商志偉， 楊仕梅， 張?zhí)炀墸?徐 靜， 王仙萍， 溫 賀， 楊 森，張 恒， 田 飛， 張 品， 王文華， 沈 奇,

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油菜研究所， 貴陽(yáng) 550008；2.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山地植物資源保護(hù)與種質(zhì)創(chuàng)新省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 貴陽(yáng) 550025)

紫蘇(Perillafrutescens(L.)Britt.)別名荏、蘇麻、引子、桂荏、白蘇、赤蘇等，是唇形科一年生草本植物[1-2]。紫蘇原產(chǎn)于中國(guó)，至今已有2 000多年的栽培歷史，在我國(guó)的華北、華中、華南、西南等地區(qū)均有分布，在印度、緬甸、日本、朝鮮、韓國(guó)等國(guó)家也有引種及種植[3-5]。中國(guó)藥典記載紫蘇葉、紫蘇籽和紫蘇梗均可入藥，但未做種下變異類(lèi)型的規(guī)定。我國(guó)從《證類(lèi)本草》中就區(qū)別紫蘇和白蘇，前者叫蘇，后者叫荏[6-7]。兩者的種子特征，包括大小、顏色、硬度及脊紋均有較大差異[8]。紫蘇籽形態(tài)特征是作為其種群分類(lèi)的一個(gè)重要依據(jù)。此外，紫蘇籽作為藥材，歸肺經(jīng)，主要有降氣化痰，止咳平喘，潤(rùn)腸通便等功效，用于治療痰壅氣逆，咳嗽氣喘，腸燥便秘[9]。紫蘇籽中還富含油脂[10]，其油脂中α-亞麻酸含量可高達(dá)65%，是陸生植物中α-亞麻酸含量最高的物種之一[11]，具有降血脂、降血壓、抗血栓，影響腦神經(jīng)視神經(jīng)功能，抑制過(guò)敏以及免疫調(diào)節(jié)作用[12]，具有重要的應(yīng)用價(jià)值及經(jīng)濟(jì)前景。

鑒于紫蘇種下變異及果實(shí)形態(tài)的多樣性，而籽粒表型性狀與其品質(zhì)產(chǎn)量間關(guān)系的研究又一直缺乏系統(tǒng)性。因此，本研究對(duì)431份紫蘇種質(zhì)資源的籽粒表型特征及品質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行考察，通過(guò)相關(guān)性及聚類(lèi)分析，獲得籽粒表型性狀與分類(lèi)對(duì)品質(zhì)產(chǎn)量間影響的依據(jù)，以期為紫蘇籽的研究與應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材 料

431份紫蘇為2010—2016年收集的國(guó)內(nèi)各地及日本種質(zhì)資源(資源來(lái)源地及分類(lèi)情況見(jiàn)表1)。經(jīng)貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油菜研究所紫蘇課題組鑒定，363份種質(zhì)屬于紫蘇原變種(Pfvar.frutescens)，68份種質(zhì)屬于回回蘇變種(Pfvar.crispa)。

表1 431份紫蘇籽粒來(lái)源

1.2 儀 器

分析天平(FA 2014 N型)，顯微鏡(OLYMPUS SZX 9)，數(shù)顯谷物硬度儀(浙江托普云，GWJ 1)；標(biāo)準(zhǔn)色卡；近紅外分析儀(FOSS)。

1.3 方 法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于2017年3月中旬統(tǒng)一播種，直播定苗，每穴1株，行距40 cm，窩距30 cm，小區(qū)面積20 m2，重復(fù)3次。

收獲種子后進(jìn)行種子表型考察及品質(zhì)性狀分析。

千粒重：隨機(jī)選取1 000粒稱重，重復(fù)3次，取平均數(shù)。

籽粒大?。喝?0粒并排一條直線，鋼尺測(cè)量，重復(fù)3次，取平均值。

籽粒硬度：取5粒種子，采用數(shù)顯谷物硬度儀進(jìn)行測(cè)量，取平均數(shù)。

籽粒含油量及α-亞麻酸(C 18：3)含量：采用近紅外光譜測(cè)定。

單株產(chǎn)量：隨機(jī)選取5株植株，測(cè)定其種子產(chǎn)量，取平均值。

種皮顏色：選擇代表性顏色的果實(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)色卡核對(duì)果皮顏色色號(hào)，再合并成一種顏色類(lèi)型，所有果實(shí)樣品可以區(qū)分為4種顏色，分別賦值：1為褐色，2為白色，3為灰色及4為其他；其中，其他包含花色，粉色，黃色，綠色等。

脊紋高度：在顯微鏡下觀察果實(shí)外表紋路，脊紋顯著高出果皮，為高脊紋，賦值為1；脊紋略高于果皮或不明顯，為低脊紋，賦值為0。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS 19.0軟件。形態(tài)特征量化后采用R語(yǔ)言包采用k-means法進(jìn)行聚類(lèi)及主成分分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 特征分析

對(duì)供試樣品籽粒的千粒重、大小、硬度、含油量、α-亞麻酸(C 18：3)含量、單株產(chǎn)量、種皮顏色、種皮表面脊紋高度等8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(見(jiàn)表2)。結(jié)果表明，除種皮顏色、種皮表面脊紋高度以外的6個(gè)指標(biāo)中，變異系數(shù)從大到小分別為單株產(chǎn)量、千粒重、硬度、含油量、籽粒大小、α-亞麻酸含量。其中籽粒單株產(chǎn)量變幅變異系數(shù)最大，為0.838，變幅為0.2～65.371 g。α-亞麻酸的變異系數(shù)最小，僅為0.092。種皮顏色中，346份(80.278%)材料的種皮為褐色，44份(10.209%)種皮為白色，24份(5.568%)種皮為灰色，還有17份(3.944%)種皮為黃色，黃粉及綠色等顏色。種皮的脊紋有367份(85.151%)為低脊紋，64份(14.849%)為高脊紋。

表2 紫蘇籽粒形態(tài)特征

通過(guò)相關(guān)性分析(表3)發(fā)現(xiàn)，紫蘇籽粒千粒重與籽粒大小呈顯著正相關(guān)，即表現(xiàn)為千粒重越大的籽粒大小也越大。兩者均與硬度呈顯著負(fù)相關(guān)，即表現(xiàn)為千粒重小，籽粒小的種子硬度越高。種皮的顏色與千粒重及種子大小呈正相關(guān)。種皮脊紋與千粒重、籽粒大小及顏色呈正相關(guān)。由于種皮顏色和脊紋均為賦值數(shù)據(jù)，其表現(xiàn)相關(guān)性規(guī)律還需進(jìn)一步分析。籽粒品質(zhì)中，α-亞麻酸與千粒重、顏色呈正相關(guān)，與其他指標(biāo)的相關(guān)性不顯著。而含油量與千粒重，種子大小均呈顯著正相關(guān)，與硬度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。即表現(xiàn)為千粒重大，籽粒大，硬度低的種子含油量較高。產(chǎn)量性狀中的單株籽粒產(chǎn)量與千粒重、籽粒大小呈顯著正相關(guān)?？傊瑥姆诸?lèi)特征看，紫蘇類(lèi)型與千粒重、大小、硬度、顏色、脊紋及含油量均有顯著相關(guān)性。

表3 紫蘇籽粒形態(tài)特征的相關(guān)性分析

綜上所述，籽粒千粒重、大小、硬度與籽粒含油量品質(zhì)相關(guān)性較高，因此可通過(guò)籽粒表型選擇作為品質(zhì)育種初判指標(biāo)。產(chǎn)量與品質(zhì)性狀也表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，暗示選育產(chǎn)量及品種均優(yōu)良的紫蘇種質(zhì)的可能性。

2.2 聚類(lèi)分析

以產(chǎn)地、千粒重、大小、硬度、顏色、脊紋、亞麻酸含量、含油量等為籽粒特征，用k-means法進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果見(jiàn)圖1，紫蘇資源可分為兩個(gè)主要類(lèi)群。Ⅰ類(lèi)群主要由回回蘇變種及紫蘇原變種的小粒種組成，籽粒平均千粒重1.619 g，平均粒徑1.590 mm，平均硬度7.797 g，籽粒顏色除Ⅰ.11(來(lái)自北京及河北的材料)外，其余均為褐色，全部為低脊紋材料。含油量平均為29.753%，亞麻酸平均含量為56.041%，單株產(chǎn)量為14.519 g。Ⅱ類(lèi)群主要由紫蘇原變種組成，籽粒平均千粒重2.245 g，平均粒徑1.830 mm，平均硬度3.276 g。

籽粒顏色多樣性，種子脊紋主要為低脊紋，含油量平均為42.894%，亞麻酸含量平均為57.325%，單株產(chǎn)量為12.534 g。兩個(gè)類(lèi)群比較，Ⅰ類(lèi)群為小粒種，硬度較高。Ⅱ類(lèi)群為大粒種，硬度較低。Ⅰ類(lèi)群含油量比Ⅱ類(lèi)群低11個(gè)百分點(diǎn)，亞麻酸比Ⅱ類(lèi)群低1個(gè)百分點(diǎn)，而平均單株產(chǎn)量比Ⅱ類(lèi)群高2個(gè)百分點(diǎn)。

如圖1，進(jìn)一步分析，Ⅰ類(lèi)群下又可分為兩個(gè)亞類(lèi)群，兩個(gè)亞類(lèi)群分別由3個(gè)組構(gòu)成。Ⅱ類(lèi)群下又可分為4個(gè)亞類(lèi)群，其中，有3個(gè)亞類(lèi)群均由3個(gè)組構(gòu)成，一個(gè)亞類(lèi)群由4個(gè)組構(gòu)成。如表4，種皮顏色的多樣性主要集中在Ⅱ.1亞類(lèi)群及Ⅱ.24、Ⅱ.31、Ⅱ.43。如Ⅱ.11主要以花色、粉色、黃色、綠色等顏色為主，Ⅱ.12以白色為主，Ⅱ.13以白色及灰色為主。脊紋類(lèi)型來(lái)看，Ⅱ.1亞類(lèi)群為高脊紋，其余均為低脊紋。對(duì)每個(gè)組的特征進(jìn)行分析，如Ⅰ.21由24個(gè)材料組成，均為貴州省來(lái)源的回回蘇變種，平均千粒重僅為0.659 g，平均粒徑1.160 mm，為供試材料中種子最小的組。其平均硬度3.725 g，亞麻酸含量59.229%，含油量31.502%，單株產(chǎn)量8.493 g。如Ⅱ.21亞類(lèi)群，千粒重1.544 g，平均粒徑16.227 mm，盡管種子大小居中，但含油量卻達(dá)到49.957%，亞麻酸含量53.729%，是一組優(yōu)良的高油種質(zhì)。但其單株產(chǎn)量?jī)H為7.501 g，還有待改良提升。Ⅱ.41亞類(lèi)群，其千粒重為1.387 g，平均粒徑14.467 mm，硬度5.652 g，盡管含油量為39.512%，但其單株產(chǎn)量可達(dá)到52.048 g，是一組優(yōu)良的高產(chǎn)材料。

表4 紫蘇種質(zhì)組內(nèi)特征分析

由此可見(jiàn)，通過(guò)籽粒特征進(jìn)行聚類(lèi)分析可以有效的對(duì)材料進(jìn)行分類(lèi)利用。如小粒種Ⅰ類(lèi)群中含油量均較低，不宜作為油用資源。油用紫蘇主要來(lái)源于Ⅱ種群中，主要有Ⅱ.21高油種質(zhì)，Ⅱ.33為大粒且高油種質(zhì)，Ⅱ.43為高產(chǎn)的種質(zhì)。籽粒特征聚類(lèi)與種質(zhì)分類(lèi)有一定的關(guān)系，如回回蘇變種主要集中在Ⅰ類(lèi)群中。但是種質(zhì)來(lái)源地點(diǎn)與籽粒特征聚類(lèi)關(guān)聯(lián)不大。

2.3 主成分分析

將紫蘇亞種類(lèi)型8項(xiàng)農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理后再進(jìn)行主成分分析，如圖2和表5結(jié)果顯示，為了更好地呈現(xiàn)紫蘇資源籽粒特性，文中僅提取主成分一和主成分二。第一主成分(PC 1)和第二主成分(PC 2)方差貢獻(xiàn)率為33.8%和18.6%。根據(jù)每個(gè)形態(tài)特征在主成分上的特征向量分析，千粒重、種子大小、顏色、脊紋、含油量、亞麻酸含量及單株產(chǎn)量均在PC 1起正向作用，而硬度在PC 1起負(fù)向作用。千粒重、種子大小、含油量及單株產(chǎn)量在PC 2起負(fù)向作用，而其他指標(biāo)，如硬度、顏色、脊紋、亞麻酸在PC 2起正向作用。因此回回蘇種質(zhì)，形態(tài)特征為小粒種、含油量低，主要集中在第一象限。紫蘇原變種在坐標(biāo)上分布情況較廣，主要分布在第三、四象限，少量在第二象限。特征指標(biāo)中，千粒重、種子大小、含油量及單株產(chǎn)量指向相近，并在第四象限發(fā)散，暗示這部分資源在大粒、高油及高產(chǎn)種質(zhì)選育上較具優(yōu)勢(shì)。硬度與其方向相反，向第一象限發(fā)散，這部分種質(zhì)較為堅(jiān)硬。顏色與脊紋的發(fā)散方向與其基本垂直，兩個(gè)指標(biāo)對(duì)種質(zhì)材料的選育干擾較小。

表5 紫蘇形態(tài)特征在主成分上的特征向量

2.4 產(chǎn)地影響分析

鑒于以上分析未得到種質(zhì)來(lái)源地點(diǎn)對(duì)籽粒特征影響的結(jié)論，進(jìn)一步對(duì)供試資源采集地點(diǎn)，即來(lái)自14個(gè)省份獲得的2個(gè)亞種的紫蘇種子特征進(jìn)行分析。結(jié)果(表6)發(fā)現(xiàn)，北方地區(qū)，包括北京、甘肅、河北、寧夏、吉林、遼寧地區(qū)主要以原變種為主要類(lèi)型。甘肅地區(qū)種質(zhì)籽粒大、千粒重大，而硬度較低，種子含油量也較高，亞麻酸含量略低。該地區(qū)種子顏色較多，高脊紋及低脊紋種質(zhì)均存在。寧夏地區(qū)種子同樣籽粒大，千粒重大，而硬度較低，種子含油量也較高，亞麻酸含量也較高。而同樣以原變種為主的河北地區(qū)種子千粒重略小，硬度高，但含油量較低。晉中地區(qū)山西、山東、陜西、安徽地區(qū)也主要以原變種為主要類(lèi)型。該地區(qū)種子籽粒大小、千粒重及硬度均屬中等。4個(gè)省份相比較，山東地區(qū)亞麻酸含量最高，含油量最低；安徽地區(qū)亞麻酸含量最高，含油量最高；湖南與日本種質(zhì)主要以回回蘇變種為主，籽粒較小，千粒重小，含油量也較低；貴州地區(qū)兩種類(lèi)型均有，該地區(qū)原變種類(lèi)型籽粒，千粒重、硬度均屬中等。

表6 產(chǎn)地對(duì)紫蘇籽粒指標(biāo)的影響分析

3 討論與結(jié)論

紫蘇為唇形科一年生草本植物，無(wú)論從葉片揮發(fā)油類(lèi)型及種子含油量等有效成分，均顯示出其種質(zhì)廣泛的多樣性。對(duì)其種子特征進(jìn)行梳理，判定種質(zhì)分類(lèi)與籽粒形態(tài)特征分類(lèi)之間關(guān)系，明確籽粒性狀對(duì)品質(zhì)產(chǎn)量的影響，對(duì)紫蘇鑒定及應(yīng)用有著重要的意義。張琛武等[8]對(duì)55份中國(guó)產(chǎn)紫蘇的果實(shí)形態(tài)特征(粒徑、百粒重、顏色、硬度、表面脊紋高度)進(jìn)行了描述和統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)聚類(lèi)分析將其分為6個(gè)大類(lèi)，并從種群分類(lèi)及化學(xué)型上對(duì)其進(jìn)行歸類(lèi)分析，得到小粒、脊紋低、質(zhì)地硬、黃棕色或深褐色的果實(shí)形態(tài)具有較大可能為藥典規(guī)定的紫蘇醛型(PA型)紫蘇，且主要為回回蘇變種。在其研究基礎(chǔ)上，擴(kuò)大研究的樣本量，選擇覆蓋國(guó)內(nèi)18個(gè)省以及日本的兩大類(lèi)型種質(zhì)進(jìn)行分析，獲得如下結(jié)論，1)紫蘇種質(zhì)的多樣性復(fù)雜，供試6個(gè)指標(biāo)變異系數(shù)從大到小分別為單株產(chǎn)量、千粒重、硬度、含油量、籽粒大小、α-亞麻酸含量；2)籽粒千粒重、大小、硬度與籽粒含油量品質(zhì)相關(guān)性較高，因此可通過(guò)籽粒表型選擇作為品質(zhì)育種初判指標(biāo)。產(chǎn)量與品質(zhì)性狀也表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，暗示選育產(chǎn)量及品種均優(yōu)良的紫蘇種質(zhì)的可能性；3)通過(guò)籽粒特征進(jìn)行的聚類(lèi)分析可以有效的對(duì)材料進(jìn)行分類(lèi)利用。籽粒特征聚類(lèi)與種質(zhì)分類(lèi)有一定的關(guān)聯(lián)，但是種質(zhì)來(lái)源地點(diǎn)與籽粒特征聚類(lèi)關(guān)聯(lián)不大；4)主成分分析表明千粒重、種子大小、含油量及單株產(chǎn)量指向相近，并在第四象限發(fā)散，暗示這部分資源在大粒、高油及高產(chǎn)種質(zhì)選育上較具優(yōu)勢(shì)；5)對(duì)供試資源采集地點(diǎn)分析，各區(qū)域種質(zhì)受栽培環(huán)境及選擇馴化的影響，資源具有一定的特征性。

通過(guò)對(duì)431份紫蘇種質(zhì)資源的形態(tài)特征、品質(zhì)產(chǎn)量及分類(lèi)特點(diǎn)進(jìn)行分析，建立了系統(tǒng)的紫蘇籽粒表型聚類(lèi)圖譜。并通過(guò)分析，深入了解紫蘇籽粒大小、千粒重及硬度等表型特征對(duì)其品質(zhì)產(chǎn)量的影響，明確油用紫蘇育種材料的來(lái)源，并篩選獲得優(yōu)異的組系。另外，籽粒千粒重及種子大小可作為品質(zhì)育種的初判指標(biāo)，且在育種中可選擇兼顧大粒、高油及高產(chǎn)的育種目標(biāo)等結(jié)論。該研究結(jié)果將為紫蘇資源的深入開(kāi)發(fā)及品質(zhì)育種提供指導(dǎo)。