, , , (.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所, 吉林 長(zhǎng)春 30;.濰坊工程職業(yè)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)與生物工程學(xué)院, 山東 濰坊 6500)
吉林省西洋參栽培群體種子表型多樣性研究
張浩1,邵財(cái)1,鄭穎2,王英平1
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所, 吉林 長(zhǎng)春 130112;2.濰坊工程職業(yè)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)與生物工程學(xué)院, 山東 濰坊 262500)
采用方差分析、多重比較等多種分析方法對(duì)吉林省西洋參栽培區(qū)13個(gè)群體種子單株種子數(shù)、千粒重、種子長(zhǎng)、種子寬、種子厚5個(gè)表型性狀進(jìn)行研究,以系統(tǒng)揭示西洋參栽培群體種子表型性狀的變異程度和變異規(guī)律。結(jié)果表明:西洋參種子單株種子數(shù)、種子寬在群體間和群體內(nèi)均達(dá)到顯著或極顯著差異,而千粒重、種子長(zhǎng)及種子厚僅在群體內(nèi)存在極顯著差異,說(shuō)明西洋參種子性狀在2個(gè)層次上都具有豐富的多樣性。5個(gè)種子性狀平均變異系數(shù)為0.161 9,變異幅度為0.088 2~0.314 9,其中單株種子數(shù)最大,為0.314 9,種子長(zhǎng)最小,為0.088 2,各群體平均變異系數(shù)最大的是延吉2,最小的是汪清。各性狀的平均表型分化系數(shù)(Vst)為9.8%,即群體間的變異(8.31%)遠(yuǎn)低于群體內(nèi)的變異(49.49%)。群體內(nèi)的變異是吉林省西洋參栽培群體的主要變異來(lái)源。
西洋參; 多樣性; 表型性狀
西洋參(PanaxquinquefoliumL.)又名花旗參,原產(chǎn)加拿大和美國(guó),為五加科西洋參的干燥根,是名貴的中藥材。具補(bǔ)氣養(yǎng)陰,清熱生津的功效。用于氣虛陰虧,內(nèi)熱,咳喘痰血,虛熱煩倦,消渴,口燥咽干[1]。20世紀(jì)80年代我國(guó)引種成功,隨著長(zhǎng)期栽培及生產(chǎn)實(shí)踐,中國(guó)已成為西洋參第一大消費(fèi)國(guó),世界第二大生產(chǎn)國(guó)和世界三大主產(chǎn)地之一[2]。
植物表型性狀反映了基因型對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng),在長(zhǎng)期的選擇壓力下發(fā)生不可逆變化,經(jīng)穩(wěn)定遺傳后產(chǎn)生新表型,因此表型變異在適應(yīng)和進(jìn)化上具有重要意義[3]。表型性狀具有穩(wěn)定、不易受環(huán)境影響的特點(diǎn),可以簡(jiǎn)便快速地揭示群體的遺傳變異程度。種子性狀的變異是表型變異的重要組成部分,影響到種子的傳播和萌發(fā),決定物種的擴(kuò)散能力和種群的分布格局。種實(shí)表型性狀變異與地理緯度、海拔高度和氣候相關(guān)[4-7]。種子表型變異具有較高的穩(wěn)定性,通過(guò)了解種子表型的變異規(guī)律,可獲得該植物群體變異趨勢(shì)的一般規(guī)律,并且可以為種子鑒別、種子檢驗(yàn)、種子劃區(qū)以及播種育苗等工作提供參考。目前,對(duì)西洋參種子表型多樣性變異的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此,本研究對(duì)西洋參主產(chǎn)區(qū)吉林省的13個(gè)栽培群體種子性狀變異進(jìn)行分析,以期初步了解和掌握西洋參主產(chǎn)區(qū)種子的變異規(guī)律和變異趨勢(shì),為今后開(kāi)展西洋參種質(zhì)資源收集、保存、多樣性及育種研究工作提供理論依據(jù)。
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
在勘查的基礎(chǔ)上,于2014年11月完成所有西洋參種子表型性狀的采集工作。取樣地點(diǎn)分別為吉林省集安1(JA 1)、集安2(JA 2)、集安3(JA 3)、撫松(FS 1)、撫松2(FS 2)、靖宇(JY)、安圖(AT)、延吉1(YJ 1)、延吉2(YJ 2)、和龍(HL)、汪清(WQ)、長(zhǎng)白1(CB 1)、長(zhǎng)白2(CB 2)8個(gè)地點(diǎn)13個(gè)栽培群體,每個(gè)個(gè)體采集30~100粒種子。
1.2 表型測(cè)定
測(cè)定內(nèi)容包括種子的長(zhǎng)、寬、厚、千粒重,用游標(biāo)卡尺測(cè)定每粒種子的長(zhǎng)、寬和厚。隨機(jī)取500粒種子稱(chēng)其重量,換算成千粒重,重復(fù)3次,取平均值。上述長(zhǎng)、寬、厚測(cè)量精度均為0.01 cm,重量測(cè)量精度為0.01 g。
1.3 統(tǒng)計(jì)分析
各性狀采用巢式設(shè)計(jì)方差分析[8-11],線性模型為:
Yijk=μ+τi+δj(i)+εk(ij)
表1 西洋參群體間群體內(nèi)表型性狀的方差分析結(jié)果
性狀 均方差群體間群體內(nèi)機(jī)誤F值群體間群體內(nèi)單株種子數(shù)3953.722687451.86498008.75??5.62E15??千粒重78.40396360.7375208.3311891.297.29??種子長(zhǎng)6.5558495.9198420.1594021.1137.14??種子寬8.0323294.1205230.1394291.95?29.55??種子厚5.4477383.2880940.1463931.6622.46??
注:“*”表示差異顯著(plt;0.05),“**”表示差異極顯著(plt;0.01)。
表2 西洋參13個(gè)栽培群體表型性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差
群體單株種子粒數(shù)千粒重種子長(zhǎng)種子寬種子厚WQ37±7.202e36.08±5.755ab5.842±0.466a4.897±0.397a2.741±0.36abYJ135.41±9.273e35.51±10.29ab5.835±0.601a4.828±0.536ab2.886±0.399aYJ235.71±20.544e35.79±3.172ab5.868±0.483a4.75±0.435ab2.864±0.433aFS147.36±19.58cde34.29±5.063ab5.976±0.465a4.706±0.489ab2.662±0.443abFS249.87±23.137cd35.85±6.14ab5.936±0.579a4.929±0.467a2.688±0.379abAT36.23±9.949e35.46±3.292ab5.953±0.557a4.727±0.417ab2.908±0.821aJY36.72±11.247e33.17±5.903b5.68±0.558a4.591±0.471b2.57±0.372bHL41.36±16.488de33.83±2.829b5.669±0.435a4.578±0.384b2.732±0.351abCB164.86±15.87ab36.70±5.995ab5.815±0.521a4.785±0.476ab2.728±0.516abCB269.93±15.52a38.35±5.792ab5.886±0.439a4.889±0.397a2.767±0.393abJA153.35±11.883bcd36.91±6.762ab6.004±0.507a4.798±0.506ab2.784±0.417abJA255.86±14.156bc39.20±4.361a5.958±0.476a4.967±0.484a2.841±0.409aJA357.05±14.97bc35.61±6.022ab5.814±0.636a4.794±0.501ab2.659±0.381ab
注:同列不同小寫(xiě)字母表示群體間差異達(dá)顯著水平(plt;0.05)。
其中,Yijk為第i個(gè)群體第j個(gè)家系第k個(gè)觀測(cè)值,μ為總平均值,τi為群體間效應(yīng)值,δj(i)為群體內(nèi)家系效應(yīng)值,εk(ij)為隨機(jī)誤差。
群體間表型分化系數(shù)(Vst)可以反映群體間的表型分化值,即群體間變異占遺傳總變異的百分比。
變異系數(shù)(CV)表示表型性狀的離散程度。
CV=S/x
式中,S為標(biāo)準(zhǔn)差,x為平均值。
式中,Ri為群體內(nèi)的極差,Ro為性狀總極差。
其它統(tǒng)計(jì)運(yùn)算按照常規(guī)方法并利用Excel 2003和SAS 8.0軟件進(jìn)行。
2.1 西洋參栽培群體間和群體內(nèi)的形態(tài)變異特征
西洋參種子5個(gè)表型性狀中單株種子數(shù)在群體間差異極顯著(plt;0.01),種子寬在群體間差異顯著(plt;0.05),千粒重、種子長(zhǎng)、種子厚在群體間差異不顯著;而5個(gè)表型性狀在群體內(nèi)都存在極顯著差異(plt;0.01)(表1),表明西洋參種子在群體內(nèi)存在廣泛的變異。各性狀平均值和多重比較結(jié)果(表2)表明,不同群體的西洋參種子單株粒數(shù)存在極顯著差異,其中長(zhǎng)白(CB)群體最大,為69.93粒,延吉(YJ)群體最小,為35.41粒。不同群體種子寬存在顯著差異,其中集安(JA)群體最大,為4.967 cm,和龍(HL)群體最小,為4.578 cm。
2.2 西洋參種子形態(tài)變異特征
由表3可知,5個(gè)種子性狀平均變異系數(shù)為0.161 9,變異幅度0.088 2~0.314 9。各性狀變異系數(shù)由大到小依次為:?jiǎn)沃攴N子數(shù)(0.314 9)gt;種子厚(0.157 8)gt;千粒重(0.153 0)gt;種子寬(0.095 8)gt;種子長(zhǎng)(0.088 2),表明單株種子數(shù)在群體間變化最大,種子長(zhǎng)最小。
同一表型性狀在不同群體內(nèi)的變異也不同,13個(gè)群體所有性狀的平均變異系數(shù)從小到大的排序?yàn)椋篧Q(0.129 3)lt;CB 2(0.134 1)lt;JA 2(0.137 2)lt;JA 1(0.149 1)lt;HL(0.154 3)lt;CB 1(0.157 2)lt;JA 3(0.157 7)lt;JY(0.166 0)lt;AT(0.166 3)lt;YJ 1(0.180 8)lt;FS 1(0.181 8)lt;FS 2(0.193 7)lt;YJ 2(0.197 8)。變異系數(shù)最大的群體為YJ 2,變異系數(shù)最小的群體為WQ,表明YJ 2群體的多樣性較高,群體WQ的多樣性較低。
2.3 西洋參各群體表型性狀的相對(duì)極差
表3 西洋參13個(gè)群體種子性狀的平均變異系數(shù)
群體單株種子粒數(shù)千粒重種子長(zhǎng)種子寬種子厚性狀平均值WQ0.19460.15950.07980.08110.13130.1293YJ10.26190.28980.10300.11100.13830.1808YJ20.57530.08860.08230.09160.15120.1978FS10.41340.14770.07780.10390.16640.1818FS20.46390.17130.09750.09470.14100.1937AT0.27460.09280.09360.08820.28230.1663JY0.30630.17800.09820.10260.14470.1660HL0.39860.08360.07670.08390.12850.1543CB10.24470.16340.08960.09950.18910.1572CB20.22190.15100.07460.08120.14200.1341JA10.22270.18320.08440.10550.14980.1491JA20.25340.11130.07990.09740.14400.1372JA30.26240.16910.10940.10450.14330.1577群體平均值0.31490.15300.08820.09580.15780.1619
群體單株種子粒數(shù)千粒重種子長(zhǎng)種子寬種子厚性狀平均值WQ31.4655.7734.8338.3876.8847.46YJ138.2070.2543.6771.3152.1255.11YJ270.7920.1170.1834.6659.4151.03FS187.6455.6145.6543.1657.3557.88FS289.8942.1057.1236.7957.0456.59AT42.7030.5367.6840.7753.5147.04JY39.3359.8570.1845.9536.4450.35HL53.9324.1737.3435.0636.7537.45CB166.2950.7244.5958.0390.1061.95CB264.0466.5449.3443.4357.8156.23JA156.1897.6443.0184.9977.3471.83JA261.8042.0842.2261.0953.0452.05JA353.9365.1182.8551.1350.2860.66群體平均值58.1752.3452.9749.6058.3154.28
表5 表型性狀的方差分量及群體間表型分化系數(shù)
性狀 方差分量 方差分量百分比 群體間σ2t/s群體內(nèi)σ2s機(jī)誤ε2m群體間Pt/s群體內(nèi)Ps機(jī)誤Pse表型分化系數(shù)Vst(%)單株種子數(shù)126.480560225.932490035.889964.1101035.89千粒重0.63807926.2031658.3311891.814174.499223.68672.38種子長(zhǎng)0.0003320.1182280.1594020.119342.534157.34670.28種子寬0.0053900.0817090.1394292.379536.070061.55056.19種子厚0.0028810.0646350.1463931.346930.216268.43704.27均值8.31049.4942.209.8
2.4 西洋參各群體間的表型分化及各形態(tài)特征變異來(lái)源
由表5可以看出,各性狀群體遺傳組成存在較大差異,群體間和群體內(nèi)的方差分量百分比分別為0.119 3%~35.89%和30.216 2%~74.499 2%。各性狀的表型分化系數(shù)Vst存在較大差異,表型性狀的表型分化系數(shù)(Vst),變異幅度為0.28%~35.89%,最大的是單株種子數(shù),Vst=35.89%,最小的是種子長(zhǎng),Vst=0.28%,其均值為9.8%,群體內(nèi)變異為49.49%,群體間變異為8.31%,說(shuō)明群體內(nèi)的變異遠(yuǎn)高于群體間的變異。
3.1 西洋參表型性狀遺傳變異
對(duì)我國(guó)西洋參主產(chǎn)區(qū)吉林省13個(gè)栽培群體5個(gè)表型性狀的分析結(jié)果表明,西洋參栽培群體在群體間和群體內(nèi)都存在豐富的變異。5個(gè)種子性狀在群體內(nèi)都存在極顯著差異,而群體間在單株種子數(shù)、種子寬上存在著廣泛差異。表型性狀變異系數(shù)變幅為0.088 2~0.314 9,其中單株種子數(shù)的變異系數(shù)最大,其次,種子厚、千粒重、種子寬、種子長(zhǎng)的變異系數(shù)均較小,說(shuō)明這4者具有較穩(wěn)定的遺傳特征。前人研究認(rèn)為,種子大小在居群間可以發(fā)生較大的差異,如小桐子種子(Vst=14.27%)、青錢(qián)柳種子(Vst=20.54%),這種差異來(lái)自地理阻隔和差異顯著的自然條件的長(zhǎng)期作用[6,12-13]。西洋參種子單株種子數(shù)在種子的所有性狀中變異最大,這表明其性狀穩(wěn)定性較差并受到一定環(huán)境壓力的影響,可能由于局域環(huán)境條件如小氣候、土壤特征對(duì)單株種子數(shù)影響很大。
3.2 西洋參群體間的遺傳分化
巢式方差分析可以揭示居群內(nèi)和居群間的變異,而且可以劃分居群內(nèi)和居群間變異組分。吉林西洋參栽培群體的表型分化系數(shù)平均值為9.8%,群體內(nèi)變異較高,達(dá)49.49%,群體間變異較低,為8.31%,群體內(nèi)變異大于群體間變異,群體內(nèi)個(gè)體間變異是吉林西洋參栽培群體表型變異的主要部分。其中,單株種子數(shù)表型分化系數(shù)較大(Vst=35.89%),說(shuō)明這個(gè)性狀相對(duì)于其他性狀在群體間有較高的表型分化程度;而種子長(zhǎng)的表型分化系數(shù)最小(Vst=0.28%),群體間較為穩(wěn)定。盡管群體內(nèi)的變異遠(yuǎn)大于群體間的變異,但群體間的變異意義卻遠(yuǎn)大于群體內(nèi),因?yàn)榇嬖谟谌后w間的變異反映了地理、生殖隔離上的變異,群體間的多樣性變異是種內(nèi)多樣性的重要組成部分,分布在群體間的變異真正反映了群體在不同環(huán)境中的適應(yīng)狀況,其大小在某種程度上說(shuō)明了該生物對(duì)不同環(huán)境適應(yīng)的廣泛程度,值越大,適應(yīng)的環(huán)境越廣[14]。
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Phenotypic Diversity of Seed in Cultivated Populations ofPanaxquinquefoliusL.
ZHANGHao1,SHAOCai1,ZHENGYing2,WANGYingping1
2016-06-25
吉林省科技創(chuàng)新與科技成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃(編號(hào):20140311023 YY);中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新工程(編號(hào):CAAS-ASTIP-2014-ISAPS)。
張 浩(1983—),男,碩士,助理研究員,研究方向:藥用植物資源與育種。
王英平(1967—),男,博士,研究員,博士研究生導(dǎo)師,E-mail:yingpingw@126.com。
10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.11.072
Q 944
A
1001-4705(2016)11-0072-04