的變異幅度和高的變異系數(shù)說(shuō)明，在R1居群內(nèi)不同個(gè)體間存在差異(表4)。

3結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)木賊科木賊居群與節(jié)節(jié)草居群2個(gè)形態(tài)性狀進(jìn)行了取樣策略研究,結(jié)果表明，在不同取樣梯度下的遺傳多樣性指數(shù)隨取樣量的增加呈增大趨勢(shì)，木賊與節(jié)節(jié)草居群均當(dāng)取樣量為26株時(shí)，其平均遺傳多樣性指數(shù)最高。因此，建議在進(jìn)行木賊與節(jié)節(jié)草居群形態(tài)學(xué)多樣性研究中，單個(gè)居群要至少保證26株作為分析單位。這為木賊科物種以居群為單位的遺傳多樣性研究提供了取樣策略的依據(jù)。

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