瀕危藥用植物金毛狗形態(tài)分化研究

劉光華 ，胡 偉

（1.懷化學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，湖南懷化 418008；2.懷化學(xué)院民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南懷化 418008）

0 引言

金毛狗（Cibotium barometz）屬真蕨亞門、蚌殼蕨科多年生高大樹狀蕨類植物，我國(guó)僅1屬1種，為國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物[1]和著名的藥用植物[2]，具有補(bǔ)肝腎、強(qiáng)筋骨、舒經(jīng)絡(luò)、除濕痛及利尿的功能，用于腰腿酸痛、手足麻木、半身不遂、白帶遺精、血崩等癥，其毛茸外用治療外傷出血，為歷代常用中藥，也是我國(guó)重要出口藥材之一。在國(guó)內(nèi)，陳曉端等人[3]進(jìn)行了孢子微形態(tài)學(xué)的研究；許重遠(yuǎn)，顏莉等人[4-5]對(duì)金毛狗的化學(xué)成分、生藥及理化性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。Hisakazu Yamane等人[6]對(duì)金毛狗屬的其他種有研究。研究擬通過對(duì)金毛狗形態(tài)分化的分析，探究珍稀蕨類植物的瀕危原因，為金毛狗的有效保護(hù)及開發(fā)利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 研究方法

1.1 樣地選取

對(duì)金毛狗生長(zhǎng)集中的湖南通道縣及廣西三江縣進(jìn)行野外調(diào)查。選取了4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共6個(gè)金毛狗居群木腳溪上（A）、木腳龍底（B）、坪陽龍洞灘（C）、廣西木架山（D）、甘溪溝六田坪（E）、甘溪六田坪（F）作為研究對(duì)象。

1.2 數(shù)據(jù)處理

選取6個(gè)居群的51株金毛狗個(gè)體，以41個(gè)形態(tài)特征作為特征向量，運(yùn)用SPSS軟件中的單因素方差One-Way程序進(jìn)行分析[7]，再利用 Hierarchical cluster程序，選取不同的方法進(jìn)行個(gè)體水平上的聚類分析[8]。

將金毛狗個(gè)體的41個(gè)形態(tài)特征定義為Y1～Y41，將其環(huán)境因子定義為X1～X6，用SPSS軟件對(duì)達(dá)到顯著或極顯著的形態(tài)特征與環(huán)境因子進(jìn)行偏相關(guān)分析，得到環(huán)境因子與各項(xiàng)形態(tài)形狀之間的偏相關(guān)系數(shù)，揭示環(huán)境因子對(duì)金毛狗生長(zhǎng)的作用，進(jìn)一步分析金毛狗形態(tài)分化與環(huán)境因子的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境特征

6個(gè)居群環(huán)境特征見表1。

2.2 形態(tài)特征差異

金毛狗41個(gè)形態(tài)特征在個(gè)體水平差異的顯著性檢驗(yàn)見表2。

表1 6個(gè)居群環(huán)境特征

表2 金毛狗41個(gè)形態(tài)特征在個(gè)體水平差異的顯著性檢驗(yàn)

續(xù)表2

從表2可見，①具極顯著性差異（Sig.值＜0.01）的形態(tài)特征包括葉片寬、葉柄基部寬、一回羽片數(shù)、二回羽片數(shù)、基部三回羽片的第一二羽片間距、基部三回羽片尖端角、根狀莖長(zhǎng)等10項(xiàng)，占24.39%；②具顯著性差異（Sig.值＜0.05） 的形態(tài)特征包括葉片長(zhǎng)、基部一回羽片第一二羽片間距、基部一回羽片尖端角、基部二回羽片的尖端角和夾角、基部三回羽片葉脈夾角等8項(xiàng)，占19.51%；③具差異不顯著（Sig.值＞0.05） 的形態(tài)特征包括葉長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)、基部一回羽片的長(zhǎng)和寬、基部一回羽片葉柄長(zhǎng)、基部一回羽片夾角、基部二回羽片的長(zhǎng)和寬、基部二回羽片葉柄長(zhǎng)、基部二回羽片第一二羽片間距、三回羽片數(shù)、基部三回羽片的長(zhǎng)和寬、基部三回羽片側(cè)脈夾角、根狀莖直徑等23項(xiàng)，占56.10%；④營(yíng)養(yǎng)器官形態(tài)特征中一回羽片和二回羽片的顯著性差異都各有5個(gè)形態(tài)指標(biāo)達(dá)到顯著或極顯著，三回羽片的特征差異顯著性次之，有4個(gè)形態(tài)指標(biāo)達(dá)到顯著或極顯著。

由此可知，在所有形態(tài)特征中，差異顯著或極顯著的有18項(xiàng)性狀指標(biāo)，占43.90%，表明大多數(shù)性狀在個(gè)體及居群間都有較大的變異，營(yíng)養(yǎng)器官的變異較大。

2.3 形態(tài)分化的方差分析

金毛狗41個(gè)形態(tài)特征向量總描述見表3，金毛狗形態(tài)特征變異系數(shù)見圖1。

表3 金毛狗41個(gè)形態(tài)特征向量總描述

續(xù)表3

圖1 金毛狗形態(tài)特征變異系數(shù)

由表3及圖1的變異系數(shù)可初步得知，葉的長(zhǎng)、寬、葉柄長(zhǎng)、夾角等葉的形態(tài)特征變異很大，在4.36%～39.62%；其中基部二回羽片葉柄長(zhǎng)的變異系數(shù)達(dá)到了39.62%，這與調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的有些金毛狗個(gè)體在一回羽片上的基部二回羽片尺寸極小，而其他二回羽片尺寸非常大的現(xiàn)象相符合。另外，在觀察中發(fā)現(xiàn)，有的金毛狗基部三回羽片長(zhǎng)、基部三回羽片第一二羽片間距、基部三回羽片尖端角的變化也很大。這3項(xiàng)形態(tài)特征的變異系數(shù)也很大，分別為20.47%，25.00%，24.04%。一回羽片夾角變異系數(shù)相對(duì)最小，僅為4.36%；基部一回羽片寬的變異系數(shù)也小，為5.89%。

2.4 金毛狗的聚類分析

2.4.1 個(gè)體水平上相似系數(shù)距離的聚類分析

金毛狗形態(tài)特征的個(gè)體間相似系數(shù)距離的聚類分析見圖2。

圖2 金毛狗形態(tài)特征的個(gè)體間相似系數(shù)距離的聚類分析

采用組間連線Between-Group Linkage對(duì)6個(gè)居群51株金毛狗個(gè)體進(jìn)行聚類，得到如圖2的聚類樹形圖。在相似系數(shù)距離15水平上進(jìn)行劃分得到I，II，III 3個(gè)表征群，I表征群包括了6個(gè)居群的82.35%的42株個(gè)體；II表征群由4株個(gè)體組成，分別來自C，D，F(xiàn)的3個(gè)居群；而III表征群有5株個(gè)體，來自B，E，F(xiàn)居群。

從表征群上看，大居群內(nèi)又形成一些小群體，如F居群的43號(hào)個(gè)體聚集在第III表征群，48號(hào)，49號(hào)個(gè)體聚集在第II表征群，其他的個(gè)體則聚集在第I表征群；在亞表征群上，E居群的39號(hào)，F(xiàn)居群的43號(hào)，47號(hào)，49號(hào)個(gè)體形成獨(dú)立的表征群，金毛狗的形態(tài)特征在個(gè)體及居群的水平上已表現(xiàn)出了一定的分化。

2.4.2 個(gè)體水平上平方歐式距離的聚類分析

金毛狗個(gè)體水平上平方歐式距離的聚類分析見圖3。

圖3 金毛狗個(gè)體水平上平方歐式距離的聚類分析

從圖3中的不同水平的劃分標(biāo)準(zhǔn)可知，在平方歐式距離為5，10和20時(shí)，均有多個(gè)表征群含有所有6個(gè)居群的個(gè)體，也即同一居群的個(gè)體并不完全聚在一起，而是分散到不同的表征群中，這說明金毛狗居群內(nèi)的個(gè)體間出現(xiàn)了一定的分化。在平方歐式距離為5和10時(shí)，均有表征群只含某一居群的單株個(gè)體，這說明極少數(shù)個(gè)體與其他個(gè)體的分化比較大。

2.4.3 居群水平上相似系數(shù)距離的聚類分析

金毛狗6個(gè)居群的相似系數(shù)距離的聚類分析見圖4。

圖4 金毛狗6個(gè)居群的相似系數(shù)距離的聚類分析

由圖4可知，在空間距離的相關(guān)性中，坪陽龍洞灘（C） 居群在空間距離上離甘溪溝（E） 居群最近，卻與相對(duì)較遠(yuǎn)的廣西木架山（D）居群最先聚到一起。甘溪溝（E） 和甘溪六田坪（F） 居群在空間距離上接近，卻在相似系數(shù)距離為5時(shí)各自形成1個(gè)獨(dú)立的聚類群。木腳溪上（A） 居群與木腳龍底（B）居群在空間距離上也近，但表現(xiàn)出極其不相似的形態(tài)分化特性。總的看來，生態(tài)環(huán)境相似的居群首先聚在了一起，生態(tài)環(huán)境差異大的相似系數(shù)距離也較大，這說明形態(tài)分化與空間距離間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，金毛狗的形態(tài)分化受環(huán)境的影響較大。

2.4.4 形態(tài)分化與環(huán)境因子的偏相關(guān)分析

將6個(gè)居群的41個(gè)形態(tài)特征定義為Y1～Y41，將其環(huán)境因子定義為X1～X6，對(duì)達(dá)到顯著或極顯著的形態(tài)特征與環(huán)境因子進(jìn)行偏相關(guān)分析，得到主要環(huán)境因子與達(dá)到顯著或極顯著各形態(tài)特征之間的偏相關(guān)系數(shù)。

形態(tài)分化與環(huán)境因子的偏相關(guān)分析見表4。

表4 形態(tài)分化與環(huán)境因子的偏相關(guān)分析

將表4中6個(gè)環(huán)境因子對(duì)金毛狗形態(tài)性狀的影響程度按大小排列（取前5個(gè)形態(tài)性狀）：

X1：Y33＞Y3＞Y23＞Y7＞Y5

X2：Y25＞Y15＞Y17＞Y27＞Y18

X3：Y17＞Y15＞Y25＞Y37＞Y27

X4：Y13＞Y5＞Y7＞Y8＞Y26

X5：Y34＞Y14＞Y37＞Y35＞Y8

X6：Y40＞Y3＞Y25＞Y33＞Y35

從以上排序可看出，每一環(huán)境因子對(duì)金毛狗的形態(tài)性狀的影響程度是不同的。如喬木層透光率（X1）對(duì)基部三回羽片第一二羽片間距（Y33）的影響程度最大，為0.871，還對(duì)葉柄基部寬、葉片的長(zhǎng)和寬有較大的影響。而土壤厚度（X6）對(duì)根狀莖長(zhǎng)（Y40）有較大的影響，為0.820，對(duì)其他形態(tài)性狀的影響次之。總之，每個(gè)環(huán)境因子對(duì)各個(gè)形態(tài)性狀的影響程度不同，它可能對(duì)某一個(gè)性狀起主要作用，但不可能對(duì)所有的性狀都起絕對(duì)支配的作用，所以金毛狗的外部形態(tài)是各環(huán)境因子作用的共同結(jié)果。

就每一個(gè)形態(tài)性狀而言，不同的環(huán)境因子對(duì)其的影響程度幾乎都是不同的。由以上的統(tǒng)計(jì)排序可知，在所選的18個(gè)形態(tài)性狀中，喬木層透光率（X1）、坡度（X2）、海拔（X3）、土壤pH值（X4）、土壤水分（X5）、土壤厚度（X6）是第一影響因子的個(gè)數(shù)分別是4，0，3，6，4，1，這說明土壤pH值、土壤水分和喬木透光率在金毛狗的形態(tài)分化過程中作用較大，這與金毛狗為蕨類植物，對(duì)水分需求較多，對(duì)土壤pH值和光照有嚴(yán)格的要求有關(guān)，這與野外調(diào)查的實(shí)際情況一致。其他環(huán)境因子對(duì)金毛狗的形態(tài)分化也起到了一定的綜合作用。

3 結(jié)論

在個(gè)體水平上，金毛狗的形態(tài)特征在居群內(nèi)呈現(xiàn)小聚類群分化現(xiàn)象，在亞表征群水平出現(xiàn)明顯的個(gè)體分化現(xiàn)象，在更小的距離上個(gè)體分化現(xiàn)象更加明顯。金毛狗在居群水平上表現(xiàn)出的多樣性分化與地理空間距離間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，生態(tài)環(huán)境相似的居群間表現(xiàn)出相近的多樣性分化。

金毛狗無論在居群內(nèi)部還是在居群間都出現(xiàn)一定的分化，且分化主要受其環(huán)境的影響，土壤pH值、土壤水分和喬木層透光率對(duì)金毛狗形態(tài)分化的影響較大。對(duì)珍稀瀕危植物金毛狗實(shí)行就地保護(hù)較好，特別是需將金毛狗的野生生態(tài)環(huán)境保護(hù)起來，嚴(yán)禁采挖，使金毛狗野生居群能夠恢復(fù)到大居群狀態(tài)，以提高居群內(nèi)和居群間的基因流水平。另外，遷地保護(hù)及馴化金毛狗對(duì)逆境的耐受能力，使金毛狗快速分化，利于形成新的亞種或品種，也是保護(hù)利用金毛狗的有效方法。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄（第一批）》的批復(fù) [S].1999-08-04.

[2]南京中醫(yī)藥大學(xué).中藥大辭典 [M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2014：3 020.

[3]陳曉端，周云龍，常崇艷.中國(guó)3種重點(diǎn)保護(hù)蕨類植物孢子的掃描電鏡觀察 [J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，38 （2）：250-254.

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[5]顏莉，趙吉壽.云南臨滄金毛狗的生藥及理化性質(zhì)的研究 [J].云南中醫(yī)中藥雜志，2000，21（6）：31-32.

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