不同種源多油辣木的形態(tài)變異分析

賀思騰 魏靜 吳疆翀 鄭益興 張燕平

摘? 要：為揭示不同種源多油辣木（Moringa oleifera Lam.）的形態(tài)多樣性、變異程度以及各種源的表型特點。對云南省引種栽培的世界范圍內10個種源多油辣木的15個表型數(shù)量性狀和質量性狀進行差異性研究。結果表明，不同種源多油辣木的形態(tài)學特征存在廣泛的變異，其中復葉長變異幅度最大，變異范圍為6.052～14.325 cm，變異系數(shù)為25.192%，其次為種子千粒重、小葉長、種子長和小葉寬，而小葉對數(shù)的變異幅度最小，變異范圍為4～6，變異系數(shù)為9.420%，側脈數(shù)目和可育花藥數(shù)量無表型變異;主成分分析顯示多油辣木種源間的形態(tài)差異主要來源于小葉面積、小葉長、花瓣顏色、小葉葉型和種子長;UPGMA聚類分析表明，10個種源可以歸為兩大類群，其中中國臺灣、緬甸實皆與印度南部班加羅爾的種源歸為一個類群，緬甸木各具、肯尼亞、美國、古巴與印度北部新德里的種源歸為另一個類群。不同種源地的多油辣木在其種源地因人為篩選或環(huán)境適應而形成了在葉片和種子的形態(tài)指標上較高的形態(tài)分化，因此，建議不同種源在良種選育時可根據(jù)利用部位的不同而選擇培育方向。

關鍵詞：多油辣木;形態(tài)變異;主成分析;聚類分析

中圖分類號：S722????? 文獻標識碼：A

Morphological Variation of Different Provenances of Moringa

oleifera Lam.

HE Siteng1，2， WEI Jing1，3， WU Jiangchong1， ZHENG Yixing1， ZHANG Yanping1

1. Research Institute of Resource Insects， Chinese Academy of Forestry， Kunming， Yunnan 650233， China; 2. Puer Forest Ecosystem Research Station， National Forestry and Grassland Administration of China， Puer， Yunnan 665001， China; 3. Municipal Management and Maintenance Center of Urban Administration Bureau， Zhengzhou Airport Economic Comprehensive Experimental Zone， Zhengzhou， Henan 451162， China

Abstract： In order to reveal the morphological diversity， variation extent， and phenotypic traits among ten world-wide provenances of Moringa oleifera Lam. domesticated in Yunnan， China， a study was performed by examing the variation of 15 morphologic features. There were wide variation among the provenances and morphologic features. In all morphologic features， frond length was ranged from 6.025 to 14.325 cm， with the highest variance coefficient of 25.192%， followed by thousand-seed weight， leaflet length， seed length and leaflet width. Principal component analysis showed that the main variation was resulted from leaflet area， leaflet length， petal color， leaflet shape and seed length. Clustering analysis by the UPGMA method showed that the ten provenances could be divided into two groups. One was formed by the provenances of Taiwan of China， Sagaining， and Bangalore （South India）， the other was formed by the provenances of Pakkoku， Kenya， USA， Cuba， and Bangalore Delhi （North India）. M. oleifera Lam. from different provenances is highly differentiated in the leaf and seed shape index by artificial selection or environmental adaptation. Different provenances could be chosen in the breeding direction according to the different using parts in the breeding of improved varieties.

Keywords： Moringa oleifera Lam.; morphologic variation; principal component analysis; cluster analysis

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.008

物種的遺傳變異是長期進化的產(chǎn)物，是物種生存適應和發(fā)展的前提[1-2]。遺傳變異體現(xiàn)在不同水平上，從形態(tài)學或表型性狀上檢測遺傳變異是最古老的也是最簡便的方法[3-4]。這種方法向來是物種分類、資源鑒定以及探討物種進化問題的基礎[5]，尤其是當需要在短期內對變異程度有所了解或在其他生化方法無法開展時;因此，形態(tài)學方法不失為一種有價值的選擇[6-7]。形態(tài)標記具有直觀、有效和測量簡單等特點，是長期以來種質資源評價、育種后代選擇和遺傳多樣性研究最基本的標記。通過觀察性狀并結合一定的分析方法，就可以在短期內對所研究物種的遺傳變異水平有一個基本的認識[8-11]。

多油辣木（Moringa oleifera Lam.）為辣木科（Moringaceae）辣木屬（Moringa）的一種多用途樹種，原產(chǎn)印度北部西喜馬拉雅地區(qū)，全株均可利用，尤以富含營養(yǎng)、藥用和油料成分的葉、果實、種子經(jīng)濟價值較高[12-13]。多油辣木的花、葉和果都可以作為美味的蔬菜，干種子和幼苗的干燥根可以碾成粉末作為調味料，多油辣木的籽油可以用作食用油，多油辣木營養(yǎng)極為豐富，富含維生素A、B、C、E，蛋白質及鈣、鐵、鉀等礦物質;多油辣木的種仁含油約35%～40%，油質清澈、不粘、細膩、潤滑且芳香，具有良好的芳香固著性和極佳的氧化穩(wěn)定性，耐貯放不易腐敗[14];古印度傳統(tǒng)醫(yī)學認為，多油辣木有退熱、排石、消炎、降壓、利尿、止痛、催欲和強心等功用[15-16];多油辣木的另一種重要的用途是用于水的凈化處理、植物油的澄清以及飲料與啤酒的過濾處理等，這由于多油辣木種仁含有一系列大量的低分子水溶性蛋白質，在溶液里呈正電性，與溶液中混濁的負電性微粒如泥沙、細菌等結合凝成絮狀沉淀，再過濾除去，多油辣木凈水劑可避免常用化學凈水劑中的鋁離子殘留對人體健康的損害，從而預防阿耳茨海默氏病（Alzheimers disease）或稱早老性癡呆的發(fā)生，因此在偏遠地區(qū)與汛期的生活用水凈化及城市日常廢水處理方面有潛在的市場前景[17-18]。M. oleifera有‘PKM1和‘PKM22個栽培品種，均由印度泰米爾納都農(nóng)業(yè)大學園藝學院研究所選育。‘PKM1是通過傳統(tǒng)方式選育的變異體，可用種子繁殖，主要特點為主干比較矮，分枝多，生長速度快，種子結實早、產(chǎn)量高，適宜截桿栽培，病蟲害少，適應熱帶各種土壤類型;‘PKM2是MP31×MP28雜交產(chǎn)生的，該品種種子少，果莢肉香味濃，適合在印度熱帶平原生長，可以在結實前期與可可等熱帶作物間種，也可以庭院種植。多油辣木有較長的引種時間，目前多油辣木已經(jīng)廣泛栽培于亞洲的印度、緬甸、中國臺灣，非洲的肯尼亞，以及美洲的古巴、美國等30多個熱帶、亞熱帶國家和地區(qū)[19]。

因為該資源植物具有重要的經(jīng)濟價值，開發(fā)潛力巨大，能夠增加我國多油辣木產(chǎn)業(yè)的競爭力，本研究組分批次引入10個不同種源的多油辣木到云南適生地區(qū)進行引種栽培、優(yōu)質良種篩選及推廣試驗。在此基礎上本研究以這10個種源多油辣木的葉片、花和種子為材料，采取統(tǒng)計學的方法，對其表型性狀進行觀測和分析，以檢測不同種源間多油辣木的形態(tài)變異程度，探索各種源的基礎遺傳背景，為下一步開展本土適生良種的選育和種質改良提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

分批次引進10個多油辣木種源的種子并培育實生苗，栽培于云南省紅河流域干熱河谷地區(qū)元陽縣的種質保存圃內（23°17 N，102°51 E，海拔260 m）。引種地年平均氣溫24 ℃，最冷月均溫18 ℃，最熱月均溫29 ℃，極端最低氣溫–0.1 ℃，極端最高氣溫43.5 ℃，≥10 ℃年積溫4000～ 8700 ℃，無霜期200～364 d，年降水量770～ 860 mm。

采集1～3年生的各種源植株的完全發(fā)育葉、花和種子進行形態(tài)學分析，每個種源隨機抽取30株個體。種源來源和引種地情況見表1。

1.2? 方法

1.2.1? 表型數(shù)量性狀測量? 選取多油辣木的復葉長度、小葉對數(shù)、小葉長、小葉寬、小葉面積、側脈數(shù)目、種子長、種子寬、千粒重、可育花藥數(shù)量共10個性狀作為連續(xù)的形態(tài)指標進行測量，其中葉面積用葉面積測量儀測量。以上各項指標在每個單株上重復測量10次。

1.2.2? 表型質量性狀觀察與記錄? 選取羽狀復葉類型（奇數(shù)/偶數(shù)）、小葉葉型（橢圓/近圓）、小葉尖明顯程度、小葉對稱性、花瓣顏色共5個性狀作為離散的形態(tài)指標進行觀察與記錄。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007和SPSS 18.0軟件對供試材料的各表型性狀數(shù)據(jù)進行描述性分析和方差分析，了解變異范圍、平均數(shù)、變異系數(shù)和標準差等;通過主成分分析確定各性狀之間的相互關系。利用NTSYS V2.11軟件計算各引種種源間的Nei遺傳距離，并進行UPGMA聚類分析，了解各種源間的親緣關系。

2? 結果與分析

2.1? 表型變異程度

對10個多油辣木種源的15個形態(tài)學表型性狀進行統(tǒng)計分析，在數(shù)量性狀方面，不同種源間在10個數(shù)量性狀上存在較為廣泛的變異，變異系數(shù)分布為0%～25.192%，其中復葉長變異幅度最大，變異范圍為6.052～14.325 cm，變異系數(shù)25.192%;其次為千粒重、小葉長、小葉面積、種子長和小葉寬，其變異系數(shù)分別為24.949%、24.244%、22.482%、21.771%和18.012%;變異系數(shù)較小的包括種子寬和小葉對數(shù)，二者的變異系數(shù)分別為9.481%和9.420%，而側脈數(shù)目和可育花藥數(shù)量在10個種源間沒有變異（表2）。在各種源數(shù)量性狀的變異中，變異系數(shù)分布為3.842%～61.866%，小葉面積的變異幅度最大，種子長的變異幅度最小（表3）。在質量性狀方面，除羽狀復葉類型沒有區(qū)別外，小葉葉型、小葉尖明顯程度、小葉對稱性、花瓣顏色在種源間均存在變異（表4）。

2.2? 表型性狀的主成分分析

主成分分析是將多個實測變量轉化為幾個不相關的綜合指標的多元統(tǒng)計方法，可以用較少的指標最大限度反映出原來較多指標反映的信息。對10個種源多油辣木的12個存在變異的表型性狀（側脈數(shù)目、可育花藥數(shù)量和羽狀復葉類型在種源間無變異）進行主成分分析。由表5可知，前5個主成分的累計貢獻率為87.148%，根據(jù)累計貢獻率≥85%的標準，不需要再增加主成分，其已經(jīng)代表12個性狀所提供的大部分信息，可以用于對表型變異進行綜合評價。由表5和表6可知，第1主成分的貢獻率為29.902%，主要由種子長、花瓣顏色、小葉對數(shù)和小葉尖明顯程度決定;第2主成分的貢獻率為22.047%，主要由小葉面積、小葉長和小葉對稱性構成;第3主成分的貢獻率為14.636%，其中小葉葉型的系數(shù)最大，且小葉葉型與小葉尖明顯程度有反向趨勢;第4主成分貢獻率為11.898%，其中以種子寬系數(shù)最大;第5主成分的構成中主要是小葉寬，其貢獻率為8.665%。在前5個主成分中，小葉面積、小葉長、花瓣顏色、小葉葉型和種子長等性狀同時也是種源間差異較大的幾個性狀，可見這5個性狀是構成表型差異的主要因素。各形態(tài)性狀之間也存在一定相關性，種子長、寬和千粒重以及小葉葉型和小葉尖明顯程度都存在正相關關系，小葉面積隨著小葉長、寬的變化表現(xiàn)出一致性，葉片越長，相應的寬度也越寬，葉面積也越大。

2.3? 表型性狀的聚類分析

根據(jù)15項表型特征，計算種源間的Nei遺傳距離后以非加權組平均（UPGMA）法進行的聚類分析表明：10個種源可以歸為兩大類群，其中中國臺灣（TW）、印度班加羅爾（BL）、緬甸實皆（SG）的種源歸為第一類群;緬甸木各具（PO）、印度新德里（ND）、肯尼亞（KE）、美國（US）、古巴（CU）的種源歸為第二類群（圖1）。在第一類群中，印度班加羅爾的2個原種種源（BL1、BL2）和1個栽培品種‘PKM1種源（BL3）在形態(tài)特征上高度相似，聚為一個小分支，并與緬甸實皆種源較為接近;而中國臺灣種源的形態(tài)有別于上述幾個種源，單獨形成一個分支。在第二類群中，緬甸木各具、印度新德里、肯尼亞種源在形態(tài)特征上高度相似，聚為一個小分支;并與美國種源較為接近;而古巴種源的形態(tài)有別于上述幾個種源，單獨形成一個分支。

3? 討論

形態(tài)性狀受物種本身的遺傳組成和所處環(huán)境兩方面的影響，具有一定的穩(wěn)定性和變異性。種源所處的生境是動態(tài)的，植物很難處于生長發(fā)育最適宜的環(huán)境條件，無論是氣候變化還是生長發(fā)育過程所處的條件，總是要產(chǎn)生或大或小的差異[20]。

由于地理分布差異以及生境的多樣化，種內不同種源為適應生態(tài)環(huán)境形成了不同的生態(tài)型，相應表現(xiàn)出豐富的形態(tài)多樣性[21-22]。一般來說，種源間分化越厲害，其適應能力的差別越大[23]。本研究的材料栽培于氣候條件均一的引種地苗圃中，但種源間從表型性狀上仍存在較大的形態(tài)分化，表明不同種源地的多油辣木已在其種源地因人為篩選或環(huán)境適應而分化出了一定程度的形態(tài)特征，這種分化主要表現(xiàn)在葉和種子的形態(tài)特征上。葉是植物的營養(yǎng)器官，關系到營養(yǎng)物質的累積。多油辣木在葉和種子上存在較高的形態(tài)分化，因此對不同種源在良種選育時可根據(jù)利用部位的不同而選擇培育方向。本研究建議復葉長度較長和小葉面積較高的印度班加羅爾栽培品種‘PKM1、中國臺灣、古巴和新德里原種種源可作為以葉為主要產(chǎn)出的重點選育方向，而印度班加羅爾的2個原種及新德里原種可作為以種子為主要產(chǎn)出的重點選育方向。多油辣木起源于印度，曾經(jīng)以野生狀態(tài)分布于印度北部西喜馬拉雅地區(qū)的森林中[24]，之后作為蔬菜和藥用植物經(jīng)人工種植利用，遂以栽培和半野生狀態(tài)遍布印度全境[25]。隨著高品質油料用途的發(fā)現(xiàn)，多油辣木開始在世界范圍內廣泛引種栽培。從印度向東，多油辣木于19世紀傳到中國，臺灣是我國最早引種辣木的地區(qū)[26]，并繼續(xù)向東到達東南亞的菲律賓。從印度向西，同樣于19世紀初經(jīng)埃及進入非洲和環(huán)地中海地區(qū)，并最終傳入美洲[27]。

盡管形態(tài)變異具有一定的遺傳基礎，人工選擇和環(huán)境壓力在導致形態(tài)變異中也起著重要的作用[28-30]。一方面表現(xiàn)為起源于印度北部的多油辣木在傳播至印度全境的栽培利用過程中，形成了與印度北部種源存在一定形態(tài)特征差異的南部種源，以致多油辣木在世界范圍內的各引種栽培種源分別與印度北部和南部種源聚類，形成2個形態(tài)上有差異的類群，這與本研究中10個種源聚成2個分支的結果吻合，表明我們在引種過程中已覆蓋了多油辣木的2個主要原始栽培種源，引種具有代表性。另一方面，由于島嶼的海洋性氣候和環(huán)境濕度等方面的特殊性，使適生的引種栽培植株與陸地上的植株產(chǎn)生一定的形態(tài)變化，在本研究中表現(xiàn)為中國臺灣和古巴種源在各自類群內沒有與陸地上的種源聚在一起，而是單獨形成一個小分支，引入這2個已分化的種源證明了我們的引種工作在多樣性上是比較全面的，可以基于這些種源開展我國多油辣木的良種選育和推廣工作。

參考文獻

[218]?? 葛? 頌， 洪德元. 泡沙參復合體（桔梗科）的物種生物學研究[J]. 植物分類學報， 1995， 33（5）： 433-443.

[219]?? Soltis P S， Soltis D E. Genetic variation in endemic and widespread plant species： examples from Saxifragaceae and Polystichum （Dryopteridaceae）[J]. Aliso， l991， 13： 215-223.

[220]?? 中國科學院生物多樣性委員會. 生物多樣性研究的原理與方法[M]. 北京： 科學出版社， 1994.

[221]?? Schaal B A， Kane S L， Rogstad S H. DNA variation in plant populations[J]. Trends in Ecology and Evolution， 1991， 6： 329-333.

[222]?? Stebbins G L. Chromosomal Evolution in Higher Plants[M]. London： Edward Arnold， 1971： 43-46.

[223]?? 葛? 頌， 洪德元. 遺傳多樣性及其檢測方法[M]//錢迎倩， 馬克平. 生物多樣性研究的原理與方法. 北京： 中國科學技術出版社， 1994： 122-140.

[224]?? 虞? 泓， 徐正堯， 楊彩云. 云南松居群花粉形態(tài)多態(tài)性[J]. 云南大學學報（自然科學版）， 1999， 21（2）： 86-89.

[225]?? 王洪新， 胡志昂， 鐘? 敏， 等. 毛烏素沙地錦雞兒種群形態(tài)變異[J]. 生態(tài)學報， 1994， 14（4）： 366-370.

[226]?? 葛? 頌，洪德元. 泡沙參復合體（桔梗科）的物種生物學研究：I.表型的可塑性[J]. 植物分類學報， 1994， 32（6）： 489-503.

[227]?? 孟? 林， 張國芳， 高洪文. 氮磷鉀施肥量對飼用菊苣生產(chǎn)性能的影響[J]. 草地學報， 2003， 11（4）： 325-328.

[228]?? 葛? 頌，洪德元. 瀕危物種裂葉沙參及其近緣廣布種泡沙參的遺傳多樣性研究[J]. 遺傳學報， 1999， 26（4）： 410-4l7.

[229]?? 劉昌芬. 辣木的研究現(xiàn)狀及其開發(fā)前景[J]. 云南熱作科技， 2002（3）： 20-24.

[230]?? Ayerza R. Seed yield components， oil content， and fatty acid composition of two cultivars of moringa （Moringa oleifera Lam.） growing in the Arid Chaco of Argentina[J]. Industrial Crops & Products， 2011， 33（2）： 389-394.

[231]?? Gupta S， Jain R， Kachhwaha S， et al. Nutritional and me-

dicinal applications of Moringa oleifera Lam.—Review of current status and future possibilities[J]. Journal of Herbal Medicine， 2017， 11： 1-11.

[232]?? Bhutada P R， Jadhav A J， Pinjari D V， et al. Solvent assisted extraction of oil from Moringa oleifera Lam. seeds[J]. Industrial Crops and Products， 2016， 82： 74-80.

[233]?? 張燕平， 段瓊芬， 蘇建榮. 辣木的開發(fā)與利用[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學， 2004， 24（4）： 42-48.

[234]?? 李? 東， 趙一鶴. 辣木研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 西部林業(yè)科學， 2018， 47（5）： 32-38.

[235]?? Mahaman， Yacoubou， Abdoul， et al. Moringa oleifera （mo） alleviates homocysteine-induced alzheimers disease-like pathology[J]. Alzheimers & Dementia， 2017， 13： 272-279.

[236]?? Keogh M B， Elmusharaf K， Borde P， et al. Evaluation of the natural coagulant Moringa oleifera as a pretreatment for SODIS in contaminated turbid water[J]. Solar Energy， 2017， 158： 448-454.

[237]?? 鄒金拓， 王? 鑫， 周 ?瑋， 等. 構樹不同種源種子性狀地理變異及其趨勢分析[J]. 種子， 2020， 39（3）： 62-67.

[238]?? 康智明， 徐曉俞， 鄭開斌， 等. 木豆種質資源形態(tài)與農(nóng)藝性狀的多樣性分析[J]. 熱帶亞熱帶植物學報， 2017， 25（1）： 51-56.

[239]?? 郝? 蕾， 張國盛， 穆喜云， 等. 北沙柳種質資源居群表型多樣性[J]. 西北植物學報， 2017， 37（5）： 1012-1021.

[240]?? 陳家寬， 楊? 繼. 植物進化生物學[M]. 武漢： 武漢大學出版社， 1994.

[241]?? Hooker J D. The flora of British India. Vol.II[M]. London： L. Reeve & Co.， 1879.

[242]?? Selvam A B D. Distribution， phenology and utilization of Moringa oleifera Lamk.： An indigenous medicinal plant of India[J]. Journal of Economic and Taxonomic Botany， 2005， 29： 102-108.

[243]?? 羅云霞， 陸? 斌， 石卓功. 辣木的特性與價值及其在云南引種發(fā)展的景況[J]. 西部林業(yè)科學， 2006， 35（4）： 137-140.

[244]?? Juliana Silver. Moringa oleifera： A brief overview[R/OL]. （2011-05-15）[2020-06-02] http：//www.villagevolunteers. org/wp-content/uploads/2011/05/Overview-of-the-Moringa-Tree.pdf.

[245]?? 譚文婧， 李? 娟， 林建勇， 等. 閩楠種源苗期生長性狀地理變異研究[J]. 林業(yè)與環(huán)境科學， 2019， 35（2）： 48-54.

[246]?? 楊? 繼. 植物種內變態(tài)的機制及其研究方法[J]. 武漢植物研究， 1991， 20（4）： 429- 434.

[247]?? 任紅劍， 豐? 震， 喬? 謙， 等. 元寶楓葉片形態(tài)特征的地理變異[J]. 西北林學院學報， 2018， 33（1）： 113-119.

責任編輯：沈德發(fā)