珠子參表型性狀變異及其與地理-土壤養(yǎng)分因子的相關性分析

左應梅，楊維澤，楊美權，楊紹兵，楊天梅，許宗亮，李紀潮，張金渝

(云南省農業(yè)科學院藥用植物研究所，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值，促其商品價格不斷攀升，而市場的高價位吸引人們無序采挖，導致珠子參產區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)嚴重破壞，其種群資源出現瀕?；厔輀1]。因此，有必要針對珠子參野生資源的保護和合理開發(fā)利用開展相關研究?！厩叭搜芯窟M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和進化上的意義，是人工馴化和遺傳育種研究的基礎，也是揭示種群適應性的有效途徑之一。近年來，國內外學者對鵝觀草[5]、扇脈杓蘭[6]、暴馬丁香[7]]等多種植物的表型變異與環(huán)境因子間的相關性進行了研究報道。目前，珠子參的研究主要集中在資源分布[1]、生物學特性[8]、栽培管理[9]、化學成分[10]、藥理活性[11]、遺傳多樣性[12]和分子生物信息學[13]等方面。【本研究切入點】但關于其表型與生理特征的地理變異的研究較少?！緮M解決的關鍵問題】以云南省內的12個珠子參天然居群為對象，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。

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12個珠子參天然居群進行實地調查。詳細觀察和記錄珠子參居群內的表型特征以及群落所處的自然條件、群落特點及生境，其中經度、緯度及海拔采用GPS測定，光照強度采用SAUTER SO 200 K便攜式光照強度測量儀(德國)測定。每個居群選取20個植株，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，復葉柄長為小葉柄基部與莖桿之間的長度。以上指標，莖粗用游標卡尺測量，其余指標均用鋼卷尺測量。所有樣品經云南省農業(yè)科學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

在每個樣地內確定 3 個樣點，挖取距地表深 0～20 cm 根系附近土壤，將3個樣點的土壤樣品混合，自然風干后研磨、備用。用于檢測pH值、有機質、氮、鉀、磷以及全量銅、鋅、鉛、鉻、鎘、鎳、砷、汞等指標。其中pH值：電極法；有機質：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測定；Cd 含量，使用石墨爐原子吸收分光光度計測定；As 和Hg 含量：使用原子熒光分光光度計測定[14]。

1.3 數據統(tǒng)計分析

采用Excel 2007進行數據的處理，采用JMP7.0軟件對數據進行方差分析、多重比較和相關分析；采用SPSS 22.0對12個珠子參天然居群的7個表型性狀進行系統(tǒng)聚類分析(組間聯接法)。

2 結果與分析

2.1 珠子參12個天然居群的分布情況

調查點分布于云南省滇西北，北緯26°56′39.65″～28°27′46.41″，東經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土，土壤的有機質、氮、鉀等含量豐富，有效磷含量相對偏低(表2)。土壤中的重金屬含量基本未超過《土壤環(huán)境質量標準》(GBl5618-1995) 中的二級標準，表明野生珠子參分布地的土壤質量狀況良好，重金屬含量相對較低(表3)。

2.2 珠子參12個天然居群的變異特征

由表4可知，珠子參12個天然居群的數量性狀莖數在居群間與居群內沒有變異，而小葉數在居群間與居群內存在明顯變異；莖色、葉形、葉緣等質量性狀在居群間與居群內均存在明顯變異。表型性狀在居群間與居群內也存在廣泛變異，其中莖粗和復葉柄長在居群間的變異最大，變異系數的平均值分別為69.18 %和57.49 %；12個居群表型性狀的平均變異系數最大的5個居群依次為：香格里拉普達措(PDC1)53.61 %>香格里拉普達措(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 %，平均變異系數最小的居群是虎跳峽尾木尼村(WMN)27.11 %(表5)。比較12個天然居群表型性狀(平均值)，以莖粗和復葉柄長在居群間差異最大(表6)。

表1 珠子參12個天然居群的生境條件

表2 珠子參12個天然居群樣地的土壤養(yǎng)分含量

表3 珠子參12個天然居群樣地的土壤重金屬含量

表4 珠子參12個天然居群的數量及質量性狀頻度

2.3 珠子參表型與地理-土壤養(yǎng)分因子間的關系

相關性分析表明，珠子參居群的葉長、復葉柄長與緯度和海拔存在顯著負相關關系；小葉柄長與經度存在顯著正相關關系；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關系(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系，根據其形態(tài)特征的7個表型性狀對12個珠子參天然居群用SPSS軟件進行聚類分析。結果顯示，12個天然居群在閾值為5時可明顯分為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個天然居群表型性狀的變異系數

表6 珠子參12個天然居群表型性狀的比較

注：同列數據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性和進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，是種內多樣性的重要組成部分[16]。植物種群內遺傳多樣性或變異越豐富，則越有利于種群適應環(huán)境和進化。本研究對珠子參12個天然居群植株的數量性狀、質量性狀及表型性狀的調查研究發(fā)現，數量性狀小葉數在居群間與居群內存在明顯變異，莖色、葉形、葉緣等質量性狀在居群間與居群內也存在明顯變異，這與楊天梅等[17]研究的珠子參的葉形態(tài)在同一居群內存在顯著變異的研究結果相符。居群間各表型性狀變異系數的平均值為20.28 %～69.18 %，表型變異非常豐富，其中莖粗和復葉柄長在居群間的變異最大，變異系數的平均值分別為69.18 %和57.49 %；對12個天然居群表型性狀的平均值進行比較，莖粗和復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葉柄長對環(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均存在著豐富的變異，說明珠子參有較強的環(huán)境適應性，這與段青等[18]在瀘定百合上的研究結果相似。但是對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，有待進一步研究。

表7 各表型性狀與地理-土壤養(yǎng)分因子的相關性

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性，如王丹等[19]研究表明，茶條槭的葉長/寬、葉柄長等17個表型性狀與土壤中的全氮、全鉀、速效氮、速效鉀、有效磷、土壤有機質及土壤含水量都存在顯著或極顯著的正、負相關性。肖海峻等[5]研究表明，鵝觀草的株高、穗長、旗葉長/寬、小穗數、小花數穗下第1節(jié)間長和穗軸第1節(jié)長等8個性狀與海拔、緯度和年平均溫的相關性較高。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，子房長、唇瓣長和寬均與土壤中全磷的含量呈顯著正相關，植株展度與土壤 pH 呈顯著正相關。楊曉霞等[7]研究表明，不同產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性，其中，種子發(fā)芽率與種子的其他5 個表型性狀間的相關性均不顯著；經度和緯度與各表型性狀間的相關性不顯著，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、復葉柄長與緯度和海拔存在顯著負相關關系；小葉柄長與經度存在顯著正相關關系；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關系，說明土壤中有效磷的含量是導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性有關。

聚類分析結果表明，12個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個天然居群的表型性狀并沒有嚴格依地理距離而聚類的結果類似。

4 結 論

珠子參的小葉數、莖色、葉形、葉緣等性狀在居群間與居群內均有明顯變異；珠子參居群的葉長、復葉柄長與緯度和海拔存在顯著負相關關系；小葉柄長與經度存在顯著正相關關系；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關系，說明土壤中有效磷的含量是導致珠子參居群表型性狀多樣性的原因之一。12個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。