左應(yīng)梅，楊維澤，楊美權(quán)，楊紹兵，楊天梅，許宗亮，李紀(jì)潮，張金渝

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院藥用植物研究所，云南 昆明 650205)

【研究意義】珠子參，又名扣子七、紐子七、珠兒參，為五加科人參屬植物珠子參(PanaxjaponicusC.A. Mey. var. major C. Y. Wu et K. M. Feng)或羽葉三七[PanaxjaponicasC. A. Mey. var.bipinnatifidus(Seem.) C. Y. Wu et K. M. Feng]的干燥根莖[1]。珠子參氣微，味苦微甘，主治氣陰兩虛，虛勞咳嗽，跌撲損傷等[2]，且在心血管、中樞神經(jīng)和免疫系統(tǒng)等方面也有不同程度的藥理活性[3]。由于珠子參具有較高的藥用價(jià)值，促其商品價(jià)格不斷攀升，而市場的高價(jià)位吸引人們無序采挖，導(dǎo)致珠子參產(chǎn)區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞，其種群資源出現(xiàn)瀕危化趨勢[1]。因此，有必要針對(duì)珠子參野生資源的保護(hù)和合理開發(fā)利用開展相關(guān)研究?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物的表型是由遺傳因素和環(huán)境因素共同決定的[4]，是基因和所處生態(tài)環(huán)境共同作用的結(jié)果，是生物遺傳變異的表征。而天然居群的表型變異具有適應(yīng)和進(jìn)化上的意義，是人工馴化和遺傳育種研究的基礎(chǔ)，也是揭示種群適應(yīng)性的有效途徑之一。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鵝觀草[5]、扇脈杓蘭[6]、暴馬丁香[7]]等多種植物的表型變異與環(huán)境因子間的相關(guān)性進(jìn)行了研究報(bào)道。目前，珠子參的研究主要集中在資源分布[1]、生物學(xué)特性[8]、栽培管理[9]、化學(xué)成分[10]、藥理活性[11]、遺傳多樣性[12]和分子生物信息學(xué)[13]等方面?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】但關(guān)于其表型與生理特征的地理變異的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以云南省內(nèi)的12個(gè)珠子參天然居群為對(duì)象，研究珠子參的株高、莖粗、葉長/寬等表型性狀與環(huán)境因子間的關(guān)系，以期了解珠子參種源的遺傳變異程度、揭示其變異規(guī)律，為珠子參種質(zhì)資源的收集和保存、優(yōu)良種源的選擇和遺傳改良以及良種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 性狀測定方法和樣本采集

2015年7月20-26日，分別對(duì)12個(gè)珠子參天然居群進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。詳細(xì)觀察和記錄珠子參居群內(nèi)的表型特征以及群落所處的自然條件、群落特點(diǎn)及生境，其中經(jīng)度、緯度及海拔采用GPS測定，光照強(qiáng)度采用SAUTER SO 200 K便攜式光照強(qiáng)度測量儀(德國)測定。每個(gè)居群選取20個(gè)植株，測量株高(無花株高的測量為植株基部地面處到最高葉面的距離，有花植株株高的測量為地表到植株最高處的距離)和莖粗；在每一植株中部選取完整的葉片 3 片，分別測定葉長/寬、小葉柄長和復(fù)葉柄長，其中，葉長為葉尖與小葉柄基部之間的長度，葉寬為葉片中部的寬度，復(fù)葉柄長為小葉柄基部與莖桿之間的長度。以上指標(biāo)，莖粗用游標(biāo)卡尺測量，其余指標(biāo)均用鋼卷尺測量。所有樣品經(jīng)云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院藥用植物研究所張金渝研究員鑒定為野生珠子參。

1.2 土壤因子測定

在每個(gè)樣地內(nèi)確定 3 個(gè)樣點(diǎn)，挖取距地表深 0～20 cm 根系附近土壤，將3個(gè)樣點(diǎn)的土壤樣品混合，自然風(fēng)干后研磨、備用。用于檢測pH值、有機(jī)質(zhì)、氮、鉀、磷以及全量銅、鋅、鉛、鉻、鎘、鎳、砷、汞等指標(biāo)。其中pH值：電極法；有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法；有效磷：碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀：中性醋酸銨浸提-火焰光度法；全氮含量：半微量開氏法；磷含量：鉬銻抗比色法；全鉀含量：火焰光度計(jì)法。土壤重金屬 Pb、Cr、Cu 和 Zn 含量：使火焰原子吸收分光光度計(jì)測定；Cd 含量，使用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測定；As 和Hg 含量：使用原子熒光分光光度計(jì)測定[14]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，采用JMP7.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較和相關(guān)分析；采用SPSS 22.0對(duì)12個(gè)珠子參天然居群的7個(gè)表型性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析(組間聯(lián)接法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 珠子參12個(gè)天然居群的分布情況

調(diào)查點(diǎn)分布于云南省滇西北，北緯26°56′39.65″～28°27′46.41″，東經(jīng)98°55′37.19″～100°11′30.66″，海拔范圍在2795～3597 m。生態(tài)環(huán)境以闊葉灌木、竹葉林下居多，也有生長在針闊葉林下，遮陰度在0～90 %，早晨至中午有一定散射光的西北向和東北向山坡、河谷坡地生長較好，伴生植物多為蕨類、竹類、升麻等(表1)。土壤主要為黑褐色腐殖質(zhì)土，土壤的有機(jī)質(zhì)、氮、鉀等含量豐富，有效磷含量相對(duì)偏低(表2)。土壤中的重金屬含量基本未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GBl5618-1995) 中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明野生珠子參分布地的土壤質(zhì)量狀況良好，重金屬含量相對(duì)較低(表3)。

2.2 珠子參12個(gè)天然居群的變異特征

由表4可知，珠子參12個(gè)天然居群的數(shù)量性狀莖數(shù)在居群間與居群內(nèi)沒有變異，而小葉數(shù)在居群間與居群內(nèi)存在明顯變異；莖色、葉形、葉緣等質(zhì)量性狀在居群間與居群內(nèi)均存在明顯變異。表型性狀在居群間與居群內(nèi)也存在廣泛變異，其中莖粗和復(fù)葉柄長在居群間的變異最大，變異系數(shù)的平均值分別為69.18 %和57.49 %；12個(gè)居群表型性狀的平均變異系數(shù)最大的5個(gè)居群依次為：香格里拉普達(dá)措(PDC1)53.61 %>香格里拉普達(dá)措(PDC2)52.04 %>麗江文海(WH)42.9 %>德欽隧道(DQSD)42.56 %>玉龍縣拉美榮(LMR2)40.81 %，平均變異系數(shù)最小的居群是虎跳峽尾木尼村(WMN)27.11 %(表5)。比較12個(gè)天然居群表型性狀(平均值)，以莖粗和復(fù)葉柄長在居群間差異最大(表6)。

表1 珠子參12個(gè)天然居群的生境條件

表2 珠子參12個(gè)天然居群樣地的土壤養(yǎng)分含量

表3 珠子參12個(gè)天然居群樣地的土壤重金屬含量

表4 珠子參12個(gè)天然居群的數(shù)量及質(zhì)量性狀頻度

2.3 珠子參表型與地理-土壤養(yǎng)分因子間的關(guān)系

相關(guān)性分析表明，珠子參居群的葉長、復(fù)葉柄長與緯度和海拔存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；小葉柄長與經(jīng)度存在顯著正相關(guān)關(guān)系；株高、葉長、小葉柄長與土壤中的有效磷含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系(表7)。

2.4 珠子參各居群間的相似性分析

為了研究珠子參居群間的相似性及親緣關(guān)系，根據(jù)其形態(tài)特征的7個(gè)表型性狀對(duì)12個(gè)珠子參天然居群用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析。結(jié)果顯示，12個(gè)天然居群在閾值為5時(shí)可明顯分為4類，其中居群NX1、NX2和LMR1聚為一類；LMR2和FGSS聚為一類；WMN、DQSD、 XZDSK、FGS、PDC1和 PDC2聚為一類；WH單獨(dú)聚為一類。由此可見，性狀的表型特征并沒有完全依地理距離而聚類，說明珠子參居群間表型性狀變異存在不連續(xù)性。

表5 珠子參12個(gè)天然居群表型性狀的變異系數(shù)

表6 珠子參12個(gè)天然居群表型性狀的比較

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。

Note: The data in the same column shows significant difference at 5 % level.

3 討 論

植物表型性狀的變異在適應(yīng)性和進(jìn)化上均具有非常重要的意義[15]。種源間變異能夠反映植物在地理生殖隔離上的變異，是種內(nèi)多樣性的重要組成部分[16]。植物種群內(nèi)遺傳多樣性或變異越豐富，則越有利于種群適應(yīng)環(huán)境和進(jìn)化。本研究對(duì)珠子參12個(gè)天然居群植株的數(shù)量性狀、質(zhì)量性狀及表型性狀的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)量性狀小葉數(shù)在居群間與居群內(nèi)存在明顯變異，莖色、葉形、葉緣等質(zhì)量性狀在居群間與居群內(nèi)也存在明顯變異，這與楊天梅等[17]研究的珠子參的葉形態(tài)在同一居群內(nèi)存在顯著變異的研究結(jié)果相符。居群間各表型性狀變異系數(shù)的平均值為20.28 %～69.18 %，表型變異非常豐富，其中莖粗和復(fù)葉柄長在居群間的變異最大，變異系數(shù)的平均值分別為69.18 %和57.49 %；對(duì)12個(gè)天然居群表型性狀的平均值進(jìn)行比較，莖粗和復(fù)葉柄長在居群間差異最大，這表明，珠子參的表型性狀莖粗和復(fù)葉柄長對(duì)環(huán)境因子變化的敏感性高，在居群間的穩(wěn)定性低。由上可知，珠子參的表型性狀在居群間和居群內(nèi)均存在著豐富的變異，說明珠子參有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，這與段青等[18]在瀘定百合上的研究結(jié)果相似。但是對(duì)于珠子參表型變異是否受基因控制以及受控程度尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

表7 各表型性狀與地理-土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性

注：*表示在 0.05 水平上差異顯著。

Note: * means significant difference at 0.05 level.

圖1 珠子參12個(gè)天然居群聚類圖Fig.1 The cluster map of 12 natural populations of P. japonicus

有研究表明，植物的表型性狀與地理-土壤養(yǎng)分因子存在顯著的相關(guān)性，如王丹等[19]研究表明，茶條槭的葉長/寬、葉柄長等17個(gè)表型性狀與土壤中的全氮、全鉀、速效氮、速效鉀、有效磷、土壤有機(jī)質(zhì)及土壤含水量都存在顯著或極顯著的正、負(fù)相關(guān)性。肖海峻等[5]研究表明，鵝觀草的株高、穗長、旗葉長/寬、小穗數(shù)、小花數(shù)穗下第1節(jié)間長和穗軸第1節(jié)長等8個(gè)性狀與海拔、緯度和年平均溫的相關(guān)性較高。李全健等[6]研究表明，扇脈杓蘭野生居群表型性狀存在豐富的變異和多樣性。扇脈杓蘭的地徑與速效鉀含量呈顯著正相關(guān)，子房長、唇瓣長和寬均與土壤中全磷的含量呈顯著正相關(guān)，植株展度與土壤 pH 呈顯著正相關(guān)。楊曉霞等[7]研究表明，不同產(chǎn)地暴馬丁香各表型性狀間及表型性狀與地理-氣候因子間均存在不同的相關(guān)性，其中，種子發(fā)芽率與種子的其他5 個(gè)表型性狀間的相關(guān)性均不顯著；經(jīng)度和緯度與各表型性狀間的相關(guān)性不顯著，而無霜期、年平均氣溫和海拔則是影響表型性狀變異的主要因子。本研究中，珠子參居群的葉長、復(fù)葉柄長與緯度和海拔存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；小葉柄長與經(jīng)度存在顯著正相關(guān)關(guān)系；株高、葉長、小葉柄長與土壤中的有效磷含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，說明土壤中有效磷的含量是導(dǎo)致珠子參居群表型性狀多樣性的原因之一。以上分析表明，物種之間表型性狀與地理因子及土壤養(yǎng)分因子之間的相關(guān)性存在差異，可能與其生境中的土壤肥力或各居群生境的異質(zhì)性有關(guān)。

聚類分析結(jié)果表明，12個(gè)珠子參天然居群可初步分為4類，但性狀的表型特征并沒有完全依地理距離而聚類。這說明珠子參居群間表型性狀變異存在不連續(xù)性，與宋杰等[20]研究得出的云南含笑6個(gè)天然居群的表型性狀并沒有嚴(yán)格依地理距離而聚類的結(jié)果類似。

4 結(jié) 論

珠子參的小葉數(shù)、莖色、葉形、葉緣等性狀在居群間與居群內(nèi)均有明顯變異；珠子參居群的葉長、復(fù)葉柄長與緯度和海拔存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；小葉柄長與經(jīng)度存在顯著正相關(guān)關(guān)系；株高、葉長、小葉柄長與土壤中的有效磷含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，說明土壤中有效磷的含量是導(dǎo)致珠子參居群表型性狀多樣性的原因之一。12個(gè)珠子參天然居群可歸分為4類，但性狀的表型特征并沒有完全依地理距離而聚類，說明珠子參居群間表型性狀變異存在不連續(xù)性。